專利名稱：一種燃煤鍋爐煙氣sncr和scr聯(lián)合脫硝方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及主要用于煤電站的燃煤鍋爐煙氣SNCR和SCR聯(lián)合脫硝方法合脫硝方法及其裝置，屬于煙氣凈化領域。
背景技術：
煤燃燒產生的煙氣中含有大量的氮氧化物(NOx )，包括N2O, NO，NO2, N2O3, N2O4和N2O5，氮氧化物危害性極大，是造成溫室效應、酸雨和臭氧層破壞的主要污染物之一，我國能源結構中，煤的比例高達到70%左右，煙氣對環(huán)境的影響極大。近年來，我國環(huán)保法規(guī)對氮氧化物排放標準進行了更嚴格的限制，對煤電站新建機組，要求NOx排放降低到100mg/Nm3以下。目前較為成熟的脫硝方法有煙氣脫硝選擇性催化還原法(以下簡稱SCR)、選擇性非催化還原法(以下簡稱SNCR)或SNCR+SCR混合脫硝法。對于原有的大型燃煤電站燃煤鍋爐，因受爐膛幾何尺寸、溫度窗口等綜合因素的限制，采用單一的SNCR工藝，脫硝效率均在50%以下；采用單一的SCR工藝，則需要催化劑的用量和反應器尺寸較大，還需增加還原劑氨氣NH3制備和噴射系統(tǒng)等設備，投資和運行費用較高；采用SNCR+SCR混合煙氣脫硝法 具有高效、投資節(jié)省等特點。現(xiàn)有的SNCR+SCR混合脫硝工藝是在燃煤鍋爐的SNCR溫度窗口內噴射足量的還原劑溶液，其中只有部分NH3參與煙氣氮氧化物的還原反應，未參與反應的剩余NH3 (稱逃逸氨)隨煙氣一同進入后續(xù)的SCR反應段，繼續(xù)作為還原劑參與催化還原反應。此種方法主要缺點是通過SNCR反應段逃逸的氨量與噴射量(或濃度)不呈線性關系，氨逃逸量難以控制，也無法精準計量后段SCR反應器所需的還原劑耗量；一般采取加大還原劑噴射量或噴射濃度，造成還原劑消耗過量，若從SCR反應器進口煙道補充氣態(tài)還原劑，需設置還原劑制備站和噴射系統(tǒng)，大大增加了設備成本。另外，逃逸氨在反應器進口煙道混合比較困難，雖然設置煙氣、蒸汽或空氣的噴射擾流，但是并不能滿足混合煙氣的大跨度擾流和強混要求，需要針對性地增加強擾流的均混裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提供一種燃煤鍋爐煙氣SNCR和SCR聯(lián)合脫硝方法，利用鍋爐尾部合適的溫度區(qū)域，精準計量進入SCR反應器區(qū)域的NH3摩爾濃度，克服現(xiàn)有的SNCR和SCR聯(lián)合脫硝工藝對進入后段SCR反應器的還原劑量無法計量的缺陷，減少還原劑在SNCR階段過量噴射，提高反應穩(wěn)定性和脫硝效率?！N燃煤鍋爐煙氣SNCR和SCR聯(lián)合脫硝方法，以含氨溶液為還原劑，包括依次進行的SNCR和SCR反應；其特征在于向鍋爐爐膛內800 — 1050°C的溫度窗口加入含氨溶液，含氨溶液中部分氨與煙氣中的NOx進行SNCR反應，其余未參與SNCR反應的逃逸氨隨煙氣至鍋爐出口煙道并進行換熱降溫；其間在鍋爐出口煙道的500 - 650°C溫度區(qū)補充添加一定量的含氨溶液(含氨溶液在此溫度下分解出氨)，最后在300 — 420°C下進入SCR反應器,在催化劑存在下，所述補充還原劑分解出的氨及所述的爐膛逃逸氨與煙氣中的剩余NOx進行SCR反應，催化劑活性物質為V2O5和WO3 ;所述還原劑的總加入量以含氨溶液所含NH3摩爾量為原煙氣NOx摩爾量的I. 45 I. 6倍計，其中NH3摩爾量為原煙氣中NOx摩爾量的I. I 一
I.2倍計的含氨溶液加入鍋爐爐膛內800 - 1050°C的溫度窗口，其余含氨溶液補充加入鍋爐出口煙道的500 - 650°C溫度區(qū)，二者分別計量并均以霧化噴射方式加入。所述含氨溶液為氨水或尿素水溶液。所述尿素或氨溶液質量濃度為5 10%。所述含氨溶液在鍋爐爐膛的800 - 1050°C溫度窗口和鍋爐出口煙道的500 —650°C溫度區(qū)分別多層多點噴射。本發(fā)明方法將大部分還原劑霧化噴入SNCR工藝段的800 — 1050°C溫度窗口，將 部分還原劑在噴入500 - 650°C的溫度區(qū)作為補充，兩路還原劑獨立稀釋，分別計量控制。500 - 650°C溫度滿足尿素水溶液化學動力學的溫度要求，尿素在此溫度下幾乎100%熱分解產生NH3，且又不會引起氧化消耗，因此還原劑產生的NH3氣體組分可全部進入后續(xù)的SCR反應器參與NOx的催化還原反應，用于脫除煙氣中剩余的氮氧化物。本發(fā)明利用上游煙道產生的NH3進入SCR反應器，直接參與SCR反應，無需加設還原劑制備站、噴射系統(tǒng)及液氨蒸發(fā)、尿素熱解、噴氨格柵等設備，減少了設備占地空間和運行成本，對現(xiàn)有鍋爐改造運行方便易行。綜上所述，本方法可減少SNCR反應段的還原劑加入量，同時減少了 SNCR反應段逃逸的氨量，通過在500 — 650°C溫度區(qū)計量補入還原劑，而補充還原劑的NH3可全部參與SCR反應，從而減少還原劑耗量，本方法煙氣脫硝率70-80%，對燃煤大中型鍋爐或鍋爐改造項目具有很好的商業(yè)應用前景。本發(fā)明提供SNCR和SCR聯(lián)合脫硝裝置，以實現(xiàn)上述燃煤鍋爐煙氣SNCR和SCR聯(lián)合脫硝工藝。燃煤鍋爐煙氣SNCR和SCR聯(lián)合脫硝裝置，包括燃煤鍋爐和SCR反應器，鍋爐爐膛折焰角上方設有過熱器，過熱器之后的鍋爐出口煙道設有再熱器、初級過熱器和省煤器，省煤器出口與SCR反應器的入口煙道相連；所述鍋爐出口煙道在再熱器與初級過熱器之間有一個向下轉向的轉向室；所述鍋爐上方的爐膛折焰角和所述煙道轉向室分別設有由多個霧化噴槍組成的噴槍組，前者霧化噴槍設置在爐膛折焰角的前墻和兩側墻上，后者霧化噴槍設置在轉向室的兩側墻上，該兩噴霧組分別連接至各自的還原劑計量裝置。所述SCR反應器入口煙道由豎直段及上、下兩端互為反向折彎的水平管段組成，其豎直管段內裝有均流導流組件，豎直管段上、下兩端的折彎部位的彎道內設有弧形導流板組件；SCR反應器入口設置有折板導流組件。所述爐膛折焰角的噴霧組包括上下共4層霧化噴槍，每層分布有多個霧化噴槍；所述鍋爐出口煙道的轉向室的噴霧組包括上下2層霧化噴槍，每層設有I 2個霧化噴槍。所述各霧化噴槍前部為錐形的噴嘴，錐形噴嘴的前端設有噴孔，錐形噴嘴的錐面部位設有圓周排布的多個噴孔。本裝置設置了還原劑的二次噴霧及計量裝置，實現(xiàn)在500 - 650°C溫度區(qū)添加獨立控制計量的補充還原劑，雙相流噴槍和多孔噴嘴可增加霧化覆蓋面，使還原劑充分霧化，提高反應效率；設置在SCR反應器入口煙道內的均流導流組件及各種導流板，保證多組分氣體的均流均混，使進入SCR反應器流場的速度均勻，提高反應效率。


圖I是SNCR和SCR聯(lián)合脫硝裝置的結構示意圖。圖2是圖I的A-A剖視圖。圖3圖I的B-B視圖。圖4是霧化結構噴嘴示意圖。圖5是圖4的C向視圖。圖6表示尿素溶液液滴在煙氣中熱分解質量分率變化曲線。 圖中，I一還原劑配制器；2 — SNCR還原劑計量裝置；3—補充還原劑計量裝置；4一燃燒器；5—鍋爐；6—霧化噴槍；6-1—噴嘴，6-2、6-3—噴孔；7—過熱器；8—再熱器；9一初級過熱器；10—轉向室；11一補充霧化噴槍；12—省煤器；13—均流導流組件；13-1、13-2一X型導流組件的斜置板；13_3—縱向分隔板；13_3—橫分隔板；14一弧形導流板；14’ 一平板式導流板；15—整流格柵；16—測試孔；17—催化劑層；18—入口煙道；19 — SCR反應器；20—出口煙道。
具體實施例方式實施例I
下面結合圖I裝置說明本發(fā)明SNCR和SCR聯(lián)合脫硝的實施方法。如圖1，鍋爐5設有燃燒器4，煤燃燒產生煙氣，煙氣中的氮氧化物(NOx)含量為450mg/Nm3，煙氣向上經過爐膛折焰角(即鍋爐5上方向右位置)進入過熱器7空間區(qū)域，此處煙氣溫度在850 - 1050°C，即為適合SNCR的“溫度窗口”。此溫度窗口的前墻和兩側墻(見圖2)均安裝有還原劑噴槍6，噴槍材質為316L不銹鋼。圖I表示，還原劑噴槍6自下至上設置四層，各層位于鍋爐的標高分別為35. 8m、43. 192m、46. 592m、49. 092m。參見圖I及圖2的左半部，在850 - 1050°C溫度區(qū)，還原劑噴槍，分四層布置在前墻和側墻，第I層布置21支噴槍，第2、3、4層分別布置9支，共設置48支噴槍。還原劑配制器I中，將50%質量濃度的尿素溶液加水稀釋至質量濃度為5% 10%。通過SNCR還原劑計量裝置2對噴入SNCR反應區(qū)的還原劑按NH3與煙氣中的NOx的摩爾量之比為I. I 一 I. 2計量。霧化噴槍6將尿素水溶液霧化并噴入爐膛800 - 1050°C溫度窗口，尿素液滴蒸發(fā)和熱分解生成NH3和HNCO (尿素水溶液液滴在煙氣中的蒸發(fā)和熱分解特性見圖6)。經上述SNCR反應后，煙氣中氮氧化物濃度降低了 35 - 40%,多余的NH3隨煙氣經過熱器7和再熱器8換熱后，進入到轉向室10時，溫度降至500 650°C。轉向室10的兩側墻分別配置2支補充霧化噴槍11，補充的尿素溶液由計量裝置3單獨計量控制。由于轉向室10內的溫度為550 650°C，產生的SNCR反應速率很小，生成的還原劑產物組分僅170ppm,因此新補充的尿素溶液在此溫度下基本未被消耗。煙氣繼續(xù)經初級過熱器9和省煤器12后，溫度降至30(T42(TC，上述補充的尿素溶液幾乎全部從SCR反應器的入口煙道18進入SCR反應器19中，還原劑組分NH3和HNCO和H20、NOx在催化劑層17 (催化劑為蜂窩或板式V2O5、WO3)表面反應生成N2和H2O,大部分氮氧化被脫除。脫硝后煙氣從反應器出口煙道20排出。經檢測，煙氣脫硝率70-80%。本裝置的煙道均為矩形管(橫截面為矩形)。圖I中，SCR反應器19的入口煙道18是SCR反應器19的入口煙道18由豎直管段及上、下兩端互為反向折彎的水平管段組成，其與SCR反應器19連接成Ji型。入口煙道18豎管段內設有均流導流組件13，從B-B剖面結構(圖3)可見，均流導流組件13包括兩交叉的斜置板13-1、13-2組成X型導流組件及由縱向分隔板13-3和橫分隔板13-4互相交接而成的格狀導流組件。各均流導流組件13在入口煙道18的豎直管內為多層布置。當來自鍋爐出口煙道的煙氣從SCR反應器的入口煙道18通過時，首先經過下端彎管內的圓弧導流板14，然后向上從豎直管段中通過，其間被X型的和格狀的導流組件13分區(qū)強混，實現(xiàn)對煙氣的大尺度，強擾流均混；繼續(xù)上升，依次經上端彎管內的圓弧導流板14及平板式導流板14’，將煙氣均勻導向SCR器19的入口，使進入反應器19的入口流場速度分布均勻。導流均流組件13、弧形導流板14和式導流板14’均為Q345B碳鋼材質制成。 圖4和圖5表示霧化噴槍6的噴嘴結構(補充霧化噴槍11與霧化噴槍6結構相同)。如圖4，噴嘴6-1前端為錐形面，錐形面前端設有噴孔6-3，多個噴孔6-2在錐形面上按圓周均布。液滴粒徑由霧化壓縮空氣壓力調節(jié)，索爾特平均粒徑100 μ m,液滴顆粒初速度約 30m/sο圖6是對鍋爐煙道轉向室10中霧化離散的尿素溶液液滴在煙氣中熱分解質量分率變化曲線圖；從圖6可見，尿素顆粒在大約413K (即140°C)開始蒸發(fā)，此時尿素重量開始減少，在413ΙΓ425Κ (即140°C 152°C)溫度范圍內，尿素呈熔融狀態(tài)，在425K 433K(152°C ^160oC)范圍內，可以觀察到尿素質量明顯變化，這主要是由于當溫度超過425K(1520C )后，尿素的蒸發(fā)和熱解速率提高，在433K ( 1600C )時，現(xiàn)場NH3濃度明顯增強，在433K 463Κ (160°C ^190°C )溫度范圍，尿素持續(xù)蒸發(fā)和熱分解為NH3和HNC0，當溫度達到463K (190°C)時，尿素的質量已減少38. 2%，在500K 623K (227°C 350°C )時，尿素質量變化速率降低，在此過程中，可能熱分解后的產物生成了其他中間產物，導致生成氣態(tài)的NH3減少。圖6可見，尿素在623Κ 735Κ(350 462°C)溫度時，已基本完成蒸發(fā)和熱分解。因而本發(fā)明在鍋爐轉向角550 650°C溫度區(qū)噴入的尿素溶液，能完全分解生成氨氣，而且，氨氣在550 650°C及繼續(xù)下降的煙氣溫度下不會被氧化消耗，可全部參與SCR反應，還原劑的使用效率提聞。
權利要求
1.一種燃煤鍋爐煙氣SNCR和SCR聯(lián)合脫硝方法，以含氨溶液為還原劑，包括依次進行的SNCR和SCR反應；其特征在于向鍋爐爐膛內800 — 1050°C的溫度窗口加入還原劑含氨溶液，含氨溶液中部分氨與煙氣中的NOx進行SNCR反應，其余未參與SNCR反應的逃逸氨隨煙氣至鍋爐出口煙道并進行換熱降溫；其間在鍋爐出口煙道的500 - 650°C溫度區(qū)補充添加一定量的含氨溶液，最后在300 - 420°C下進入SCR反應器，在催化劑存在下，所述補充還原劑分解出的氨及所述的爐膛逃逸氨與煙氣中的剩余NOx進行SCR反應，催化劑活性物質為V2O5和WO3 ;所述還原劑的總加入量以含氨溶液所含NH3摩爾量為原煙氣NOx摩爾量的I. 45 I. 6倍計，其中NH3摩爾量為原煙氣中NOx摩爾量的I. I 一 I. 2倍計的含氨溶液加入鍋爐爐膛內800 - 1050°C的溫度窗口，其余含氨溶液補充加入鍋爐出口煙道的500 —650°C溫度區(qū)，二者分別計量并均以霧化噴射方式加入。
2.根據權利要求I所述的燃煤鍋爐煙氣SNCR和SCR聯(lián)合脫硝方法，其特征在于所述含氨溶液為氨水或尿素水溶液。
3.根據權利要求2所述的燃煤鍋爐煙氣SNCR+SCR混合脫硝方法，其特征在于所述尿素或氨溶液的質量濃度為5 10%。
4.根據權利要求I或2或3所述的燃煤鍋爐煙氣SNCR和SCR聯(lián)合脫硝方法，其特征在于所述含氨溶液在鍋爐爐膛的800 - 1050°C溫度窗口和鍋爐出口煙道的500 — 650°C溫度區(qū)分別多層多點噴射。
5.一種用于權利要求I脫硝方法的燃煤鍋爐煙氣SNCR和SCR聯(lián)合脫硝裝置，其特征在于包括燃煤鍋爐和SCR反應器，鍋爐爐膛折焰角上方設有過熱器，過熱器之后的鍋爐出口煙道設有再熱器、初級過熱器和省煤器，省煤器出口與SCR反應器的入口煙道相連；所述鍋爐出口煙道在再熱器與初級過熱器之間有一個向下轉向的轉向室；所述鍋爐上方的爐膛折焰角和所述煙道轉向室分別設有由多個霧化噴槍組成的噴槍組，前者霧化噴槍設置在爐膛折焰角的前墻和兩側墻上，后者霧化噴槍設置在轉向室的兩側墻上，該兩噴霧組分別連接至各自的還原劑計量裝置。
6.根據權利要求5所述的燃煤鍋爐煙氣SNCR和SCR聯(lián)合脫硝裝置，其特征在于所述SCR反應器入口煙道由豎直段及其上、下兩端互為反向折彎的水平管段組成；豎直管段內裝有均流導流組件，豎直管段上、下兩端的折彎部位的彎道內設有弧形導流板組件。
7.根據權利要求5所述的燃煤鍋爐煙氣SNCR和SCR聯(lián)合脫硝裝置，其特征在于SCR反應器入口設置有折板導流組件。
8.根據權利要求5所述的燃煤鍋爐煙氣SNCR和SCR聯(lián)合脫硝裝置，其特征在于所述爐膛折焰角的噴霧組包括上下共4層霧化噴槍，每層分布有多個霧化噴槍。
9.根據權利要求5或6或7或8所述的燃煤鍋爐煙氣SNCR和SCR聯(lián)合脫硝裝置，其特征在于所述鍋爐出口煙道的轉向室的噴霧組包括上下2層霧化噴槍，每層設有I 2個霧化噴槍。
10.根據權利要求9所述的燃煤鍋爐煙氣SNCR和SCR聯(lián)合脫硝裝置，其特征在于所述各霧化噴槍前部為錐形的噴嘴，錐形噴嘴的前端設有噴孔，錐形噴嘴的錐面部位設有圓周排布的多個噴孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃煤鍋爐煙氣SNCR和SCR聯(lián)合脫硝方法及裝置，還原劑含氨溶液加入爐膛800－1050℃的溫度窗口，部分氨與煙氣中的NOX進行SNCR反應，其余逃逸氨隨煙氣至煙道并進行換熱降溫；在鍋爐出口煙道的500－650℃溫度區(qū)添加補充還原劑并分解出氨，在300－420℃及活性物質為V2O5和WO3催化劑存在下，氨與NOX進行SCR反應，脫除煙氣中剩余的NOX。含氨溶液的加入總量以NH3摩爾量是原煙氣NOx的1.45～1.6倍計，其中NH3摩爾量為原煙氣NOx1.1－1.2倍計的含氨溶液加入鍋爐爐膛內800－1050℃的溫度窗口，其余加入鍋爐出口煙道的500－650℃溫度區(qū)。本方法可減少SNCR反應段還原劑加入量和氨逃逸量，而在500－650℃煙氣中添加的還原劑的NH3全部參與SCR反應，還原劑總耗量降低，脫硝效率提高。
文檔編號B01D53/90GK102861511SQ201210368458
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權日2012年9月28日
發(fā)明者周英貴, 李仁剛, 王生公 申請人:南京龍源環(huán)保有限公司