專利名稱：用于循環(huán)流化床sncr脫硝系統(tǒng)的反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電廠煙氣脫硝反應(yīng)器，具體是適用于循環(huán)流化床鍋爐煙氣SNCR 脫硝系統(tǒng)的旋風(fēng)分離器，屬于煙氣凈化裝置制造的技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
循環(huán)流化床燃燒技術(shù)(CFB)是近十幾年來迅速發(fā)展的一項高效低污染清潔燃燒枝術(shù)，具有煤種適應(yīng)性強(qiáng)、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大、燃燒穩(wěn)定、爐內(nèi)燃燒中添加石灰石低成本脫硫、分級燃燒有效降低NOx排放、灰渣綜合利用等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于燃用劣質(zhì)燃料以及負(fù)荷變化頻繁的調(diào)峰電廠和負(fù)荷波動較大的自備電站。
根據(jù)2011年發(fā)布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，火電廠NOx排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，新建機(jī)組必須同步建設(shè)脫硝裝置，現(xiàn)役機(jī)組的脫硝改造勢在必行。脫硝技術(shù)領(lǐng)域是以 NOx還原技術(shù)為主導(dǎo)地位，其NOx還原技術(shù)分為兩大類選擇性催化還原技術(shù)SCR和選擇性非催化還原技術(shù)SNCR，這兩種技術(shù)都適用于循環(huán)流化床鍋爐的脫硝工程。對比兩種脫硝技術(shù)，SNCR的工程投資費(fèi)用、年運(yùn)行費(fèi)用都低于SCR，對老機(jī)組循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行脫硝改造時，SNCR技術(shù)可以避免空氣預(yù)熱器、引風(fēng)機(jī)及省煤器等方面的改造，工程量相對較小，工期短，特別是，SCR技術(shù)對煙氣含塵率要較高，易發(fā)生催化劑堵塞中毒。因此，SNCR脫硝技術(shù)適用于循環(huán)流化床鍋爐的新建機(jī)組和老機(jī)組改造。
SNCR脫硝技術(shù)主要是在800°C 1000°C溫度范圍內(nèi)，將含氨的還原劑噴入煙氣中，將NO還原，生成氮?dú)夂退４罅康墓こ虒嵺`實踐證明，SNCR技術(shù)對反應(yīng)溫度非常敏感， 隨溫度降低，其還原反應(yīng)速度降低，從而使大量還原劑來不及反應(yīng)而降低脫硝效率，增加還原劑逃逸量。但是反應(yīng)溫度也不能過高，當(dāng)溫度高于1100°C時，NH3的氧化反應(yīng)速度超過還原反應(yīng)而起主導(dǎo)作用，從而可能造成NOx排放濃度高于基準(zhǔn)排放濃度。
循環(huán)流化床鍋爐具有一個非常有效的還原劑噴入點(diǎn)和混合反應(yīng)器一旋風(fēng)分離器。 分離器內(nèi)的煙氣擾動強(qiáng)烈，十分利于實現(xiàn)噴入的還原劑和煙氣之間迅速而均勻的混合，分離器內(nèi)氣體流動路徑較長，還原劑在反應(yīng)區(qū)獲得較長停留時間。根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐特殊的燃燒方式，在鍋爐滿負(fù)荷工況，旋風(fēng)分離器入口處的煙溫在800°C 1000°C之間，正是 SNCR最佳反應(yīng)溫度范圍。
鍋爐負(fù)荷是SNCR系統(tǒng)運(yùn)行控制的關(guān)鍵輸入?yún)?shù)之一。鍋爐負(fù)荷降低，旋風(fēng)分離器內(nèi)煙氣溫度下降，當(dāng)煙氣溫度隨負(fù)荷下降而低于SNCR最佳反應(yīng)溫度范圍的最低限值時，脫硝反應(yīng)速度降低，還原劑逃逸量增加，煙氣排放測量值中NHx排放超標(biāo)，NH3排放超標(biāo)，最終導(dǎo)致SNCR系統(tǒng)不能運(yùn)行。鍋爐負(fù)荷增加，旋風(fēng)分離器內(nèi)煙氣溫度上升，當(dāng)煙氣溫度隨負(fù)荷升高而高于SNCR最佳反應(yīng)溫度范圍的最高限值時，NH3氧化反應(yīng)超過還原反應(yīng)而起主導(dǎo)作用，也會造成煙氣排放測量值中NHx排放超標(biāo)，NH3排放超標(biāo)，SNCR系統(tǒng)不能運(yùn)行。在循環(huán)循環(huán)流床鍋爐負(fù)荷波動范圍內(nèi)，煙氣溫度一般不會高于SNCR最佳反應(yīng)溫度的最高限值，因此，低負(fù)荷時循環(huán)流化床鍋爐的SNCR系統(tǒng)運(yùn)行問題更為突出。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題為了解決鍋爐負(fù)荷運(yùn)行波動較大時SNCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行存在的問題，本發(fā)明目的是提供一種能夠更好的控制還原劑逃逸量，鍋爐負(fù)荷范圍廣，能夠滿足更高要求NOx排放，實現(xiàn)SNCR脫硝系統(tǒng)正常運(yùn)行的用于循環(huán)流化床SNCR脫硝系統(tǒng)的反應(yīng)裝置。一種用于循環(huán)流化床SNCR脫硝系統(tǒng)的反應(yīng)裝置，包括循環(huán)流化床鍋爐、水平煙道、返料裝置、尾部煙道，循環(huán)流化床鍋爐的一側(cè)分別與水平煙道、返料裝置的一端連接，水平煙道的另一端布置尾部煙道，水平煙道、返料裝置的另一端之間布置旋風(fēng)分離器，所述旋風(fēng)分離器包括進(jìn)氣口、筒體、錐體、中心筒、排氣口、排料口，筒體的上部一側(cè)布置與水平煙道連接的進(jìn)氣口，筒體的上部設(shè)置與排氣口一端連接的中心筒，排氣口的另一端與尾部煙道連接，筒體的下部形成逐漸收縮的錐體，錐體遠(yuǎn)離筒體的一端設(shè)置排料口，排料口的末端連接返料裝置；筒體的內(nèi)壁布置相變蓄熱材料層。旋風(fēng)分離器是循環(huán)流化床鍋爐主循環(huán)回路的關(guān)鍵部件，完成含塵氣流的氣固分離，并把收集的物料回送至爐膛，同時也是SNCR脫硝系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，完成脫硝反應(yīng)減排NOx，并把凈化煙氣送至尾部煙道。旋風(fēng)分離器入口段噴入還原劑，分離器內(nèi)側(cè)布置相變蓄熱材料層，以增大旋風(fēng)分離器整體的熱慣性。當(dāng)鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時，繼續(xù)降低鍋爐負(fù)荷，旋風(fēng)分離器入口煙氣溫度降低，以至脫離SNCR最佳反應(yīng)溫度范圍，旋風(fēng)分離器內(nèi)側(cè)布置的相變蓄熱材料層(處于液態(tài))溫度高于煙氣溫度，蓄熱材料(所選蓄熱材料具有較大的相變潛熱和密度)發(fā)生相變(液變固)放出相變潛熱，煙氣迅速吸收這部分熱量，煙氣溫度迅速升高至SNCR最佳反應(yīng)溫度范圍內(nèi)，旋風(fēng)分離器內(nèi)煙氣與還原劑充分混合，并獲得足夠的停留時間，從而保證脫硝反應(yīng)效率，控制還原劑逃逸量。當(dāng)鍋爐高負(fù)荷運(yùn)行時，繼續(xù)提高鍋爐負(fù)荷，旋風(fēng)分離器入口煙氣溫度升高，旋風(fēng)分離器內(nèi)側(cè)布置的相變蓄熱材料層(處于液態(tài))溫度低于煙氣溫度，蓄熱材料(所選蓄熱材料具有高液相比熱、高熱導(dǎo)率)迅速從煙氣中吸收大量熱量，煙氣放出熱量而溫度降低至SNCR最佳反應(yīng)溫度范圍內(nèi)，旋風(fēng)分離器內(nèi)煙氣與還原劑充分混合，并獲得足夠的停留時間，有效抑制NH3的氧化反應(yīng)，保證脫硝反應(yīng)效率，控制還原劑逃逸量。本發(fā)明可以有效削減鍋爐負(fù)荷變化時(特別是鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時)溫度波動對SNCR脫硝系統(tǒng)的不利影響，有利于達(dá)到更高的NOx排放要求，更好地控制還原劑逃逸量，可以保證在更寬廣的鍋爐負(fù)荷范圍內(nèi)，實現(xiàn)SNCR脫硝系統(tǒng)的正常運(yùn)行。


圖I是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I中旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2中I部的放大示意圖。
其中1、循環(huán)流化床鍋爐，2、還原劑噴射裝置，3、旋風(fēng)分離器，4、返料裝置，5、尾部煙道，3. I、進(jìn)氣口，3. 2、筒體，3. 3、錐體，3. 4、中心筒，3. 5、排氣口，3. 6、排料口，3. 7、相變蓄熱材料層，3. 8、耐火材料層，3. 9、鋼板，3. 10、保溫層。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明本部分的說明僅是示范性和解釋性，不應(yīng)對發(fā)明的保護(hù)范圍有任何的限制作用。如圖I、圖2所示，一種用于循環(huán)流化床SNCR脫硝系統(tǒng)的反應(yīng)裝置，包括循環(huán)流化床鍋爐I、水平煙道、返料裝置4、尾部煙道5，循環(huán)流化床鍋爐I的一側(cè)分別與水平煙道、返料裝置4的一端連接，水平煙道的另一端布置尾部煙道5，水平煙道、返料裝置4的另一端之間布置旋風(fēng)分離器3，所述旋風(fēng)分離器3包括進(jìn)氣口 3. I、筒體3. 2、錐體3. 3、中心筒3. 4、排氣口 3. 5、排料口 3. 6，筒體3. 2的上部一側(cè)布置與水平煙道連接的進(jìn)氣口 3. I，筒體3. 2的上部設(shè)置與排氣口 3. 5 一端連接的中心筒3. 4，排氣口 3. 5的另一端與尾部煙道5連接，筒體3. 2的下部形成逐漸收縮的錐體3. 3，錐體3. 3遠(yuǎn)離筒體3. 2的一端設(shè)置排料口 3. 6，排料口 3. 6的末端連接返料裝置4 ;筒體3. 2的內(nèi)壁布置相變蓄熱材料層3. 7。如圖I所示，本發(fā)明水平煙道內(nèi)布置還原劑噴射裝置2。如圖3所示，本發(fā)明相變蓄熱材料層3. 7的外側(cè)布置耐火材料層3. 8。本發(fā)明的耐火材料層3. 8可采用硅酸鈣制品或硅酸鋁。如圖3所示，本發(fā)明耐火材料層3. 8的外側(cè)布置鋼板3. 9。本發(fā)明的鋼板3. 9可采用Q235普通碳鋼。如圖3所示，本發(fā)明鋼板3.9的外側(cè)布置保溫層3. 10。本發(fā)明的保溫層3. 10可采用巖或礦棉制品。本發(fā)明相變蓄熱材料層3. 7內(nèi)部填充相變溫度范圍為800°C 900°C的固-液相變蓄熱材料氟鹽或氟鹽共晶混合物中的其中一種。本發(fā)明相變蓄熱材料層3. 7內(nèi)部填充相變溫度范圍為810°C 820°C的固-液相變蓄熱材料LiF、CaF2或LiF-CaF2共晶物中的其中一種。本發(fā)明固-液相變蓄熱材料的外部由耐腐蝕、耐磨損的高溫合金材料密封。某300麗循環(huán)流化床鍋爐采用SNCR脫硝工藝(參見圖1)，BMCR工況下煙氣量1043500m3/h, NOx濃度200mg/Nm3 (6%含氧量，干態(tài))，脫硝效率55%，凈化后煙氣NOx濃度90mg/Nm3。鍋爐負(fù)荷運(yùn)行情況50% 110%BMCR運(yùn)行約16小時/天，旋風(fēng)分離器內(nèi)煙氣溫度約910°C 810°C，40% 50%BMCR運(yùn)行約8小時/天，旋風(fēng)分離器內(nèi)煙氣溫度約810 790。。。如圖I所示的循環(huán)流化床SNCR脫硝工藝示意圖，循環(huán)流化床鍋爐I中燃料燃燒后產(chǎn)生的煙氣通過水平煙道進(jìn)入旋風(fēng)分離器3，還原劑(如氨水、無水氨、尿素)通過還原劑噴射裝置2在旋風(fēng)分離器入口段噴射進(jìn)入煙道中，在旋風(fēng)分離器3中與煙氣進(jìn)行充分混合，在合適的SNCR脫硝反應(yīng)溫度區(qū)間內(nèi)，氮氧化物與還原劑反應(yīng)除掉N0X，凈化后的煙氣經(jīng)旋風(fēng)分離器頂部排出，進(jìn)入尾部煙道5進(jìn)行熱交換，同時由氣流帶出循環(huán)流化床鍋爐爐膛的固體物料在分離器內(nèi)被分離和收集，通過返料裝置4送回爐膛。
如圖2所示的旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)示意圖，旋風(fēng)分離器由進(jìn)氣口 3. I、筒體3. 2、錐體3. 3、中心筒3. 4、排氣口 3. 5、排料口 3. 6組成。含塵氣體由進(jìn)氣口 3. I切向進(jìn)入分離器，并在分離空間產(chǎn)生旋流運(yùn)動，先沿分離器器壁由上而下旋轉(zhuǎn)(稱為外旋流)，到達(dá)錐體3. 3底部，凈化氣體由外旋流轉(zhuǎn)變?yōu)檠剌S心向上旋轉(zhuǎn)(稱為內(nèi)旋流)，與此同時，SNCR脫硝反應(yīng)進(jìn)行除掉大部分NOx，凈化氣體由中心筒3. 4、排氣口 3. 5排出，氣流中的顆粒在離心力作用下被拋向分離器器壁，在重力和氣流旋轉(zhuǎn)作用下沿器壁到達(dá)排料口 3. 6。根據(jù)不同負(fù)荷循環(huán)流化床鍋爐旋風(fēng)分離器煙氣溫度以及SNCR最佳反應(yīng)溫度范圍800°C 1000°C，并考慮到高負(fù)荷對SNCR運(yùn)行的影響較小(旋風(fēng)分離器中煙氣溫度很難高于SNCR最佳反應(yīng)溫度最高限值)，而低負(fù)荷對SNCR運(yùn)行的影響較大(旋風(fēng)分離器中煙氣溫度易低于SNCR最佳反應(yīng)溫度最低限值)，選擇固-液相變蓄熱材料的相變溫度范圍800°C 9000C。相變蓄熱材料可選擇氟鹽及氟鹽共晶混合物，如LiFXaF2或LiF-CaF2的共晶物，通過不同熔點(diǎn)的氟鹽的混合，可以得到不同相變溫度的蓄熱介質(zhì)。相變蓄熱材料由耐腐蝕、耐磨損的高溫合金材料或陶瓷材料密封，并預(yù)留蓄熱材料相變膨脹空間，從而形成相變蓄熱材料層。當(dāng)鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時，繼續(xù)降低鍋爐負(fù)荷，旋風(fēng)分離器入口煙氣溫度降低，以至脫離SNCR最佳反應(yīng)溫度范圍，旋風(fēng)分離器內(nèi)側(cè)布置的相變蓄熱材料層(處于液態(tài))溫度高于煙氣溫度，蓄熱材料(所選蓄熱材料具有較大的相變潛熱和密度)發(fā)生相變(液變固)放出相變潛熱，煙氣迅速吸收這部分熱量，煙氣溫度迅速升高至SNCR最佳反應(yīng)溫度范圍內(nèi)，旋風(fēng)分離器內(nèi)煙氣與還原劑充分混合，并獲得足夠的停留時間，從而保證脫硝反應(yīng)效率，控制還原劑逃逸量。當(dāng)鍋爐高負(fù)荷運(yùn)行時，繼續(xù)提高鍋爐負(fù)荷，旋風(fēng)分離器入口煙氣溫度升高，旋風(fēng)分離器內(nèi)側(cè)布置的相變蓄熱材料層(處于液態(tài))溫度低于煙氣溫度，蓄熱材料(所選蓄熱材料具有高液相比熱、高熱導(dǎo)率)迅速從煙氣中吸收大量熱量，煙氣放出熱量而溫度降低至SNCR最佳反應(yīng)溫度范圍內(nèi)，旋風(fēng)分離器內(nèi)煙氣與還原劑充分混合，并獲得足夠的停留時間，有效抑制NH3的氧化反應(yīng)，保證脫硝反應(yīng)效率，控制還原劑逃逸量。當(dāng)鍋爐高負(fù)荷運(yùn)行時，繼續(xù)提高鍋爐負(fù)荷，旋風(fēng)分離器入口煙氣溫度升高，旋風(fēng)分離器內(nèi)側(cè)布置的相變蓄熱材料層(處于液態(tài))溫度低于煙氣溫度，蓄熱材料(所選蓄熱材料具有高液相比熱、高熱導(dǎo)率)迅速從煙氣中吸收大量熱量，煙氣放出熱量而溫度降低至SNCR最佳反應(yīng)溫度范圍內(nèi)，旋風(fēng)分離器內(nèi)煙氣與還原劑充分混合，并獲得足夠的停留時間，有效抑制NH3的氧化反應(yīng)，保證脫硝反應(yīng)效率，控制還原劑逃逸量。如圖3所示的旋風(fēng)分離器內(nèi)壁構(gòu)成示意圖，旋風(fēng)分離器內(nèi)壁由四層構(gòu)成，從煙道側(cè)至旋風(fēng)分離器外側(cè)依次是相變蓄熱材料層3. 7、耐火材料層3. 8、鋼板3. 9、保溫層3. 10。相變蓄熱材料層內(nèi)部填充固-液相變蓄熱材料LiF-CaF2共晶物，蓄熱材料相變溫度范圍810°C 820°C，蓄熱材料外部由耐腐蝕、耐磨損的高溫合金材料密封,并預(yù)留蓄熱材料相變膨脹空間約25%。絕熱耐火層可選用硅酸鈣制品、硅酸鋁復(fù)合保溫，鋼板可選用Q235等普通碳鋼，保溫層選用巖、礦棉制品等。未采用本發(fā)明中的旋風(fēng)分離器時，當(dāng)鍋爐負(fù)荷處于40% 50%BMCR范圍內(nèi)時，旋風(fēng)分離器煙氣溫度低于810°C，SNCR脫硝系統(tǒng)停止運(yùn)行。采用本發(fā)明中的旋風(fēng)分離器后，當(dāng)鍋爐負(fù)荷處于40% 50%BMCR范圍內(nèi)時，可保證旋風(fēng)分離器內(nèi)煙氣溫度不低于810°C，保證SNCR脫硝系統(tǒng)正常運(yùn)行，與之前相比，NOx減排量增加約400千克/天，合算約146噸/年,
權(quán)利要求
1.一種用于循環(huán)流化床SNCR脫硝系統(tǒng)的反應(yīng)裝置，包括循環(huán)流化床鍋爐(I)、水平煙道、返料裝置(4)、尾部煙道(5)，循環(huán)流化床鍋爐(I)的一側(cè)分別與水平煙道、返料裝置(4)的一端連接，水平煙道的另一端布置尾部煙道(5)，其特征在于水平煙道、返料裝置(4)的另一端之間布置旋風(fēng)分離器(3)，所述旋風(fēng)分離器(3)包括進(jìn)氣口(3. I)、筒體(3. 2)、錐體(3. 3)、中心筒(3. 4)、排氣口(3. 5)、排料口(3. 6)，筒體(3. 2)的上部一側(cè)布置與水平煙道連接的進(jìn)氣口(3. 1)，筒體(3. 2)的上部設(shè)置與排氣口(3. 5)—端連接的中心筒(3. 4)，排氣口(3. 5)的另一端與尾部煙道(5)連接，筒體(3. 2)的下部形成逐漸收縮的錐體(3. 3)，錐體(3. 3)遠(yuǎn)離筒體(3. 2)的一端設(shè)置排料口(3. 6)，排料口(3. 6)的末端連接返料裝置(4);筒體(3. 2)的內(nèi)壁布置相變蓄熱材料層(3. 7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于循環(huán)流化床SNCR脫硝系統(tǒng)的反應(yīng)裝置，其特征在于上述水平煙道內(nèi)布置還原劑噴射裝置(2 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于循環(huán)流化床SNCR脫硝系統(tǒng)的反應(yīng)裝置，其特征在于上述相變蓄熱材料層(3. 7)的外側(cè)布置耐火材料層(3. 8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于循環(huán)流化床SNCR脫硝系統(tǒng)的反應(yīng)裝置，其特征在于上述耐火材料層(3. 8)的外側(cè)布置鋼板(3. 9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于循環(huán)流化床SNCR脫硝系統(tǒng)的反應(yīng)裝置，其特征在于上述鋼板(3. 9)的外側(cè)布置保溫層(3. 10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于循環(huán)流化床SNCR脫硝系統(tǒng)的反應(yīng)裝置，其特征在于上述相變蓄熱材料層(3. 7)內(nèi)部填充相變溫度范圍為800°C 900°C的固-液相變蓄熱材料氟鹽或氟鹽共晶混合物中的其中一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于循環(huán)流化床SNCR脫硝系統(tǒng)的反應(yīng)裝置，其特征在于上述相變蓄熱材料層(3. 7)內(nèi)部填充相變溫度范圍為810°C 820°C的固-液相變蓄熱材料LiF, CaF2或LiF-CaF2共晶物中的其中一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的用于循環(huán)流化床SNCR脫硝系統(tǒng)的反應(yīng)裝置，其特征在于上述固_液相變蓄熱材料的外部由高溫合金材料密封。
全文摘要
用于循環(huán)流化床SNCR脫硝系統(tǒng)的反應(yīng)裝置，涉及一種電廠煙氣脫硝反應(yīng)器。本發(fā)明循環(huán)流化床鍋爐的一側(cè)分別與水平煙道、返料裝置的一端連接，水平煙道的另一端布置尾部煙道，水平煙道、返料裝置的另一端之間布置旋風(fēng)分離器，筒體的上部一側(cè)布置與水平煙道連接的進(jìn)氣口，筒體的上部設(shè)置與排氣口一端連接的中心筒，排氣口的另一端與尾部煙道連接，筒體的下部形成逐漸收縮的錐體，錐體遠(yuǎn)離筒體的一端設(shè)置排料口，排料口的末端連接返料裝置；筒體的內(nèi)壁布置相變蓄熱材料層。本發(fā)明實現(xiàn)了能夠更好的控制還原劑逃逸量，鍋爐負(fù)荷范圍廣，能夠滿足更高要求NOX排放，實現(xiàn)SNCR脫硝系統(tǒng)正常運(yùn)行的目的。
文檔編號B01D53/78GK102974204SQ201210536498
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者盧作基, 秦翠娟, 代旭東, 鐘學(xué)進(jìn), 陳凱 申請人:江蘇百靈天地環(huán)境設(shè)計研究院有限公司