專利名稱：一種氨劑噴射組合內(nèi)置式催化反應(yīng)去除煙氣中NO_X的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種循環(huán)流化床鍋爐NO5JA除裝置，具體涉及一種利用氨劑噴射和內(nèi)置式催化劑來降低循環(huán)流化床鍋爐煙氣中NOx排放的裝置，主要適用于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，可應(yīng)用于鍋爐脫硝。
背景技術(shù)：
SNCR指無催化劑的作用下，在適合脫硝反應(yīng)的“溫度窗口 ”內(nèi)噴入還原劑將煙氣中的氮氧化物還原為無害的氮?dú)夂退?。該技術(shù)一般采用爐內(nèi)噴氨、尿素或氫氨酸作為還原劑還原NOx，采用NH3作為還原劑，在溫度為900°C 1100°C的范圍內(nèi)，還原NOx的化學(xué)反應(yīng)方程式主要為:4NH 3+4N0+02 — 4N2+6H20 (I)4NH3+2N0+202 — 3N2+6H20 (2)8NH3+6N02 — 7N2+12H20 (3)而與SNCR類似的脫硝裝置SCR，則是指在催化劑作用下，還原劑NH3在290 400°C下將NO和NO2還原成N2，而幾乎不發(fā)生NH3的氧化反應(yīng)，從而提高了 N2的選擇性，減少了 NH3的消耗。其中主要反應(yīng)如下:4NH3+6N0 — 5N2+6H20 (4)8NH3+6N02 — 7N2+12H20 (5)4NH3+302 — 2N2+6H20 (6)SNCR的脫硝率普遍在50 70%左右，對(duì)于初始排放濃度低于300mg/Nm3的煙氣來講，一般建議采用SNCR脫硝技術(shù)。但是SNCR脫硝過程對(duì)溫度比較敏感，如果氨的噴射位置布置不當(dāng)或者爐內(nèi)煙溫不符合反應(yīng)要求，SNCR脫硝效果將大幅下降。為了獲得較高的脫硝效率，SNCR過程往往要噴射過量的氨水，這又引起了尾部煙氣中氨逃逸增加，造成二次污染問題以及尾部受熱面腐蝕等問題。對(duì)于初始排放濃度高于400mg/Nm3的煙氣來講,達(dá)到100mg/Nm3的達(dá)標(biāo)排放要求，顯然超出了 SNCR脫硝技術(shù)的能力范圍，在這種較高的NOx初始排放濃度的情況下，SCR煙氣脫硝不失為一種可取的方法，SCR脫硝率可以達(dá)到90%以上。但是SCR煙氣脫硝技術(shù)系統(tǒng)復(fù)雜，投資較大，而且運(yùn)行費(fèi)用較高，對(duì)于眾多中小型鍋爐來講，SCR脫硝顯然不是一種經(jīng)濟(jì)可行的選擇。所以對(duì)于初始排放濃度高于400mg/Nm3的中小型鍋爐脫硝來講，提供一種經(jīng)濟(jì)可行、效率保證的脫硝技術(shù)已經(jīng)迫在眉睫。為此，將SNCR和SCR脫硝技術(shù)有機(jī)結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效脫硝而又不大幅增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，成為較高NO5^j始排放濃度下中小型鍋爐脫硝的有效解決途徑。SNCR/SCR系統(tǒng)的前端是SNCR系統(tǒng)，還原劑在鍋爐爐膛內(nèi)與NOx反應(yīng)，后端的SCR系統(tǒng)對(duì)煙氣進(jìn)一步脫硝，使還原劑得到充分利用。SNCR/SCR利用了 SNCR和SCR工藝各自的優(yōu)點(diǎn)，將它們的負(fù)面影響降到最低程度。SNCR/SCR系統(tǒng)的SCR采用一層催化劑布置方式，一層催化劑布置的SCR是對(duì)SNCR技術(shù)的重要補(bǔ)充、克服了 SNCR的氨逃逸率高、氨/氮摩爾比高的缺點(diǎn)，避免空氣預(yù)熱器結(jié)垢堵塞、提高了系統(tǒng)脫硝效率。SNCR/SCR工藝因鍋爐內(nèi)已裝有SNCR系統(tǒng)，大幅度降低了 SCR裝置入口的NOx濃度，從而大幅度減少了所需要的SCR反應(yīng)容積，降低了 SCR系統(tǒng)昂貴的裝置成本。當(dāng)所需的NOx去除率不高時(shí)，鍋爐的引風(fēng)機(jī)可能不需要改造就能滿足少量催化劑產(chǎn)生的壓降要求。SNCR/SCR工藝降低了對(duì)催化劑的依賴，使用少量的催化劑降低了由于硫中毒、顆粒污染和其它類型老化而更換催化劑的成本。在一些工程中，催化劑可以裝入鍋爐煙道、擴(kuò)展煙道、省煤器或空氣預(yù)熱器中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種氨劑噴射組合內(nèi)置式催化反應(yīng)去除煙氣中NOx的裝置，通過改進(jìn)還原劑噴槍的設(shè)置方式提高煙氣脫硝效率并降低脫硝成本，尤其適用于場(chǎng)地有限并且NOx初始排放濃度高于400mg/Nm3的循環(huán)流化床鍋爐的脫硝改造。一種氨劑噴射組合內(nèi)置式催化反應(yīng)去除煙氣中NOx的裝置，包括依次連接的燃燒室、旋風(fēng)筒、鍋爐轉(zhuǎn)向室、高溫省煤器、低溫省煤器和空氣預(yù)熱器；所述燃燒室中部連通有三次風(fēng)管，所述燃燒室內(nèi)上部設(shè)有折焰角，還包括:設(shè)置在三次風(fēng)管內(nèi)的第一層噴槍；設(shè)置在所述燃燒室壁上且位于折焰角位置處的第二層噴槍；設(shè)置在所述旋風(fēng)筒入口處的第三層噴槍；內(nèi)置在所述高溫省煤器與低溫省煤器之間及低溫省煤器與空氣預(yù)熱器之間用于承載SCR脫硝催化劑的催化劑床。本發(fā)明的噴射裝置由帶噴嘴的噴槍組成，分多層布置。第一層噴槍直接布置在三次風(fēng)管內(nèi)；第二層噴槍布置在爐膛的折焰角附近；第三層噴槍布置在旋風(fēng)筒入口。在循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行過程中，由于負(fù)荷的變動(dòng)較大(特別是垃圾焚燒爐)，引起爐內(nèi)溫度出現(xiàn)波動(dòng)，從而超出SNCR反應(yīng)合適的溫度區(qū)間，降低脫硝效率，引起尾部氨的泄漏問題。另外，由于鍋爐空間有限，存在氨的分布不均問題，為了保證氨劑和爐內(nèi)NOx的充分反應(yīng)，必須選擇在合適的位置噴入氨劑，實(shí)現(xiàn)噴射的射流迅速的與煙氣充分混合。為了解決以上問題，本發(fā)明采取多層噴射的模式，可以根據(jù)鍋爐負(fù)荷變動(dòng)情況，選擇合適的噴射層進(jìn)行氨劑噴射。對(duì)于很多老的循環(huán)流化床鍋爐來講，由于場(chǎng)地有限，單獨(dú)的SCR反應(yīng)器安裝可能沒有空間，所以對(duì)于這些鍋爐來講必須考慮利用原有的空間進(jìn)行改造的問題。SCR催化反應(yīng)的溫度區(qū)間一般在290 400°C，省煤器出口的溫度能夠滿足SCR脫硝反應(yīng)的要求。所以，為了節(jié)省反應(yīng)空間，同時(shí)滿足SCR反應(yīng)溫度條件，本發(fā)明將SCR催化劑布置在省煤器之間以及省煤器和空氣預(yù)熱器之間。由于在循環(huán)流化床鍋爐中各級(jí)省煤器后的溫度范圍在200 500°C左右，所以選擇溫度適應(yīng)范圍更廣的低溫催化劑。另外，考慮到省煤器之間的空間較小，吹灰難度大，優(yōu)選地，采用波紋形催化劑，且在所述催化劑床處設(shè)置聲波吹灰器。作為優(yōu)選，所述第一層噴槍的噴嘴端貫穿三次風(fēng)管管壁且向燃燒室一側(cè)彎折形成噴射部。更優(yōu)選，所述噴射部位于三次風(fēng)管的中心處且與三次風(fēng)管的管壁相互平行。使還原劑的噴射方向與三次風(fēng)風(fēng)向一致。考慮到循環(huán)流化床鍋爐一次風(fēng)和二次風(fēng)出口仍然處于密相區(qū)，氨劑噴射效果顯然會(huì)受到物料的影響，影響噴射的混合效果，而三 次風(fēng)位置已處于稀相區(qū)，氨劑更加容易穿透爐膛實(shí)現(xiàn)均勻分布，本發(fā)明選擇在三次風(fēng)管內(nèi)布置噴槍，向三次風(fēng)管內(nèi)噴射還原劑。此處的氨劑噴射布置有以下特點(diǎn):(I)將還原劑噴槍布置于三次風(fēng)管的噴口處，可以借助三次風(fēng)的動(dòng)量，使氨劑與煙氣充分混合，從而提高脫硝效率；(2)氨劑霧化噴嘴位于三次風(fēng)管噴口的內(nèi)側(cè)，避免了含塵煙氣對(duì)噴槍的直接沖刷，幾乎不存在磨損問題，從而大大提高了噴槍的使用壽命；(3)三次風(fēng)溫度一般為200°C以下，噴入三次風(fēng)的同時(shí)，可以對(duì)噴槍進(jìn)行吹掃冷卻，起到了很好的保護(hù)作用，提高了噴槍使用壽命。作為優(yōu)選，所述第二層噴槍位于折焰角下方500 IOOOmm處，所述第二層噴槍包括繞燃燒室壁周向均勻分布的若干根。循環(huán)流化床鍋爐的折焰角對(duì)煙氣有擠壓作用，使煙氣的上升速度不增加且分布更加均勻，所以在此處布置噴槍能夠使氨劑在煙氣中的分布更加均勻，促進(jìn)脫硝。更優(yōu)選，所述第二層噴槍的每根噴槍均垂直所述燃燒室的內(nèi)壁布置，且每根噴槍的噴嘴與所述燃燒室的內(nèi)壁平齊，噴嘴的噴射面向下傾斜5-7°。SNCR在運(yùn)行一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)SNCR噴口附近的水冷壁的腐蝕問題，引起數(shù)次鍋爐水冷壁的泄漏，被迫停爐。分析原因可能是噴槍頭部出現(xiàn)漏液，繼而沿著噴射器下端口流向水冷壁。所以一般作法是將噴槍頭部伸入爐膛一定距離同時(shí)使噴槍安裝角度下傾5 7°，但是這種設(shè)計(jì)一是容易造成噴槍在高速氣流沖刷下的直接磨損，二是噴嘴氣流與煙氣流對(duì)沖引起堵塞。所以本發(fā)明采用噴槍垂直煙道安裝，且噴嘴與煙道澆注料內(nèi)壁平齊，不伸入到煙道內(nèi)部的方法，避免以上的磨損和堵塞問題。但是，為了保證煙氣更好的覆蓋面和均勻性，噴槍頭部噴嘴的噴射面下傾5 7°。作為優(yōu)選，所述燃燒室與旋風(fēng)筒的入口之間通過旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)煙道連通，所述第三層噴槍布置在該旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)煙道上，所述第三層噴槍包括繞旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)煙道的周向均勻分布的若干根噴槍。

更優(yōu)選，所述第三層噴槍的每根噴槍均垂直所述旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)煙道的內(nèi)壁布置，且每根噴槍的噴嘴與所述旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)煙道的內(nèi)壁平齊，噴嘴的噴射面向下傾斜5-7°。循環(huán)流化床鍋的旋風(fēng)筒入口噴射氨劑，旋風(fēng)筒內(nèi)的煙氣流場(chǎng)有助于氨劑的充分混合，另外，促進(jìn)脫硝。而循環(huán)流化床鍋的旋風(fēng)筒入口噴射氨劑，內(nèi)較長(zhǎng)的煙氣停留時(shí)間保證了氨和NOx的充分反應(yīng)。 在燃燒室合適的溫度窗口設(shè)置氨劑噴入口，布置原則是能夠使各噴嘴盡可能單獨(dú)覆蓋一個(gè)最大的區(qū)域，并且各自覆蓋的區(qū)域不重疊，以達(dá)到最佳的混合效果。所以更優(yōu)選地，所述第二層噴槍包括10 12根噴槍。其中在所述燃燒室的前后墻上各布置3 4根噴槍，在所述燃燒室的左右墻上各設(shè)置兩根噴槍。所述第三層噴槍包括4根噴槍。在旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)煙道的四壁上各設(shè)置一根。作為優(yōu)選，所述旋風(fēng)筒與鍋爐轉(zhuǎn)向室之間通過旋風(fēng)筒尾部煙道連通，在該旋風(fēng)筒尾部煙道上依次設(shè)有氨氣檢測(cè)儀、氨劑補(bǔ)充噴嘴和蒸汽擾動(dòng)噴嘴。更優(yōu)選地，蒸汽擾動(dòng)噴嘴包括伸入煙道內(nèi)的蒸汽支管和均勻分布在蒸汽支管上的擾動(dòng)噴嘴。在煙道上方每隔700 800mm伸入一個(gè)蒸汽支管，每根支管上每隔700 800mm布置一個(gè)蒸汽擾動(dòng)噴嘴。由于SNCR反應(yīng)過程中未完全反應(yīng)的氨劑有可能滿足不了后續(xù)SCR反應(yīng)，所以考慮在高溫旋風(fēng)分離器尾部煙道加裝氨劑補(bǔ)充噴嘴，為了使氨劑更加在煙道中分布更加均勻，促進(jìn)SCR反應(yīng)，在鍋爐轉(zhuǎn)向室位置布置蒸汽擾動(dòng)噴嘴。實(shí)際的運(yùn)行中，根據(jù)氨檢測(cè)儀的氨濃度來分析是否需要補(bǔ)充氨劑。噴射速度對(duì)射流的射程影響很大，如果射流的射程小，無法穿透到主流的深處，混合效果有限。考慮到高溫?zé)煔獾恼扯容^大，為了提高氨劑在爐膛和煙道內(nèi)的穿透效果，使其余煙氣混合均勻，必須合理控制氨劑的噴射速度。本發(fā)明中氨劑的噴射速度優(yōu)選為80
100m/so與現(xiàn)有的SNCR-SCR聯(lián)合脫硝系統(tǒng)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:(I)在保證SNCR的NOx還原率最大化的同時(shí)，獲得與SCR同樣高的N0x還原率；(2)比SCR更經(jīng)濟(jì)；(3)降低與SCR相關(guān)的催化劑中毒、受熱面沾污和系統(tǒng)壓力損失；(4)不需要大的空間。本發(fā)明的氨劑通過噴槍噴入爐膛或煙道內(nèi)，在900°C 1100°C的煙溫下NOx與氨劑首先發(fā)生選擇性非催化還原反應(yīng)，將煙氣中50%左右NOx還原為N2。之后，未完全反應(yīng)的氨劑與脫硝催化劑發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)煙氣中NOx的高效脫除，保證NOx排放濃度小于100mg/Nm3，同時(shí)可控制NH3的逃逸率在3ppm以下。此方法適用于場(chǎng)地有限并且NOx初始排放濃度高于400mg/Nm3的循環(huán)流化床鍋爐的脫硝改造。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明第一層噴槍在三次風(fēng)管中的設(shè)置示意圖。圖3是本發(fā)明第二層噴槍在燃燒室上的布置示意圖。圖4是本發(fā)明第三層噴槍在旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)管道上的布置示意圖。圖5是本發(fā)明第二層噴槍和第三層噴槍的安裝示意圖。圖中所示附圖標(biāo)記如下:
權(quán)利要求
1.一種氨劑噴射組合內(nèi)置式催化反應(yīng)去除煙氣中NOx的裝置，包括依次連接的燃燒室、旋風(fēng)筒、鍋爐轉(zhuǎn)向室、高溫省煤器、低溫省煤器和空氣預(yù)熱器；所述燃燒室中部連通有三次風(fēng)管，所述燃燒室內(nèi)上部設(shè)有折焰角， 其特征在于，還包括 設(shè)置在三次風(fēng)管內(nèi)的第一層噴槍； 設(shè)置在所述燃燒室壁上且位于折焰角位置處的第二層噴槍； 設(shè)置在所述旋風(fēng)筒入口處的第三層噴槍； 內(nèi)置在所述高溫省煤器與低溫省煤器之間及低溫省煤器與空氣預(yù)熱器之間用于承載SCR脫硝催化劑的催化劑床。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述第一層噴槍的噴嘴端貫穿三次風(fēng)管管壁且向燃燒室一側(cè)彎折形成噴射部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述噴射部位于三次風(fēng)管的中心處且與三次風(fēng)管的管壁相互平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述第二層噴槍位于折焰角下方500 IOOOmm處，所述第二層噴槍包括繞燃燒室壁周向均勻分布的若干根。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述第二層噴槍的每根噴槍均垂直所述燃燒室的內(nèi)壁布置，且每根噴槍的噴嘴與所述燃燒室的內(nèi)壁平齊，噴嘴的噴射面向下傾斜5-7。。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述第二層噴槍包括10 12根噴槍。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述燃燒室與旋風(fēng)筒的入口之間通過旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)煙道連通，所述第三層噴槍布置在該旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)煙道上，所述第三層噴槍包括繞旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)煙道的周向均勻分布的若干根噴槍。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第三層噴槍的每根噴槍均垂直所述旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)煙道的內(nèi)壁布置，且每根噴槍的噴嘴與所述旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)煙道的內(nèi)壁平齊，噴嘴的噴射面向下傾斜5-7°。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述第三層噴槍包括4根噴槍。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述旋風(fēng)筒與鍋爐轉(zhuǎn)向室之間通過旋風(fēng)筒尾部煙道連通，在該旋風(fēng)筒尾部煙道上依次設(shè)有氨氣檢測(cè)儀、氨劑補(bǔ)充噴嘴和蒸汽擾動(dòng)噴嘴。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氨劑噴射組合內(nèi)置式催化反應(yīng)去除煙氣中NOX的裝置，包括依次連接的燃燒室、旋風(fēng)筒、鍋爐轉(zhuǎn)向室、高溫省煤器、低溫省煤器和空氣預(yù)熱器；所述燃燒室中部連通有三次風(fēng)管，所述燃燒室內(nèi)上部設(shè)有折焰角，還包括設(shè)置在三次風(fēng)管內(nèi)的第一層噴槍；設(shè)置在所述燃燒室壁上且位于折焰角位置處的第二層噴槍；設(shè)置在所述旋風(fēng)筒入口處的第三層噴槍；內(nèi)置在所述高溫省煤器與低溫省煤器之間及低溫省煤器與空氣預(yù)熱器之間用于承載SCR脫硝催化劑的催化劑床。本發(fā)明通過改進(jìn)還原劑噴槍的設(shè)置方式提高煙氣脫硝效率并降低脫硝成本，尤其適用于場(chǎng)地有限并且NOX初始排放濃度高于400mg/Nm3的循環(huán)流化床鍋爐的脫硝改造。
文檔編號(hào)B01D53/90GK103252163SQ20131014528
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者吳祖良, 孫春華, 孫培德, 徐少娟, 金孝祥, 龔曉翔 申請(qǐng)人:浙江富春江環(huán)保熱電股份有限公司, 浙江工商大學(xué)