CN113368674A - 一种燃煤电厂脱硝、除尘联用系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃煤电厂脱硝、除尘联用系统及方法，属于燃煤电厂污染物治理领域。本发明包括除尘系统和尿素热解脱硝系统，通过在锅炉省煤器和SCR反应器之间设置高温电除尘器，在空预器和脱硫装置之间设置布袋除尘器，并利用高温电除尘器处理后的烟气作为尿素热解工艺的一次热源，实现脱硝装置、空预器、布袋除尘器等的稳定高效运行，具有系统灵活性高、催化剂和滤袋寿命管理流程简便、脱硫系统协同除尘压力小、尿素热解工艺热源选择性多、能够避免因热源取自热一次风或热二次风带来的燃烧状况波动等优点，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及燃煤电厂污染物治理领域，具体涉及一种燃煤电厂脱硝、除尘联用系统及方法。
背景技术
脱硝反应器绝大多数布置于锅炉省煤器与空预器之间，为高尘布置，催化剂工作环境较为恶劣，长期承受含尘气流的冲刷和烟尘中碱金属、碱土金属对催化剂活性的毒害作用，导致催化剂磨损、积灰、堵塞问题频发，催化反应活性不断衰减，严重缩短催化剂的实际使用寿命。实际运行操作时一般采用加大喷氨量的手段进行出口NOx浓度的严格把控，以抵消催化剂活性降低的影响，不仅会导致硫酸氢铵在催化剂微孔内的生成和沉积，还会引起下游设备（空预器、低低温省煤器等）冷端的硫酸氢铵腐蚀、堵塞现象。除尘改造路线主要采用高效静电除尘器、袋式除尘器（含电袋复合除尘器）、湿式电除尘器技术，并辅以脱硫系统的高效协同除尘作用实现总排口的烟尘超低排放。除尘器一般布置于空预器与脱硫装置之间，承担绝大部分的烟尘脱除任务，由于烟尘含量较高，烟温相对较低（90~160℃），上游脱硝装置逃逸的氨容易在下游形成硫酸氢铵，粘结飞灰，长时间运行会导致除尘器极板极线的腐蚀、滤袋的糊袋、堵塞、磨穿现象，对于除尘器的稳定、高效运行产生不利影响，另外增加了检修维护费用。
SCR脱硝技术采用的主要还原剂有液氨、尿素和氨水，其中液氨的使用最广泛，近年来对于偏远电厂以及城市电厂，由于还原剂的稳定供应、运输方便和储存安全的需要，采用尿素替代液氨已成为一种技术上成熟可行的方案。采用尿素作为还原剂，制氨技术分为热解和水解，由于热解工艺具有系统简单、启动响应速度快、负荷跟踪能力强，技术成熟等特点，实际应用较多。根据热源不同，热解分为燃料型热解、电加热型热解和烟气加热型热解，后两种热解工艺在实际改造中应用较多。电加热型热解和烟气加热型热解工艺均采用热一次风或热二次风作为一次热源，再分别通过电加热器、气气换热器进一步加热至所需温度，进入热解炉的热风含尘量不超过200mg/m3，温度需达到400~650℃，热解炉出口热风温度与SCR反应器入口烟气温度相适应。高温电除尘器目前在多个行业进行了广泛应用，如化工、玻璃、电力等行业，其中电力行业主要用于实现烟温超过300℃的烟气净化，设置在空预器之前，处理烟气温度在300~450℃范围内。在日本大容量燃煤机组采用高温电除尘器，主要目的是保护脱硝装置中的催化剂免受烟尘的机械磨损和化学毒化。
从当前国内实际环保改造路线来看，并没有真正考虑除尘和脱硝的联用方案，SCR反应器和除尘器分别沿用高尘布置和低温布置，从长远来看，势必会对SCR反应器、空预器、低低温省煤器、电除尘器、袋式除尘器等的经济运行产生不利影响。另外，部分电厂空预器系统存在热风裕量不足的问题，若采用热一次风或热二次风作为尿素热解工艺的一次热源，有可能会造成锅炉热风供应困难，引起炉膛燃烧不稳定现象。结合脱硝热解制氨工艺、SCR催化剂工作性能特点及脱硫前的除尘压力，在进行环保岛的总体设计时可以考虑将SCR反应器、除尘器的位置做出调整，即在SCR反应器上游设置高温电除尘器，在空预器的下游设置布袋除尘器，一方面能够明显减轻烟尘对催化剂的机械磨损、堵塞和化学毒化危害，另一方面空预器的烟气条件大幅改善，有效降低空预器冷端硫酸氢铵粘结飞灰带来的堵塞风险。高温电除尘器的除尘效率容易受烟气粘度的增大、密度的降低及电离效应的增强等因素的影响产生一定波动，可通过后面的布袋除尘器对烟尘进行二次高效拦截。由于进入布袋除尘器的烟气含尘量已较低，可以有效减缓烟尘对滤袋的冲刷和硫酸氢铵粘结飞灰引起的堵塞、腐蚀等问题，保证实际运行阻力处于较低水平。另外可以考虑直接利用高温电除尘器处理后的部分烟气作为一次热源并经电加热器的再热后送入热解炉进行尿素的热解制氨，从热解炉出来的混合气通过注氨格栅喷入SCR反应器入口烟道，最后进入反应器实现脱硝目的。
发明内容
本发明的目的是针对当前燃煤电厂脱硝、除尘改造路线单一，两种工艺不能有效联用，高尘布置的SCR反应器长期运行导致催化剂堵塞、磨损、化学中毒、活性衰减加剧，下游的空预器、低低温省煤器、除尘器在硫酸氢铵粘结大量飞灰的条件下易引起腐蚀、堵塞、机械磨损，尿素热解工艺采用的一次热源单一，在一定条件下会带来炉膛燃烧状况的波动等问题，提出了一种燃煤电厂脱硝、除尘联用系统及方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种燃煤电厂脱硝、除尘联用系统，其特征是，包括除尘系统和尿素热解脱硝系统，所述除尘系统包括高温电除尘器和布袋除尘器，所述尿素热解脱硝系统包括SCR反应器入口烟道、热烟气引出烟道、热烟气增压风机、电加热器、尿素热解炉、尿素溶液储存与制备区、计量分配装置、热解炉出口烟道、注氨格栅和SCR反应器；所述高温电除尘器布置在锅炉省煤器与SCR反应器之间，所述布袋除尘器布置在空预器与脱硫塔之间，且在布袋除尘器的下游布置引风机，所述脱硫塔连通至烟囱；所述高温电除尘器经SCR反应器入口烟道与SCR反应器连通，所述热烟气引出烟道连接于SCR反应器入口烟道，所述热烟气增压风机布置于热烟气引出烟道上，并且热烟气增压风机与电加热器连通，所述电加热器布置于尿素热解炉的上游，所述尿素热解炉与计量分配装置相连，所述计量分配装置连接至尿素溶液储存与制备区，所述尿素热解炉的出口经热解炉出口烟道连通至SCR反应器入口烟道，所述注氨格栅布置于SCR反应器入口烟道内，所述SCR反应器与空预器连通。
进一步的，在除尘系统中，所述高温电除尘器的运行烟温在300~450℃，出口烟尘浓度控制在200mg/m3以下，采用高性能耐腐蚀电极材料，以高性能钢材制作除尘器本体结构，保证所述高温电除尘器的结构稳定性良好；所述布袋除尘器的滤袋采用立式布置，出口烟尘浓度控制在20mg/m3以下，输灰量在依据所述高温电除尘器设计出口烟尘浓度计算的基础上留足裕量。
进一步的，在尿素热解脱硝系统中，所述热烟气引出烟道共设有两个分支，分别连接两只热烟气增压风机和SCR反应器入口烟道的两侧；所述热烟气增压风机采用离心式高温风机，风机叶片、壳体采用一定等级的防磨处理；两只所述热烟气引出烟道汇总后与一只电加热器相连，所述电加热器将烟温由300~450℃提升至400~650℃，烟气随后进入尿素热解炉并加热来自雾化喷嘴的尿素溶液液滴制取氨气。
进一步的，正常运行时，所述热烟气增压风机的开度保持不变，根据计量分配装置进行尿素流量的调节以匹配SCR反应器出口NOx浓度的控制要求，当一台热烟气增压风机故障停运时，另外一台热烟气增压风机能够满足抽取所需烟气量的要求。
进一步的，来自所述高温电除尘器出口的烟气含尘浓度较低，用作所述尿素热解炉的一次热源，最后通过所述注氨格栅返回至SCR反应器，对于SCR反应器入口烟气量及空预器出口烟温的影响可以忽略；所述SCR反应器中的催化剂运行条件大幅改善，提高了脱硝性能，延长了催化剂使用寿命，有效降低了硫酸氢铵对下游设备危害的风险；所述布袋除尘器烟气条件良好，运行阻力降低，滤袋的日常管理更加简便，所述脱硫塔入口烟尘浓度能够长久稳定在设计值范围内，所述烟囱入口烟尘浓度满足超低排放要求。
所述燃煤电厂脱硝、除尘联用系统的脱硝、除尘联用方法，其特征是：过程如下：来自所述锅炉省煤器的烟气进入所述高温电除尘器，经过一次除尘后，大部分烟尘被脱除，随后烟气分成两股，其中一股通过所述SCR反应器入口烟道进入所述SCR反应器，另一股通过所述热烟气引出烟道引出，并经所述热烟气增压风机升压后汇合进入所述电加热器；烟气经过加热升温后进入所述尿素热解炉，同时来自所述尿素溶液储存与制备区的尿素溶液经过所述计量分配装置的计量分配后由雾化喷嘴喷入所述尿素热解炉，尿素溶液液滴在热烟气的加热作用下，迅速蒸发热解制取氨气；含有氨气的混合气由所述热解炉出口烟道引出并由所述注氨格栅喷入所述SCR反应器入口烟道，之后进入所述SCR反应器参与NOx还原反应；脱硝后的烟气流经所述空预器进入所述布袋除尘器，经过布袋的二次过滤，烟气较为洁净，随后依次流经所述引风机和所述脱硫塔，通过脱硫系统的高效协同除尘作用，烟尘浓度进一步降低，满足超低排放要求，最后由所述烟囱排出。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
本发明可以实现燃煤电厂脱硝催化剂在较好的烟气环境下运行，延长催化剂的使用寿命，减少脱硝装置的运行维护成本，由于脱硝性能更容易保证，氨逃逸水平易于控制，可以有效减少硫酸氢铵在下游设备内的生成；利用上游高温电除尘器的预除尘作用，可以大大减轻下游布袋除尘器的除尘压力，保证脱硫装置入口的烟尘浓度始终稳定在设计值范围内，由于大部分烟尘已被预先脱除，对于解决空预器的堵塞、滤袋的飞灰磨损、硫酸氢铵腐蚀和堵塞等问题具有重要作用，进而能够显著延长滤袋的更换周期，降低布袋除尘器的运行维护成本；采用高温电除尘器出口的烟气代替热一次风或热二次风作为尿素热解系统的一次热源，可以免除空预器热风系统对锅炉燃烧的影响，扩大了尿素热解工艺中热源的选择空间；脱硝和除尘两种工艺在一定程度上实现了联用，该系统具有较好的应用前景。
本发明可以解决燃煤电厂脱硝、除尘工艺路线单一问题，脱硝装置性能更加稳定可靠，催化剂、滤袋的日常管理更加简便，有力削弱了飞灰、氨逃逸等对SCR反应器下游设备的危害，脱硫系统的协同除尘效果易于保证，尿素热解制氨系统的热源选择更加灵活，对于燃煤电厂环保岛的设计、构建具有重要的指导意义。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
图中：锅炉省煤器1、高温电除尘器2、SCR反应器入口烟道3、热烟气引出烟道4、热烟气增压风机5、电加热器6、尿素热解炉7、尿素溶液储存与制备区8、计量分配装置9、热解炉出口烟道10、注氨格栅11、SCR反应器12、空预器13、布袋除尘器14、引风机15、脱硫塔16、烟囱17。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
参见图1，本实施例中，燃煤电厂脱硝、除尘联用系统，包括除尘系统和尿素热解脱硝系统，除尘系统包括高温电除尘器2和布袋除尘器14，尿素热解脱硝系统包括SCR反应器入口烟道3、热烟气引出烟道4、热烟气增压风机5、电加热器6、尿素热解炉7、尿素溶液储存与制备区8、计量分配装置9、热解炉出口烟道10、注氨格栅11和SCR反应器12；高温电除尘器2布置在锅炉省煤器1与SCR反应器12之间，布袋除尘器14布置在空预器13与脱硫塔16之间，且在布袋除尘器14的下游布置引风机15，脱硫塔16连通至烟囱17；高温电除尘器2经SCR反应器入口烟道3与SCR反应器12连通，热烟气引出烟道4连接于SCR反应器入口烟道3，热烟气增压风机5布置于热烟气引出烟道4上，并且热烟气增压风机5与电加热器6连通，电加热器6布置于尿素热解炉7的上游，尿素热解炉7与计量分配装置9相连，计量分配装置9连接至尿素溶液储存与制备区8，尿素热解炉7的出口经热解炉出口烟道10连通至SCR反应器入口烟道3，注氨格栅11布置于SCR反应器入口烟道3内，SCR反应器12与空预器13连通。
具体的，在除尘系统中，高温电除尘器2的运行烟温在300~450℃，出口烟尘浓度控制在200mg/m3以下，采用高性能耐腐蚀电极材料，以高性能钢材制作除尘器本体结构，保证高温电除尘器2的结构稳定性良好；布袋除尘器14的滤袋采用立式布置，出口烟尘浓度控制在20mg/m3以下，输灰量在依据高温电除尘器2设计出口烟尘浓度计算的基础上留足裕量。
具体的，在尿素热解脱硝系统中，热烟气引出烟道4共设有两个分支，分别连接两只热烟气增压风机5和SCR反应器入口烟道3的两侧；热烟气增压风机5采用离心式高温风机，风机叶片、壳体采用一定等级的防磨处理；两只热烟气引出烟道4汇总后与一只电加热器6相连，电加热器6将烟温由300~450℃提升至400~650℃，烟气随后进入尿素热解炉7并加热来自雾化喷嘴的尿素溶液液滴制取氨气。
具体的，正常运行时，热烟气增压风机5的开度保持不变，根据计量分配装置9进行尿素流量的调节以匹配SCR反应器12出口NOx浓度的控制要求，当一台热烟气增压风机5故障停运时，另外一台热烟气增压风机5能够满足抽取所需烟气量的要求。
具体的，来自高温电除尘器2出口的烟气含尘浓度较低，用作尿素热解炉7的一次热源，最后通过注氨格栅11返回至SCR反应器12，对于SCR反应器12入口烟气量及空预器13出口烟温的影响可以忽略；SCR反应器12中的催化剂运行条件大幅改善，提高了脱硝性能，延长了催化剂使用寿命，有效降低了硫酸氢铵对下游设备危害的风险；布袋除尘器14烟气条件良好，运行阻力降低，滤袋的日常管理更加简便，脱硫塔16入口烟尘浓度能够长久稳定在设计值范围内，烟囱17入口烟尘浓度满足超低排放要求。
燃煤电厂脱硝、除尘联用系统的脱硝、除尘联用方法，过程如下：来自锅炉省煤器1的烟气进入高温电除尘器2，经过一次除尘后，大部分烟尘被脱除，随后烟气分成两股，其中一股通过SCR反应器入口烟道3进入SCR反应器12，另一股通过热烟气引出烟道4引出，并经热烟气增压风机5升压后汇合进入电加热器6；烟气经过加热升温后进入尿素热解炉7，同时来自尿素溶液储存与制备区8的尿素溶液经过计量分配装置9的计量分配后由雾化喷嘴喷入尿素热解炉7，尿素溶液液滴在热烟气的加热作用下，迅速蒸发热解制取氨气；含有氨气的混合气由热解炉出口烟道10引出并由注氨格栅11喷入SCR反应器入口烟道3，之后进入SCR反应器12参与NOx还原反应；脱硝后的烟气流经空预器13进入布袋除尘器14，经过布袋的二次过滤，烟气较为洁净，随后依次流经引风机15和脱硫塔16，通过脱硫系统的高效协同除尘作用，烟尘浓度进一步降低，满足超低排放要求，最后由烟囱17排出。
本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种燃煤电厂脱硝、除尘联用系统，其特征是，包括除尘系统和尿素热解脱硝系统，所述除尘系统包括高温电除尘器（2）和布袋除尘器（14），所述尿素热解脱硝系统包括SCR反应器入口烟道（3）、热烟气引出烟道（4）、热烟气增压风机（5）、电加热器（6）、尿素热解炉（7）、尿素溶液储存与制备区（8）、计量分配装置（9）、热解炉出口烟道（10）、注氨格栅（11）和SCR反应器（12）；所述高温电除尘器（2）布置在锅炉省煤器（1）与SCR反应器（12）之间，所述布袋除尘器（14）布置在空预器（13）与脱硫塔（16）之间，且在布袋除尘器（14）的下游布置引风机（15），所述脱硫塔（16）连通至烟囱（17）；所述高温电除尘器（2）经SCR反应器入口烟道（3）与SCR反应器（12）连通，所述热烟气引出烟道（4）连接于SCR反应器入口烟道（3），所述热烟气增压风机（5）布置于热烟气引出烟道（4）上，并且热烟气增压风机（5）与电加热器（6）连通，所述电加热器（6）布置于尿素热解炉（7）的上游，所述尿素热解炉（7）与计量分配装置（9）相连，所述计量分配装置（9）连接至尿素溶液储存与制备区（8），所述尿素热解炉（7）的出口经热解炉出口烟道（10）连通至SCR反应器入口烟道（3），所述注氨格栅（11）布置于SCR反应器入口烟道（3）内，所述SCR反应器（12）与空预器（13）连通。
2.根据权利要求1所述的燃煤电厂脱硝、除尘联用系统，其特征是，在除尘系统中，所述高温电除尘器（2）的运行烟温在300~450℃，出口烟尘浓度控制在200mg/m3以下，采用高性能耐腐蚀电极材料；所述布袋除尘器（14）的滤袋采用立式布置，出口烟尘浓度控制在20mg/m3以下，输灰量在依据所述高温电除尘器（2）设计出口烟尘浓度计算的基础上留足裕量。
3.根据权利要求1所述的燃煤电厂脱硝、除尘联用系统，其特征是，在尿素热解脱硝系统中，所述热烟气引出烟道（4）共设有两个分支，分别连接两只热烟气增压风机（5）和SCR反应器入口烟道（3）的两侧；所述热烟气增压风机（5）采用离心式高温风机，风机叶片、壳体进行防磨处理；两只所述热烟气引出烟道（4）汇总后与一只电加热器（6）相连，所述电加热器（6）将烟温由300~450℃提升至400~650℃，烟气随后进入尿素热解炉（7）并加热来自雾化喷嘴的尿素溶液液滴制取氨气。
4.根据权利要求3所述的燃煤电厂脱硝、除尘联用系统，其特征是，正常运行时，所述热烟气增压风机（5）的开度保持不变，根据计量分配装置（9）进行尿素流量的调节以匹配SCR反应器（12）出口NOx浓度的控制要求，当一台热烟气增压风机（5）故障停运时，另外一台热烟气增压风机（5）能够满足抽取所需烟气量的要求。
5.根据权利要求1所述的燃煤电厂脱硝、除尘联用系统，其特征是，来自所述高温电除尘器（2）出口的烟气含尘浓度较低，用作所述尿素热解炉（7）的一次热源，最后通过所述注氨格栅（11）返回至SCR反应器（12），对于SCR反应器（12）入口烟气量及空预器（13）出口烟温的影响忽略。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的燃煤电厂脱硝、除尘联用系统的脱硝、除尘联用方法，其特征是，过程如下：来自所述锅炉省煤器（1）的烟气进入所述高温电除尘器（2），经过一次除尘后，大部分烟尘被脱除，随后烟气分成两股，其中一股通过所述SCR反应器入口烟道（3）进入所述SCR反应器（12），另一股通过所述热烟气引出烟道（4）引出，并经所述热烟气增压风机（5）升压后汇合进入所述电加热器（6）；烟气经过加热升温后进入所述尿素热解炉（7），同时来自所述尿素溶液储存与制备区（8）的尿素溶液经过所述计量分配装置（9）的计量分配后由雾化喷嘴喷入所述尿素热解炉（7），尿素溶液液滴在热烟气的加热作用下，迅速蒸发热解制取氨气；含有氨气的混合气由所述热解炉出口烟道（10）引出并由所述注氨格栅（11）喷入所述SCR反应器入口烟道（3），之后进入所述SCR反应器（12）参与NOx还原反应；脱硝后的烟气流经所述空预器（13）进入所述布袋除尘器（14），经过布袋的二次过滤，烟气较为洁净，随后依次流经所述引风机（15）和所述脱硫塔（16），通过脱硫系统的高效协同除尘作用，烟尘浓度进一步降低，满足超低排放要求，最后由所述烟囱（17）排出。
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