CN113864764A - 一种基于尿素干喷的主燃区高温喷氨脱硝系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于尿素干喷的主燃区高温喷氨脱硝系统及方法，包括燃煤锅炉、尿素干喷装置和烟气再循环装置；燃煤锅炉侧壁上有低氮燃烧器和SOFA风喷口；尿素干喷装置包括尿素粉末供给装置、尿素喷口和NOX浓度检测探头；尿素粉末供给装置连接尿素喷口；尿素喷口设在低氮燃烧器和SOFA风喷口间；NOX浓度检测探头探测端伸入SOFA风喷口上方的燃煤锅炉内，信号输出端连接尿素粉末供给装置；烟气再循环装置包括再循环烟气抽气管和氧浓度检测探头；再循环烟气抽气管上沿气流方向依次设有第一控制阀和抽气泵，抽气端伸入省煤器入口处，输出端连接尿素喷口；氧浓度检测探头的探测端伸入尿素喷口下方的燃煤锅炉内，信号输出端连接第一控制阀。
Description
技术领域
本发明涉及火电厂烟气脱硝技术，具体为一种基于尿素干喷的主燃区高温喷氨脱硝系统及方法。
背景技术
氮氧化物是燃煤电厂主要的大气污染源之一。目前，燃煤电厂常用的氮氧化物减排技术包括低氮燃烧技术、非选择性催化还原技术(SNCR)及选择性催化还原技术(SCR)。常规SNCR技术是在850℃-1150℃温度区间、有氧条件下，喷入氨基还原剂将NO还原成N2和H2O。研究表明，SNCR技术也可拓展到高温段，即高温还原区喷氨脱硝技术。高温还原区喷氨脱硝技术是建立在空气分级基础上的多种脱硝技术联合使用的方法，在炉内主燃区形成的高温(1400-1600℃)、缺氧(O2％＝0-1％)环境下喷入氨基还原剂，从而还原烟气中的NOx。与SNCR技术相比，高温还原区喷氨脱硝技术的效率更好，且不产生氨逃逸。
影响高温还原区喷氨的脱硝效率的主要因素是喷氨位置、氧浓度水平及温度，研究表明：在1400-1600℃温度区间内，温度越高，脱硝效率越高；氧浓度越低，脱硝效率越高，为保证较高的脱硝效率，氧浓度一般应小于0.5％。由于炉内氧浓度不均匀，即使采用现有技术的空气分级燃烧，主燃区仍存在氧浓度大于0.5％的区域，反而降低了高温喷氨的脱硝效率。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于尿素干喷的主燃区喷氨脱硝系统及方法，设计合理，简单高效，稳定可行，有效解决主燃区喷氨脱硝技术效率低的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种基于尿素干喷的主燃区高温喷氨脱硝系统，包括燃煤锅炉，以及连接在燃煤锅炉上的尿素干喷装置和烟气再循环装置；
所述燃煤锅炉侧壁沿高度方向自下而上依次设置有低氮燃烧器和SOFA风喷口；
所述尿素干喷装置包括尿素粉末供给装置、尿素喷口和NOX浓度检测探头；所述尿素粉末供给装置连接尿素喷口；所述尿素喷口设置在低氮燃烧器和SOFA风喷口之间的燃煤锅炉侧壁上；所述NOX浓度检测探头的探测端伸入SOFA风喷口上方的燃煤锅炉内，信号输出端连接尿素粉末供给装置；
所述烟气再循环装置包括再循环烟气抽气管和氧浓度检测探头；所述再循环烟气抽气管上沿气流方向依次设置有第一控制阀和抽气泵，抽气端伸入燃煤锅炉尾部烟道省煤器的入口处，输出端连接尿素喷口；所述氧浓度检测探头的探测端伸入尿素喷口下方的燃煤锅炉内，信号输出端连接第一控制阀。
进一步的，所述尿素粉末供给装置包括依次连接的尿素颗粒储存斗、计量装置和研磨机；所述研磨机的入口依次连接尿素颗粒储存斗和计量装置，出口连接尿素喷口。
更进一步的，所述计量装置包括依次连接的第二控制阀和称重装置；所述第二控制阀连接NOX浓度检测探头的信号输出端。
更进一步的，所述研磨机的出口还设置有逆止阀。
进一步的，所述再循环烟气抽气管上还设置有加压风机；所述加压风机设置在抽气泵与尿素喷口之间。
进一步的，所述低氮燃烧器和尿素喷口设置在燃煤锅炉的主燃区。
进一步的，所述SOFA风喷口设置在燃煤锅炉的燃尽区。
一种基于尿素干喷的主燃区高温喷氨脱硝方法，包括，
通过SOFA风喷口将燃尽风送入燃煤锅炉燃尽区，通过再循环烟气抽气管和尿素喷口将省煤器入口烟气和尿素粉末供给装置中的干尿素粉末送入燃煤锅炉主燃区，并根据氧浓度检测探头和NOX浓度检测探头检测的数据，分别控制再循环烟气的抽入量和主燃区干尿素粉末的喷入量，最终完成烟气中氮氧化物的催化还原。
进一步的，所述SOFA风喷口的风量为锅炉总风量的30％-40％；
根据氧浓度检测探头检测的氧浓度，通过控制第一控制阀开度控制再循环烟气的抽入量；当检测到的主燃区氧浓度大于1％时，增大第一控制阀开度，使主燃区氧浓度范围控制在0-1％；当检测到的主燃区氧浓度信号小于1％时，保持第一控制阀开度不变，再循环烟气量为总烟气量的5-20％
燃尽区的NOX浓度检测探头检测NOX浓度并反馈至尿素干喷装置，按照氨氮比的设定阈值折算所需尿素量；通过第二控制阀控制主燃区干尿素粉末的喷入量，控制氨氮比NSR在1-2之间。
进一步的，所述干尿素粉末的喷入量通过称重装置实时测量并显示。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明系统利用设置的低氮燃烧器及SOFA风喷口，降低主燃区过量空气系数，增加的SOFA风，使燃煤锅炉主燃区呈还原性气氛；而且，采用尿素粉末供给装置提供的干尿素粉末作为脱硝还原剂，相比于氨水和液氨，在运输和储存过程中不存在安全风险，并抽取省煤器入口处烟气作为再循环烟气，使尿素颗粒经研磨后随再循环烟气一起送入主燃区，使用再循环烟气输送尿素，能够降低主燃区局部氧浓度，形成局部还原性气氛，减少氮氧化物的生成并提高尿素喷口喷入的尿素与炉内氮氧化物反应的脱硝效率；同时，尿素颗粒研磨成粉末后再送入炉内主燃区，能够增大尿素与烟气的接触面积，提高尿素在炉内高温热解成氨气的反应速度，进而提高高温喷氨的脱硝效率；另外，燃尽区的NOX浓度检测探头检测到NOX浓度并实时反馈尿素喷入装置，按照氨氮比的设定阈值来折算需氨量，能够实现对锅炉内部的反应进行实时监控和尿素的实时供给。
进一步，本发明系统采用尿素颗粒储存斗储存干尿素颗粒，采用干尿素作为还原剂，能够避免尿素溶液中的水吸收热量而降低炉内局部温度，造成高温喷氨脱硝效率下降和锅炉燃烧效率下降；而且采用研磨机将尿素颗粒研磨成粉末，可行性好，安全可靠，能有效将尿素颗粒磨成粉末提高反应效率；同时，设置的第二控制阀和称重装置与NOX浓度检测探头连接，能确保尿素给入量，从而提高脱硝效率。
进一步，本发明系统通过设置逆止阀，有效防止再循环烟气逆流至研磨机中，确保运行安全和干尿素粉末输送。
进一步，本发明系统采用加压风机将再循环烟气加压，使其动能增加，使所喷入的干尿素粉末射程更远，增加了尿素在炉膛内的覆盖面积，提高还原剂尿素的利用率，进而进一步降低炉膛出口氮氧化物。
进一步，本发明系统通过在燃尽区布置SOFA风喷口，能够将主燃区未反应的逃逸氨氧化，因而不产生氨逃逸。
本发明方法采用空气分级的燃烧方式，通过合理布置SOFA风喷口、尿素喷口和低氮燃烧器，采用干尿素粉末作为脱硝还原剂，并将干尿素粉末和再循环烟气一起送入，同时通过氧浓度检测探头和NOX浓度检测探头实现空气送入量和炉膛出口NOX的浓度的控制，能够有效降低炉膛出口氮氧化物排放，且不产生氨逃逸，具有良好的经济效益及环境效益，而且能提高尿素在炉内高温热解成氨气的反应速度，进一步提高了高温喷氨的脱硝效率。
附图说明
图1为本发明实施例中所述系统的示意图。
图中：1-尿素颗粒储存斗；2-第二控制阀；3-称重装置；4-计量装置；5-研磨机；6-逆止阀；7-加压风机；8-抽气泵；9-低氮燃烧器；10-氧浓度检测探头；11-尿素喷口；12-SOFA风喷口；13-NOX浓度检测探头；14-再循环烟气抽气管；15-省煤器，16-第一控制阀。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种基于尿素干喷的主燃区高温喷氨脱硝系统，如图1所示，包括锅炉、烟气再循环系统和尿素干喷系统；锅炉侧壁沿高度方向自下而上依次设置低氮燃烧器9和SOFA风喷口12；
所述尿素干喷系统包括由尿素颗粒储存斗1、计量装置4和研磨机5组成的尿素粉末供给装置、逆止阀6、尿素喷口11和NOX浓度检测探头13；所述计量装置4包括第二控制阀2和称重装置3；所述尿素颗粒储存斗1、第二控制阀2、称重装置3和研磨机5依次连接在抽气泵8出风口后再循环烟气抽气管14上；所述NOX浓度检测探头13设置在SOFA风喷口12上方的燃煤锅炉侧壁上，其探测端伸入SOFA风喷口12上方的燃煤锅炉内，信号输出端连接第二控制阀2；所述尿素喷口11设置在低氮燃烧器9和SOFA风喷口12之间；
所述烟气再循环系统包括依次连接的再循环烟气抽气管14、抽气泵8和加压风机7，以及氧浓度检测探头10；所述氧浓度检测探头10设置在低氮燃烧器9和尿素喷口11之间的燃煤锅炉侧壁上，其探测端伸入尿素喷口11下方的燃煤锅炉内，信号输出连接第一控制阀16；所述再循环烟气抽气管14一端布置在尾部烟道省煤器15入口处，另一端与尿素喷口11连接；优选的，在再循环烟气抽气管上设置的加压风机7，用于提高在循环烟气的动能，使喷入炉内的尿素更好的与烟气混合并提高尿素在炉内的覆盖面积。
优选的，在研磨机5下方设置的逆止阀6，防止再循环烟气逆流至研磨机5中。
在实际应用中，使用本发明系统进行燃烧锅炉主燃区高温喷氨脱硝时，包括如下几个步骤，
步骤1，燃煤锅炉采用空气分级燃烧方式，主燃区过量空气系数保持在0.8-0.9，设置SOFA风喷口12，风量增大到总风量的25％-35％；
步骤2，通过再循环烟气抽气管14抽取省煤器15入口处烟气作为再循环烟气，在主燃区设置氧浓度检测探头10，根据检测到的氧浓度信号控制第一控制阀16来控制再循环烟气量，使主燃区氧浓度保持在0-1％，再循环烟气量控制在5-20％；此处再循环烟气能够降低主燃区局部氧浓度，形成局部还原性气氛，减少氮氧化物的生成；
步骤3，采用干尿素作为氨基还原剂，经研磨机5研磨后，干尿素粉末随再循环烟气一起送入主燃区，再循环烟气降低尿素喷入位置的氧浓度，提高喷入尿素与氮氧化物反应的脱硝效率。
其中，步骤2中，通过炉膛出口布置的NOX浓度检测探头13检测到的NOX浓度，按照氨氮比的设定阈值来折算所需尿素量，通过第二控制阀2与称重装置3控制主燃区的尿素喷入量，控制氨氮比NSR在1-2之间。
其中，步骤1中，在燃尽区布置SOFA风喷口12，将主燃区未反应的逃逸氨氧化，不产生氨逃逸。
基于上述系统，本发明还提供一种基于尿素干喷的主燃区高温喷氨脱硝方法，包括，
通过SOFA风喷口12将燃尽风送入燃煤锅炉燃尽区，通过再循环烟气抽气管14和尿素喷口11将省煤器15入口烟气和尿素粉末供给装置中的干尿素粉末送入燃煤锅炉主燃区，并根据氧浓度检测探头10和NOX浓度检测探头13检测的数据，分别控制再循环烟气的抽入量和主燃区尿素的喷入量，最终完成烟气中氮氧化物的催化还原。
其中，所述SOFA风喷口12的风量为锅炉总风量的30％-40％；锅炉总风量包括一次风、二次风和燃尽风；
根据氧浓度检测探头10检测的氧浓度，控制第一控制阀16开度，进而控制再循环烟气的抽入量；当检测到的主燃区氧浓度大于1％时，增大第一控制阀16开度，使主燃区氧浓度范围控制在0-1％；当监测到的主燃区氧浓度信号小于1％时，则可保持第一控制阀16开度不变；一般再循环烟气量控制在5-20％；
燃尽区的NOX浓度检测探头13检测NOX浓度并反馈至尿素干喷装置，按照氨氮比的设定阈值折算所需尿素量；通过第二控制阀2控制主燃区尿素粉末的喷入量，控制氨氮比，NSR在1-2之间。
其中，所述干尿素粉末喷入量通过称重装置3实时测量并显示。
Claims (10)
1.一种基于尿素干喷的主燃区高温喷氨脱硝系统，其特征在于，包括燃煤锅炉，以及连接在燃煤锅炉上的尿素干喷装置和烟气再循环装置；
所述燃煤锅炉侧壁沿高度方向自下而上依次设置有低氮燃烧器(9)和SOFA风喷口(12)；
所述尿素干喷装置包括尿素粉末供给装置、尿素喷口(11)和NOX浓度检测探头(13)；所述尿素粉末供给装置连接尿素喷口(11)；所述尿素喷口(11)设置在低氮燃烧器(9)和SOFA风喷口(12)之间的燃煤锅炉侧壁上；所述NOX浓度检测探头(13)的探测端伸入SOFA风喷口(12)上方的燃煤锅炉内，信号输出端连接尿素粉末供给装置；
所述烟气再循环装置包括再循环烟气抽气管(14)和氧浓度检测探头(10)；所述再循环烟气抽气管(14)上沿气流方向依次设置有第一控制阀(16)和抽气泵(8)，抽气端伸入燃煤锅炉尾部烟道省煤器(15)的入口处，输出端连接尿素喷口(11)；所述氧浓度检测探头(10)的探测端伸入尿素喷口(11)下方的燃煤锅炉内，信号输出端连接第一控制阀(16)。
2.根据权利要求1所述的一种基于尿素干喷的主燃区高温喷氨脱硝系统，其特征在于，所述尿素粉末供给装置包括依次连接的尿素颗粒储存斗(1)、计量装置(4)和研磨机(5)；所述研磨机(5)的入口依次连接尿素颗粒储存斗(1)和计量装置(4)，出口连接尿素喷口(11)。
3.根据权利要求2所述的一种基于尿素干喷的主燃区高温喷氨脱硝系统，其特征在于，所述计量装置(4)包括依次连接的第二控制阀(2)和称重装置(3)；所述第二控制阀(2)连接NOx浓度检测探头(13)的信号输出端。
4.根据权利要求2所述的一种基于尿素干喷的主燃区高温喷氨脱硝系统，其特征在于，所述研磨机(5)的出口还设置有逆止阀(6)。
5.根据权利要求1所述的一种基于尿素干喷的主燃区高温喷氨脱硝系统，其特征在于，所述再循环烟气抽气管(14)上还设置有加压风机(7)；所述加压风机(7)设置在抽气泵(8)与尿素喷口(11)之间。
6.根据权利要求1所述的一种基于尿素干喷的主燃区高温喷氨脱硝系统，其特征在于，所述低氮燃烧器(9)和尿素喷口(11)设置在燃煤锅炉的主燃区。
7.根据权利要求1所述的一种基于尿素干喷的主燃区高温喷氨脱硝系统，其特征在于，所述SOFA风喷口(12)设置在燃煤锅炉的燃尽区。
8.一种基于尿素干喷的主燃区高温喷氨脱硝方法，其特征在于，基于权利要求1-7任意一项所述系统，包括，
通过SOFA风喷口(12)将燃尽风送入燃煤锅炉燃尽区，通过再循环烟气抽气管(14)和尿素喷口(11)将省煤器(15)入口烟气和尿素粉末供给装置中的干尿素粉末送入燃煤锅炉主燃区，并根据氧浓度检测探头(10)和NOX浓度检测探头(13)检测的数据，分别控制再循环烟气的抽入量和主燃区干尿素粉末的喷入量，最终完成烟气中氮氧化物的催化还原。
9.根据权利要求8所述的一种基于尿素干喷的主燃区高温喷氨脱硝方法，其特征在于，
所述SOFA风喷口(12)的风量为锅炉总风量的30％-40％；
根据氧浓度检测探头(10)检测的氧浓度，通过控制第一控制阀(16)开度控制再循环烟气的抽入量；当检测到的主燃区氧浓度大于1％时，增大第一控制阀(16)开度，使主燃区氧浓度范围控制在0-1％；当检测到的主燃区氧浓度信号小于1％时，保持第一控制阀(16)开度不变，再循环烟气量为总烟气量的5-20％
燃尽区的NOX浓度检测探头(13)检测NOX浓度并反馈至尿素干喷装置，按照氨氮比的设定阈值折算所需尿素量；通过第二控制阀(2)控制主燃区干尿素粉末的喷入量，控制氨氮比NSR在1-2之间。
10.根据权利要求8所述的一种基于尿素干喷的主燃区高温喷氨脱硝方法，其特征在于，所述干尿素粉末的喷入量通过称重装置(3)实时测量并显示。
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2021
- 2021-11-10 CN CN202111329348.1A patent/CN113864764A/zh active Pending
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