CN203829919U - 一种用于燃煤电厂锅炉scr脱硝系统的装置 - Google Patents

一种用于燃煤电厂锅炉scr脱硝系统的装置 Download PDF

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秦翠娟
代旭东
钟学进
陈凯
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一种用于燃煤电厂锅炉SCR脱硝系统的装置,涉及一种电厂烟气脱硝反应器,具体是适用于燃煤电厂SCR脱硝系统的装置。本申请SCR反应器的进口通过反应器进口连接烟道与省煤器出口连接,SCR反应器的出口通过反应器出口连接烟道与空气预热器入口连接;SCR反应器的上部布置整流装置,位于整流装置下部的SCR反应器内设置若干平行布置的催化剂床层;反应器进口连接烟道上设置喷氨装置,与喷氨装置位置相对应的反应器进口连接烟道外部设置用于完成氨的输送贮存和气化、氨与空气混合稀释的氨存储与处理装置。本申请实现了锅炉低负荷运行时能维持SCR反应器内烟气温度至SCR最低喷氨烟气温度以上,实现SCR系统的正常运行的目的。

Description

—种用于燃煤电厂锅炉SCR脱硝系统的装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种电厂烟气脱硝反应器,具体是适用于燃煤电厂SCR脱硝系统的装置。
背景技术
[0002] 随着环保的要求日益严格,继SO2排放制之后,NOx排放成为日益严峻的问题。为促进火电行业氮氧化物减排及控制技术进步,国家相关部委已相继出台了《燃煤烟气脱硝技术规范》、《火电厂氮氧化物防治技术政策》、《火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性催化还原法》和《火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性非催化还原法》等一系列技术标准与规范,进一步促进脱硝产业的发展。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。
[0003] 目前,烟气脱硝主流技术是选择性催化还原(SCR)法和选择性非催化还原(SNCR)法。其中,SCR法以其成熟的技术工艺和稳定的脱硝效率,应用更为广泛。
[0004] SCR脱硝的基本原理是:氮氧化物在催化剂作用下,在一定温度条件(一般为250〜450°C )时被还原剂(一般选择用NH3)还原为无害的氮气和水,不产生二次污染,“选择性”是指氨有选择地进行还原反应,在这里它只选择还原NOx。SCR脱硝的工艺流程如下:氨气与稀释风混合后,经喷氨装置进入烟气中,氨气与烟气混合后进入SCR反应器,烟气中的NOx与氮气在催化剂的作用下发生化学反应,从而脱除氮氧化物。
[0005] 当锅炉低负荷运行,省煤器出口(即SCR脱硝装置入口)烟气温度较低时,一方面催化剂活性会比较低,另一方面,还原剂氨与烟气中的SO3反应生成的硫酸氢氨和硫酸氨会沉积在催化剂上,进一步降低催化剂的活性,甚至造成催化剂不可逆转的活性降低,因此,要求SCR脱硝系统设置最低运行温度,一般要求脱硝装置喷氨时烟气的温度要大于300〜320°C, SCR脱硝最低运行温度主要取决于烟气中的SO3浓度。
[0006] SCR脱硝系统设置最低运行温度目的是防止铵盐在SCR反应器内沉积堵塞催化剂孔隙,降低催化剂活性,但同时也可能带来锅炉低负荷时SCR系统入口烟温低于最低运行温度而不能启动运行的问题。为满足新标准对火电厂NOx最高允许排放浓度限值要求,某些电厂加装省煤器旁路,以提高SCR脱硝系统入口的烟气温度。省煤器旁路的设计要求主要是:保证进入脱硝装置的烟气温度高于SCR脱硝最低运行温度,保证两部分烟气(主烟气与省煤器旁路烟气)在进入SCR反应器之前均匀混合。
[0007] 省煤器旁路存在以下缺陷:部分烟气不经过省煤器必然会导致锅炉效率下降;省煤器旁路烟气与主烟气的混合也会引起烟道及反应器内流场不均匀,压力损失增加。
[0008] 如何更好地解决锅炉低负荷时SCR系统入口烟温低于SCR脱硝最低运行温度而不能启动运行的问题已经弓I起越来越多的关注。
实用新型内容
[0009] 为了解决锅炉低负荷运行时SCR脱硝烟气温度低于SCR最低运行温度而不能运行的问题,本实用新型提供一种用于燃煤电厂锅炉SCR脱硝系统的装置,该装置对锅炉效率不会产生影响,对原有SCR脱硝系统流场无不利影响,锅炉低负荷运行时能维持SCR反应器内烟气温度至SCR最低喷氨烟气温度以上,实现SCR系统的正常运行。
[0010] 本实用新型为解决上述技术问题提出的技术方案是:一种用于燃煤电厂锅炉SCR脱硝系统的装置,包括SCR反应器,SCR反应器的进口通过反应器进口连接烟道与省煤器出口连接,SCR反应器的出口通过反应器出口连接烟道与空气预热器入口连接;SCR反应器的上部布置整流装置,位于整流装置下部的SCR反应器内设置若干平行布置的催化剂床层;反应器进口连接烟道上设置喷氨装置,与喷氨装置位置相对应的反应器进口连接烟道外部设置用于完成氨的输送贮存和气化、氨与空气混合稀释的氨存储与处理装置。
[0011] 优选的:所述整流装置位于喷氨装置与催化剂床层之间,包括依次布置的导流板、整流板。
[0012] 优选的:所述导流板位于反应器进口连接烟道与反应器出口连接烟道变向或变径或同时变向变径的部位。
[0013] 优选的:所述氨存储与处理装置包括氨气、空气、稀释风机、混合器,所述空气通过稀释风机送入混合器中,所述混合器将氨气、空气混合稀释送入喷氨装置;所述整流装置包括导流析、整流板,所述导流板设置于反应器进口连接烟道与反应器出口连接烟道变向或变径(收缩或扩张)或同时变向变径的部位,所述整流板设置于SCR反应器进口内,位于催化剂床层的正上方,所述导流板分若干组布置,整流板为一组布置。
[0014] 优选的:所述催化剂床层由若干均匀布置在反应器外壁内的催化剂模块组成,相邻催化剂模块间形成间隙层,所述间隙层内布置相变蓄热材料层,催化剂模块与反应器外壁之间的间隙布置相变蓄热材料层,上述相变蓄热材料层内填充有相变蓄热材料。、
[0015] 优选的:所述相变蓄热材料为相变温度范围为300°C〜320°C的固-液相变蓄热材料。
[0016] 本申请的原理:催化剂床层内相变蓄热材料为固-液相变蓄热材料,固-液相变蓄热材料相变温度范围一般为300°C〜320°C,此温度值由SCR脱硝系统最低运行温度所决定,一般可等于或略大于SCR脱硝系统最低运行温度。对相变蓄热材料的设计要求主要是:具有较大的相变潜热和密度,保证当烟气温度快要低于SCR脱硝系统最低运行温度时,能放出大量液变固相变潜热,使烟气温度维持至SCR脱硝系统最低运行温度以上。
[0017] 锅炉燃烧后产生烟气通过省煤器换热后进入反应器进口连接烟道,还原剂氨气与来自稀释风机的空气混合成氨气体积含量为5%的混合气体,通过喷氨装置喷入反应器进口连接烟道,并与烟气进行充分混合,经整流后进入SCR反应器,在SCR反应器内烟气中的氮氧化物在催化剂床层的作用下与氨气反应除掉部分氮氧化物,净化后的烟气通过反应器出口连接烟道进入空气预热器继续进行热交换,烟气温度降为150°C左右,然后进入下一步烟气处理设施如电除尘器、烟气脱硫装置后通过烟®排入大气。
[0018] 当锅炉常规负荷范围内运行时,锅炉负荷变化会引起烟气温度变化。锅炉常规负荷范围运行时,催化剂床层内的相变蓄热材料呈液态,当烟气温度随锅炉负荷升高而升高时,催化剂床层温度则随烟气温度而预呈现升高趋势,但由于催化剂床层内的相变蓄热材料具有高液相比热与高热导率,催化剂床层温度升高趋势显著削弱。相应地,当烟气温度随锅炉负荷降低而降低时,催化剂床层温度则随烟气温度而预呈现降低趋势,但由于催化剂床层内的相变蓄热材料具有高液相比热与高热导率,催化剂床层温度下降趋势显著削弱。总之,通过填充相变蓄热材料,催化剂床层蓄积了大量的热,当烟气温度变化时,催化剂床层温度不会随烟气温度骤然下降或升高,而是可以在一定时间内维持催化剂床层温度在一定范围内。
[0019] 当锅炉开始低负荷运行时,随着负荷的降低,SCR反应器内烟气温度开始下降,以至于开始低于SCR脱硝最低运行温度,此时催化剂床层间隙中的相变蓄热材料层开始发挥重要作用,处于液相的相变蓄热材料层温度不会骤然下降而高于烟气温度,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)放出大量的相变潜热,烟气迅速吸收这部分热量,烟气温度可维持至SCR脱硝最低运行温度以上,从而保证SCR继续喷氨,系统正常运行。
[0020] 综上所述,本实用新型可以有效解决锅炉低负荷时SCR系统入口烟温低于最低运行温度而不能启动运行的问题,并且可以避免了省煤器旁路带来的锅炉效率下降、流场不均、压力损失增加等问题。
附图说明
[0021] 图1是本实用新型SCR脱硝工艺的结构示意图。
[0022] 图2是图1中催化剂床层的结构示意图。
[0023] 图3是图2的俯视图。
[0024] 其中:1、省煤器出口,2、反应器进口连接烟道,3、喷氨装置,4、导流板,5、整流板,
6、SCR反应器,7、催化剂床层,8、反应器出口连接烟道,9、空气预热器入口,10、氨气,11、混合器,12、稀释风机,13、空气,14、反应器外壁,15、相变蓄热材料层,16、催化剂模块。
具体实施方式
[0025] 下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明:本部分的说明是示范性和解释性,不应对实用新型的保护范围有任何限制作用。
实施例
[0026] 如图1-3所示,一种用于燃煤电厂锅炉SCR脱硝系统的装置,包括SCR反应器6,SCR反应器6的进口通过反应器进口连接烟道2与省煤器出口 I连接,SCR反应器6的出口通过反应器出口连接烟道8与空气预热器入口 9连接;SCR反应器6的上部布置整流装置,位于整流装置下部的SCR反应器6内设置若干平行布置的催化剂床层7 ;反应器进口连接烟道2上设置喷氨装置3,与喷氨装置3位置相对应的反应器进口连接烟道2外部设置用于完成氨的输送贮存和气化、氨与空气混合稀释的氨存储与处理装置。
[0027] 本申请的烟道形状及尺寸布置均结合施工现场进行设计,反应器出口连接烟道8的两侧分别与SCR反应器出口、空气预热器入口 9相连,所述氨存储与处理装置用于完成氨的输送贮存和气化、氨与空气混合稀释,所述喷氨装置3用于将稀释后的氨气喷入反应器进口连接烟道2,以使得稀释后的氨气与烟气混合,所述氨存储与处理装置包括氨气10、空气13、稀释风机12、混合器11,所述空气13通过稀释风机送入混合器11中,所述混合器11将氨气10、空气13混合稀释送入喷氨装置3。所述整流装置的形状、尺寸、位置的布置依据模拟计算进行设计,其目的是调节流场均匀性,调节氨气与烟气的混合度,降低压力损失,最终要满足SCR反应器速度场、浓度场、温度场的设计要求,所述整流装置包括导流板4、整流板5,所述导流板4布置在烟道变向或变径(收缩或扩张)或同时变向变径的部位,整流板5布置在SCR反应器入口段,位于催化剂的正上方,且所述导流板4分若干组布置,整流板5为一组布置。SCR反应器6内布置催化剂床层7,催化剂床层数可按1+1模式布置(一层运行,一层预留)或2+1模式布置(两层运行,一层预留),具体层数根据实际情况和要求保证的脱硝效率计算确定。催化剂床层7由若干催化剂模块16组成,每层布置mXn催化剂模块,即每层布置m行η列催化剂模块,通常每个催化剂模块又是由若干催化剂单元组装并置于特制的框篮内,相邻催化剂模块16间存在间隙层,所述间隙层、催化剂模块16与反应器外壁14之间的间隙均为相变蓄热材料层15,所述相变蓄热材料层15内填充有相变蓄热材料,以增大反应器整体热惯性。
[0028] 如图2、图3所示,催化剂床层7外侧为反应器外壁14,催化剂床层7内部均匀分布催化剂模块16,相邻催化剂模块16之间的间隙以及催化剂模块16与反应器外壁14之间的间隙均为相变蓄热材料层15。
[0029] 本实用新型相变蓄热材料层15内部填充相变温度范围为300°C〜320°C的固-液相变蓄热材料,此温度范围值由SCR脱硝系统最低运行温度所决定。
[0030] 如图1所示的SCR脱硝工艺的结构示意图,锅炉燃烧后产生烟气通过省煤器换热后进入反应器进口连接烟道2,还原剂氨气与来自稀释风机12的空气混合成氨气体积含量为5%的混合气体,通过喷氨装置3喷入反应器进口连接烟道2,并与烟气进行充分混合,经整流后进入SCR反应器6,在SCR反应器6内烟气中的氮氧化物在催化剂床层7的作用下与氨气反应除掉部分氮氧化物,净化后的烟气通过反应器出口连接烟道8进入空气预热器继续进行热交换,烟气温度降为150°C左右,然后进入下一步烟气处理设施如电除尘器、烟气脱硫装置后通过烟®排入大气。
[0031] 如图2、图3所示,催化剂床层7外侧为反应器外壁14,催化剂床层7内部均匀分布m行η列催化剂模块16,相邻催化剂模块16之间的间隙以及催化剂模块16与反应器外壁14之间的间隙均为相变蓄热材料层15。由于SCR脱硝最低运行温度为300°C,相变蓄热材料层15内部选择填充相变温度约为300°C的固-液相变蓄热材料。
[0032] 某1000MW燃煤锅炉采用SCR脱硝工艺(参见图1),BMCR工况下烟气量2940000Nm3/h, NOx浓度400mg/Nm3 (6%含氧量,干态),脱硝效率80%,净化后烟气NOx浓度80mg/Nm3,设置SCR脱硝最低运行温度为300°C。锅炉负荷运行情况:55%〜100%BMCR运行约20小时/天,SCR反应器内烟气温度约300°C〜363°C,30%〜55%BMCR运行约4小时/天,SCR反应器内烟气温度约279〜300°C。
[0033] 上述1000MW燃煤锅炉开始逐渐降低负荷至55%BMCR时,SCR反应器内烟气温度开始下降,预低于SCR脱硝最低运行温度300°C,此时催化剂床层7中相变蓄热材料层15迅速发挥作用,相变蓄热材料层15 (处于液态)温度(由于其热惯性而大于300°C)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)放出大量的相变潜热,烟气迅速吸收这部分热量,烟气温度维持至SCR脱硝最低运行温度30(TC以上,从而保证SCR继续喷氨,系统正常运行。
[0034] 未采用本实用新型中的SCR脱硝系统的装置时,当锅炉负荷处于30%〜55%BMCR范围内时,SCR反应器内烟气温度低于SCR脱硝最低运行温度300°C,SCR脱硝系统停止运行。采用本实用新型中的SCR脱硝系统的装置后,当锅炉负荷处于30%〜55%BMCR范围内时,可保证SCR反应器内烟气温度不低于300°C,保证SCR脱硝系统正常运行,与之前相比,NOx减排量增加约1700千克/天,合算约620吨/年。
[0035] 上面结合附图所描述的本申请优选具体实施例仅用于说明本申请的实施方式,而不是作为对前述申请目的和所附权利要求内容和范围的限制,凡是依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属本申请技术和权利保护范畴。

Claims (6)

1.一种用于燃煤电厂锅炉SCR脱硝系统的装置,其特征在于包括SCR反应器(6),SCR反应器(6 )的进口通过反应器进口连接烟道(2 )与省煤器出口( I)连接,SCR反应器(6 )的出口通过反应器出口连接烟道(8)与空气预热器入口(9 )连接;SCR反应器(6)的上部布置整流装置,位于整流装置下部的SCR反应器(6)内设置若干平行布置的催化剂床层(7);反应器进口连接烟道(2)上设置喷氨装置(3),与喷氨装置(3)位置相对应的反应器进口连接烟道(2)外部设置用于完成氨的输送贮存和气化、氨与空气混合稀释的氨存储与处理装置。
2.根据权利要求1所述的用于燃煤电厂锅炉SCR脱硝系统的装置,其特征在于上述整流装置位于喷氨装置(3)与催化剂床层(7)之间,包括依次布置的导流板(4)、整流板(5)。
3.根据权利要求2所述的用于燃煤电厂锅炉SCR脱硝系统的装置,其特征在于上述导流板(4)位于反应器进口连接烟道与反应器出口连接烟道变向或变径或同时变向变径的部位。
4.根据权利要求1所述的用于燃煤电厂锅炉SCR脱硝系统的装置,其特征在于上述氨存储与处理装置包括混合器(11)、稀释风机(12),空气通过空气进气口(13)进入稀释风机(12),然后进入混合氨气(10)的混合器(11)内,混合器(11)的出气口与喷氨装置(3)连接。
5.根据权利要求1所述的用于燃煤电厂锅炉SCR脱硝系统的装置,其特征在于上述催化剂床层(7)由若干均匀布置在反应器外壁(14)内的催化剂模块(16)组成,相邻催化剂模块(16)间形成间隙层,所述间隙层内布置相变蓄热材料层,催化剂模块(16)与反应器外壁(14)之间的间隙布置相变蓄热材料层,上述相变蓄热材料层内填充有相变蓄热材料。
6.根据权利要求5所述的用于燃煤电厂锅炉SCR脱硝系统的装置,其特征在于上述相变蓄热材料为相变温度范围为300°C〜320°C的固-液相变蓄热材料。
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