一種用於循環流化床煙氣淨化的sncr脫硝工藝及裝置的製作方法

2023-05-29 11:47:46

專利名稱：一種用於循環流化床煙氣淨化的sncr脫硝工藝及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及煙氣治理技術領域，具體涉及一種用於循環流化床煙氣淨化的SNCR脫硝工藝及裝置。
背景技術：
隨著國家環保要求的不斷提高，煙氣排放標準日益嚴格，煙氣脫硝成為目前一大熱點。主要的煙氣脫硝技術有下面幾種選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法(SNCR)、選擇性非催化還原與選擇性催化還原聯合法(SNCR-SCR)、氧化液體吸收法、微生物法、活性炭吸附法、電子束法等。其中，前三種方法是目前世界上普遍應用的工業化方法，但是這三種方法各有其不足之處。SCR法是目前最為常用的脫硝方法，在催化劑的作用下，通過氨、尿素等還原劑把NOx轉化成空氣中天然含有的氮氣和水，該方法脫硝效率高，二次汙染小，但設備投資費用 大，需要用到催化劑，運行維護費用高；SNCR是在沒有催化劑作用下，向900 1100°C爐膛中噴入還原劑，以爐膛為反應器，還原劑NH3(或汽化成NH3或迅速熱解成NH3)與煙氣中的NOx反應生成氮氣，爐膛中會有一定量的氧氣存在，噴入的還原劑選擇性的與NOx反應，與氧氣反應反應速度很慢，該方法不需要催化劑，一次性投資費用較少，但由於反應溫度高，對噴槍及系統的設計要求較高，如果設計不合理，則脫硝效率較低，也存在著氨逃逸的危險。SNCR脫硝以循環流化床(CFB)的爐膛為反應器，在爐膛的底部和中部分別設置有向爐膛內送入空氣的空氣煙道，空氣煙道經過空氣預熱器後分別與風機連通，在爐膛的上部連通旋風筒，旋風筒的底部與爐膛連通，將旋風分離後的粉塵送入爐膛內繼續燃燒，旋風分離後的煙氣經煙道依次經過過熱器、省煤器和空氣預熱器後送入後續處理系統，還設置有噴氨系統，向爐膛或者旋風筒內噴入還原劑。申請公布號為CN102274687A的中國專利文獻公開了一種以尿素為還原劑的SNCR煙氣脫硝裝置，包括尿素固體罐車、軟管、活接頭、固體尿素調節閥、固體尿素儲罐、固體尿素給料機、壓縮空氣總管、壓縮空氣調節閥、攪拌器、尿素溶液製備罐、加熱器、工業水總管、工業水調節閥、尿素輸送泵、尿素溶液儲存罐、尿素噴射泵、混合器、尿素回流調節閥、加壓工業水調節閥、工業水泵、尿素稀釋液調節閥、霧化蒸汽調節閥、霧化蒸汽總管和尿素噴射單元按工藝要求連通組成，該裝置實現全自動連續給料，保證尿素溶液的濃度和均勻性，根據燃燒設備NOx排放量自動調節尿素流量，使得燃燒設備NOx排放量在控制範圍內，脫硝效果在60%，但是該裝置針對還原劑設置的處理設備，其結構複雜，工藝要求高，因此成本高，不利於企業的經濟效益的提高。公開號為CN101569834的中國專利中公開了一種採用氨分解催化劑改進常規SCR和SNCR工藝。該工藝通過在氨還原系統後加入一種氨分解催化劑的設備，可以將多餘的氨分解達到控制氨逃逸率的目的，但為了達到更高的脫硝效率需要提供比常規SCR或SNCR中所用的氨量更高。因此噴氨量的增加和過量氨的分解，增加了該工藝的投資和運行成本。
因此開發一種能夠降低現有噴槍及系統設計要求，利用鍋爐原有本體結構，實現高效脫硝，可極大的推進煙氣脫硝的工程應用進程。

發明內容
本發明提供了一種用於循環流化床煙氣淨化的SNCR脫硝工藝及裝置，充分利用CFB鍋爐系統，提高了還原劑與燃煤煙氣的混合效果，增加了還原劑與NOx的有效接觸時間，提高了脫硝效率，降低氨逃逸，降低SNCR脫硝工藝的生產成本。一種用於循環流化床煙氣淨化的SNCR脫硝工藝，包括將還原劑噴入所述循環流化床的空氣進風煙道中，與空氣混合後送入所述循環流化床的爐膛內與煙氣中的NOx進行選擇性非催化還原反應，在爐膛內未反應的還原劑在所述循環流化床的旋風筒中繼續與煙氣中的NOx反應，當所述爐膛內的溫度高於1100°C或者所述旋風筒出口溫度低於80(TC停止噴入還原劑。 在鍋爐的底部進行一次進風，在鍋爐的中部進行二次進風，一次進風和二次進風的空氣均經過預熱到一定溫度後再送入爐膛內參與燃料的燃燒，本發明中在空氣煙道中噴入還原劑，還原劑與空氣混合後一起進入鍋爐，在鍋爐的爐膛中空氣參與燃燒，還原劑則與煙氣中的NOx發生選擇性非催化還原反應，脫去煙氣中NOx，在爐膛內未反應的還原劑繼續隨煙氣進入旋風筒中與煙氣中的NOx進行反應，達到淨化煙氣的目的。作為一種優選的技術方案，所述還原劑與空氣混合後從爐膛的底部或中部送入爐膛內。一種更優選的技術方案，所述還原劑與空氣混合後從爐膛的底部和中部送入爐膛內，這樣還原劑與空氣的接觸面更廣，接觸時間更長，混合更均勻。還原劑在爐膛和旋風筒中的主要反應如下4NH3+4N0+02 — 4N2+6H20(I)4NH3+502 — 4N0+6H20(2)所述的選擇性非催化還原反應的最適反應溫度為800 1100°C，當爐膛內的溫度低於800°C時，還原劑氨不發生反應，但是當溫度高於1100°C時，爐膛內的還原劑氨被氧化分解，降低脫硝效率，因此當所述爐膛內的溫度高於1100°C或者所述旋風筒出口溫度低於800°C停止噴入還原劑。還原劑的選擇可選用常規SNCR脫硝工藝的還原劑，本發明中所述的還原劑為液氨、氨水和尿素中的至少一種。所述的還原劑為氨水溶液時，氨水溶液的質量百分比濃度為1% 25% ;所述的還原劑為尿素溶液,尿素溶液的質量百分比濃度為1% 55% ;當所述的還原劑為液氨時，液氨先汽化並用稀釋風機稀釋到5%體積分數。根據反應式⑴可知，理論上SNCR還原I摩爾NO需要I摩爾的NH3，而實際運用中，由於氨會有逃逸或者溫度過高時會有部分被氧化分解，所以一般還原劑與NOx的摩爾比理論值大，還原劑與NOx的摩 爾比增加有利於煙氣中NOx的還原，但是當還原劑的量過大時，還原劑的有效利用率會降低，不利於成本的控制，所以，本發明中，根據煙氣的溫度和煙氣中NO的含量，氨水或氨氣的噴射量優選為NH3 NO = O. 5 3(摩爾比)。空氣在送入爐膛之前通過經過空氣預熱器，利用煙氣的熱量將空氣加熱到一定溫度後再送入爐膛內，有利於爐膛內燃料的點火和充分燃燒，本發明中，所述的空氣進風煙道中空氣的溫度為150 400°C，還原劑在這個溫度下噴入空氣煙道中，被氣化後與空氣充分混合均勻，再一起送進爐膛內，空氣參與燃燒，還原劑與煙氣中的NOx進行選擇性非催化還原反應。本發明還提供了一種實現如所述的SNCR脫硝工藝的裝置，包括爐膛、旋風筒、空氣預熱器和噴氨系統，所述的空氣預熱器和爐膛底部之間通過一次風煙道連通，所述的空氣預熱器和爐膛中部之間通過二次風煙道連通，所述的一次風煙道和二次風煙道中至少一者上設有所述的噴氨系統。一次風和二次風分別通過一次風機和二次風機經空氣煙道送入空氣預熱器中，在空氣預熱器中利用煙氣餘熱將空氣加熱到150 400°C，在空氣預熱器與爐膛間的空氣進風煙道上通過噴氨系統向煙道中噴入還原劑如液氨、氨水等，還原劑與空氣在煙道中混合均勻後一起送進爐膛中，空氣參與燃燒，還原劑與煙氣中的NOx進行反應，在爐膛內未反應的還原劑隨煙氣一起進入旋風筒中繼續與煙氣中的NOx反應，煙氣經旋風分離後依次經過循環流化床的過熱器、省煤器和空氣預熱器排出。所述一次風煙道通過空氣預熱器內的第一管路連接有一次風機；所述二次風煙道通過空氣預熱器內的第二管路連接有二次風機。在爐膛內噴氨的噴槍要求耐高溫(800 IlO(TC)、耐磨損(爐膛內煙氣粉塵含量高)，因此對噴槍的要求較高；本發明中在空氣進風管道內噴入還原劑，進風管道內的溫度比較低，對噴氨系統的要求要低，噴槍只需在150 400°C、沒有粉塵條件下工作，工藝要求要低很多，可降低工藝成本，由於爐膛有兩根空氣進風煙道，在其中任何一根空氣進風煙道上噴入還原劑都能達到本發明的目的，作為一種優選的技術方案，所述的噴氨系統設置在一次風煙道上；作為另一種優選的技術方案，所述的噴氨系統設置在二次風煙道上。為了使還原劑在爐膛內得到更好的分散，需要將還原劑提前更好的分散在爐膛的進風空氣中，所以作為一種更優選的技術方案，所述的一次風煙道和二次風煙道上均設有噴氨系統。還原劑在空氣煙道內被氣化後與空氣進行混合，為了使還原劑與煙氣得到更好的混合，需要延長其有效混合時間，所以，作為一種優選的技術方案，所述的噴氨系統設置在一次風煙道和/或二次風煙道上的靠近空氣預熱器位置處。本發明的有益效果I.在一次進風或二次進風的煙道中噴入還原劑，充分利用原有鍋爐給風系統進行還原劑混合，通過CFB爐煙氣一次風進風風帽，實現煙氣均勻混合；CFB爐堂內溫度處在優良的脫硝反應區間內，延長了還原劑與氮氧化物的有效接觸時間，有利於脫硝反應的充分進行。而在爐膛或者爐膛出口後面的煙道噴入還原劑，噴入處混合距離短、溫度高，易造成混合不均勻，氨逃逸量過大。2.本工藝中未反應的氨與NOx在旋風筒內進行二次混合與反應，進一步提高脫硝效率並且減少了氨的逃逸，從而減輕了現有SNCR工藝中由氨逃逸造成的對鍋爐後續設備的損害。3.噴氨系統在一次進風或二次進風煙道處相比於爐膛出口處或爐膛出口後面的煙道，具有溫度低、風量小、煙道窄而且粉塵濃度基本為零的特點，因此對噴槍的工藝要求極大降低，噴射系統的成本也相對降低。4.對鍋爐以及水冷壁的沒有損害，而且開孔方便，安裝簡單。5.由於還原劑混合均勻，因此氨氮比較小，相對於現有SNCR工藝可降低運行成本。


圖I是本發明的結構示意圖；圖2是以氨水為還原劑時的制氨噴氨系統；
圖3是以液氨為還原劑時的制氨噴氨系統。
具體實施例方式如圖I所示，一種SNCR脫硝裝置，以循環流化床的爐膛I為反應器，通過噴氨系統3向循環流化床中噴還原劑，進行煙氣脫硝。一次風機I、二次風機2、一次風煙道4、二次風煙道5、爐膛6、旋風筒7、過熱器8、省煤器9和空氣預熱器10均為循環流化床固有的部分，一次風機I和二次風機2均通過管路與空氣預熱器10中的對應管路連通，空氣預熱器10與爐膛6的底部通過一次風煙道4連通，與爐膛6的中部通過二次風煙道5連通，旋風筒7的入口與爐膛6的上部連通，底部飛灰出口與爐膛6的底部連通，旋風筒7的頂部通過煙道依次連通過熱器8、省煤器9和空氣預熱器10，最後將煙氣送入下一煙氣處理工序。在一次風煙道4和二次風煙道5上靠近空氣預熱器10位置處均連通有噴氨系統3，噴氨系統3根據還原劑的種類不同進行不同設置，就噴氨系統3而言，可以採用現有技術中成熟的噴氨系統。當還原劑為氨水時，噴氨系統3如圖I所示,包括氨水罐車301、氨水加注泵302、氨水儲罐303、氨水輸送泵304、稀釋水儲罐306、稀釋水輸送泵307、計量混合模塊309，通過氨水加注泵302將氨水罐車301中的氨水送進氨水儲罐303中，氨水儲罐3中的氨水通過氨水輸送泵304送進計量混合模塊308中，稀釋水供應305送進稀釋水儲罐306中，然後通過稀釋水輸送泵307送至計量混合模塊309中，同時向計量混合模塊309中通入壓縮空氣8，配製好的還原劑通過噴槍將還原劑11和壓縮空氣11噴入一次風煙道4和二次風煙道5中。當還原劑為液氨時，噴氨系統3如圖2所示，包括液氨罐車312、泵313、液氨儲罐314、氨氣蒸發器315、氨氣緩存罐316、風機318和混合器319，通過泵313將液氨罐車312中的液氨送至液氨儲罐314中，液氨儲罐314中的液氨在氨氣蒸發器315中氣化成氨氣，然後儲存在氨氣緩存罐316中，氨氣緩存罐316中的氨氣送進混合器319中，同時通過風機318將空氣317送進混合器319中，將氨氣稀釋至5%體積分數，然後通過噴氨格柵320將還原劑噴入一次風煙道4和二次風煙道5中。本發明的工藝流程如下一次進風通過一次風機I送入空氣預熱器10中，利用煙氣餘熱將空氣加熱至150 40(TC，然後通過一次風煙道4送至爐膛6的底部，二次進風通過二次風機2送入空氣預熱器10中，利用煙氣與人將空氣加熱至150 400°C，然後通過二次風煙道5送至爐膛6的中部。通過噴氨系統3向一次風煙道4和二次風煙道5中噴入還原劑，還原劑與空氣混合均勻後一起送至爐膛6中，空氣參與燃燒，還原劑與煙氣中的NOx發生一級，將煙氣中的NOx轉化成N2和水，在爐膛6內未反應還原劑隨煙氣一起進入旋風筒7中，在旋風筒7中進行二次混合和二級脫硝，旋風筒7中二次脫硝後的煙氣經旋風分離後經煙道依次通過過熱器8、省煤器8和預熱器10降溫後送至下一工序，旋風筒7內旋風分離後的飛灰回流至爐膛6內繼續燃燒。當爐膛6內的溫度高於1100°C或者旋風筒7出口溫度低於800°C停止噴入還原劑。所述的還原劑為氨水溶液時，氨水溶液的質量百分比濃度為I % 25%;所述的還原劑為尿素溶液，尿素溶液的質量百分比濃度為1% 55% ;當所述的還原劑為液氨時,液氨先汽化並用稀釋風機稀釋到5%體積分數。 以下實施例中煙氣成分等數據採用西門子公司生產的煙氣在線監測儀監測。實施例I在某工程試驗中，一次進風風量為220200Nm3/h，氣體組分如下02為21%，N2為79%，氣體溫度300°C。產生的煙氣量為260000Nm3/h，煙氣組分如下02為4. 89%，SO2為1531mg/m3, NO為202mg/m3。採用質量分數為10 %的氨水溶液作為還原劑,氨氮比按照I I. 2(摩爾比)，利用本發明的工藝，進行脫硝。一級脫硝效率可達70%，煙氣中NO為61mg/m3，二級脫硝後，旋風筒出口處NO為48mg/m3，總體脫硝效率76%。實施例2在某工程試驗中，一次進風風量為230110Nm3/h，氣體組分如下02為21%，N2為79%，氣體溫度300°C。產生的煙氣量為270150Nm3/h，煙氣組分如下02為4. 65%，SO2S1480mg/m3,N0為212mg/m3。採用體積分數為5%的氨氣作為還原劑,氨氮比按照I : 1.2(摩爾比)，利用本發明的工藝，進行脫硝。一級脫硝效率可達71 %，煙氣中NO為61mg/m3，二級脫硝後，旋風筒出口處NO為50mg/m3，總體脫硝效率76. 5%。實施例3在某工程試驗中，一次進風風量為240350Nm3/h，氣體組分如下02為21%，N2為79%，氣體溫度300°C。產生的煙氣量為278000Nm3/h，煙氣組分如下02為4. 98%, SO2為1624mg/m3, NO為189mg/m3,。採用質量分數為10 %的尿素溶液作為還原劑，氨氮比按照I I. 2(摩爾比)，利用本發明的工藝，進行脫硝。一級脫硝效率可達65%，煙氣中NO為66mg/m3，二級脫硝後，旋風筒出口處NO為55mg/m3，總體脫硝效率71 %。
權利要求
1.一種用於循環流化床煙氣淨化的SNCR脫硝工藝，其特徵在於，包括 將還原劑噴入所述循環流化床的空氣進風煙道中，與空氣混合後送入所述循環流化床的爐膛內與煙氣中的NOx進行選擇性非催化還原反應，在爐膛內未反應的還原劑在所述循環流化床的旋風筒中繼續與煙氣中的NOx反應，當所述爐膛內的溫度高於1100°C或者所述旋風筒出口溫度低於800°C停止噴入還原劑。
2.根據權利要求I所述的SNCR脫硝工藝，其特徵在於，所述還原劑與空氣混合後從爐膛的底部或中部送入爐膛內。
3.根據權利要求I所述的SNCR脫硝工藝，其特徵在於，所述還原劑與空氣混合後從爐膛的底部和中部送入爐膛內。
4.一種實現如權利要求I 3任一權利要求所述的SNCR脫硝工藝的裝置，包括爐膛(6)、旋風筒(7)、空氣預熱器(10)和噴氨系統(3)，所述的空氣預熱器(10)和爐膛(6)底部之間通過一次風煙道⑷連通，所述的空氣預熱器(10)和爐膛(6)中部之間通過二次風煙道(5)連通，其特徵在於，所述的一次風煙道(4)和二次風煙道(5)中至少一者上設有所述的噴氨系統(3)。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述一次風煙道(4)通過空氣預熱器(10)內的第一管路連接有一次風機(I)。
6.根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述二次風煙道(5)通過空氣預熱器(10)內的第二管路連接有二次風機(2)。
7.根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述的噴氨系統(3)設置在一次風煙道(4)上。
8.根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述的噴氨系統(3)設置在二次風煙道(5)上。
9.根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述的一次風煙道(4)和二次風煙道(5)上均設有噴氨系統(3)。
10.根據權利要求7 9任一權利要求所述的裝置，其特徵在於，所述的噴氨系統(3)設置在一次風煙道(4)和/或二次風煙道(5)上的靠近空氣預熱器(10)位置處。
全文摘要
本發明公開了一種用於循環流化床煙氣淨化的SNCR脫硝工藝及裝置，將還原劑噴入循環流化床的空氣進風煙道中，與空氣混合後送入循環流化床的爐膛內與煙氣中的NOx進行選擇性非催化還原反應，在爐膛內未反應的還原劑在循環流化床的旋風筒中繼續與煙氣中的NOx反應。該裝置以循環流化床的爐膛為反應器，包括爐膛、旋風筒、空氣預熱器、和噴氨系統，空氣預熱器和爐膛底部及中部之間均通過空氣進風煙道連通，空氣進風煙道上設有噴氨系統。本發明充分利用CFB鍋爐系統，提高了還原劑與燃煤煙氣的混合效果，增加了還原劑與NOx的有效接觸時間，提高了脫硝效率，降低氨逃逸，降低SNCR脫硝工藝的生產成本。
文檔編號B01D53/79GK102626588SQ20121010772
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月12日 優先權日2012年4月12日
發明者劉學炎, 王嶽軍, 莫建松, 虞廷興 申請人:浙江天藍環保技術股份有限公司