本發(fā)明屬于燃煤火力發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及一種減緩SCR催化劑失活和空氣預(yù)熱器堵塞的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
鍋爐尾部系統(tǒng)中經(jīng)常布置SCR裝置以達(dá)到脫除煙氣中NOx的目的，傳統(tǒng)脫硝反應(yīng)的催化劑最佳工作溫度為320℃-420℃，所以SCR脫硝裝置一般布置在省煤器出口和空氣預(yù)熱器入口之間，這樣布置的一個(gè)缺點(diǎn)是煙氣中的飛灰會(huì)對(duì)催化劑造成磨損、堵塞和化學(xué)中毒，極大的降低了SCR脫硝反應(yīng)的效率，導(dǎo)致NOx的排放量超標(biāo)。
此外，SCR中未能發(fā)生脫硝反應(yīng)的噴氨將逃逸到下游的空氣預(yù)熱器，并和SO3、水蒸氣發(fā)生反應(yīng)生成硫酸氫銨(ABS)，ABS粘附在空氣預(yù)熱器并吸附煙氣中的飛灰，發(fā)生積灰堵塞現(xiàn)象?？諝忸A(yù)熱器堵塞嚴(yán)重影響鍋爐的效率，增加煙氣側(cè)阻力，造成電廠風(fēng)機(jī)電耗增加，極大的降低了電廠發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠防止催化劑失活，同時(shí)減緩空氣預(yù)熱器堵塞，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性的減緩催化劑失活和空氣預(yù)熱器堵塞的鍋爐尾部設(shè)備布置系統(tǒng)和方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的系統(tǒng)包括用于尾部煙氣換熱和凈化的煙氣流動(dòng)系統(tǒng)和為SCR脫硝反應(yīng)提供還原劑的還原劑供給系統(tǒng)；
所述的煙氣流動(dòng)系統(tǒng)包括連接鍋爐低溫過(guò)熱器出口煙氣的省煤器，省煤器的煙氣出口與高溫空氣預(yù)熱器連接，高溫空氣預(yù)熱器的煙氣出口與靜電除塵器連接，靜電除塵器出口與SCR脫硝裝置連接，SCR脫硝裝置出口與低溫空氣預(yù)熱器連接，低溫空氣預(yù)熱器的煙氣出口與暖風(fēng)器連接，暖風(fēng)器出口與低溫除塵器連接，低溫除塵器出口與脫硫塔連接，脫硫塔出口與煙囪連接；
所述的還原劑供給系統(tǒng)包括連接尿素輸送器和硝酸/硝酸銨輸送器的溶解槽，溶解槽出口經(jīng)溶液加壓泵與溶液儲(chǔ)存槽連接，溶液儲(chǔ)存槽出口經(jīng)溶液輸送泵與水解換熱器連接，水解換熱器出口與溶液水解器的入口連接，溶液水解器出口與SCR脫硝裝置連接。
所述的暖風(fēng)器上還連接有送風(fēng)機(jī)，暖風(fēng)器空氣出口與低溫空氣預(yù)熱器連接，低溫空氣預(yù)熱器的空氣出口與高溫空氣預(yù)熱器連接，高溫空氣預(yù)熱器的出口連接至爐膛。
所述的溶液水解器設(shè)有蒸汽入口連接汽輪機(jī)低壓缸抽氣，溶液水解器的殘液出口與水解換熱器連接，水解換熱器的殘液出口分兩路，一路與溶解槽連接，另一路排出多余殘液。
本發(fā)明減緩SCR催化劑失活和空氣預(yù)熱器堵塞的方法，包括如下步驟：
鍋爐低溫過(guò)熱器出口煙氣首先依次通過(guò)省煤器和高溫空氣預(yù)熱器進(jìn)行換熱，高溫空氣預(yù)熱器的煙氣出口溫度大約為200℃，隨后煙氣進(jìn)入靜電除塵器除去煤灰顆粒及大部分煤灰粉塵，經(jīng)除塵處理后的煙氣進(jìn)入SCR脫硝裝置，在SCR脫硝裝置中煙氣里的NO被噴入的氨氣和硝酸氣體進(jìn)行還原，SCR脫硝裝置的出口煙氣再依次通過(guò)低溫空氣預(yù)熱器和暖風(fēng)器加熱鍋爐的一二次風(fēng)，暖風(fēng)器出口煙溫約為80℃，隨后進(jìn)入低溫除塵器除去煙氣中的細(xì)粉塵顆粒物，經(jīng)過(guò)低低溫除塵后的煙氣再進(jìn)入脫硫塔脫除煙氣中的SO2，最后煙氣經(jīng)由煙囪排入大氣；
尿素輸送器和硝酸/硝酸銨輸送器分別把尿素和硝酸或硝酸銨輸送到溶解槽中經(jīng)攪拌配成溶液，隨后將尿素、硝酸或硝酸銨的混合溶液利用溶液加壓泵輸送到溶液儲(chǔ)存槽中加壓至壓2.6MPa，隨后由溶液輸送泵輸送到水解換熱器與溶液水解器出來(lái)的殘液換熱，水解換熱器出口的混合溶液被加熱到約180℃，此時(shí)硝酸或硝酸銨分解為NH3和HNO3，隨后混合溶液被輸送到溶液水解器，將汽輪機(jī)低壓缸抽取的蒸汽通入溶液水解器的缸底直接與溶液混合進(jìn)行尿素的水解反應(yīng)生成NH3，再與之前硝酸或硝酸銨分解生成的NH3和HNO3一起噴入SCR脫硝裝置內(nèi)發(fā)生脫硝反應(yīng)。
所述的尿素與硝酸銨的摩爾比為1:1。
所述的尿素與硝酸的摩爾比為1.5:1。
從溶液水解器底部排出的殘液溫度約200℃，先進(jìn)入水解換熱器加熱混合溶液，水解換熱器出口的殘液溫度降至90℃左右進(jìn)入溶解槽，多余的殘液送至污水廠處理。
所述的SCR脫硝設(shè)備中發(fā)生的脫硝反應(yīng)為：HNO3+2NO+3NH3→3N2+5H2O，該反應(yīng)在200℃下的脫硝效率可達(dá)90％。
所述的空氣由送風(fēng)機(jī)輸送，依次通過(guò)暖風(fēng)器、低溫空氣預(yù)熱器、高溫空氣預(yù)熱器，吸熱升溫后作為煤粉燃燒的一、二次風(fēng)送入爐膛。
本發(fā)明在SCR裝置中采用了HNO3+2NO+3NH3→3N2+5H2O這一種低溫下NO的高效還原反應(yīng)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的SCR脫硝反應(yīng)，通過(guò)在還原劑中加入硝酸銨使SCR設(shè)備在200℃下能夠安全高效運(yùn)行，以此為基礎(chǔ)改進(jìn)鍋爐尾部系統(tǒng)中設(shè)備的布置，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
SCR裝置之前布置了除塵設(shè)備，減緩了飛灰對(duì)SCR催化劑的磨損堵塞和化學(xué)中毒，極大緩解了催化劑的失活；
將空氣預(yù)熱器分為兩段布置，高溫段布置于SCR之前，避免了ABS對(duì)高溫空預(yù)器造成的堵塞，且SCR在200℃左右運(yùn)行，催化劑對(duì)SO2的氧化效果很弱，所以也大大減緩了低溫空氣預(yù)熱的堵塞；
脫硝所需的還原劑氨氣采用傳統(tǒng)的尿素水解法來(lái)制備，可以完成硝酸銨的同時(shí)加入，而不需要額外增加其他設(shè)備。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖中：1為省煤器，2為高溫空氣預(yù)熱器，3為靜電除塵器，4為SCR脫硝裝置，5為低溫空氣預(yù)熱器，6為暖風(fēng)器，7為低溫除塵器，8為脫硫塔，9為煙囪，10為尿素輸送器，11為硝酸/硝酸銨輸送器，12為溶解槽，13為溶液加壓泵，14為溶液儲(chǔ)存槽，15為溶液輸送泵，16為水解換熱器，17為溶液水解器，18為送風(fēng)機(jī)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1所示，本發(fā)明的系統(tǒng)，包括用于尾部煙氣換熱及凈化的煙氣流動(dòng)系統(tǒng)和為SCR脫硝反應(yīng)提供還原劑的還原劑供給系統(tǒng)。
煙氣流動(dòng)系統(tǒng)包括省煤器1、高溫空氣預(yù)熱器2、靜電除塵器3、SCR脫硝裝置4、低溫空氣預(yù)熱器5、暖風(fēng)器6、低溫除塵器7、脫硫塔8及煙囪9。其中，鍋爐低溫過(guò)熱器煙氣出口連接省煤器1煙氣入口，省煤器1煙氣出口連接高溫空氣預(yù)熱器2煙氣入口，高溫空氣預(yù)熱器2煙氣出口連接靜電除塵器3煙氣入口，靜電除塵器3煙氣出口連接SCR脫硝裝置4煙氣入口，SCR脫硝裝置4煙氣出口連接低溫空氣預(yù)熱器5煙氣入口，低溫空氣預(yù)熱器5煙氣出口連接暖風(fēng)器6煙氣入口，暖風(fēng)器煙氣6出口連接低溫除塵器7煙氣入口，低溫除塵器7煙氣出口連接脫硫塔8煙氣入口，脫硫塔8煙氣出口連接煙囪9；暖風(fēng)器6上還連接有送風(fēng)機(jī)18，暖風(fēng)器6空氣出口與低溫空氣預(yù)熱器5連接，低溫空氣預(yù)熱器5的空氣出口與高溫空氣預(yù)熱器2連接，高溫空氣預(yù)熱器2的出口連接至爐膛。
還原劑供給系統(tǒng)包括尿素輸送器10、硝酸/硝酸銨輸送器11、溶解槽12、溶液加壓泵13、溶液儲(chǔ)存槽14、溶液輸送泵15、水解換熱器16和溶液水解器17。其中，尿素輸送器10和硝酸/硝酸銨輸送器11連接溶解槽12入口，溶解槽12出口連接溶液加壓泵13入口，溶液加壓泵13出口連接溶液儲(chǔ)存槽14入口，溶液儲(chǔ)存槽14出口連接溶液輸送泵15入口，溶液輸送泵15出口連接水解換熱器16入口，水解換熱器16出口連接溶液水解器17入口，溶液水解器17出口連接SCR脫硝裝置；溶液水解器17設(shè)有蒸汽入口連接汽輪機(jī)低壓缸抽氣，溶液水解器17的殘液出口與水解換熱器16連接，水解換熱器16的殘液出口分兩路，一路與溶解槽12連接，另一路排出多余殘液。
本發(fā)明的鍋爐尾部設(shè)備布置系統(tǒng)在滿足了脫硝效率的前提下，同時(shí)也減緩了催化劑失活和空氣預(yù)熱器堵塞。
如圖1所示，本發(fā)明一種減緩SCR催化劑失活和空氣預(yù)熱器堵塞的方法，包括如下步驟：
鍋爐低溫過(guò)熱器出口煙氣首先依次通過(guò)省煤器1和高溫空氣預(yù)熱器2進(jìn)行換熱，高溫空氣預(yù)熱器2的煙氣出口溫度大約為200℃，隨后煙氣進(jìn)入靜電除塵器3中除去煤灰顆粒及大部分煤灰粉塵，經(jīng)除塵處理后的煙氣進(jìn)入SCR脫硝裝置4，在SCR脫硝裝置4中煙氣里的NO被噴入的氨氣和硝酸氣體進(jìn)行還原，SCR脫硝裝置4的出口煙氣再依次通過(guò)低溫空氣預(yù)熱器5和暖風(fēng)器6來(lái)加熱鍋爐的一二次風(fēng)，暖風(fēng)器5出口煙溫約為80℃，隨后進(jìn)入低溫除塵器7中進(jìn)一步除去煙氣中的細(xì)粉塵顆粒物，經(jīng)過(guò)低溫除塵后的煙氣接著進(jìn)入脫硫塔8脫除煙氣中的SO2，最后煙氣經(jīng)由煙囪9排入大氣。其中，
尿素輸送器10和硝酸/硝酸銨輸送器11按照1:1的摩爾比例分別把尿素和硝酸銨輸送到溶解槽12中，經(jīng)攪拌配成溶液(或尿素輸送器10和硝酸/硝酸銨輸送器11按照1.5:1的摩爾比例分別把尿素和硝酸輸送到溶解槽12中，經(jīng)攪拌配成溶液)，隨后利用溶液加壓泵13將尿素和硝酸銨的混合溶液輸送到溶液儲(chǔ)存槽14中，加壓至表壓2.6MPa左右，隨后利用溶液輸送泵15將混合溶液輸送到水解換熱器16中，并與從溶液水解器17中出來(lái)的殘液換熱，水解換熱器16出口的混合溶液被加熱到約180℃，此時(shí)硝酸銨分解為NH3和HNO3，隨后混合溶液被輸送到溶液水解器17，混合溶液和從汽輪機(jī)低壓缸抽取的蒸汽直接發(fā)生尿素的水解反應(yīng)，生成NH3，并與之前硝酸銨分解生成的NH3和HNO3一起噴入SCR脫硝裝置4內(nèi)，再通過(guò)以下反應(yīng)還原煙氣中的NO：HNO3+2NO+3NH3→3N2+5H2O,該反應(yīng)在200℃下的脫硝效率可達(dá)90％；
從溶液水解器17底部排出的殘液溫度約200℃，先進(jìn)入水解換熱器16加熱混合溶液，出口的殘液溫度降至90℃左右，再進(jìn)入溶解槽12作為尿素和硝酸銨的溶解劑，多余的殘液送至污水廠處理。
本發(fā)明公布的減緩SCR催化劑失活和空氣預(yù)熱器堵塞的方法，通過(guò)在還原劑中加入硝酸銨，可以保證SCR脫硝裝置在200℃高效運(yùn)行，滿足了本發(fā)明所公布系統(tǒng)對(duì)SCR反應(yīng)溫度和脫硝效率的要求。
概括來(lái)說(shuō)，通過(guò)將空預(yù)器分段分別布置在SCR裝置前后，除塵器置于SCR之前的布置可以有效減緩催化劑的失活和空氣預(yù)熱器的堵塞；此時(shí)，SCR反應(yīng)器中的煙氣溫度約為200℃，再通過(guò)向脫硝還原劑中加入硝酸銨(或者硝酸)的方法可以使SCR反應(yīng)的效率在200℃下達(dá)到要求。