本發(fā)明涉及一種針對鍋爐尾部排煙的綜合節(jié)能減排系統(tǒng)，用于對燃煤機組(特別是高硫煤)鍋爐煙氣進行so3的脫除以降低酸露點，并對煙氣余熱進行梯級利用分別加熱高壓給水、低壓給水和冷風(fēng)，從而在避免尾部受熱面低溫腐蝕的前提下提高煙氣余熱利用率，屬于鍋爐技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在燃煤機組中，隨著煙氣溫度的降低，so3在爐膛出口為氣態(tài)so3，在scr催化劑出口轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)硫酸，進入濕法脫硫裝置后進一步轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩釟馊苣z，酸性逐步增強，對設(shè)備的腐蝕也逐步增強。對機組的影響包括：一、使酸露點溫度提高，從而限制了煙氣溫降，影響余熱回收效果；二、使scr和空預(yù)器積灰結(jié)垢；三、產(chǎn)生“藍羽”現(xiàn)象。

目前，國內(nèi)燃煤機組的脫硝系統(tǒng)普遍采用scr技術(shù)(選擇性催化還原法)，以nh3(尿素)為還原劑，以釩-鎢-鈦系列金屬為催化劑，在320℃到420℃之間的煙氣溫度范圍內(nèi)將nox轉(zhuǎn)化為n2。一方面，催化劑能將so2催化氧化為so3，轉(zhuǎn)換率取決于v2o5含量、催化劑壁厚、催化劑形態(tài)和煙氣溫度等，催化劑中v2o5的擔(dān)載量越大，so3的轉(zhuǎn)化效率也越高。scr系統(tǒng)中so3轉(zhuǎn)化率大約為0.5％～1.5％。另一方面，所用還原劑nh3會與so3發(fā)生反應(yīng)，增加噴氨量提高其運維成本的同時，生成的硫酸銨、硫酸氫銨(abs)在催化劑和空預(yù)器金屬表面沉積，使催化劑活性降低影響nox脫除效率，使空預(yù)器結(jié)垢堵塞增加風(fēng)機功耗，迫使機組停爐清灰。

國家還未出臺針對so3排放的相關(guān)標準，現(xiàn)有主要的so3脫除技術(shù)為針對煙氣脫除so2和粉塵的靜電除塵(esp)和濕法脫硫(fgd)。在esp中，凝結(jié)的硫酸將會和飛灰一起被靜電除塵器脫除，so3的脫除率取決于煙氣溫度和飛灰成分，通常so3的脫除率大約為10％～15％。在fgd中，煙氣在吸收塔內(nèi)的停留時間較短，同時硫酸蒸汽在吸收塔內(nèi)冷凝成非常細的硫酸氣溶膠，難以被石灰漿液吸收，so3的脫除效率通常為30％～40％。so3脫除效率普遍偏低，而煙氣中so3含量較大造成酸露點過高，限制了空預(yù)器后的煙氣溫降，尾部的余熱回收設(shè)備通常為低溫省煤器以加熱低壓給水，以減少#6和#7抽汽。一方面，減少的抽汽品質(zhì)較低，節(jié)能效果較差；另一方面，換熱器材料需選用耐腐蝕的nd鋼，且需要嚴控?zé)煔夂徒饘俦跍匾苑赖蜏馗g現(xiàn)象。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何降低鍋爐尾部受熱面結(jié)垢堵塞和低溫腐蝕現(xiàn)象，提高煙氣余熱的利用效率，實現(xiàn)煙氣綜合節(jié)能減排一體化。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種兼顧低溫腐蝕與余熱利用的煙氣綜合節(jié)能減排系統(tǒng)，煙氣管道內(nèi)布置有scr催化劑層、空氣預(yù)熱器及除塵器，煙氣經(jīng)由scr催化劑層依次進入空氣預(yù)熱器及除塵器，其特征在于：所述scr催化劑層前的水平煙道內(nèi)設(shè)有噴嘴系統(tǒng)，噴嘴系統(tǒng)與碳酸鈉溶液供給系統(tǒng)相連；

所述scr催化劑層后側(cè)與所述除塵器前側(cè)之間通過旁路煙道連接，旁路煙道內(nèi)設(shè)有換熱器，煙氣出scr催化劑層后，大部分煙氣經(jīng)由主煙道進入空氣預(yù)熱器，剩余的小部分煙氣進入旁路煙道經(jīng)由換熱器降溫，出旁路煙道的煙氣與出空氣預(yù)熱器的煙氣混合后進入除塵器；

所述除塵器之后的煙道內(nèi)設(shè)有低溫省煤器，低溫省煤器通過管道與用于對一、二次風(fēng)進行預(yù)熱的前置暖風(fēng)器相連，管道內(nèi)通有循環(huán)冷卻水，循環(huán)冷卻水在低溫省煤器中吸熱，然后在前置暖風(fēng)器中放熱。

優(yōu)選地，所述噴嘴系統(tǒng)均布于水平煙道的管道截面上，并與煙氣流向逆向布置。

優(yōu)選地，所述噴嘴系統(tǒng)噴出的碳酸鈉溶液呈霧狀顆粒，并充滿整個水平煙道的管道截面。

優(yōu)選地，所述碳酸鈉溶液供給系統(tǒng)包括碳酸鈉溶液制備及存儲系統(tǒng)、so3濃度監(jiān)測系統(tǒng)和pid控制計量分配裝置，so3濃度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)于所述空氣預(yù)熱器的進口處，pid控制計量分配裝置實時獲取so3濃度監(jiān)測系統(tǒng)給出的測量信號后，根據(jù)測量信號通過獨立化學(xué)劑流量控制和區(qū)域壓力控制閥門來獨立控制由碳酸鈉溶液制備及存儲系統(tǒng)輸送到所述噴嘴系統(tǒng)中的每個噴嘴中碳酸鈉溶液的噴射速率。

優(yōu)選地，所述碳酸鈉溶液濃度根據(jù)煙氣中so3濃度進行設(shè)置，所述碳酸鈉溶液濃度質(zhì)量濃度在30％～50％之間，所述碳酸鈉溶液液滴顆粒在所述噴嘴系統(tǒng)中的每個噴嘴的出口速度為60～80m/s，所述碳酸鈉溶液中碳酸鈉與so3摩爾比設(shè)置為1.5∶1～4∶1，碳酸鈉溶液的液滴粒徑小于50um。

優(yōu)選地，所述旁路煙道內(nèi)設(shè)有兩級換熱器，包括沿?zé)煔饬飨蛞来尾贾迷谂月窡煹纼?nèi)的高壓給水換熱器及低壓給水換熱器，高壓給水換熱器及低壓給水換熱器內(nèi)分別從主給水管道引出高壓給水及低壓給水，高壓給水及低壓給水被加熱后分別回到各自的回?zé)峒訜崞鞒隹诘闹鹘o水管道，與主給水混合。

優(yōu)選地，所述高壓給水換熱器及低壓給水換熱器與各自的回?zé)峒訜崞鞑⒙?lián)。

優(yōu)選地，所述回?zé)峒訜崞髋c對應(yīng)的所述高壓給水換熱器或所述低壓給水換熱器給水流量的配比為0％～40％。

優(yōu)選地，進入所述旁路煙道的煙氣量占總煙氣量的10％～30％。

本發(fā)明提供的兼顧低溫腐蝕與余熱利用的煙氣綜合節(jié)能減排系統(tǒng)具體工作流程如下：

碳酸鈉溶液從噴嘴中以霧狀液滴進入煙氣管道中后，逆煙氣流向流動一段距離后與煙氣均勻混合，水分被煙氣快速干燥蒸發(fā)，過量的碳酸鈉粉末顆粒首先與爐膛產(chǎn)生的so3進行中和，經(jīng)過scr后與再次催化劑生成so3進行中和，使煙氣中的so3含量大幅降低，煙氣的酸露點溫度降至水露點附近，從而使煙氣具有較大的降溫空間和余熱回收潛力。在此基礎(chǔ)上，部分脫除了so3和nox的煙氣不經(jīng)過空預(yù)器，在旁路煙道內(nèi)通過換熱器先后加熱兩級加熱器的高、低壓給水，降溫后的煙氣與空預(yù)器出口的煙氣混合，均勻后進入除塵器。而高、低壓給水在各自換熱器中被加熱后回到主給水管道與回?zé)峒訜崞鞒隹诘闹鹘o水混合，進入加熱器的主給水流量減少，相應(yīng)加熱器的抽汽量也隨之降低從而達到節(jié)能的目的?？疹A(yù)器中煙氣量的降低，會引起一、二次風(fēng)溫的下降使鍋爐效率降低，因此利用低溫省煤器吸收經(jīng)過除塵器后煙氣的余熱，并在前置暖風(fēng)器中對一、二次風(fēng)進行預(yù)熱，防止空預(yù)器中冷端堵塞的同時，提高出口風(fēng)溫，進一步降低出口煙溫，從實現(xiàn)余熱的梯級利用。

本發(fā)明提供的系統(tǒng)通過在scr催化劑層前噴入碳酸鈉溶液，以吸收煙氣中的so3，從而大幅降低酸露點溫度，減少尾部受熱面結(jié)垢堵塞和低溫腐蝕現(xiàn)象；對空預(yù)器進行優(yōu)化改造(采用高換熱系數(shù)的換熱元件，或使空氣預(yù)熱器的層數(shù)增加以提高換熱面積)后，在scr催化劑層后對煙氣設(shè)置旁路，在旁路煙道中分別加熱高、低壓給水；在除塵器之后的煙道內(nèi)布置低溫省煤器，其中的冷卻水通過前置暖風(fēng)器預(yù)熱一、二次風(fēng)，有效利用煙氣余熱加熱高壓給水、低壓給水和冷風(fēng)，從而滿足煙氣余熱高效利用的要求，實現(xiàn)煙氣綜合節(jié)能減排一體化。

本系統(tǒng)可脫除煙氣中so385％以上，降低酸露點20～40℃；催化劑、空預(yù)器區(qū)域無硫酸氫銨結(jié)垢；scr活性溫度降低至268℃，實現(xiàn)低負荷投脫硝；余熱進行高效梯級利用，分別用于加熱高壓給水、低壓給水和冷風(fēng)，進一步降低煤耗；尾部煙道和設(shè)備不存在低溫腐蝕和堵塞，運行效率和安全性更高。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、系統(tǒng)簡單高效，噴射物以溶液代替粉末顆粒，具有更好的均勻度和反應(yīng)活性，so3脫除效率可到85％以上，并可協(xié)同脫除hcl、hf、h2seo3等酸性物質(zhì)。同時有利于飛灰對hg的捕獲，起到綜合的減排效果。

2、噴射系統(tǒng)置于噴氨系統(tǒng)之前，煙氣中的so3首先與碳酸鈉反應(yīng)，從而減少了脫硝所用的投氨量，使投脫硝系統(tǒng)的運行維護成本降低。

3、噴射系統(tǒng)置于scr脫硝層之前，煙氣中酸性物質(zhì)(特別是so3)的脫除能有效降低釩基催化劑的最低激活溫度，由公認的315℃降低至268℃，有利于低負荷投脫硝。與傳統(tǒng)的寬負荷脫硝如熱水再循環(huán)、省煤器分級、煙氣旁路等技術(shù)相比，改造費用低且對鍋爐效率影響小，能從根本上解決低負荷下scr脫硝迫退的問題。此外，催化劑層中無失活、磨損或堵塞問題，scr脫硝效率高，使用壽命長。

4、空氣預(yù)熱器中無nh4hso4(abs)結(jié)垢堵塞，風(fēng)機功耗低，換熱效果好。酸露點溫度由100℃以上降低至水露點(40℃)附近，煙氣尾部煙道和設(shè)備不存在低溫腐蝕和堵塞，運行效率和安全性更高。在后期改造中，能以傳統(tǒng)、換熱性能更好的碳鋼或不銹鋼作為換熱面材料，改造費用更低，余熱回收效率更高。

5、酸露點溫度大幅降低后，煙氣具有較大的溫降空間和較好的換熱效果，可有效利用煙氣余熱逐級加熱高壓給水、低壓給水和冷風(fēng)，滿足煙氣余熱高效利用的要求，實現(xiàn)能源的梯級利用。

附圖說明

圖1為兼顧低溫腐蝕與余熱利用的煙氣綜合節(jié)能減排系統(tǒng)示意圖；

圖2為碳酸鈉溶液供給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為煙氣旁路中兩級加熱器用于加熱高低壓給水以減少回?zé)岢槠倪\行示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

以某電廠660mw超超臨界濕冷機組為對象，由于燃燒高硫煤，在tha工況下排煙溫度高達130℃，煙氣側(cè)壓差大于3kpa，煙氣中折算硫分達0.74％，按照so3占總硫分的2％計，酸露點溫度也達140℃以上。針對其燃燒高硫煤所帶來的排煙溫度高、空預(yù)器阻力大和煙道尾部受熱面低溫腐蝕等問題，本實施例提供了一種兼顧低溫腐蝕與余熱利用的煙氣綜合節(jié)能減排系統(tǒng)，如圖1所示，按照系統(tǒng)不同的作用，可分為碳酸鈉溶液供給系統(tǒng)(圖2)，高溫?zé)煔馀月废到y(tǒng)(圖3)和低溫?zé)煔馀L(fēng)系統(tǒng)。

在碳酸鈉溶液供給系統(tǒng)中，干燥的固體顆粒狀碳酸鈉以噸包形式使用料斗卡車8輸送至儲間存放，考慮到安全性儲間需存有七天的存量。皮帶輪9和斗提機將碳酸鈉粉末通過料斗10和溶解罐11配制成50％的溶液，通過給料泵12輸送到溶液儲罐13靜置存儲，考慮到安全性，溶液儲罐13需存有3天的存量。此時，根據(jù)空氣預(yù)熱器3進口布置的so3濃度監(jiān)測系統(tǒng)所顯示的此處(包括爐膛產(chǎn)生的so3和scr催化劑層產(chǎn)生)so3濃度，通過pid控制計量分配裝置，通過調(diào)節(jié)閥和儀表(密度計、流量計等)的配合，精確調(diào)節(jié)3t/h的溶液由溶液儲罐13輸送到與噴嘴系統(tǒng)2的噴嘴相連的母管中。同時還要采用伴熱和保溫避免碳酸鈉溶液凍結(jié)或結(jié)晶。母管中的溶液均勻的進入噴嘴系統(tǒng)2的各霧化噴嘴，霧化噴嘴將溶液以30um的粒徑、80m/s的噴射速度逆向注入煙道，與煙氣混合均勻。溶液中的水分在注入后快速蒸發(fā)，形成粒徑更小的固體顆粒，較高的反應(yīng)比表面積使其具有較快的反應(yīng)效率，生成的于二氧化碳氣體使顆粒膨脹破裂，造成的“爆米花”效應(yīng)進一步提高反應(yīng)活性和速率，在煙道中對so3逐步吸附，使其降低到3～5ppm，脫除率高到90％，生成的產(chǎn)物硫酸鈉通過除塵器6與飛灰一同出去。

so3脫除后，煙氣酸露點溫度由140℃降低至50℃左右，因此尾部煙氣具有較大的降溫空間從而可取得較好的節(jié)能效益。通過設(shè)置高溫?zé)煔馀月废到y(tǒng)，將scr催化劑層1后350℃的高溫?zé)煔?，分?0％進入旁路煙道4中，剩余煙氣進入主煙道5。在旁路煙道4中先后布置兩級換熱器，用于分別加熱高、低壓給水，如圖3所示。經(jīng)過高壓給水換熱器7-1后，350℃的煙氣降溫至200℃，經(jīng)過低壓給水換熱器7-2后，煙氣進一步降溫至105℃。兩級高、低壓給水換熱器分別用于加熱#3高加給水和#6高加給水，加熱后分別與各自對應(yīng)的回?zé)峒訜崞鞒隹谥鹘o水混合。從給水管道來看，形成回?zé)峒訜崞髋c煙氣中的換熱器并聯(lián)的方式，從而減少30％的#3高加給水和#6高加給水抽汽，綜合來看降低煤耗5g/kwh。

而80％的煙氣經(jīng)由主煙道5進入空氣預(yù)熱器3，為防止爐效降低，應(yīng)保證320℃的二次風(fēng)進口風(fēng)溫，需強化空氣預(yù)熱器3中煙-風(fēng)換熱。因此，需對空氣預(yù)熱器3提效，增大空氣預(yù)熱器3的層高且更換其換熱元件，強化換熱保證二次風(fēng)溫的同時，使煙氣出口溫度降至85℃?？諝忸A(yù)熱器3的出口煙氣與旁路煙道4的出口煙氣混合至90℃左右，進入靜電除塵器。

針對除塵器6后的煙氣，設(shè)置低溫?zé)煔馀L(fēng)系統(tǒng)，在除塵器6之后的煙道內(nèi)布置低溫省煤器，管道內(nèi)的循環(huán)冷卻水吸收煙氣余熱，使90℃的煙氣進一步降溫至70℃左右。吸熱升溫后的循環(huán)冷卻水在前置暖風(fēng)器中預(yù)熱冷一、二次風(fēng)，使其由20℃升溫至40℃，而冷卻水循環(huán)往復(fù)。

綜合來看，機組采用本系統(tǒng)后，so3濃度降低至3ppm，并可協(xié)同脫除hcl、hf、h2seo3等酸性物質(zhì)，有利于飛灰對hg的捕獲，煙溫降低且鈉鹽投入導(dǎo)致飛灰電阻率降低均提高了除塵器的除塵率，起到綜合的減排效果；酸露點大幅降低至水露點附近，能有效避免低溫腐蝕，尾部受熱面可選用換熱性能更好、價格更便宜的不銹鋼，同時大大降低后期的運維成本；使scr最低激活溫度由315℃降低至286℃，有利于低負荷投脫硝，并緩解催化劑層中的失活、磨損和堵塞問題，提高脫硝效率5％，同時可減少生成abs造成的氨損耗，降低噴氨成本；冷風(fēng)溫度升高、so3的脫除和空預(yù)器的升級改造，基本避免了空預(yù)器中的灰垢存積和abs堵塞，降低風(fēng)機功耗的同時提高換熱效果，節(jié)省了大量的投資成本和設(shè)備更換維護成本；脫硫塔進口煙溫降低20℃，大大減少了脫硫塔補水量；增加了30～40℃煙氣的降溫空間，有效利用煙氣余熱逐級加熱高壓給水、低壓給水和冷風(fēng)，滿足煙氣余熱高效利用的要求，實現(xiàn)能源的梯級利用。從而，本系統(tǒng)可取得節(jié)能、減排和省水的綜合效益，可降低煤耗5.5g/kwh。