CN205598926U - 一种循环流化床锅炉烟气sncr和scr耦合脱硝装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种循环流化床锅炉烟气SNCR和SCR耦合脱硝装置，含有氮氧化物的烟气先在旋风分离器的烟道中进行SNCR脱硝反应，脱除部分氮氧化物，再进入SCR的催化剂装置，进一步脱除氮氧化物，反应处理后的烟气进入空气预热器。通过该循环流化床锅炉烟气SNCR和SCR耦合脱硝装置脱硝效率可以达到80%以上，能够实现氮氧化物的超低排放，氨的逃逸小于3ppm，硫酸氢铵的产生量较低，不易造成空气预热器堵塞或腐蚀，系统压力损失较小，更换催化剂成本较低。

Description

一种循环流化床锅炉烟气SNCR和SCR耦合脱硝装置

技术领域

本实用新型属于燃煤电厂烟气脱硝技术领域，特别涉及一种循环流化床锅炉烟气SNCR和SCR耦合脱硝装置。

背景技术

烟气脱硝技术主要有选择性催化还原反应法（Selective Catalytic Reduction，SCR）和选择性非催化还原法（Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR）。

目前国内大部分新锅炉机组采用选择性催化还原（SCR），SCR法的基本原理是把符合要求的氨气喷入到反应器中，与原烟气充分混合后，在催化剂的作用下，并在有氧气的条件下，氨气选择性地与烟气中的NOx（主要是NO、NO₂）发生化学反应，生成无害的氮气（N₂）和水（H₂O）。SCR具有脱硝效率高，能够达到70%以上的脱硝效率，技术成熟、广泛使用、投资和运行费用较高等特点。

选择性非催化还原（SNCR）技术是一种成熟的商业性NOx控制处理技术。SNCR主要在850-1250℃下，向炉膛内高温烟气中喷射氨或尿素等还原剂，将NOx还原成N₂，其化学反应与SCR法相同，所用的还原剂可为液氨、氨水和尿素等，SNCR较SCR具有系统简单、投资运行费用低，尤其适用于无足够空间的老机组改造。但由于受到氨逃逸、锅炉内混合效果及反应时间等因数的限制，脱硝效率相对较低。SNCR在循环流化床锅炉上的效率为40-70%，在煤粉炉上的效率为30-40%，在链条炉效率为30-40%。

2015年12月2日召开的国务院常务会议决定，在2020年之前对燃煤电厂全面实施超低排放和节能改造，大幅降低发电煤耗和污染排放。

所谓超低排放，即燃煤电厂的主要污染物排放低于我国现行的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)这一法定标准，而接近或达到天然气燃气轮机组的排放标准。这就要求锅炉烟囱排放氮氧化物的浓度小于50mg/Nm³，因此大多数火电厂现有的脱硝装置都不能满足新的排放要求，需要对现有的脱硝设施进行增容改造，提高脱硝效率。因此，设计一种适应范围广，性价比高，施工周期短，脱硝效率高的烟气脱硝系统装置显得尤为重要。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型设计了一种循环流化床锅炉烟气SNCR和SCR耦合脱硝系统装置；该装置可以减小脱硝还原剂的消耗量，提高烟气脱硝效率。

本实用新型采用如下技术方案：

一种循环流化床锅炉烟气SNCR和SCR耦合脱硝装置，它包括氨水储存系统、除盐水储存系统、氨喷射系统、循环流化床锅炉、旋风分离器、尾部氨混合烟道、省煤器、SCR脱硝系统和空气预热器，循环流化床锅炉固定连接旋风分离器，循环流化床锅炉和旋风分离器连接处连接有氨喷射系统，氨喷射系统分别连接氨水储存系统和除盐水储存系统，旋风分离器的出口连接尾部氨混合烟道，尾部氨混合烟道内依次连接有省煤器、SCR脱硝系统和空气预热器。

作为优选，所述氨喷射系统包括喷射模块、喷枪、压缩空气系统和锅炉一次风冷却系统，喷枪设置于循环流化床锅炉和旋风分离器连接处，喷射模块、压缩空气系统和锅炉一次风冷却系统分别连接喷枪。根据锅炉炉内温度场，设置一个或若干喷射模块。喷射模块是一级模块，每个模块由若干个流量测量设备和阀门设备组成。用于精确计量和独立控制到锅炉每个喷射区的反应剂流量和浓度。该模块连接并响应来自机组的控制信号，自动调节反应剂流量，对NO_x水平、锅炉负荷、燃料或燃烧方式的变化做出响应，打开或关闭喷射区或控制其质量流量。在线配制稀释好的氨水溶液将送到喷射层，喷枪喷射所需的雾化介质采用压缩空气。喷射层的压缩空气管路设有压力调节、压力测量，各个喷枪均有两路介质，一路氨水，一路压缩空气。双流体在喷枪内混合后经喷枪雾化到达70um以下，喷入旋风进口烟道。锅炉一次风冷却系统8中的锅炉一次风可以对喷枪套管进行冷却保护。

作为优选，所述SCR脱硝系统包括SCR催化剂装置和吹灰系统，吹灰系统设置于SCR的催化剂装置上方。设置吹灰系统目的是为了防止烟气的飞灰在催化剂上沉积，堵塞催化剂孔道，在催化剂层上设置吹灰系统，定期对催化剂层进行吹扫，确保催化剂表面的洁净。

作为优选，所述氨水储存系统包括氨水储罐和氨水输送泵，氨水储罐通过管道依次连接氨水输送泵和喷射模块。该系统设一个就地操作的卸载管线，将罐车运来的氨水卸载到存储罐内。氨水浓度为25%。设置1个储罐，满足系统7天的氨水耗量。

作为优选，所述除盐水储存系统包括除盐水箱和除盐水输送泵，除盐水箱通过管道依次连接除盐水输送泵和喷射模块。当锅炉负荷或炉膛出口的NO_x浓度变化时，送入炉膛的氨水量也随之变化，这将导致送入喷射器的流量发生变化。若喷射器的流量变化太大，将会影响到雾化喷射效果，从而影响脱硝率和氨残余并且影响锅炉的稳定运行。因此，设计了在线稀释系统，用来保证在运行工况变化时喷嘴中流体流量基本不变。特定浓度的氨水溶液从储罐输出后，增加了一路除盐水混入输送管路，来稀释溶液，通过监测在线除盐水流量和氨水溶液流量来调节最终的氨水浓度以满足锅炉不同负荷的要求。除盐水的输送通过除盐水输送泵来实现。

作为优选，所述SCR催化剂装置的催化剂型式可以是蜂窝式或者板式。

作为优选，所述吹灰系统可以是声波吹灰系统或者蒸汽吹灰系统。

作为优选，所述喷枪的枪管上设置有多个可拆卸喷嘴。方便对喷射范围进行调整，以及方便对喷枪的维护。

本实用新型的有益效果是：1.与现有技术相比，本实用新型克服了常规的SCR脱硝技术和SNCR脱硝技术的缺陷，使脱硝效率达80％以上，氮氧化物的浓度小于50mg/Nm³，实现了NOx的超低排放目标，最终氨的逃逸小于3ppm，减少了还原剂的用量，同时硫酸氢铵的产生较SCR装置低，造成堵塞或腐蚀的机率较SCR装置低，产生的压力损失也较低，更换催化剂成本也较低。

2.在循环流化床锅炉脱硝改造时，不需要新增SCR反应装置，只需要对省煤器进行改造，空气预热器向下平移，留出一层催化剂的安装空间，催化剂布置一层，布置在省煤器和空气预热器之间的直烟道上，改造工期较短，并且减少了工程投资。

3.在烟气SNCR和SCR耦合技术中，SNCR所产生的氨可以作为下游SCR的还原剂，由SCR进一步脱除NOx，同时减少了SCR的催化剂使用量，降低了成本和对尾部空间的要求，它把SNCR工艺的低费用特点同SCR工艺的高效脱硝率及低的氨逃逸有效结合起来。

4.烟气SNCR和SCR耦合技术还原剂多样易得：该技术中脱除NOx的还原剂一般都是含氮的物质，包括氨、尿素、氰尿酸和各种铵盐（醋酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、草酸铵、柠檬酸铵等）。但效果最好，实际应用最广泛的是氨和尿素。

5.烟气SNCR和SCR耦合技术无二次污染：该技术是一项清洁的技术，没有任何固体或液体的污染物或副产物生成，无二次污染。

6.SNCR和SCR耦合技术经济性好：由于该反应是靠锅炉内的高温驱动的，因此投资成本和运行成本比单纯的SCR装置低。

7.烟气SNCR和SCR耦合技术系统简单、施工时间短：该技术最主要的系统就是还原剂的储存系统和喷射系统，主要设备有储罐、泵、喷枪和必要的管路、测控设备。由于设备简单，SNCR安装期短，小修期间即可完成炉膛施工。

8.烟气SNCR和SCR耦合技术占地少，不需单独设置反应器，对于脱硝项目的适用性强。

9.烟气SNCR和SCR耦合技术不需要对锅炉燃烧设备和受热面进行大的改动，对锅炉的主要运行参数也不会有显著影响。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图；

图中：1、除盐水箱，2、氨水储罐，3、除盐水输送泵，4、氨水输送泵，5、喷射模块，6、喷枪，7、压缩空气系统，8、锅炉一次风冷却系统，9、循环流化床锅炉，10、旋风分离器，11、尾部氨混合烟道，12、省煤器，13、 SCR催化剂装置，14、吹灰系统，15、空气预热器。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体描述：

实施例：如附图1所示，一种循环流化床锅炉烟气SNCR和SCR耦合脱硝装置，它包括氨水储存系统、除盐水储存系统、氨喷射系统、循环流化床锅炉9、旋风分离器10、尾部氨混合烟道11、省煤器12、SCR脱硝系统和空气预热器15，循环流化床锅炉固定连接旋风分离器，循环流化床锅炉和旋风分离器连接处连接有氨喷射系统，氨喷射系统分别连接氨水储存系统和除盐水储存系统，旋风分离器的出口连接尾部氨混合烟道，尾部氨混合烟道内依次连接有省煤器、SCR脱硝系统和空气预热器，氨喷射系统包括喷射模块5、喷枪6、压缩空气系统7和锅炉一次风冷却系统8，喷枪设置于循环流化床锅炉和旋风分离器连接处，喷射模块、压缩空气系统和锅炉一次风冷却系统分别连接喷枪，SCR脱硝系统包括SCR催化剂装置13和吹灰系统14，吹灰系统设置于SCR的催化剂装置上方，氨水储存系统包括氨水储罐2和氨水输送泵4，氨水储罐通过管道依次连接氨水输送泵和喷射模块，除盐水储存系统包括除盐水箱1和除盐水输送泵3，除盐水箱通过管道依次连接除盐水输送泵和喷射模块，SCR催化剂装置的催化剂型式可以是蜂窝式或者板式，吹灰系统可以是声波吹灰系统或者蒸汽吹灰系统，喷枪的枪管上设置有多个可拆卸喷嘴。

本实用新型使用过程如下：

循环流化床锅炉烟气SNCR和SCR耦合脱硝装置依次进行SNCR和SCR反应，具体的，在进行SNCR反应时，通过在炉炉膛内温度窗口为800-1100℃的位置喷射氨基还原剂，该氨溶液以液体雾滴喷射的方式，通过喷射模块5调配浓度，通过喷枪6喷入炉膛，部分NH₃在炉膛内即与烟气中的NO_x进行SNCR反应，生成无害的N₂和H₂O。未反应的NH₃和NO_x随烟气至锅炉旋风分离器10出口烟道并进入尾部氨混合烟道11，混合烟气于300-420℃温度下，NH₃和NO_x混合均匀后进入SCR催化剂装置中，在催化剂表面进行SCR反应时，将烟气中的NO_x转换为N₂，完成对烟气的脱硝。

选择性非催化还原(SNCR)脱除NO_x技术是把含有氨基的还原剂喷入炉膛温度为850～1150℃的区域，该还原剂迅速热分解成NH₃和其它副产物，随后NH₃与烟气中的NOx进行SNCR反应而生成N₂。采用氨水为还原剂，主要方程式为：

4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O

4NH₃+2NO+2O₂→3N₂+6H₂O

8NH₃+6NO₂→7N₂+12H₂O

经过SNCR脱硝反应后脱除部分氮氧化物的烟气通过尾部氨混合烟道11，并且与SNCR系统中剩余的还原剂氨混合后再进入SCR的催化剂装置13，进一步脱除氮氧化物。

选择性脱硝还原(SCR)烟气脱硝技术在一定温度条件下以氨气为还原剂，通过催化剂催化作用将NOx还原为N₂和H₂O。还原剂氨气的来源有液氨、氨水和尿素等。催化剂材料一般为V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂，适合的温度范围一般在305℃～430℃。选择性催化还原(SCR)脱硝主要反应如下：

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O

NO+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O

6NO₂+8NH₃→7N₂+12H₂O

反应处理后的烟气进入空气预热器15。

循环流化床锅炉烟气SNCR和SCR耦合脱硝装置中喷枪的操作和维护，具体的，喷枪6的枪管上设置有多个可拆卸喷嘴，方便对其的喷射范围进行调整，以及方便对喷枪的维护；利用喷枪6中设置的锅炉一次风冷却系统8，避免了其在锅炉炉膛中高温烧蚀；通过配置的往复传动机构实现推进和缩回操作，方便不投运的喷枪及时退出炉膛避免高温受热，同时简化喷射系统的清理，检修和更换过程。

循环流化床锅炉烟气SNCR和SCR耦合脱硝装置中SCR催化剂装置上设置吹灰系统；设置吹灰系统目的是为了防止烟气的飞灰在催化剂上沉积，堵塞催化剂孔道，在催化剂层上设置吹灰系统，定期对催化剂层进行吹扫，确保催化剂表面的洁净。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，并非对本实用新型作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1. 一种循环流化床锅炉烟气SNCR和SCR耦合脱硝装置，其特征是，它包括氨水储存系统、除盐水储存系统、氨喷射系统、循环流化床锅炉、旋风分离器、尾部氨混合烟道、省煤器、SCR脱硝系统和空气预热器，循环流化床锅炉固定连接旋风分离器，循环流化床锅炉和旋风分离器连接处连接有氨喷射系统，氨喷射系统分别连接氨水储存系统和除盐水储存系统，旋风分离器的出口连接尾部氨混合烟道，尾部氨混合烟道内依次连接有省煤器、SCR脱硝系统和空气预热器。

2. 根据权利要求1所述的一种循环流化床锅炉烟气SNCR和SCR耦合脱硝装置，其特征是，所述氨喷射系统包括喷射模块、喷枪、压缩空气系统和锅炉一次风冷却系统，喷枪设置于循环流化床锅炉和旋风分离器连接处，喷射模块、压缩空气系统和锅炉一次风冷却系统分别连接喷枪。

3.根据权利要求1所述的一种循环流化床锅炉烟气SNCR和SCR耦合脱硝装置，其特征是，所述SCR脱硝系统包括SCR催化剂装置和吹灰系统，吹灰系统设置于SCR的催化剂装置上方。

4.根据权利要求2所述的一种循环流化床锅炉烟气SNCR和SCR耦合脱硝装置，其特征是，所述氨水储存系统包括氨水储罐和氨水输送泵，氨水储罐通过管道依次连接氨水输送泵和喷射模块。

5.根据权利要求2所述的一种循环流化床锅炉烟气SNCR和SCR耦合脱硝装置，其特征是，所述除盐水储存系统包括除盐水箱和除盐水输送泵，除盐水箱通过管道依次连接除盐水输送泵和喷射模块。

6.根据权利要求3所述的一种循环流化床锅炉烟气SNCR和SCR耦合脱硝装置，其特征是，所述SCR催化剂装置的催化剂型式可以是蜂窝式或者板式。

7.根据权利要求3所述的一种循环流化床锅炉烟气SNCR和SCR耦合脱硝装置，其特征是，所述吹灰系统可以是声波吹灰系统或者蒸汽吹灰系统。

8.根据权利要求2所述的一种循环流化床锅炉烟气SNCR和SCR耦合脱硝装置，其特征是，所述喷枪的枪管上设置有多个可拆卸喷嘴。