CN111686570A - 一种用于独立热源粉磨系统尾气脱硝的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于大气污染物治理技术领域，特别是涉及一种用于独立热源粉磨站烟气脱硝的系统和方法。该系统包括依次连接的磨机、收尘器、尾排风机和烟囱，还包括氨水接收和储存单元、氨水计量单元、喷氨及雾化回路、热风炉、若干旋风反应器及自动控制单元；氨水接收和储存单元包括氨水卸车泵、氨水储罐和氨水吸收装置；氨水计量单元用于将氨水储罐中的脱硝氨水升高到一定压力并输送至喷氨及雾化回路，热风炉内的烟气通过烟气管道进入旋风反应器；同时经过雾化的氨水也进入旋风反应器；自动控制单元根据烟囱氮氧化物的实际排放值自动调节氨水的喷入量。本发明可有效增加氨水在合适温度窗口的停留时间，提高氨水与烟气的混合效果，进而提高脱硝效率。

Description

一种用于独立热源粉磨系统尾气脱硝的系统和方法

技术领域

本发明属于大气污染物治理技术领域，特别是涉及一种用于独立热源粉磨站烟气脱硝的系统和方法。

背景技术

随着我国工业的不断发展和生产技术的不断革新，采用独立热源的粉磨站越来越多。独立热源粉磨站或粉磨系统一般采用煤粉或者燃料油等作为燃料，使用热风炉等设备进行燃烧，燃烧后高温烟气与磨机系统的回风进行混合后送入磨机烘干。由于使用煤粉或者天燃料油为燃料，在燃烧过程中会产生氮氧化物、二氧化硫等一系列大气污染物。

氮氧化物NO_x(NO、NO₂、N₂O等)是一种重要的大气污染物，是雾霾的主要有害成分之一，严重危害人类健康。为了保护环境，《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2013)等国家和地方标准也已经对使用独立热源的烘干设备的氮氧化物排放至进行了规定。

目前工业上常用的烟气脱硝技术主要SCR烟气脱硝法以及SNCR烟气脱硝法。其中SNCR烟气脱硝技术无需催化剂的作用，将氨水、尿素等氨基溶液喷入炉内温度为50℃～1100℃的区域内，即可将烟气中的氮氧化物还原成氮气和水，具有占地少、投资小、运行成本低、系统简单等优点，可与其他低氮燃烧技术联合应用，以满足氮氧化物超低排放的要求。SNCR的脱硝效率受温度、CO浓度、停留时间、氨水混合效果、NOx初值、NSR、燃烧条件、氨逃逸等因素的影响，其中温度、停留时间及混合效果是三个主要影响因素。采用独立热源(热风炉)的粉磨站烟气不具备合适的条件，故SNCR系统无法在独立热源(热风炉)的粉磨站直接应用。针对独立热源粉磨站烟气条件和设备等特点，亟需寻求一种高效且经济的烟气脱硝方案。

发明内容

针对现有粉磨站烟气氮氧化物减排的问题，本发明的目的在于提供用于独立热源粉磨站烟气脱硝的系统和方法。本发明可有效增加氨水的炉内停留时间，提高氨水与烟气的混合效果，进而大大提高SNCR脱硝效率，为独立热源粉磨站的烟气脱硝提供了可行的技术，具有可观的经济及环保效益。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种独立热源粉磨站烟气脱硝系统，包括依次连接的磨机、收尘器、尾排风机和烟囱，其特征在于：还包括氨水接收和储存单元、氨水计量单元、喷氨及雾化回路、热风炉、若干旋风反应器及自动控制单元；

所述氨水接收和储存单元包括氨水卸车泵、氨水储罐和氨水吸收装置；所述氨水卸车泵将氨水输送到氨水储罐进行储存；氨水卸车过程和氨水储存过程中释放的氨水通过所述氨水吸收装置吸收；

所述氨水计量单元包括压缩空气输入主管和与氨水储罐连接的氨水输送主管，所述氨水输送主管上设有升压泵；

所述喷氨及雾化回路包括设在所述氨水输送主管末端的多个并联的氨水输送分支，每个氨水输送分支的末端与一个双流体喷枪的液流管道连接；还包括设在所述压缩空气输入主管末端的多个并联的压缩空气输出分支，每个压缩空气输出分支的末端与一个所述双流体喷枪的气流管道连接；

所述热风炉的烟气通过烟气管道进入旋风反应器；所述双流体喷枪的喷嘴位于烟气管道内，烟气与经过雾化的氨水同时从烟气管道进入旋风反应器并充分混合。

所述旋风反应器的结构与旋风分离器的结构相同，反应器进口位于旋风反应器顶部一侧且与热风炉烟气管道连接；反应器出口位于旋风反应器顶部；

所述磨机的入口与每个旋风反应器的反应器出口连接；所述磨机的出口与收尘器连接；

所述自动控制单元根据烟囱氮氧化物的实际排放值自动调节氨水的喷入量以达到标准要求。

进一步，所述氨水输送主管上设有液体压力传感器；所述压缩空气输入主管上设有气体压力传感器。

进一步，所述每个压缩空气输出分支上设有气体流量电动调节阀和气体流量计。

进一步，所述每个氨水输送分支上设有液体流量电动调节阀和液体流量计。

进一步，所述自动控制单元包括安装在烟囱上的烟气分析仪和计算机，所述烟气分析仪用来将烟囱中氮氧化物的排放值通过信号传送给计算机；计算机用来控制液体流量电动调节阀和气体流量电动调节阀。

进一步，磨机的出口管路与入口管路之间设有降温管道和回风引风机；磨机使用过的低温烟气通过降温管道一部分回收到磨机入口处并与高温烟气混合后再次进入磨机。

进一步，所述热风炉的炉膛出口烟道并联有两个旋风反应器，每个所述旋风反应器前的管路上分别设置若干并联的双流体喷枪；连接两个旋风反应器顶部的反应器出口的管道合二为一后进入磨机。

进一步，所述旋风反应器底部的出料端安装与热风炉炉膛底部相连的翻板阀门，旋风反应器与热风炉共用排灰设施，旋风反应器内分离出来的粉尘通过重力作用不定期排入热风炉炉膛底部。

更进一步，上述独立热源粉磨站烟气脱硝的方法，包括如下步骤：

S1、来自氨水储罐的氨水依次经氨水输送主管和多个并联的氨水输送分支进入双流体喷枪内；同时来自独立空压机的压缩空气经压缩空气输入主管和多个并联的压缩空气输出分支进入对应的双流体喷枪；在所述升压泵的作用下，双流体喷枪内氨水的压力为至0.4-0.6MPa，能够以雾化形态进入烟气管道内；

S2、氨水和热风炉内的烟气经烟气管道一起进入旋风反应器并混合；

S3、烟气和氨水在旋风反应器中发生贴壁旋流和折流后进一步与氨水混合并发生脱销反应，以降低氮氧化物的浓度；

S4、脱硝处理后的烟气经反应器出口依次进入磨机、收尘器和尾排风机排出到烟囱；

S5、烟气分析仪监测到烟囱内氮氧化物的浓度并反馈给计算机，计算机通过与标准浓度对比后，通过液体流量电动调节阀调节氨水使用量直至达到标准要求，同时计算机控制气体流量电动调节阀使压缩空气流量与氨水流量匹配达到喷枪雾化的要求。

本发明是在传统脱硝系统的基础上增加了氨水计量单元、喷氨及雾化回及旋风反应器；具有如下优点和积极效果：

(1)每个连接双流体喷枪的氨水输送分支均设置一个液体流量电动调节阀和液体流量计，每个压缩空气输出分支上均设置一个气体流量电动调节阀和气体流量计，每支喷枪压缩空气流量跟随该支喷枪氨水流量进行调节的方式，可以保证雾化效果并能根据烟气条件的改变准确的进行喷射流量的调节，有利于克服烟气的不均匀性造成的不良影响，从而脱硝效率达到85％以上，提高氨水的利用率，有效降低氨逃逸。

(2)本发明中设置多个并联的氨水输送分支和双流体喷枪以提高氨水与烟气混合的效果；

(3)本发明在在热风炉炉膛出口布置若干旋风反应器，喷入脱硝还原剂的烟气进入旋风反应器后，通过烟气贴壁向下旋流和向上折流，大大延长了SNCR脱硝还原剂与烟气在反应温度窗口的停留时间，并提高了还原剂与烟气的混合效果，进而大大提高了SNCR脱硝反应的脱硝效率，具有良好的经济效益及环境效益。

(4)磨机的出口管路与入口管路之间设有降温管道和回风引风机；这样磨机使用过的低温烟气通过降温管道一部分回收到磨机入口处，从而与高温烟气混合后再次进入磨机，保证了磨机内烟气的使用温度。

附图说明

图1为本发明实施例1中脱硝系统的示意图；

图2为图1中氨水计量单元和喷氨及雾化回路的放大图；

图3为本发明实施例2中脱硝系统的示意图。

其中：

1、氨水接收和储存单元；11、氨水卸车泵；12、氨水储罐；

2、氨水计量单元；21、氨水输送主管；22、升压泵；23、液体压力传感器；24、压缩空气输入主管；25、气体压力传感器；

3、喷氨及雾化回路；31、氨水输送分支；32、液体流量电动调节阀；33、液体流量计；34、双流体喷枪；35、压缩空气输出分支；36、气体流量电动调节阀；37、气体流量计；

4、热风炉；41、烟气管道；

5、旋风反应器；51、反应器进口；52、反应器出口；

6、磨机；61、降温管道；62、回风引风机；7、收尘器；8、尾排风机；9、烟囱。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

实施例1：

如图1、2所示，一种独立热源粉磨站烟气脱硝系统，包括依次连接的磨机6、收尘器7、尾排风机8和烟囱9，还包括氨水接收和储存单元1、氨水计量单元2、喷氨及雾化回路3、热风炉4、若干旋风反应器5及自动控制单元；

所述氨水接收和储存单元1包括设置在密封卸车环境中的氨水卸车泵11、氨水储罐12和氨水吸收装置；SNCR脱硝使用的氨水通过罐车运输到使用场所，通过所述氨水卸车泵11输送到氨水储罐12进行储存；所述氨水吸收装置的作用是吸收在氨水卸车过程和氨水储存过程中释放的氨水，以避免泄露到外界空气中造成污染。

所述氨水计量单元2用于将氨水储罐12中的脱硝氨水升高到一定压力并输送至喷氨及雾化回路3，以便形成脱硝用的雾化状氨水。所述氨水计量单元2包括与氨水储罐12连接的氨水输送主管21，所述氨水输送主管21上设有升压泵22和液体压力传感器23，还包括压缩空气输入主管24，所述压缩空气输入主管24上设有球阀和气体压力传感器25。

所述喷氨及雾化回路3包括设在所述氨水输送主管21末端的多个并联的氨水输送分支31，每个氨水输送分支31的末端与一个双流体喷枪34的液流管道连接；所述每个氨水输送分支31上设有液体流量电动调节阀32和液体流量计33；还包括设在所述压缩空气输入主管24末端的多个并联的压缩空气输出分支35，每个压缩空气输出分支35的末端与一个所述双流体喷枪34的气流管道连接，从而氨水与压缩空气通过双流体喷枪34充分混合雾化并喷入所述旋风反应器5；所述每个压缩空气输出分支35上设有气体流量电动调节阀36和气体流量计37；本发明中所使用的压缩空气为独立空压机供给，保证压缩空气的压力和流量。

所述热风炉4的烟气通过烟气管道进入旋风反应器5；所述双流体喷枪的喷嘴处设有与烟气管道连接的法兰，喷嘴位于烟气管道内，烟气与经过雾化的氨水同时从烟气管道进入旋风反应器5并充分混合。

所述旋风反应器5的结构与旋风分离器的结构相同，反应器进口51位于旋风反应器5顶部一侧且与热风炉烟气管道41连接；反应器出口52位于旋风反应器5顶部；经雾化的氨水与烟气通过反应器进口51进入到旋风反应器5后向下做贴壁旋流，在旋风反应器5锥部向上折返，在此过程中充分混合并进行脱销反应，从而降低氮氧化物浓度，反应后的烟气最终从反应器出口52排出。旋风反应器5下端的锥部结构可以保证脱硝反应的停留时间达到0.5秒以上，满足化学反应的要求，同时通过旋流和折流进一步增加了烟气和氨水的混合程度，促进了脱硝反应。

所述磨机6的入口与所述反应器出口52连接；所述磨机6的出口与收尘器7连接；磨机6的出口管路与入口管路之间设有降温管道61和回风引风机62；这样设置是由于从旋风反应器5出来的烟气温度约为800-900℃，必须将烟气温度降低至适合磨机6使用的温度，因此在磨机6开启之初，磨机6上设有引风机，该引风机通过引入外界空气将进入磨机6的烟气进行适度的降温，在磨机6开启一段时间后，关闭引风机，开启降温管道61的回风引风机62，磨机6使用过的低温烟气通过降温管道61一部分回收到磨机6入口处，从而磨机入口的烟气温度为200℃左右，该烟气与高温烟气混合后再次进入磨机6，磨机出口的烟气温度为80℃左右。

所述尾排风机8设在所述收尘器7与烟囱9之间，这样设置是为了将经过磨机6使用的低温烟气抽取到所述烟囱9并进行排放。

所述自动控制单元作用是根据烟囱9氮氧化物的实际排放值自动调节氨水的喷入量以达到标准要求。所述自动控制单元包括烟气分析仪和计算机，所述烟气分析仪安装在烟囱9上，用来监测烟囱9氮氧化物的排放值，并将信号传送给计算机，然后计算机对比实际排放值和标准要求之间的差距，通过液体流量电动调节阀32控制氨水流量，然后液体流量计33将调节后的数据反馈给计算机；同理，计算机通过气体流量电动调节阀36控制压缩空气流量，然后气体流量计37将调节后的数据反馈给计算机。

在上述技术方案中，进一步优选的，所述旋风反应器5内衬为高效耐热保温材料，一方面减少烟气热量的散失、降低能耗，另一方面保护旋风反应器5壳体材料。

基于上述脱硝系统，本发明还公开了一种用于独立热源粉磨站烟气脱硝的方法，包括如下步骤：

S1、来自氨水储罐12的氨水依次经氨水输送主管21和多个并联的氨水输送分支31进入双流体喷枪34内；同时来自独立空压机的压缩空气经压缩空气输入主管24和多个并联的压缩空气输出分支35也进入对应的双流体喷枪34，在所述升压泵22的作用下，双流体喷枪34内氨水的压力为至0.4-0.6MPa，能够以雾化形态进入烟气管道内；

S2、氨水和热风炉4内的烟气经烟气管道一起进入旋风反应器5并混合；

S3、烟气和氨水在旋风反应器5中发生贴壁旋流和折流后进一步与氨水混合并发生脱销反应，以降低烟气中氮氧化物的浓度；在旋风反应器5内温度为850～1000℃的情况下，烟气的停留时间＞0.5S，满足了SNCR脱硝反应的条件；

S4、脱硝处理后的烟气经反应器出口52依次进入磨机6、收尘器7和尾排风机8排出到烟囱9；

S5、烟气分析仪监测到烟囱9内氮氧化物的浓度并反馈给计算机，计算机通过与标准浓度对比后，通过液体流量电动调节阀32调节氨水使用量直至达到标准要求，同时计算机控制气体流量电动调节阀36使压缩空气流量与氨水流量匹配达到喷枪雾化的要求。

本发明实施例通过旋风反应器5满足了脱硝反应的所有条件，实现了热风炉4的烟气脱硝，相较SCR脱硝新系统减少了投资和运行成本。另外通过对不同喷枪的精准控制，提高了氨水利用率，降低了氨逃逸。

实施例2：

与实施例1不同的是，如图3所示，本实施例中热风炉4炉膛出口烟道并联有两个旋风反应器5，每个所述旋风反应器5前的管路上分别设置双流体喷枪34；连接两个旋风反应器顶部的反应器出口的管道合二为一后进入磨机。

该实施例通过将SNCR脱硝反应的反应场所一分为二，一方面解决了大烟气量时旋风反应器5设备过大的问题，同时降低了烟气通过旋风反应器5时的阻力，降低了在烟气输送过程中的能耗。

实施例3：

与实施例1、2不同的是，本实施例中所述旋风反应器5底部的出料端安装与热风炉4炉膛底部相连的翻板阀门，旋风反应器5与热风炉4共用排灰设施，旋风反应器5内分离出来的粉尘通过重力作用不定期排入热风炉4炉膛底部，减少了人员的定期检查和清灰工作量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，例如：脱硝系统使用的还原剂采用液氨或者尿素、串联多级旋风反应器5并分别设置喷枪的多级SNCR脱硝、使用其他形式的喷枪、未使用独立的空压机、不设置空气缓冲罐等，另外为了增加脱硝效果在还原剂中添加助剂均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种独立热源粉磨站烟气脱硝系统，包括依次连接的磨机、收尘器、尾排风机和烟囱，其特征在于：还包括氨水接收和储存单元、氨水计量单元、喷氨及雾化回路、热风炉、若干旋风反应器及自动控制单元；

所述氨水接收和储存单元包括氨水卸车泵、氨水储罐和氨水吸收装置；所述氨水卸车泵将氨水输送到氨水储罐进行储存；氨水卸车过程和氨水储存过程中释放的氨水通过所述氨水吸收装置吸收；

所述氨水计量单元包括压缩空气输入主管和与氨水储罐连接的氨水输送主管，所述氨水输送主管上设有升压泵；

所述喷氨及雾化回路包括设在所述氨水输送主管末端的多个并联的氨水输送分支，每个氨水输送分支的末端与一个双流体喷枪的液流管道连接；还包括设在所述压缩空气输入主管末端的多个并联的压缩空气输出分支，每个压缩空气输出分支的末端与一个所述双流体喷枪的气流管道连接，从而氨水与压缩空气通过双流体喷枪充分混合雾化并喷入所述旋风反应器；

所述热风炉的烟气通过烟气管道进入旋风反应器；所述双流体喷枪的喷嘴位于烟气管道内，烟气与经过雾化的氨水同时从烟气管道进入旋风反应器并充分混合；

所述旋风反应器的结构与旋风分离器的结构相同，反应器进口位于旋风反应器顶部一侧且与热风炉烟气管道连接；反应器出口位于旋风反应器顶部；

所述磨机的入口与每个旋风反应器的反应器出口连接；所述磨机的出口与收尘器连接；

所述自动控制单元根据烟囱氮氧化物的实际排放值自动调节氨水的喷入量以达到标准要求。

2.如权利要求1所述的独立热源粉磨站烟气脱硝系统，其特征在于：所述氨水输送主管上设有液体压力传感器；所述压缩空气输入主管上设有气体压力传感器。

3.如权利要求1所述的独立热源粉磨站烟气脱硝系统，其特征在于：所述每个压缩空气输出分支上设有气体流量电动调节阀和气体流量计。

4.如权利要求3所述的独立热源粉磨站烟气脱硝系统，其特征在于：所述每个氨水输送分支上设有液体流量电动调节阀和液体流量计。

5.如权利要求4所述的独立热源粉磨站烟气脱硝系统，其特征在于：所述自动控制单元包括安装在烟囱上的烟气分析仪和计算机，所述烟气分析仪用来将烟囱中氮氧化物的排放值通过信号传送给计算机；计算机用来控制液体流量电动调节阀和气体流量电动调节阀。

6.如权利要求1所述的独立热源粉磨站烟气脱硝系统，其特征在于：磨机的出口管路与入口管路之间设有降温管道和回风引风机；磨机使用过的低温烟气通过降温管道一部分回收到磨机入口处并与高温烟气混合后再次进入磨机。

7.如权利要求1所述的独立热源粉磨站烟气脱硝系统，其特征在于：所述热风炉的炉膛出口烟道并联有两个旋风反应器，每个所述旋风反应器前的管路上分别设置若干并联的双流体喷枪；连接两个旋风反应器顶部的反应器出口的管道合二为一后进入磨机。

8.如权利要求1所述的独立热源粉磨站烟气脱硝系统，其特征在于：所述旋风反应器底部的出料端安装与热风炉炉膛底部相连的翻板阀门，旋风反应器与热风炉共用排灰设施，旋风反应器内分离出来的粉尘通过重力作用不定期排入热风炉炉膛底部。

9.如权利要求1至8任一项所述的独立热源粉磨站烟气脱硝的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、来自氨水储罐的氨水依次经氨水输送主管和多个并联的氨水输送分支进入双流体喷枪内；同时来自独立空压机的压缩空气经压缩空气输入主管和多个并联的压缩空气输出分支进入对应的双流体喷枪；在所述升压泵的作用下，双流体喷枪内氨水的压力为至0.4-0.6MPa，能够以雾化形态进入烟气管道内；

S2、氨水和热风炉内的烟气经烟气管道一起进入旋风反应器并混合；

S3、烟气和氨水在旋风反应器中发生贴壁旋流和折流后进一步与氨水混合并发生脱硝应，以降低氮氧化物的浓度；

S4、脱硝处理后的烟气经反应器出口依次进入磨机、收尘器和尾排风机排出到烟囱；

S5、烟气分析仪监测到烟囱内氮氧化物的浓度并反馈给计算机，计算机通过与标准浓度对比后，通过液体流量电动调节阀调节氨水使用量直至达到标准要求，同时计算机控制气体流量电动调节阀使压缩空气流量与氨水流量匹配达到喷枪雾化的要求。

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