CN115253636B - 一种循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统，包括通过管路连接的热风发生系统、尿素溶液供应系统、尿素热解炉、旋风分离器和控制系统；所述热风发生系统产生的热风与所述尿素溶液供应系统提供的尿素溶液进入所述尿素热解炉中并将所述尿素溶液热解生成含有氨的还原剂混合气体，所述还原剂混合气体分流为多个支路并分别与来自炉膛出口的原烟气混合后分别进入相互独立的所述旋风分离器内进行脱硝反应，最终通过烟囱排出；其中，所述控制系统通过采集并测试进入所述旋风分离器的原烟气成分、经所述旋风分离器脱硝后的烟气成分以及所述烟囱总排口烟气成分以精准确定尿素溶液的供应量。
Description
技术领域
本申请属于循环流化床锅炉脱硝技术领域，尤其涉及一种循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统。
背景技术
大型电站锅炉脱硝普遍采用烟气脱硝装置，CFB锅炉由于其特殊的燃烧方式及结构特点，普遍采用工艺相对简单的SNCR脱硝工艺。近年随着环保要求的逐步提高，SNCR脱硝工艺满足NOx超低排放的难度越来越大，特别是机组在参与深度调峰时，由于旋风分离器进口烟气温度偏离SNCR脱硝反应温度窗口，造成脱硝效率降低，进一步增加了机组NOx排放超标的风险。CFB锅炉SNCR脱硝工艺采用将尿素溶液(或者氨水)喷入旋风分离器，尿素溶液分解后生成氨气与NOx发生返还反应，将NOx还原为无害的N2。影响CFB锅炉SNCR脱硝效率低的主要因素尿素溶液分解产生的氨气与烟气混合不均匀，近年不少机组基于数值模拟分析开展了优化尿素喷枪布置的优化改造，在一定程度上提高了SNCR的脱硝效率，但该工艺氨逃逸率高的现象依然非常普遍。另一方面，针对CFB锅炉低负荷脱硝效率低，部分项目也开展了SNCR+SCR脱硝工艺、臭氧脱硝、烟气再循环等工艺的研究，上述工艺改造后或多或少都衍生出一些负面问题，也制约了CFB锅炉安全、环保、高效的运行。因此，提高CFB锅炉脱硝效率，特别是解决中、低负荷下NOx排放超标问题，是解决CFB锅炉环保排放的一个重要研究方向为此，我们提出一种循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统。
发明内容
针对上述问题，本申请实施例提供了一种循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统，解决中、低负荷下NOx排放易超标的问题，增加机组宽负荷脱硝能力，提高机组参与深度调峰的能力；所述技术方案如下：
本申请提供一种循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统，包括通过管路连接的热风发生系统、尿素溶液供应系统、尿素热解炉、旋风分离器和控制系统；所述热风发生系统产生的热风与所述尿素溶液供应系统提供的尿素溶液进入所述尿素热解炉中并将所述尿素溶液热解生成含有氨的还原剂混合气体，所述还原剂混合气体分流为多个支路并分别与来自炉膛出口的原烟气混合后分别进入相互独立的所述旋风分离器内进行脱硝反应，最终通过烟囱排出；其中，所述控制系统通过采集并测试进入所述旋风分离器的原烟气成分、经所述旋风分离器脱硝后的烟气成分以及所述烟囱总排口烟气成分以精准确定尿素溶液的供应量。
例如，在一个实施例提供的所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统中，还包括还原剂混合气体分配喷射装置，在所述旋风分离器进口处设有所述还原剂混合气体分配喷射装置，通过所述尿素热解炉热解生成的含有氨的还原剂混合气体在所述还原剂混合气体分配喷射装置内与来自炉膛出口的原烟气充分均匀混合后进入所述旋风分离器内进行脱硝反应。
例如，在一个实施例提供的所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统中，所述还原剂混合气体分配喷射装置包括数根还原剂喷射管道，在所述还原剂喷射管道上间隔设有数个还原剂喷射喷嘴，在所述还原剂喷射管道外壁面设有耐磨浇注料层，在所述耐磨浇注料层外表面设有防磨金属网。
例如，在一个实施例提供的所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统中，所述热风发生系统包括通过管路连接的燃气管道、燃烧器、送风机和热风发生器，来自所述燃气管道的燃气以及通过所述送风机产生的助燃空气进入所述燃烧器，在所述燃烧器内燃烧后产生的热烟气在所述热风发生器中充分混合后形成热风输入所述尿素热解炉。
例如，在一个实施例提供的所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统中，在所述热风发生器与所述尿素热解炉相连接的管路上依次设有流量计、第一压力测点和第一温度测点，并通过所述流量计控制热风的输送量。
例如，在一个实施例提供的所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统中，所述尿素溶液供应系统包括尿素溶液储罐和溶液泵，所述尿素溶液储罐内的尿素溶液通过所述溶液泵输送至所述尿素热解炉，并在热风的加热下实现尿素溶液的热解。
例如，在一个实施例提供的所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统中，在所述尿素溶液储罐与所述尿素热解炉相连接的管路上依次设有质量流量计、调门、第二压力测点和第二温度测点。
例如，在一个实施例提供的所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统中，在所述尿素热解炉与各所述旋风分离器相连接的每条支路上分别设有调节阀，以调节各条支路上还原剂混合气体的流量。
例如，在一个实施例提供的所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统中，所述控制系统包括控制器和数个烟气分析仪，所述烟气分析仪与所述控制器数据连接。
例如，在一个实施例提供的所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统中，在所述炉膛出口原烟气与所述旋风分离器入口相连接的管路上设有炉膛出口原烟气取样支路，所述炉膛出口原烟气取样支路与所述控制器连接且在所述炉膛出口原烟气取样支路上设有炉膛出口原烟气分析仪；在所述旋风分离器出口与所述烟囱相连接的管路上设有旋风分离器脱硝后烟气取样支路，所述旋风分离器脱硝后烟气取样支路与所述控制器连接且在所述旋风分离器脱硝后烟气取样支路上设有旋风分离器脱硝后烟气分析仪。
本申请的循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统所带来的有益效果为：本申请可以根据机组负荷、NOx初始排放浓度及分离器进口烟气温度，指导尿热解炉产生一定量的高温还原剂混合气体，用于循环流化床锅炉旋风分离器内SNCR脱硝，解决循环流化床锅炉脱硝效率低、氨逃逸率高的问题，特别是解决中、低负荷下NOx排放易超标的问题；通过设置控制系统，做到按需精准喷射尿素溶液，避免因“盲喷”造成的氨逃逸率偏高问题；另外，本申请通过将尿素溶液的热解过程移出到旋风分离器之外，热解完成的还原剂混合气体再进入旋风分离器，并在旋风分离器进口处设置还原剂混合气体分配喷射装置，通过还原剂混合气体分配喷射装置均匀送入旋风分离器内，大幅提高还原剂与原烟气的混合程度，大幅提高脱硝效率，降低尿素溶液消耗量，降低氨逃逸率；本申请可提高低负荷脱硝率，满足机组超低排放需求，提高机组深度调峰的能力。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请的循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统原理图；
图2是本申请的还原剂混合气体分配喷射装置结构示意图；
图3是本申请的还原剂喷射管道结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
本申请提供一种循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统，如图1所示，包括通过管路连接的热风发生系统、尿素溶液供应系统、尿素热解炉、旋风分离器14和控制系统；所述热风发生系统产生的热风与所述尿素溶液供应系统提供的尿素溶液进入所述尿素热解炉8中并将所述尿素溶液热解生成含有氨的还原剂混合气体，所述还原剂混合气体分流为多个支路并分别与来自炉膛出口的原烟气混合后分别进入相互独立的所述旋风分离器14内进行选择性非催化还原(SNCR)脱硝反应，脱硝后的烟气经过后续脱硫、除尘工艺后，净烟气22进入烟囱17排放大气，最终通过烟囱17排出；其中，所述控制系统通过采集并测试进入所述旋风分离器14的原烟气成分、经所述旋风分离器14脱硝后的烟气成分以及所述烟囱17总排口烟气成分以精准确定尿素溶液的供应量。根据上述实施例，本申请可提高机组参与深度调峰运行时脱硝效率，提升循环流化床锅炉(CFB)深度调峰能力；本申请通过设置控制系统，并通过控制系统采集并监测进入旋风分离器14的原烟气成分、经旋风分离器14脱硝后的烟气成分以及烟囱17总排口烟气成分，克服传统技术中CFB锅炉SNCR脱硝系统未设置原烟气NOx浓度监测，导致还原剂尿素喷射量主要根据烟囱烟气总排口烟气成分，具有较大迟滞性，易造成过量喷氨以及氨逃逸率较高的缺陷，本申请可做到按需精准喷射尿素溶液，避免因“盲喷”造成的氨逃逸率偏高问题；另外，本申请通过将尿素溶液的热解过程移出到旋风分离器之外，热解完成的还原剂混合气体再进入旋风分离器，克服传统技术中循环流化床锅炉现役脱硝技术采用尿素溶液在分离器进口喷射和热解，由于分离器进口烟气为高尘烟气，尿素溶液喷射后，大量的尿素溶液被飞灰吸附，降低了尿素溶液的利用率的缺陷，本申请将尿素溶液的热解过程移出到旋风分离器之外，进入旋风分离器进口为气体混合物，大幅提高脱硝效率，降低尿素溶液消耗量，降低氨逃逸率。
此外，现役脱硝技术采用尿素溶液在分离器进口喷射和热解，在中、低负荷时，由于旋风分离器进口烟气温度偏低，造成SNCR脱硝效率偏低，尿素溶液喷入旋风分离器后，在分离器内发生尿素溶液的蒸发和热解，尿素溶液的蒸发和热解过程是一个吸热过程，尿素溶液的热解和蒸发过程在降低了反应区域的温度，又缩短了还原剂在旋风分离器内的停留时间，以上几个因素造成传统技术中循环流化床锅炉脱硝效率低；本申请通过将尿素溶液的热解过程移出到旋风分离器之外，在进入旋风分离器之间就完成了尿素溶液的热解过程，大幅提升还原剂在分离器内的有效停留时间，可在一定程度上提高脱硝效率，特别是针对低负荷时，分离器进口烟气温度较低，影响SNCR脱硝反应效率时，可适当增加热风的温度，提高还原剂混合气体的温度，避免尿素溶液在旋风分离器热解过程的大幅吸热降低烟气温度，从而提高低负荷脱硝率，满足机组超低排放需求，提高机组深度调峰的能力。
例如，在一个实施例提供的所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统中，如图1所示，还包括还原剂混合气体分配喷射装置12，在所述旋风分离器14进口处设有所述还原剂混合气体分配喷射装置12，通过所述尿素热解炉8热解生成的含有氨的还原剂混合气体在所述还原剂混合气体分配喷射装置12内与来自炉膛出口的原烟气充分均匀混合后进入所述旋风分离器14内进行脱硝反应。根据上述实施例，本申请通过将尿素溶液的热解过程移出到旋风分离器之外，并在旋风分离器14进口处设置所述还原剂混合气体分配喷射装置12，通过还原剂混合气体分配喷射装置12均匀送入旋风分离器内，大幅提高还原剂与原烟气的混合程度，大幅提高脱硝效率，降低尿素溶液消耗量，降低氨逃逸率。
例如，在一个实施例提供的所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统中，如图2-3所示，所述还原剂混合气体分配喷射装置12包括数根还原剂喷射管道121，在所述还原剂喷射管道121上间隔设有数个还原剂喷射喷嘴122，在所述还原剂喷射管道121外壁面设有耐磨浇注料层123，在所述耐磨浇注料层123外表面设有防磨金属网124。
其中，还原剂混合气体分配喷射装置12按照格栅式设计，还原剂喷射管道121直径Φ150mm，还原剂喷射管道121之间间距300mm，每根还原剂喷射管道121上间隔设有还原剂喷射喷嘴122，还原剂喷射喷嘴122直径Φ20mm，还原剂喷射喷嘴122之间间距300mm，达到还原剂混合气体与原烟气之间均匀喷射和混合的目的。由于还原剂混合气体分配喷射装置12布置在旋风分离器14的进口位置，该位置烟气环境为为高温、高粉尘，氨气和空气的混合气体一方面起到均匀分配还原剂的目的；另一方面，对还原剂喷射管道可起到冷却保护的目的，保证金属管道安全可靠运行；除考虑金属管道的可靠冷却外，通过在还原剂喷射管道121外壁面敷设耐磨浇注料层123，以防磨损，为了防止浇注料脱落，在耐磨浇注料层123外部通过防磨金属网124进行固定。
例如，在一个实施例提供的所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统中，如图1所示，所述热风发生系统包括通过管路连接的燃气管道1、燃烧器2、送风机3和热风发生器4，来自所述燃气管道1的燃气以及通过所述送风机3产生的助燃空气进入所述燃烧器2，在所述燃烧器2内燃烧后产生的热烟气在所述热风发生器4中充分混合后形成热风输入所述尿素热解炉8。其中，热风发生器4主要提供热解炉尿素溶液热解所需热源及还原剂分配载体，因为氨气和空气的混合气体为易爆气体，实际使用过程中需控制氨气在混合气体中的浓度分布小于5％。
例如，在一个实施例提供的所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统中，如图1所示，在所述热风发生器4与所述尿素热解炉8相连接的管路上依次设有流量计5、第一压力测点6和第一温度测点7，并通过所述流量计5控制热风的输送量。通过第一压力测点6和第一温度测点7进行测试，根据机组负荷、NOx初始排放浓度，以及要求达到的脱硝效率进而确定所需的热风耗量。
例如，在一个实施例提供的所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统中，如图1所示，所述尿素溶液供应系统包括尿素溶液储罐24和溶液泵25，所述尿素溶液储罐24内的尿素溶液通过所述溶液泵25输送至所述尿素热解炉8，并在热风的加热下实现尿素溶液的热解。
其中，尿素热解炉8包括尿素溶液雾化喷枪、绝热分解室和压缩空气吹扫系统。
例如，在一个实施例提供的所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统中，如图1所示，在所述尿素溶液储罐24与所述尿素热解炉8相连接的管路上依次设有质量流量计26、调门27、第二压力测点28和第二温度测点29。
例如，在一个实施例提供的所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统中，如图1所示，在所述尿素热解炉8与各所述旋风分离器14相连接的每条支路上分别设有调节阀，以调节各条支路上还原剂混合气体的流量。
作为一个实施例，如图1所示，尿素热解炉8将尿素溶液热解生成含有氨的还原剂混合气体，所述还原剂混合气体分流为三条支路，在每一条支路上分别设有第一调节阀9、第二调节阀10和第三调节阀11，三条支路分别与旋风分离器14、第二旋风分离器15和第三旋风分离器16连接。通过第一调节阀9、第二调节阀10和第三调节阀11可根据相应旋风分离器所需达到的脱硝效率值，调整进入不同旋风分离器的还原剂混合气体流量。
例如，在一个实施例提供的所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统中，如图1所示，所述控制系统包括控制器23和数个烟气分析仪，所述烟气分析仪与所述控制器23数据连接。根据上述实施例，控制系统通过采集原烟气、烟囱总排口烟气成分，结合环保要求，确定尿素热解炉的实际所需出力，进而达到NOx满足排放的目的。
例如，在一个实施例提供的所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统中，如图1所示，在所述炉膛出口原烟气与所述旋风分离器14入口相连接的管路上设有炉膛出口原烟气取样支路18，所述炉膛出口原烟气取样支路18与所述控制器23连接且在所述炉膛出口原烟气取样支路18上设有炉膛出口原烟气分析仪19；在所述旋风分离器14出口与所述烟囱相连接的管路上设有旋风分离器脱硝后烟气取样支路20，所述旋风分离器脱硝后烟气取样支路20与所述控制器23连接且在所述旋风分离器脱硝后烟气取样支路20上设有旋风分离器脱硝后烟气分析仪21。根据上述实施例，通过对进入所述旋风分离器14的原烟气成分、经所述旋风分离器14脱硝后的烟气成分以及所述烟囱17总排口烟气成分的测试，结合所需达到的烟气脱硝效率，确定实际所需还原剂的消耗量，进而确定热风发生器4和热解炉8实际所需出力，通过调门27控制尿素溶液的供应量，满足机组NOx超低排放的要求。
应用案例
以某300MW循环流化床锅炉为例，锅炉配置3台旋风分离器。机组额定负荷时，自炉膛出口13的原烟气中NOx浓度约为200mg/m3，控制旋风分离器脱硝后烟气取样支路20内的烟气NOx浓度小于35mg/m3，控制烟囱总排口净烟气22NOx含量满足超低排放要求。此时旋风分离器14中的SNCR脱硝效率为82％，结合机组运行情况，额定负荷下，整台机组SNCR脱硝工艺实际所需还原剂尿素量140kg/h，尿素溶液浓度按照50％设置，需要尿素溶液280kg/h，通过溶液泵25的输送，通过质量流量计26，调门27等控制280kg/h尿素溶液，送入尿素溶液热解炉8完成尿素溶液分解，尿素溶液分解后产生含有NH3的还原性混合气体，用于后续旋风分离器14中的SNCR脱硝工艺。尿素溶液热解所需热源来自热风发生器4，热风一方面提供热解炉尿素溶液热解所需热源，同时还起到了还原剂分配载体的作用。因为氨气和空气的混合气体为易爆气体，实际使用过程中需控制氨气在混合气体中的浓度分布小于5％，根据核算，需要保证最低释放风量需大于2000m3/h。
尽管已经出于说明性目的对本申请的实施例进行了公开，但是本领域技术人员将认识的是：在不偏离如所附权利要求公开的本发明的范围和精神的情况下，能够进行各种修改、添加和替换。
Claims (10)
1.一种循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统，其特征在于，包括通过管路连接的热风发生系统、尿素溶液供应系统、尿素热解炉、格栅式还原剂混合气体分配喷射装置、旋风分离器和控制系统；所述热风发生系统产生的热风与所述尿素溶液供应系统提供的尿素溶液进入所述尿素热解炉中并将所述尿素溶液热解生成含有氨的还原剂混合气体，所述还原剂混合气体分流为多个支路并分别与来自炉膛出口的原烟气混合后分别进入相互独立的所述旋风分离器内进行脱硝反应，最终通过烟囱排出；
其中，所述控制系统通过采集并测试进入所述旋风分离器的原烟气成分、经所述旋风分离器脱硝后的烟气成分以及所述烟囱总排口烟气成分以精准确定尿素溶液的供应量；
其中，所述尿素热解炉位于所述旋风分离器外部，以将尿素溶液的热解过程移出到旋风分离器之外；
其中，在所述旋风分离器进口处设有所述格栅式还原剂混合气体分配喷射装置。
2.根据权利要求1所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统，其特征在于，通过所述尿素热解炉热解生成的含有氨的还原剂混合气体在所述格栅式还原剂混合气体分配喷射装置内与来自炉膛出口的原烟气充分均匀混合后进入所述旋风分离器内进行脱硝反应。
3.根据权利要求2所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统，其特征在于，所述格栅式还原剂混合气体分配喷射装置包括数根还原剂喷射管道，在所述还原剂喷射管道上间隔设有数个还原剂喷射喷嘴，在所述还原剂喷射管道外壁面设有耐磨浇注料层，在所述耐磨浇注料层外表面设有防磨金属网。
4.根据权利要求1所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统，其特征在于，所述热风发生系统包括通过管路连接的燃气管道、燃烧器、送风机和热风发生器，来自所述燃气管道的燃气以及通过所述送风机产生的助燃空气进入所述燃烧器，在所述燃烧器内燃烧后产生的热烟气在所述热风发生器中充分混合后形成热风输入所述尿素热解炉。
5.根据权利要求4所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统，其特征在于，在所述热风发生器与所述尿素热解炉相连接的管路上依次设有流量计、第一压力测点和第一温度测点，并通过所述流量计控制热风的输送量。
6.根据权利要求1所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统，其特征在于，所述尿素溶液供应系统包括尿素溶液储罐和溶液泵，所述尿素溶液储罐内的尿素溶液通过所述溶液泵输送至所述尿素热解炉，并在热风的加热下实现尿素溶液的热解。
7.根据权利要求6所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统，其特征在于，在所述尿素溶液储罐与所述尿素热解炉相连接的管路上依次设有质量流量计、调门、第二压力测点和第二温度测点。
8.根据权利要求1所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统，其特征在于，在所述尿素热解炉与各所述旋风分离器相连接的每条支路上分别设有调节阀，以调节各条支路上还原剂混合气体的流量。
9.根据权利要求1所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统，其特征在于，所述控制系统包括控制器和数个烟气分析仪，所述烟气分析仪与所述控制器数据连接。
10.根据权利要求9所述循环流化床锅炉宽负荷脱硝系统，其特征在于，在所述炉膛出口原烟气与所述旋风分离器入口相连接的管路上设有炉膛出口原烟气取样支路，所述炉膛出口原烟气取样支路与所述控制器连接且在所述炉膛出口原烟气取样支路上设有炉膛出口原烟气分析仪；在所述旋风分离器出口与所述烟囱相连接的管路上设有旋风分离器脱硝后烟气取样支路，所述旋风分离器脱硝后烟气取样支路与所述控制器连接且在所述旋风分离器脱硝后烟气取样支路上设有旋风分离器脱硝后烟气分析仪。
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