CN110801723A - 一种利用碱基喷射脱除燃煤烟气中so3的中试测试装置及方法 - Google Patents

一种利用碱基喷射脱除燃煤烟气中so3的中试测试装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用碱基喷射脱除燃煤烟气中SO3的中试测试装置及方法，包括：烟气换热系统、碱基喷射系统、烟气/氨气混合系统和反应器系统；烟气换热系统包括循环冷却水箱和管式换热器；碱基喷射系统包括储液箱、搅拌器、和雾化喷嘴；烟气/氨气混合系统包括烟气/氨气混合器；反应器系统包括脱硝反应器A、脱硝反应器B和置于反应器内的脱硝催化剂。本发明的有益效果是：搭建了一套直接利用燃煤电厂实际工况烟气来进行烟气脱SO3试验的中试测试装置；可通过管式换热器调节烟气温度、控制吸收液喷射量、更换喷嘴大小和调整喷射点位，研究烟气温度、吸收剂/SO3摩尔比、颗粒物粒径和反应时间对SO3脱除效率的影响。

Description

一种利用碱基喷射脱除燃煤烟气中SO3的中试测试装置及方法
技术领域
本发明涉及燃煤电厂需要脱硝领域，尤其涉及一种利用碱基喷射脱除燃煤烟气中SO3的中试测试装置及方法。
背景技术
燃煤电厂污染物超低排放技术已得到广泛应用，规定烟气中氮氧化物的排放浓度需低于 50mg/m3，这就要求燃煤电厂需要做到全负荷脱硝。在众多烟气脱硝技术中，尾部烟道烟气选择性催化还原脱除烟气中氮氧化物的方法因其较高的脱硝效率而被广泛采用。烟气中的氮氧化物与还原剂NH3在氧气和催化剂的作用下反应生成N2和H2O，其中脱硝催化剂的性能是脱硝系统最关键的决定因素，普通商业脱硝催化剂最佳反应温度区间为320～400℃。随着国家“西电东送”工程的规划实施、电网超高压输电技术的广泛应用、可再生能源发电比例大幅度增加和燃煤电厂“深度调峰”要求，传统燃煤机组负荷率下降，机组年运行小时数减少，多数燃煤电厂将长期处于低负荷或频繁变负荷运行状态。当机组低负荷运行时，脱硝反应器进口烟温将低于320℃，甚至更低，此时不仅会导致脱硝系统脱硝效率下降甚至退出运行，烟气中携带的SO3和H2O还会与未参与催化氧化反应的NH3生成硫酸氢铵堵塞脱硝催化剂微孔、通道及烟道下游空预器，导致脱硝催化剂寿命急剧下降，威胁下游设备安全运行。目前，国内外鲜有在不同烟温条件下脱除烟气中三氧化硫的相关研究，更少有依托大型燃煤电厂实际工况烟气的中试测试平台。
因此，提出一种利用碱基喷射脱除燃煤烟气中SO3的中试测试装置及方法，就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种利用碱基喷射脱除燃煤烟气中SO3的中试测试装置及方法。
这种利用碱基喷射脱除燃煤烟气中SO3的中试测试装置，包括烟气换热系统、碱基喷射系统、烟气/氨气混合系统和反应器系统；所述烟气换热系统包括循环冷却水箱和管式换热器；所述碱基喷射系统包括储液箱、搅拌器、和雾化喷嘴；所述烟气/氨气混合系统包括烟气/氨气混合器；所述反应器系统包括脱硝反应器A、脱硝反应器B和置于反应器内的脱硝催化剂。
作为优选，所述烟气换热系统中：管式换热器的输入端与原烟气进口隔离阀直接相连；管式换热器与循环冷却水箱之间连有两个截止阀，其中截止阀A的输入端连接管式换热器，截止阀A的输出端连接循环冷却水箱，截止阀B的输入端连接循环冷却水箱储存的循环冷却水，截止阀B输出端连接管式换热器；
所述碱基喷射系统中：四个并联的雾化喷嘴的输出端接于烟气换热系统的管式换热器之后，每个雾化喷嘴的输入端分别与截止阀C、截止阀D、截止阀E和截止阀F相连，形成四个支路，每个支路上均于截止阀的输入端设有压力测点，四个支路上每个截止阀的输入端连接截止阀G的输出端；截止阀G的输入端与流量计的一端相连，流量计的另一端连接截止阀 H和截止阀I的输出端；截止阀G与流量计之间设有压力测点；截止阀H的输入端与储液箱相连，截止阀I的输入端连接输送泵的输出端；输送泵的输入端与储液箱相连；所述储液箱的输入端与工艺水相连，储液箱内部设有搅拌器，储液箱的上部有加药口，储液箱上设有pH 计；
所述烟气/氨气混合系统中：烟气/氨气混合器的输入端与碱基喷射系统中的四个并联的雾化喷嘴的输出端相连；氨气/稀释风隔离阀的输入端与氨/稀释风相连，氨气/稀释风隔离阀的输出端与烟气/氨气混合器相连；
所述反应器系统中：脱硝反应器A进口阀门和脱硝反应器B进口阀门的输入端均与烟气 /氨气混合器的输出端相连；脱硝反应器A进口阀门、脱硝反应器B进口阀门和烟气/氨气混合器之间设有SO3浓度监测点；脱硝反应器A进口阀门的输出端与脱硝反应器A的输入端相连，脱硝反应器B进口阀门的输出端与脱硝反应器B的输入端相连；脱硝反应器A和脱硝反应器B内部均置有脱硝催化剂；
所述反应器系统中的脱硝反应器A和脱硝反应器B的输出端均与高温引风机的输入端相连，高温引风机的输出端与烟气回流隔离阀相连。
作为优选，所述脱硝反应器A和脱硝反应器B并联，且采用炉式开门方式，方便装卸脱硝催化剂；所述四个并联的雾化喷嘴并排放置且相隔五米，可用于进行烟气与吸收液混合时间对SO3脱除效率影响的试验。
作为优选，所述烟气换热系统、碱基喷射系统、烟气/氨气混合系统和反应器系统的各个部件及管道均采用耐高温，耐磨损的材料；所述储液箱的内部材料及搅拌器采用防碱材料。
一种利用碱基喷射脱除燃煤烟气中SO3的中试测试装置的操作方法，具体包括以下步骤：
步骤1、打开原烟气进口隔离阀、脱硝反应器A进口阀门、脱硝反应器B进口阀门、烟气回流隔离阀和高温引风机，使自锅炉省煤器出口落灰段后、脱硝反应器进口断面前引出烟气，并将烟气引入本装置；
步骤2、通过调节管式换热器内循环冷却水的流量来调节管式换热器出口烟气温度；调节好温度的烟气进入碱基喷射烟道；
步骤3、用吸收液输送泵将配制好的碱基吸收液经流量计控制调节流量后，通过雾化喷嘴喷入烟道，吸收烟气中的三氧化硫，多余的碱基吸收液回流至储液箱中；
步骤4、经烟温调节和SO3脱除反应后的烟气进入烟气/氨气混合器，与还原剂NH3充分混合均匀后，进入脱硝反应器A和脱硝反应器B；调节脱硝反应器A进口阀门和脱硝反应器B进口阀门的开度和高温引风机的功率，控制脱硝反应器A和脱硝反应器B内烟气流速为约5m/s，使脱硝反应器A和脱硝反应器B内烟气流速和脱硝反应器大小与锅炉实际工况同比例缩小，保证烟气停留时间；进行脱硝处理；脱硝处理后的烟气经过高温引风机回流至锅炉空预器出口至除尘器进口断面；
步骤5、通过使用在线三氧化硫浓度监测装置监测管式换热器出口、脱硝反应器A进口和脱硝反应器B进口处的SO3浓度监测点，计算三氧化硫的脱除效率；
步骤6、使用管式换热器调节烟气温度，控制吸收液喷射量；更换管式换热器的喷嘴大小，调整喷射点位；研究烟气温度、吸收剂/SO3摩尔比、颗粒物粒径和反应时间对SO3脱除效率的影响。
作为优选，步骤2所述管式换热器中，循环冷却水流动方向与烟气气流方向相反。
作为优选，步骤3所述雾化喷嘴的喷射方向与烟气气流方向相同，避免喷嘴堵塞。
本发明的有益效果是：搭建了一套直接利用燃煤电厂实际工况烟气来进行烟气脱SO3试验的中试测试装置；可通过管式换热器调节烟气温度、控制吸收液喷射量、更换喷嘴大小和调整喷射点位，研究烟气温度、吸收剂/SO3摩尔比、颗粒物粒径和反应时间对SO3脱除效率的影响；长时间低温条件下，通过碱基喷射脱除烟气中SO3的，可检验脱硝催化剂低温段性能，必要时可取出催化剂，检验催化剂理化性质变化情况。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为反应时间对SO3脱除效率的影响效果图；
图3为烟气温度对SO3脱除效率的影响效果图；
图4为雾化喷嘴直径对SO3脱除效率的影响效果图；
图5为吸收剂/SO3摩尔比对SO3脱除效率的影响效果图。
附图标记说明：原烟气进口隔离阀1、管式换热器2、循环冷却水箱3、SO3浓度监测点4、雾化喷嘴5、截止阀A6、压力测点7、烟气/氨气混合器8、氨气/稀释风隔离阀9、脱硝反应器A进口阀门10、脱硝反应器B进口阀门11、脱硝反应器A12、脱硝反应器B13、高温引风机14、烟气回流隔离阀15、流量计16、输送泵17、pH计18、加药口19、储液箱20、搅拌器21、截止阀B22、截止阀C23、截止阀D24、截止阀E25、截止阀F26、截止阀G27、截止阀H28、截止阀I29。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种结构合理，使用方便，经济实用，可通过调节不同烟温条件下，利用碱基喷射脱除燃煤烟气中SO3的中试测试装置及方法。
这种利用碱基喷射脱除燃煤烟气中SO3的中试测试装置，包括烟气换热系统、碱基喷射系统、烟气/氨气混合系统和反应器系统；所述烟气换热系统包括循环冷却水箱3和管式换热器2；所述碱基喷射系统包括储液箱20、搅拌器21、和雾化喷嘴5；所述烟气/氨气混合系统包括烟气/氨气混合器8；所述反应器系统包括脱硝反应器A12、脱硝反应器B13和置于反应器内的脱硝催化剂。
所述烟气换热系统中：管式换热器2的输入端与原烟气进口隔离阀1直接相连；管式换热器2与循环冷却水箱3之间连有两个截止阀，其中截止阀A6的输入端连接管式换热器2，截止阀A6的输出端连接循环冷却水箱3，截止阀B22的输入端连接循环冷却水箱3储存的循环冷却水，截止阀B22输出端连接管式换热器2；
所述碱基喷射系统中：四个并联的雾化喷嘴5的输出端接于烟气换热系统的管式换热器 2之后，每个雾化喷嘴5的输入端分别与截止阀C23、截止阀D24、截止阀E25和截止阀F26 相连，形成四个支路，每个支路上均于截止阀的输入端设有压力测点7，四个支路上每个截止阀的输入端连接截止阀G27的输出端；截止阀G27的输入端与流量计16的一端相连，流量计16的另一端连接截止阀H28和截止阀I29的输出端；截止阀G27与流量计16之间设有压力测点7；截止阀H28的输入端与储液箱20相连，截止阀I29的输入端连接输送泵17的输出端；输送泵17的输入端与储液箱20相连；所述储液箱20的输入端与工艺水相连，储液箱20内部设有搅拌器21，储液箱20的上部有加药口19，储液箱20上设有pH计18；
所述烟气/氨气混合系统中：烟气/氨气混合器8的输入端与碱基喷射系统中的四个并联的雾化喷嘴5的输出端相连；氨气/稀释风隔离阀9的输入端与氨/稀释风相连，氨气/稀释风隔离阀9的输出端与烟气/氨气混合器8相连；
所述反应器系统中：脱硝反应器A进口阀门10和脱硝反应器B进口阀门11的输入端均与烟气/氨气混合器8的输出端相连；脱硝反应器A进口阀门10、脱硝反应器B进口阀门11和烟气/氨气混合器8之间设有SO3浓度监测点4；脱硝反应器A进口阀门10的输出端与脱硝反应器A12的输入端相连，脱硝反应器B进口阀门11的输出端与脱硝反应器B13的输入端相连；脱硝反应器A12和脱硝反应器B13内部均置有脱硝催化剂；
所述反应器系统中的脱硝反应器A12和脱硝反应器B13的输出端均与高温引风机14的输入端相连，高温引风机14的输出端与烟气回流隔离阀15相连；所述脱硝反应器A12和脱硝反应器B13并联，且采用炉式开门方式，方便装卸脱硝催化剂；所述四个并联的雾化喷嘴并排放置且相隔五米，可用于进行烟气与吸收液混合时间对SO3脱除效率影响的试验；所述烟气换热系统、碱基喷射系统、烟气/氨气混合系统和反应器系统的各个部件及管道均采用耐高温，耐磨损的材料；所述储液箱20的内部材料及搅拌器21采用防碱材料；所述脱硝反应器出口烟气回流母管可适当缩小管径，从而加快烟气回流母管内的烟气流速，以达到更好的输灰效果，放置烟气管路堵塞；所述雾化喷嘴5应可更换喷嘴大小，从而改变颗粒物粒径。
一种实施例：如图1所示，这套利用碱基喷射脱除燃煤烟气中SO3的中试测试装置包括管式换热器2、循环冷却水箱3、雾化喷嘴5、烟气/氨气混合器8、反应器A12、反应器B13、高温引风机14、流量计16、输送泵17、pH计18、储液箱20、搅拌器21和各调节阀门。烟气/氨气、循环冷却水、吸收液的流向均用实心的箭头指示。
利用碱基喷射脱除燃煤烟气中SO3的中试装置测试方法具体如下：
打开原烟气进口隔离阀1、反应器A进口阀门10或反应器B进口阀门11(也可同时打开)、烟气回流隔离阀15和高温引风机14，使自锅炉省煤器出口落灰段后、脱硝反应器进口断面前引出烟温在300～400℃范围内的实际工况烟气进入本系统。
通过调节管式换热器2内循环冷却水的流量来控制烟气温度；所述经管式换热器2换热后的烟气温度范围在150～400℃。
调节好温度的烟气进入碱基喷射烟道；所述碱基喷射烟道至脱硝反应器进口烟道之间的烟道长度应在15m以上，保证吸收液雾滴与烟气中SO3反应时间在1～10秒之间；吸收液输送泵17将制备好的吸收液(Na2CO3、NaHCO3、NaOH等)经流量计16控制调节流量后，通过雾化喷嘴5喷入烟道中，与烟气混合后反应，脱除烟气中的SO3；经雾化喷嘴5喷入烟道中的吸收液雾滴粒径范围为10～100μm。
经烟温调节和SO3脱除反应后烟气经烟气/氨气混合器8与氨气混合均匀后进入反应器 A12、反应器B13；进行脱硝处理。所述烟气/氨气混合器8阻力≤200Pa。
脱硝处理后的烟气经过高温引风机14回流至锅炉空预器出口至除尘器进口管道。
如图1所示，氨/稀释风混合气体内氨的浓度与工业应用保持相同。
设置试验条件为：烟温350℃，喷嘴直径20μm，用Na2CO3、NaOH和NaHCO3作为吸收剂，吸收剂SO3摩尔比4:1。如图2所示，根据反应时间对SO3脱除效率影响的试验可知： SO3的脱除效率随着反应时间的延长而增加，当反应时间在2.5s以上时，Na2CO3对SO3的脱除效率在90％以上。
设置试验条件为：利用Na2CO3作用吸收剂，吸收剂/SO3摩尔比为4:1，反应时间2.5s，喷嘴直径20μm；如图3所示，根据烟气温度对SO3脱除效率影响的试验可知：当烟温在200～ 380℃范围内，SO3脱除效率随烟温的升高，先上升后略微下降，且SO3脱除效率均保持在80％以上。
设置试验条件为：利用Na2CO3作用吸收剂，吸收剂SO3摩尔比为4:1，烟温350℃，反应时间2.5s。如图4所示，根据雾化喷嘴5直径对SO3脱除效率影响的试验可知：雾化喷嘴5直径越小，SO3脱除效率越高。原因可能是当雾化喷嘴5直径越小时，雾滴直径相应减小，高温干化后，颗粒物的粒径越小，与烟气中SO3接触面积增大，使吸收反应更加充分。
设置试验条件为：利用Na2CO3作用吸收剂，烟温350℃，反应时间2.5s，喷嘴直径20μm。如图5所示，根据吸收剂/SO3摩尔比对SO3脱除效率影响的试验可知：当Na2CO3/SO3摩尔比从1:1上升至4:1时，SO3脱除效率快速上升；当Na2CO3/SO3摩尔比从4:1上升至5:1 时，SO3脱除效率几乎不再变化，且高于90％。

Claims (7)

1.一种利用碱基喷射脱除燃煤烟气中SO3的中试测试装置，其特征在于：包括烟气换热系统、碱基喷射系统、烟气/氨气混合系统和反应器系统；所述烟气换热系统包括循环冷却水箱(3)和管式换热器(2)；所述碱基喷射系统包括储液箱(20)、搅拌器(21)、和雾化喷嘴(5)；所述烟气/氨气混合系统包括烟气/氨气混合器(8)；所述反应器系统包括脱硝反应器A(12)、脱硝反应器B(13)和置于反应器内的脱硝催化剂。
2.根据权利要求1所述的利用碱基喷射脱除燃煤烟气中SO3的中试测试装置，其特征在于：
所述烟气换热系统中：管式换热器(2)的输入端与原烟气进口隔离阀(1)直接相连；管式换热器(2)与循环冷却水箱(3)之间连有两个截止阀，其中截止阀A(6)的输入端连接管式换热器(2)，截止阀A(6)的输出端连接循环冷却水箱(3)，截止阀B(22)的输入端连接循环冷却水箱(3)储存的循环冷却水，截止阀B(22)输出端连接管式换热器(2)；
所述碱基喷射系统中：四个并联的雾化喷嘴(5)的输出端接于烟气换热系统的管式换热器(2)之后，每个雾化喷嘴(5)的输入端分别与截止阀C(23)、截止阀D(24)、截止阀E(25)和截止阀F(26)相连，形成四个支路，每个支路上均于截止阀的输入端设有压力测点(7)，四个支路上每个截止阀的输入端连接截止阀G(27)的输出端；截止阀G(27)的输入端与流量计(16)的一端相连，流量计(16)的另一端连接截止阀H(28)和截止阀I(29)的输出端；截止阀G(27)与流量计(16)之间设有压力测点(7)；截止阀H(28)的输入端与储液箱(20)相连，截止阀I(29)的输入端连接输送泵(17)的输出端；输送泵(17)的输入端与储液箱(20)相连；所述储液箱(20)的输入端与工艺水相连，储液箱(20)内部设有搅拌器(21)，储液箱(20)的上部有加药口(19)，储液箱(20)上设有pH计(18)；
所述烟气/氨气混合系统中：烟气/氨气混合器(8)的输入端与碱基喷射系统中的四个并联的雾化喷嘴(5)的输出端相连；氨气/稀释风隔离阀(9)的输入端与氨/稀释风相连，氨气/稀释风隔离阀(9)的输出端与烟气/氨气混合器(8)相连；
所述反应器系统中：脱硝反应器A进口阀门(10)和脱硝反应器B进口阀门(11)的输入端均与烟气/氨气混合器(8)的输出端相连；脱硝反应器A进口阀门(10)、脱硝反应器B进口阀门(11)和烟气/氨气混合器(8)之间设有SO3浓度监测点(4)；脱硝反应器A进口阀门(10)的输出端与脱硝反应器A(12)的输入端相连，脱硝反应器B进口阀门(11)的输出端与脱硝反应器B(13)的输入端相连；脱硝反应器A(12)和脱硝反应器B(13)内部均置有脱硝催化剂；
所述反应器系统中的脱硝反应器A(12)和脱硝反应器B(13)的输出端均与高温引风机(14)的输入端相连，高温引风机(14)的输出端与烟气回流隔离阀(15)相连。
3.根据权利要求2所述的利用碱基喷射脱除燃煤烟气中SO3的中试测试装置，其特征在于：所述脱硝反应器A(12)和脱硝反应器B(13)并联，且采用炉式开门方式；所述四个并联的雾化喷嘴并排放置且相隔五米。
4.根据权利要求2所述的利用碱基喷射脱除燃煤烟气中SO3的中试测试装置，其特征在于：所述烟气换热系统、碱基喷射系统、烟气/氨气混合系统和反应器系统的各个部件及管道均采用耐高温，耐磨损的材料；所述储液箱(20)的内部材料及搅拌器(21)采用防碱材料。
5.一种如权利要求2所述的利用碱基喷射脱除燃煤烟气中SO3的中试测试装置的操作方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1、打开原烟气进口隔离阀(1)、脱硝反应器A进口阀门(10)、脱硝反应器B进口阀门(11)、烟气回流隔离阀(15)和高温引风机(14)，使自锅炉省煤器出口落灰段后、脱硝反应器进口断面前引出烟气，并将烟气引入本装置；
步骤2、通过调节管式换热器(2)内循环冷却水的流量来调节管式换热器(2)出口烟气温度；调节好温度的烟气进入碱基喷射烟道；
步骤3、用吸收液输送泵(17)将配制好的碱基吸收液经流量计(16)控制调节流量后，通过雾化喷嘴(5)喷入烟道，吸收烟气中的三氧化硫，多余的碱基吸收液回流至储液箱(20)中；
步骤4、经烟温调节和SO3脱除反应后的烟气进入烟气/氨气混合器(8)，与还原剂NH3充分混合均匀后，进入脱硝反应器A(12)和脱硝反应器B(13)；调节脱硝反应器A进口阀门(10)和脱硝反应器B进口阀门(11)的开度和高温引风机(14)的功率，控制脱硝反应器A(12)和脱硝反应器B(13)内烟气流速为约5m/s，进行脱硝处理；脱硝处理后的烟气经过高温引风机(14)回流至锅炉空预器出口至除尘器进口断面；
步骤5、通过使用在线三氧化硫浓度监测装置监测管式换热器(2)出口、脱硝反应器A(12)进口和脱硝反应器B(13)进口处的SO3浓度监测点(4)，计算三氧化硫的脱除效率；
步骤6、使用管式换热器(2)调节烟气温度，控制吸收液喷射量；更换管式换热器(2)的喷嘴大小，调整喷射点位；研究烟气温度、吸收剂/SO3摩尔比、颗粒物粒径和反应时间对SO3脱除效率的影响。
6.根据权利要求5所述的利用碱基喷射脱除燃煤烟气中SO3的中试测试装置的操作方法，其特征在于：步骤2所述管式换热器(2)中，循环冷却水流动方向与烟气气流方向相反。
7.根据权利要求5所述的利用碱基喷射脱除燃煤烟气中SO3的中试测试装置的操作方法，其特征在于：步骤3所述雾化喷嘴(5)的喷射方向与烟气气流方向相同。
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