CN203002201U - 用于循环流化床sncr脱硝系统的反应装置 - Google Patents
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Abstract
用于循环流化床SNCR脱硝系统的反应装置，涉及一种电厂烟气脱硝反应器。本实用新型循环流化床锅炉的一侧分别与水平烟道、返料装置的一端连接，水平烟道的另一端布置尾部烟道，水平烟道、返料装置的另一端之间布置旋风分离器，筒体的上部一侧布置与水平烟道连接的进气口，筒体的上部设置与排气口一端连接的中心筒，排气口的另一端与尾部烟道连接，筒体的下部形成逐渐收缩的锥体，锥体远离筒体的一端设置排料口，排料口的末端连接返料装置；筒体的内壁布置相变蓄热材料层。本实用新型实现了能够更好的控制还原剂逃逸量，锅炉负荷范围广，能够满足更高要求NOX排放，实现SNCR脱硝系统正常运行的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电厂烟气脱硝反应器，具体是适用于循环流化床锅炉烟气SNCR脱硝系统的旋风分离器，属于烟气净化装置制造的技术领域。
背景技术
循环流化床燃烧技术（CFB）是近十几年来迅速发展的一项高效低污染清洁燃烧枝术，具有煤种适应性强、负荷调节范围大、燃烧稳定、炉内燃烧中添加石灰石低成本脱硫、分级燃烧有效降低NOx排放、灰渣综合利用等优点，特别适用于燃用劣质燃料以及负荷变化频繁的调峰电厂和负荷波动较大的自备电站。
根据2011年发布的《火电厂大气污染物排放标准》，火电厂NOX排放标准日益严格，新建机组必须同步建设脱硝装置，现役机组的脱硝改造势在必行。脱硝技术领域是以NOx还原技术为主导地位，其NOX还原技术分为两大类：选择性催化还原技术SCR和选择性非催化还原技术SNCR，这两种技术都适用于循环流化床锅炉的脱硝工程。对比两种脱硝技术，SNCR的工程投资费用、年运行费用都低于SCR，对老机组循环流化床锅炉进行脱硝改造时，SNCR技术可以避免空气预热器、引风机及省煤器等方面的改造，工程量相对较小，工期短，特别是，SCR技术对烟气含尘率要较高，易发生催化剂堵塞中毒。因此，SNCR脱硝技术适用于循环流化床锅炉的新建机组和老机组改造。
SNCR脱硝技术主要是在800℃～1000℃温度范围内，将含氨的还原剂喷入烟气中，将NO还原，生成氮气和水。大量的工程实践实践证明，SNCR技术对反应温度非常敏感，随温度降低，其还原反应速度降低，从而使大量还原剂来不及反应而降低脱硝效率，增加还原剂逃逸量。但是反应温度也不能过高，当温度高于1100℃时，NH3的氧化反应速度超过还原反应而起主导作用，从而可能造成NOX排放浓度高于基准排放浓度。
循环流化床锅炉具有一个非常有效的还原剂喷入点和混合反应器―旋风分离器。分离器内的烟气扰动强烈，十分利于实现喷入的还原剂和烟气之间迅速而均匀的混合，分离器内气体流动路径较长，还原剂在反应区获得较长停留时间。根据循环流化床锅炉特殊的燃烧方式，在锅炉满负荷工况，旋风分离器入口处的烟温在800℃～1000℃之间，正是SNCR最佳反应温度范围。
锅炉负荷是SNCR系统运行控制的关键输入参数之一。锅炉负荷降低，旋风分离器内烟气温度下降，当烟气温度随负荷下降而低于SNCR最佳反应温度范围的最低限值时，脱硝反应速度降低，还原剂逃逸量增加，烟气排放测量值中NHX排放超标，NH3排放超标，最终导致SNCR系统不能运行。锅炉负荷增加，旋风分离器内烟气温度上升，当烟气温度随负荷升高而高于SNCR最佳反应温度范围的最高限值时，NH3氧化反应超过还原反应而起主导作用，也会造成烟气排放测量值中NHX排放超标，NH3排放超标，SNCR系统不能运行。在循环循环流床锅炉负荷波动范围内，烟气温度一般不会高于SNCR最佳反应温度的最高限值，因此，低负荷时循环流化床锅炉的SNCR系统运行问题更为突出。
发明内容
技术问题：为了解决锅炉负荷运行波动较大时SNCR脱硝系统运行存在的问题，本实用新型目的是提供一种能够更好的控制还原剂逃逸量，锅炉负荷范围广，能够满足更高要求NOX排放，实现SNCR脱硝系统正常运行的用于循环流化床SNCR脱硝系统的反应装置。
一种用于循环流化床SNCR脱硝系统的反应装置，包括循环流化床锅炉、水平烟道、返料装置、尾部烟道，循环流化床锅炉的一侧分别与水平烟道、返料装置的一端连接，水平烟道的另一端布置尾部烟道，水平烟道、返料装置的另一端之间布置旋风分离器，所述旋风分离器包括进气口、筒体、锥体、中心筒、排气口、排料口，筒体的上部一侧布置与水平烟道连接的进气口，筒体的上部设置与排气口一端连接的中心筒，排气口的另一端与尾部烟道连接，筒体的下部形成逐渐收缩的锥体，锥体远离筒体的一端设置排料口，排料口的末端连接返料装置；筒体的内壁布置相变蓄热材料层。
旋风分离器是循环流化床锅炉主循环回路的关键部件，完成含尘气流的气固分离，并把收集的物料回送至炉膛，同时也是SNCR脱硝系统的关键部件，完成脱硝反应减排NOX，并把净化烟气送至尾部烟道。旋风分离器入口段喷入还原剂，分离器内侧布置相变蓄热材料层，以增大旋风分离器整体的热惯性。
当锅炉低负荷运行时，继续降低锅炉负荷，旋风分离器入口烟气温度降低，以至脱离SNCR 最佳反应温度范围，旋风分离器内侧布置的相变蓄热材料层（处于液态）温度高于烟气温度，蓄热材料（所选蓄热材料具有较大的相变潜热和密度）发生相变（液变固）放出相变潜热，烟气迅速吸收这部分热量，烟气温度迅速升高至SNCR最佳反应温度范围内，旋风分离器内烟气与还原剂充分混合，并获得足够的停留时间，从而保证脱硝反应效率，控制还原剂逃逸量。
当锅炉高负荷运行时，继续提高锅炉负荷，旋风分离器入口烟气温度升高，旋风分离器内侧布置的相变蓄热材料层（处于液态）温度低于烟气温度，蓄热材料（所选蓄热材料具有高液相比热、高热导率）迅速从烟气中吸收大量热量，烟气放出热量而温度降低至SNCR最佳反应温度范围内，旋风分离器内烟气与还原剂充分混合，并获得足够的停留时间，有效抑制NH3的氧化反应，保证脱硝反应效率，控制还原剂逃逸量。
本实用新型可以有效削减锅炉负荷变化时（特别是锅炉低负荷运行时）温度波动对SNCR脱硝系统的不利影响，有利于达到更高的NOX排放要求，更好地控制还原剂逃逸量，可以保证在更宽广的锅炉负荷范围内，实现SNCR脱硝系统的正常运行。
附图说明
图1是本实用新型的一种结构示意图。
图2是图1中旋风分离器的结构示意图。
图3是图2中I部的放大示意图。
其中：1、循环流化床锅炉，2、还原剂喷射装置，3、旋风分离器，4、返料装置，5、尾部烟道，3.1、进气口，3.2、筒体，3.3、锥体，3.4、中心筒，3.5、排气口，3.6、排料口，3.7、相变蓄热材料层，3.8、耐火材料层，3.9、钢板，3.10、保温层。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明：本部分的说明仅是示范性和解释性，不应对实用新型的保护范围有任何的限制作用。
如图1、图2所示，一种用于循环流化床SNCR脱硝系统的反应装置，包括循环流化床锅炉1、水平烟道、返料装置4、尾部烟道5，循环流化床锅炉1的一侧分别与水平烟道、返料装置4的一端连接，水平烟道的另一端布置尾部烟道5，水平烟道、返料装置4的另一端之间布置旋风分离器3，所述旋风分离器3包括进气口3.1、筒体3.2、锥体3.3、中心筒3.4、排气口3.5、排料口3.6，筒体3.2的上部一侧布置与水平烟道连接的进气口3.1，筒体3.2的上部设置与排气口3.5一端连接的中心筒3.4，排气口3.5的另一端与尾部烟道5连接，筒体3.2的下部形成逐渐收缩的锥体3.3，锥体3.3远离筒体3.2的一端设置排料口3.6，排料口3.6的末端连接返料装置4；筒体3.2的内壁布置相变蓄热材料层3.7。
如图1所示，本实用新型水平烟道内布置还原剂喷射装置2。
如图3所示，本实用新型相变蓄热材料层3.7的外侧布置耐火材料层3.8。本实用新型的耐火材料层3.8可采用硅酸钙制品或硅酸铝。
如图3所示，本实用新型耐火材料层3.8的外侧布置钢板3.9。本实用新型的钢板3.9可采用Q235普通碳钢。
如图3所示，本实用新型钢板3.9的外侧布置保温层3.10。本实用新型的保温层3.10可采用岩或矿棉制品。
本实用新型相变蓄热材料层3.7内部填充相变温度范围为800℃～900℃的固-液相变蓄热材料氟盐或氟盐共晶混合物中的其中一种。
本实用新型相变蓄热材料层3.7内部填充相变温度范围为810℃～820℃的固-液相变蓄热材料LiF、CaF2或LiF-CaF2共晶物中的其中一种。
本实用新型固-液相变蓄热材料的外部由耐腐蚀、耐磨损的高温合金材料密封。
某300MW循环流化床锅炉采用SNCR脱硝工艺（参见图1），BMCR工况下烟气量1043500m3/h，NOX浓度200mg/Nm3（6%含氧量，干态），脱硝效率55%，净化后烟气NOX浓度90mg/Nm3。锅炉负荷运行情况：50%～110%BMCR运行约16小时/天，旋风分离器内烟气温度约910℃～810℃，40%～50%BMCR运行约8小时/天，旋风分离器内烟气温度约810～790℃。
如图1所示的循环流化床SNCR脱硝工艺示意图，循环流化床锅炉1中燃料燃烧后产生的烟气通过水平烟道进入旋风分离器3，还原剂（如氨水、无水氨、尿素）通过还原剂喷射装置2在旋风分离器入口段喷射进入烟道中，在旋风分离器3中与烟气进行充分混合，在合适的SNCR脱硝反应温度区间内，氮氧化物与还原剂反应除掉NOX，净化后的烟气经旋风分离器顶部排出，进入尾部烟道5进行热交换，同时由气流带出循环流化床锅炉炉膛的固体物料在分离器内被分离和收集，通过返料装置4送回炉膛。
如图2所示的旋风分离器结构示意图，旋风分离器由进气口3.1、筒体3.2、锥体3.3、中心筒3.4、排气口3.5、排料口3.6组成。含尘气体由进气口3.1切向进入分离器，并在分离空间产生旋流运动，先沿分离器器壁由上而下旋转（称为外旋流），到达锥体3.3底部，净化气体由外旋流转变为沿轴心向上旋转（称为内旋流），与此同时，SNCR脱硝反应进行除掉大部分NOX，净化气体由中心筒3.4、排气口3.5排出，气流中的颗粒在离心力作用下被抛向分离器器壁，在重力和气流旋转作用下沿器壁到达排料口3.6。
根据不同负荷循环流化床锅炉旋风分离器烟气温度以及SNCR最佳反应温度范围800℃～1000℃，并考虑到高负荷对SNCR运行的影响较小（旋风分离器中烟气温度很难高于SNCR最佳反应温度最高限值），而低负荷对SNCR运行的影响较大（旋风分离器中烟气温度易低于SNCR最佳反应温度最低限值），选择固-液相变蓄热材料的相变温度范围800℃～900℃。相变蓄热材料可选择氟盐及氟盐共晶混合物，如LiF、CaF2或LiF-CaF2的共晶物，通过不同熔点的氟盐的混合，可以得到不同相变温度的蓄热介质。相变蓄热材料由耐腐蚀、耐磨损的高温合金材料或陶瓷材料密封，并预留蓄热材料相变膨胀空间，从而形成相变蓄热材料层。
当锅炉低负荷运行时，继续降低锅炉负荷，旋风分离器入口烟气温度降低，以至脱离SNCR 最佳反应温度范围，旋风分离器内侧布置的相变蓄热材料层（处于液态）温度高于烟气温度，蓄热材料（所选蓄热材料具有较大的相变潜热和密度）发生相变（液变固）放出相变潜热，烟气迅速吸收这部分热量，烟气温度迅速升高至SNCR最佳反应温度范围内，旋风分离器内烟气与还原剂充分混合，并获得足够的停留时间，从而保证脱硝反应效率，控制还原剂逃逸量。
当锅炉高负荷运行时，继续提高锅炉负荷，旋风分离器入口烟气温度升高，旋风分离器内侧布置的相变蓄热材料层（处于液态）温度低于烟气温度，蓄热材料（所选蓄热材料具有高液相比热、高热导率）迅速从烟气中吸收大量热量，烟气放出热量而温度降低至SNCR最佳反应温度范围内，旋风分离器内烟气与还原剂充分混合，并获得足够的停留时间，有效抑制NH3的氧化反应，保证脱硝反应效率，控制还原剂逃逸量。
当锅炉高负荷运行时，继续提高锅炉负荷，旋风分离器入口烟气温度升高，旋风分离器内侧布置的相变蓄热材料层（处于液态）温度低于烟气温度，蓄热材料（所选蓄热材料具有高液相比热、高热导率）迅速从烟气中吸收大量热量，烟气放出热量而温度降低至SNCR最佳反应温度范围内，旋风分离器内烟气与还原剂充分混合，并获得足够的停留时间，有效抑制NH3的氧化反应，保证脱硝反应效率，控制还原剂逃逸量。
如图3所示的旋风分离器内壁构成示意图，旋风分离器内壁由四层构成，从烟道侧至旋风分离器外侧依次是：相变蓄热材料层3.7、耐火材料层3.8、钢板3.9、保温层3.10。相变蓄热材料层内部填充固-液相变蓄热材料LiF-CaF2共晶物，蓄热材料相变温度范围810℃～820℃，蓄热材料外部由耐腐蚀、耐磨损的高温合金材料密封，并预留蓄热材料相变膨胀空间约25%。绝热耐火层可选用硅酸钙制品、硅酸铝复合保温，钢板可选用Q235等普通碳钢，保温层选用岩、矿棉制品等。
未采用本实用新型中的旋风分离器时，当锅炉负荷处于40%～50%BMCR范围内时，旋风分离器烟气温度低于810℃，SNCR脱硝系统停止运行。采用本实用新型中的旋风分离器后，当锅炉负荷处于40%～50%BMCR范围内时，可保证旋风分离器内烟气温度不低于810℃，保证SNCR脱硝系统正常运行，与之前相比，NOX减排量增加约400千克/天，合算约146吨/年。
Claims (8)
1.一种用于循环流化床SNCR脱硝系统的反应装置，包括循环流化床锅炉（1）、水平烟道、返料装置（4）、尾部烟道（5），循环流化床锅炉（1）的一侧分别与水平烟道、返料装置（4）的一端连接，水平烟道的另一端布置尾部烟道（5），其特征在于水平烟道、返料装置（4）的另一端之间布置旋风分离器（3），所述旋风分离器（3）包括进气口（3.1）、筒体（3.2）、锥体（3.3）、中心筒（3.4）、排气口（3.5）、排料口（3.6），筒体（3.2）的上部一侧布置与水平烟道连接的进气口（3.1），筒体（3.2）的上部设置与排气口（3.5）一端连接的中心筒（3.4），排气口（3.5）的另一端与尾部烟道（5）连接，筒体（3.2）的下部形成逐渐收缩的锥体（3.3），锥体（3.3）远离筒体（3.2）的一端设置排料口（3.6），排料口（3.6）的末端连接返料装置（4）；筒体（3.2）的内壁布置相变蓄热材料层（3.7）。
2.根据权利要求1所述的用于循环流化床SNCR脱硝系统的反应装置，其特征在于上述水平烟道内布置还原剂喷射装置（2）。
3.根据权利要求1所述的用于循环流化床SNCR脱硝系统的反应装置，其特征在于上述相变蓄热材料层（3.7）的外侧布置耐火材料层（3.8）。
4.根据权利要求3所述的用于循环流化床SNCR脱硝系统的反应装置，其特征在于上述耐火材料层（3.8）的外侧布置钢板（3.9）。
5.根据权利要求4所述的用于循环流化床SNCR脱硝系统的反应装置，其特征在于上述钢板（3.9）的外侧布置保温层（3.10）。
6.根据权利要求1所述的用于循环流化床SNCR脱硝系统的反应装置，其特征在于上述相变蓄热材料层（3.7）内部填充相变温度范围为800℃～900℃的固-液相变蓄热材料氟盐或氟盐共晶混合物中的其中一种。
7.根据权利要求6所述的用于循环流化床SNCR脱硝系统的反应装置，其特征在于上述相变蓄热材料层（3.7）内部填充相变温度范围为810℃～820℃的固-液相变蓄热材料LiF、CaF2或LiF-CaF2共晶物中的其中一种。
8.根据权利要求6或7所述的用于循环流化床SNCR脱硝系统的反应装置，其特征在于上述固-液相变蓄热材料的外部由高温合金材料密封。
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