CN113082964A - 循环流化床锅炉氨预氧化sncr脱硝系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种循环流化床锅炉氨预氧化SNCR脱硝系统及其方法，涉及循环流化床锅炉氮氧化物控制技术领域，氨预氧化SNCR脱硝系统包括H2O2溶液和氨水混合液配制系统、预氧化系统和还原剂喷射系统，预氧化系统设置有超声雾化装置和紫外线辐照装置，通过采用紫外线辐照H2O2溶液和氨水的混合液，使氨预氧化产生与NO反应具有高度选择性的氨基自由基(∙NH2)，将含氨基自由基的还原剂喷射在循环流化床锅炉分离器水平烟道入口处与烟气混合进行脱硝，解决了循环流化床锅炉低负荷运行时SNCR脱硝效率低、氨逃逸率高的问题，拓宽了SNCR脱硝反应的温度窗口，丰富了SNCR脱硝理论。

Description

循环流化床锅炉氨预氧化SNCR脱硝系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种循环流化床锅炉氮氧化物控制技术领域，具体是一种循环流化床锅炉低温高效SNCR脱硝系统及其脱硝方法。
背景技术
随着环境保护要求的不断提高，燃煤锅炉烟气污染物排放要求日益严苛，特别是二氧化硫和氮氧化物及粉尘要求实现超低排放。
目前燃煤锅炉烟气NOX最为常用的控制方法是选择性催化还原(SCR)法和选择性非催化还原(SNCR)法；SCR法脱硝效率高且技术成熟、易于操作，但对催化剂要求较高，运行费用和设备投资大；SNCR法具有占地面积小、系统简单、无需催化剂等优点，但脱硝效率较低，最佳反应温度为850℃-950℃。
循环流化床(CFB)锅炉属于中温燃烧，燃烧温度一般在850-950℃，空气中的氮气基本无法转化为氮氧化物，氮氧化物原始生成量远低于煤粉炉，普遍在200-400mg/m3。此外，循环流化床锅炉布置有旋风分离器，烟气在分离器内剧烈湍动，喷射进入的还原剂和烟气混合效果极佳，且炉内和分离器入口温度与SNCR最佳反应温度相吻合，因此，循环流化床锅炉采用SNCR技术可获得较好的脱硝效果。
目前CFB锅炉采用SNCR法脱硝，还原剂喷射装置多安装在分离器入口处，在锅炉高负荷情况下温度可以保持在850℃以上，且还原剂在旋风分离器内混合程度好，脱硝效率较高。但在中低负荷情况下，分离器入口烟气温度低于800℃，SNCR脱硝效率严重下降，无法满足NOx超低排放的要求，此外低脱硝效率也会导致尿素等还原剂利用率降低，氨逃逸浓度升高进而造成空气预热器腐蚀和堵塞等问题。
循环流化床锅炉目前面临深度调峰的需求，中低负荷运行时间不断加长，NOX排放难以控制。针对这个现状，开发一种循环流化床锅炉低温高效SNCR脱硝方法具有重要的工程应用价值和理论价值。
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氨预氧化SNCR脱硝系统及其方法，通过采用紫外线辐照H2O2溶液和氨水的混合液，使氨预氧化产生与NO反应具有高度选择性的氨基自由基(∙NH2)，将含氨基自由基的还原剂喷射在循环流化床锅炉分离器水平烟道入口处进行脱硝，以解决循环流化床锅炉低温SNCR脱硝效率低、氨逃逸浓度高的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种循环流化床锅炉氨预氧化SNCR脱硝系统及方法，包括H2O2溶液和氨水混合液配制系统、预氧化系统和还原剂喷射系统；
所述H2O2溶液和氨水混合液配制系统，包括H2O2存储罐及其输送泵和阀门、纯氨存储罐、氨水稀释罐及其输送泵和阀门、计量泵和混合装置；
所述预氧化系统包括超声雾化装置和紫外线辐照装置；
所述还原剂喷射系统包括压缩空气装置和还原剂喷射装置，所述还原剂喷射装置包括耐高温喷枪组Ⅰ和耐高温喷枪组Ⅱ；
所述H2O2存储罐通过第一输送泵与混合装置的进口连通，在H2O2存储罐与所述第一输送泵之间的管路上设置有第一阀门；
所述纯氨存储罐通过第二输送泵与氨水稀释罐进口相连，所述氨水稀释罐通过第三输送泵与混合装置的进口相连，在氨水稀释罐与所述第三输送泵之间的管路上设置有第二阀门；
所述混合液配制系统通过计量泵与所述预氧化系统进口相连接，所述预氧化系统出口与所述还原剂喷射系统相连接。
一种用于上述的一种循环流化床锅炉氨预氧化SNCR脱硝系统的脱硝方法，其特征在于：所述脱硝方法如下：
A、纯氨在所述氨水稀释罐中稀释到特定浓度后和H2O2溶液进入到所述液体混合装置；
B、混合液经过所述超声雾化装置雾化后进入所述紫外线辐照装置，经紫外线辐照后产生氨基(∙NH2)自由基和羟基自由基(∙OH)；
C、含有氨基自由基的还原剂进入到所述还原剂喷射系统, 经喷枪喷射到循环流化床锅炉分离器水平烟道入口，与烟气混合进行脱硝。
进一步优选的，氨水溶液浓度为20%-25%，H2O2溶液浓度为3%-8%，氨水溶液与H2O2溶液的混合液通过所述超声雾化装置雾化为粒径不大于100微米的小液滴。
进一步优选的，所述紫外线辐照装置发生的紫外线有效辐射强度为30μW/cm2，紫外线有效波长为200nm-300nm。
进一步优选的，在分离器水平烟道入口的下方布置所述耐高温喷枪组Ⅰ和耐高温脱硝喷枪组Ⅱ，分别位于水平烟道入口的外侧和内侧。
进一步优选的，喷枪采用310S材质的合金材料，耐热温度大于1100℃。
进一步优选的，喷枪与分离器水平烟道入口的轴向形成15度-30度夹角。
进一步优选的，每组设置多个喷枪，沿喷枪轴线方向设置多层雾化喷嘴。
按照上述技术特征方案进行实施，与现有技术相比，本发明循环流化床锅炉氨预氧化SNCR脱硝系统及其方法，将低温下SNCR脱硝效率提高至60%以上，拓宽了SNCR脱硝温度窗口650℃-950℃，实现了循环流化床锅炉低负荷运行时的NOX超低排放控制。
本发明采用超声波雾化装置将混合液雾化为小液滴，提高了自由基的产出率和混合液的利用率，极大地减少了氨逃逸现象。
本发明采用紫外线辐照方式催化H2O2氧化NH3产生氨基自由基(∙NH2)，过程简单，不产生二次污染。
附图说明
图1是本发明循环流化床锅炉氨预氧化SNCR脱硝系统的结构示意图。
图2是本发明实施例的混合液配制系统结构示意图。
图3是本发明实施例的还原剂喷射装置喷枪的安装位置结构示意图。
图中：1-混合液配置系统，2-计量泵，3-预氧化系统，4-还原剂喷射系统，5-分离器，6-H2O2存储罐，7-第一阀门，8-第一输送泵，9-液体混合装置，10-纯氨存储罐，11-第二输送泵，12-氨水稀释罐，13-第二阀门，14-第三输送泵，15-超声雾化装置，16--紫外线辐照装置，17-压缩空气装置，18-还原剂喷射装置，19-耐高温脱硝喷枪组Ⅰ，20-耐高温脱硝喷枪组Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做出进一步的说明。
如附图1所示的一种循环流化床锅炉氨预氧化SNCR脱硝系统，包括H2O2溶液和氨水混合液配制系统1、预氧化系统3和还原剂喷射系统4。
如附图2所示的混合液配制系统1包括H2O2存储罐及其输送泵和阀门、纯氨存储罐、氨水稀释罐及其输送泵和阀门、计量泵和混合装置； H2O2存储罐6通过第一输送泵8与液体混合装置9的进口相连，在H2O2存储罐6与第一输送泵8之间的管路上设置有第一阀门7；纯氨存储罐10通过第二 输送泵11与氨水稀释罐12进口相连，氨水稀释罐12通过第三输送泵14与液体混合装置9的进口相连，在氨水稀释罐12与第三输送泵14之间的管路上设置有第二阀门13。
如附图1所示的一种循环流化床锅炉氨预氧化SNCR脱硝系统，混合液配制系统1通过计量泵2与预氧化系统3相连接，预氧化系统3出口与还原剂喷射系统4相连接，预氧化系统3设置有超声雾化装置15和紫外线辐照装置16，还原剂喷射系统4设置有压缩空气装置17和还原剂喷射装置18。
如附图3所示的还原剂喷射装置18，分离器水平烟道入口的下方布置耐高温喷枪组19和耐高温喷枪组20，分别位于水平烟道入口的外侧和内侧。
采用本发明上述所述的一种循环流化床锅炉氨预氧化SNCR脱硝系统的脱硝方法，该方法是纯氨经第二输送泵11输送至氨水稀释罐12，稀释后的氨水经第三输送泵14进入液体混合装置9，H2O2溶液经过第一输送泵8送入到液体混合装置9，二者在液体混合装置9中混合后经过计量泵2输送到预氧化系统3；在预氧化系统3中，混合液经过超声雾化装置15雾化为小液滴后进入到紫外线辐照装置16，经过紫外线辐照进而催化氧化产生羟基自由基(∙OH)和氨基自由基(∙NH2)，反应如下：
H2O2 + UV(200nm-280nm) →2∙OH
NH3 + ∙OH →∙NH2+ H2O
含有NH3及氨基自由基(∙NH2)的还原剂进入到还原剂喷射系统4，在分离器5的水平烟道入口处经两组喷枪喷射后，在高温条件下与烟气混合进行脱硝反应，反应机理如下：
∙NH2 + NO →N2 + H2O
4NH3 + 4NO + O2→4N2+6H2O
上述实施方案中，氨水溶液浓度为20%-25%，H2O2溶液浓度为3%-8%，混合液通过超声雾化装置15雾化为粒径不大于100微米的小液滴。
上述实施方案中，紫外线辐照装置16采用的紫外线有效辐射强度为30μW/cm2，紫外线有效波长为200nm-300nm。
上述实施方案中，脱硝喷枪采用310S材质的合金材料，耐热温度大于1100℃。
上述实施方案中，每组设置多个喷枪，沿喷枪轴线方向设置多层雾化喷嘴，喷枪与分离器5水平烟道入口的轴向形成15度-30度夹角。
上述具体实施方式的实现，将混合液雾化为小液滴，进一步提高了自由基的产出率和混合液的利用率，大大地减少了氨逃逸现象；同时采用紫外线辐照方式催化H2O2氧化NH3产生氨基自由基(∙NH2)，过程简单，不产生二次污染。

Claims (4)

1.一种循环流化床锅炉氨预氧化SNCR脱硝系统，包括H2O2溶液和氨水混合液配制系统、预氧化系统及还原剂喷射系统；其特征在于：
所述H2O2溶液和氨水混合液配制系统（1），包括H2O2存储罐（6）及其第一输送泵（8）和第一阀门（7）、纯氨存储罐（10）、氨水稀释罐（12）、第二输送泵（11）、第三输送泵（14）和第二阀门（13）、混合装置（9）和计量泵（2）；其中：所述H2O2存储罐（6）是通过第一输送泵（8）与液体混合装置（9）的进口连通，在H2O2存储罐（6）与所述第一输送泵（8）之间的管路上设置有第一阀门（7）；所述纯氨存储罐（10）是通过第二输送泵（11）与氨水稀释罐（12）进口连通；所述氨水稀释罐（12）是通过第三输送泵（14）与液体混合装置（9）的进口连通，在氨水稀释罐（12）与第三输送泵（14）之间的管路上设置有第二阀门（13）；所述混合液配制系统（1）是通过计量泵（2）与预氧化系统（3）进口相连通；所述预氧化系统（3）的出口与还原剂喷射系统（4）相连通；
所述预氧化系统（3），包括超声雾化装置（15）及其紫外线辐照装置（16）；
所述还原剂喷射系统（4），包括压缩空气装置（17）及其还原剂喷射装置（18）；所述还原剂喷射装置（18）包括耐高温喷枪组Ⅰ（19）及其耐高温喷枪组Ⅱ（20）。
2.一种用于如权利要求1所述的循环流化床锅炉氨预氧化SNCR脱硝系统的脱硝方法，其特征在于：所述脱硝方法是通过氨预氧化产生与NO反应具有高度选择性的氨基自由基(∙NH2)，含有氨基自由基NH2的脱硝还原剂被所述耐高温喷枪组Ⅰ（19）和耐高温喷枪组Ⅱ（20）喷射到循环流化床锅炉分离器入口处与烟气混合进行SNCR脱硝反应。
3.如权利要求2所述的循环流化床锅炉氨预氧化SNCR脱硝系统的脱硝方法，其特征在于：所述含氨基自由基NH2的脱硝还原剂是由浓度为20%-25%的氨水溶液与浓度为3%-8%的H2O2溶液混合后，通过所述超声雾化装置(15)和所述紫外线辐照装置（16）获得；
所述超声雾化装置(15)是混合液雾化粒径为小于100微米的小液滴；所述紫外线辐照装置（16）产生有效辐射强度为约30μW/cm2、紫外线有效波长度为200nm-300nm的紫外线；所述紫外线辐照雾化小液滴后产生氨基自由基( ·NH2)和羟基自由基(· OH)。
4.如权利要求2所述的循环流化床锅炉氨预氧化SNCR脱硝系统的脱硝方法，其特征在于：所述耐高温喷枪组Ⅰ（19）和耐高温喷枪组Ⅱ（20）是分别设置于水平烟道入口下方的外侧和内侧，均与水平烟道入口的轴向形成15-30度夹角。
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