CN111346493A - 一种循环流化床锅炉、炉内sncr脱硝装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种循环流化床锅炉、炉内SNCR脱硝装置及工艺，SNCR脱硝装置包括喷射系统，喷射系统的介质入口连通冷却风系统、尿素输送管道和压缩空气输送管道，喷射系统包括若干个多点连续喷射装置，多点连续喷射装置从外到内同轴设置喷射装置套管、压缩空气管路和尿素溶液管路，沿着多点连续喷射装置的轴线方向设置若干喷射装置雾化喷头，喷射装置雾化喷头连通喷射装置套管、压缩空气管路和尿素溶液管路，还原剂溶液和压缩空气进行分配后进入多点连续喷射装置，雾化后顺流喷射进入烟气中，实现断面覆盖，同时对本装置进行冷却，能够提高脱硝效率，降低还原剂耗量和运行成本，解决中低负荷情况下循环流化床锅炉氮氧化物超低排放达标问题。
Description
技术领域
本发明属于火力发电脱硝技术领域，具体涉及一种循环流化床锅炉、炉内SNCR脱硝装置及工艺。
背景技术
由于循环流化床锅炉的燃烧温度窗口在900℃左右，燃烧温度较低，空气中的氮气基本无法转化为氮氧化物，其氮氧化物原始生成量远低于煤粉锅炉(超过1000mg/m3)，普遍在200～400mg/m3。此外，循环流化床锅炉锅炉由于布置有炉外旋风分离器，烟气停留时间较长，且烟气在分离器内剧烈湍流，烟气混合效果好，因此，SNCR技术在循环流化床锅炉锅炉中可以取得较高的脱硝效率，工程实践表明，煤粉锅炉SNCR脱硝效率为30～50％，而循环流化床锅炉SNCR脱硝效率则可以达到75％左右。
当前循环流化床锅炉SNCR工艺典型流程为：固体尿素在蒸汽加热作用下溶解成为质量浓度较高的尿素溶液，与稀释水混合后成为质量浓度较低的尿素溶液，经过分配后，进入尿素喷射装置，喷入烟道中与氮氧化物进行反应。由于锅炉炉膛、分离器入口、分离器出口和尾部烟道等烟气流程中不同节点烟气温度、粉尘浓度等工况参数差异很大，而SNCR技术最佳反应温度窗口为850～950℃，烟气中粉尘往往对脱硝效率有降低作用，停留时间越长，还原剂混合程度越好，脱硝效率越高，因此，SNCR技术核心在还原剂喷射位置的布置选择上。
当前工程实践中，还原剂喷射装置往往安装在分离器入口处，该位置反应温度在锅炉中高负荷情况下能够基本保持在850℃以上，且由于旋风分离器的存在，烟气湍流程度较高，停留时间较长，还原剂的混合程度较好，脱硝效率较高，能够达到75％。但是，该种工艺方案同时也存在以下问题：(1)中低负荷情况下，分离器入口烟气温度低于800℃，脱硝反应效率严重下降；(2)粉尘浓度高，还原剂喷入烟道后受到粉尘影响较大；(3)受反应停留时间限制，脱硝效率很难进一步提升，对氮氧化物生成浓度高于250mg/m3左右的循环流化床锅炉，脱硝效率无法保证超低排放要求；(4)烟气流速高，还原剂喷射装置磨损大，只能贴烟道壁布置，导致还原剂混合程度受限；(5)部分循环流化床锅炉分离器入口烟道外部空间受限，无法合理布置喷射装置；(6)部分循环流化床锅炉不具备外部旋风分离器，无法进行喷射装置布置。
考虑到循环流化床锅炉面临着深度调峰，中低负荷燃烧时间加长的迫切需求；脱硝效率不高意味着尿素利用率低，氨逃逸浓度高，不仅造成脱硝装置运行成本大幅度提高，而且对锅炉后续设备(如空预器、低温省煤器等)造成堵塞和腐蚀；部分不具备外部旋风分离器或外部空间受限的循环流化床锅炉无法采用SNCR技术，其他脱硝技术建造成本和运行成本均较高。因此，针对以上问题，开发一种新型SNCR脱硝超低排放工艺具有巨大的现实意义和经济价值。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种循环流化床锅炉、炉内SNCR脱硝装置及工艺，通过炉膛内截面网格化布置多点连续SNCR喷射装置，提高脱硝效率，降低还原剂耗量和运行成本，解决了中低负荷情况下循环流化床锅炉氮氧化物超低排放达标和部分原始生成浓度较高或不具备外部旋风分离器或外部空间受限的循环流化床锅炉脱硝超低排放改造的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种循环流化床锅炉炉内SNCR脱硝装置，包括喷射系统，喷射系统的介质入口连通冷却风系统、尿素输送管道和压缩空气输送管道，喷射系统包括若干个多点连续喷射装置，多点连续喷射装置从外到内同轴设置喷射装置套管、压缩空气管路和尿素溶液管路，沿着多点连续喷射装置的轴线方向设置若干喷射装置雾化喷头，喷射装置雾化喷头连通喷射装置套管、压缩空气管路和尿素溶液管路。
喷射装置雾化喷头的开口朝上。
多点连续喷射装置的两端均为介质入口，介质入口连通冷却风系统、尿素输送管道和压缩空气输送管道。
压缩空气管路连通压缩空气输送管道，尿素溶液管路连通尿素输送管道，喷射装置套管连通冷却风系统的输出管路；SNCR系统尿素溶液母管通过尿素分配系统分为若干支路管道连通尿素溶液管路，SNCR系统压缩空气母管通过压缩空气分配系统分为若干支路管道连通压缩空气管路。
冷却风系统的冷风来源为高压流化风机或一次风机。
多点连续喷射装置的间隔为0.5-1.5m，喷射装置雾化喷头的间隔为0.5-1.0m。
一种循环流化床锅炉，炉膛内安装权利要求1-6中任意一项所述的炉内SNCR脱硝装置，炉内喷射系统安装于锅炉本体，喷射系统安装在炉膛密相区以上。
炉膛的烟气出口连接旋风分离器。
一种循环流化床锅炉炉内SNCR脱硝工艺，向炉膛密相区以上喷施尿素溶液、压缩空气以及冷却风的混合喷雾，在脱销的窗口温度进行脱销还原反应。
所述窗口温度为800℃-950℃。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明通过循环流化床锅炉炉膛内脱硝还原剂的雾化喷射，解决锅炉中低负荷时分离器入口烟气温度较低，脱硝反应效率较低的问题，能实现锅炉全负荷范围内SNCR脱硝工艺高效率运行，同时还有助于提高炉膛反应效率；为部分分离器入口外部空间受限，无法优化安装SNCR还原剂喷射装置，或不带有炉外旋风分离器的循环流化床锅炉脱硝超低排放提供了低成本高效解决问题的方案；能够进一步延长脱硝反应停留时间，提高脱硝反应效率，降低脱硝还原剂耗量和运行成本，降低脱硝反应氨逃逸量，减少空预器等锅炉后续设备的腐蚀和堵塞；有助于循环流化床锅炉超低排放达标。
进一步的，喷射装置雾化喷头的开口朝上，有利于雾化的脱硝溶液与烟气充分混合。
进一步的，多点连续喷射装置的两端均为介质入口，介质入口连通冷却风系统、尿素输送管道和压缩空气输送管道，降低管道阻力，避免管道末端压力过小的问题，冷却风、尿素溶液以及空气同时进入喷射装置，进而一起在炉膛中雾化参与脱硝反应。
进一步的，冷却风系统的冷风来源为高压流化风机或一次风机，充分利用现有设备，节省投资，提高冷却风系统利用率。
本发明提供的循环流化床锅炉，炉膛中设置本发明所述，SNCR脱硝装置，喷射系统安装在炉膛密相区以上，能充分利用炉膛热量，尿素溶液在温度窗口以及足够密度的颗粒进行反应。
本发明所述炉内SNCR脱硝工艺，同时将压缩空气、尿素溶液和冷却风混合喷入炉膛，一方面冷却风对喷射系统发挥冷却作用后，进入炉膛和压缩空气参与脱硝反应，提高炉膛氧气量，提高反应效率以及脱硝效率。
附图说明
图1为本发明锅炉本体布置位置图；
图2为锅炉炉膛截面工艺系统布置图；
图3为多点连续喷射装置结构示意图。
附图中，1-锅炉本体，2-旋风分离器，3-尿素/压缩空气分配系统，4-冷却风系统，5-炉内喷射系统，6-多点连续喷射装置，7-尿素/压缩空气输送管道，8-尿素/压缩空气控制阀门，9-冷却风管道，10-冷却风控制阀门，11-SNCR系统尿素溶液母管，12-SNCR系统压缩空气母管，13-喷射装置套管，14-压缩空气管路，15-尿素溶液管路，16-喷射装置雾化喷头。
具体实施方式
下面结合具体实施例以及附图对本发明进行详细阐述。
如图1和图2所示，一种循环流化床锅炉炉内SNCR脱硝装置，包括喷射系统5，喷射系统5的介质入口连通冷却风系统4、尿素输送管道和压缩空气输送管道，喷射系统5包括若干个多点连续喷射装置6，多点连续喷射装置6从外到内同轴设置喷射装置套管13、压缩空气管路14和尿素溶液管路15，沿着多点连续喷射装置6的轴线方向设置若干喷射装置雾化喷头16，喷射装置雾化喷头16连通喷射装置套管13、压缩空气管路14和尿素溶液管路15；喷射装置雾化喷头16的开口朝上。
多点连续喷射装置6的两端均为介质入口，介质入口连通冷却风系统4、尿素输送管道和压缩空气输送管道。
压缩空气管路14连通压缩空气输送管道，尿素溶液管路15连通尿素输送管道，喷射装置套管13连通冷却风系统4的输出管路；SNCR系统尿素溶液母管12通过尿素分配系统3分为若干支路管道连通尿素溶液管路15，SNCR系统压缩空气母管13通过压缩空气分配系统分为若干支路管道连通压缩空气管路14。
冷却风系统4的冷风来源为高压流化风机或一次风机。
本发明还提供一种循环流化床锅炉，炉膛内安装所述的炉内SNCR脱硝装置，炉内喷射系统5安装于锅炉本体1，喷射系统5安装在炉膛密相区以上。
炉膛的烟气出口连接旋风分离器2。
一种循环流化床锅炉炉内SNCR脱硝工艺，向炉膛密相区以上喷施尿素溶液、压缩空气以及冷却风的混合喷雾，在脱销的窗口温度进行脱销还原反应。
所述窗口温度为800℃-950℃。
如图1和图2所示，一种循环流化床锅炉炉内网格化SNCR脱硝超低排放系统，包括炉内喷射系统5，炉内喷射系统5安装于锅炉本体1中，设置在炉膛密相区以上，锅炉本体1可以带有或不带有旋风分离器2；炉内喷射系统5的尿素溶液/压缩空气接口与尿素/压缩空气输送管道7连接，经过尿素/压缩空气控制阀门8，与尿素/压缩空气分配系统3连接，尿素/压缩空气分配系统3的接口与SNCR系统尿素溶液母管11和SNCR系统压缩空气母管12连接；炉内喷射系统5的冷却风接口与冷却风管道9连接，经过冷却风控制阀门10，与冷却风系统4连接；炉内喷射系统5包含若干个多点连续喷射装置6，间隔0.5～1.5m。
冷却风取自高压流化风机或一次风机。
如图3所示，多点连续喷射装置6安装于锅炉前墙和后墙之间的炉膛内；多点连续喷射装置6从外到内包含喷射装置套管13、压缩空气管路14和尿素溶液管路15；多点连续喷射装置6顺流烟气流向安装有喷射装置雾化喷头16，间隔0.5～1m。
如图1-3所示，本发明循环流化床锅炉炉内网格化SNCR脱硝超低排放工艺，炉内喷射系统5安装在锅炉本体1上；尿素溶液和压缩空气分别由SNCR系统尿素溶液母管11和SNCR系统压缩空气母管12引至尿素/压缩空气分配系统3，再经由尿素/压缩空气输送管道7和尿素/压缩空气控制阀门8，送至炉内喷射系统5的喷射装置多点连续喷射装置6；高压流化风或一次冷风经冷却风系统4由冷却风管道9和冷却风控制阀门10送往炉内喷射系统5的喷射装置多点连续喷射装置6；在多点连续喷射装置6内，冷却风在喷射装置套管13和压缩空气管路14之间流动，压缩空气在压缩空气管路14和尿素溶液管路15之间流动，尿素溶液在尿素溶液管路15之间流动；冷却风、压缩空气和尿素溶液最终均经由喷射装置雾化喷头16顺流喷向锅炉炉膛内，发生脱硝还原反应，经实践验证，本发明能够在部分原始氮氧化物生成浓度较高的循环流化床锅炉上进行应用，实现超低排放达标。
Claims (10)
1.一种循环流化床锅炉炉内SNCR脱硝装置，其特征在于，包括喷射系统(5)，喷射系统(5)的介质入口连通冷却风系统(4)、尿素输送管道和压缩空气输送管道，喷射系统(5)包括若干个多点连续喷射装置(6)，多点连续喷射装置(6)从外到内同轴设置喷射装置套管(13)、压缩空气管路(14)和尿素溶液管路(15)，沿着多点连续喷射装置(6)的轴线方向设置若干喷射装置雾化喷头(16)，喷射装置雾化喷头(16)连通喷射装置套管(13)、压缩空气管路(14)和尿素溶液管路(15)。
2.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉炉内SNCR脱硝装置，其特征在于，喷射装置雾化喷头(16)的开口朝上。
3.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉炉内SNCR脱硝装置，其特征在于，多点连续喷射装置(6)的两端均为介质入口，介质入口连通冷却风系统(4)、尿素输送管道和压缩空气输送管道。
4.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉炉内SNCR脱硝装置，其特征在于，压缩空气管路(14)连通压缩空气输送管道，尿素溶液管路(15)连通尿素输送管道，喷射装置套管(13)连通冷却风系统(4)的输出管路；SNCR系统尿素溶液母管(12)通过尿素分配系统(3)分为若干支路管道连通尿素溶液管路(15)，SNCR系统压缩空气母管(13)通过压缩空气分配系统分为若干支路管道连通压缩空气管路(14)。
5.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉炉内SNCR脱硝装置，其特征在于，冷却风系统(4)的冷风来源为高压流化风机或一次风机。
6.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉炉内SNCR脱硝装置，其特征在于，多点连续喷射装置(6)的间隔为0.5-1.5m，喷射装置雾化喷头(16)的间隔为0.5-1.0m。
7.一种循环流化床锅炉，其特征在于，炉膛内安装权利要求1-6中任意一项所述的炉内SNCR脱硝装置，炉内喷射系统(5)安装于锅炉本体(1)，喷射系统(5)安装在炉膛密相区以上。
8.根据权利要求7所述的循环流化床锅炉，其特征在于，炉膛的烟气出口连接旋风分离器(2)。
9.一种循环流化床锅炉炉内SNCR脱硝工艺，其特征在于，向炉膛密相区以上喷施尿素溶液、压缩空气以及冷却风的混合喷雾，在脱销的窗口温度进行脱销还原反应。
10.根据权利要求9所述的循环流化床锅炉炉内SNCR脱硝工艺，其特征在于，所述窗口温度为800℃-950℃。
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