一种SNCRSCR联合烟气脱硝系统.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201510227735.2

申请日:

2015.05.07

公开号:

CN106178870A

公开日:

2016.12.07

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情:

实质审查的生效IPC(主分类):B01D 53/75申请日:20150507|||公开

IPC分类号:

B01D53/75; B01D53/56

主分类号:

B01D53/75

申请人:

嘉兴新嘉爱斯热电有限公司

发明人:

王怡弘; 计荣林; 俞保云; 胡宁; 庄建发; 孟志浩

地址:

314016 浙江省嘉兴市秀洲区王江泾镇07省道东侧

优先权:

专利代理机构:

上海天协和诚知识产权代理事务所 31216

代理人:

童锡君

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内容摘要

一种SNCR-SCR联合烟气脱硝系统,包括水平烟道、水平烟道相连的主烟道、与主烟道的出口相连接的烟囱,其中,所述水平烟道中设置有喷氨格栅,所述主烟道中设置有SCR反应装置,其特征在于,所述系统还包括烟气返回装置,设置在所述主烟道和所述烟囱之间,用于选择性地把流出主烟道的烟气返回至所述水平烟道。该烟气脱硝系统能够调节烟气流向,提高脱硝效率,降低氮氧化物的排放。

权利要求书

1.一种SNCR-SCR联合烟气脱硝系统,包括水平烟道(4)、水平烟道(4)相连的主烟道(6)、与主烟道(6)的出口相连接的烟囱(18),其中,所述水平烟道(4)中设置有喷氨格栅(3),所述主烟道(6)中设置有SCR反应装置(14),其特征在于,所述系统还包括烟气返回装置,设置在所述主烟道(6)和所述烟囱(18)之间,用于选择性地把流出主烟道(6)的烟气返回至所述水平烟道(4)。2.根据权利要求1所述的烟气脱硝系统,其特征在于,所述烟气返回装置包括返回管道(19)和返回挡板(20),所述返回管道(19)的一端连接在主烟道(6)和烟囱(18)之间,另一端和喷氨格栅(3)之前的水平烟道(4)相连,所述返回挡板(20)设置在返回管道(19)的入口, 当进入水平烟道(4)的烟气温度高于1100℃时,打开所述返回挡板(20),以便于主烟道(6)排出的烟气返回到水平烟道(4)。3.根据权利要求2所述的烟气脱硝系统,其特征在于,所述返回管道(19)与水平烟道(4)的连接处设有喷烟格栅(2),返回的烟气通过喷烟格栅(2)进入水平烟道(4)。4.根据权利要求3所述的烟气脱硝系统,其特征在于,所述返回管道(19)中设置有增压风机(17)。5.根据权利要求1-4中任一项所述的烟气脱硝系统,其特征在于,在所述主烟道(6)中设有省煤器(12)和空预器(15),其中,所述省煤器(12)位于SCR反应装置(14)之前,所述空预器(15)位于SCR反应装置(14)之后。6.根据权利要求5所述的烟气脱硝系统,其特征在于,在省煤器(12)之前的主烟道(6)中,设置有高温换热器(9)和低温换热器(11)。7.根据权利要求6所述的烟气脱硝系统,其特征在于,在所述主烟道(6)的出口和返回管道(19)入口之间设有除尘器(16)。8.根据权利要求7所述的烟气脱硝系统,其特征在于,所述系统还包括烟气分流装置,用于分流水平烟道(4)中的部分烟气。9.根据权利要求8所述的烟气脱硝系统,其特征在于,所述烟气分流装置包括至少一个辅助烟道、至少一个烟气挡板和至少一个盾体(13),在主烟道(6)内设置隔板以构成辅助烟道,所述隔板从主烟道(6)入口处延伸至省煤器(12)后端,烟气挡板设置在辅助烟道的入口处,所述辅助烟道的入口和水平烟道(4)的辅助出口相连,主烟道(6)的入口和水平烟道(4)的主出口相连,所述盾体(13)设置在主烟道(6)的内壁上且位于所述辅助烟道的末端。10.根据权利要求8所述的烟气脱硝系统,其特征在于,所述烟气分流装置包括至少一个辅助烟道和至少一个烟气挡板,所述烟气挡板设置在辅助烟道的入口处,辅助烟道的入口和水平烟道(4)的辅助出口相连,辅助烟道的出口和主烟道(6)相连且位于省煤器(12)和SCR反应装置(14)之间,主烟道(6)的入口和水平烟道(4)的主出口相连。

说明书

一种SNCR-SCR联合烟气脱硝系统

技术领域

本发明涉及一种烟气脱硝系统,尤其是涉及一种选择性非催化还原(SNCR)和选择性催化还原(SCR)联合烟气脱硝系统。

背景技术

目前,火电厂燃煤锅炉的尾气脱硝技术包括SNCR技术和SCR技术。

SNCR脱硝技术是将氨气、氨水或尿素等还原剂喷入锅炉或管道内,与氮氧化物(NOx)进行选择性反应,不用催化剂,因此必须在高温区加入还原剂。一般其工作在温度为850~1100℃的区域,在此温度下还原剂迅速热分解成氨气,与烟气中的NOx反应生成氮气和水蒸气。当温度低于800℃时,氨气的反应速率下降,NOx还原率较低,同时氨的逃逸量增加;但当温度高于1200℃时,大部分氨气不是用来还原NOx而是被氧化成NO,氨气的氧化反应开始起主导作用,可能造成NO浓度升高。SNCR烟气脱硝技术的脱硝效率一般为30%~80%,受锅炉结构尺寸影响很大。

SCR脱硝技术的原理是将氨气作为脱硝剂喷入高温烟气脱硝装置中,在催化剂的作用下将烟气中NOx分解成为氮气和水蒸气。一般通过使用适当的催化剂,反应可以在200℃~450℃的温度范围内有效进行,在NH3/NO = 1的情况下,可以达到80~90%的脱硝效率。但是,当反应温度不在这个温度范围内时,催化剂的性能将降低,尤其是在高温区域使用时,由于过热促使催化剂的表面被烧结,使催化剂寿命降低。

随着我国工业生产的发展和生活水平的提高,人们对大气污染的问题日益关注。环保部最新发布的《火电厂大气污染物排放标准》中规定氮氧化物的排放限值定为100mg/立方米。因此,单独采用一种脱硝技术已经很难满足日趋严格的环保要求,运用SNCR/SCR联合烟气脱硝系统将势在必行。

中国专利201310188611.9公开了一种SNCR与SCR联合法烟气脱硝系统,其包括炉膛、旋风分离器和尾部烟道。SNCR还原剂喷射装置设置在炉膛出口和/或旋风分离器入口,SCR脱硝装置设置在尾部烟道中。炉膛出口的烟气经SNCR和SCR的两级脱硝装置能有效地降低氮氧化物的排放浓度和NH3的逃逸浓度。

然而,在以供热为主供电为辅的小型循环流化床上,因锅炉负荷受到供热用户用热量的限制,白天和晚上的负荷量差异较大,同时锅炉负荷也受制于季节的变化。在供热量需求较多的白天以及冬季,供热锅炉为了满足供热量,常常处于高负荷甚至超负荷工作状态;在供热量需求较少的晚上以及夏季,供热锅炉负荷将处于60-70%甚至低于50%的状态。供热锅炉的这种特性,导致了锅炉烟温波动较大,而锅炉烟温的大小直接影响了SNCR与SCR脱硝效率的高低。当炉膛高负荷运作时,炉膛出口的烟气将高于SNCR有效脱硝的反应温度区间(850℃~1100℃),此时大部分的还原剂被氧化成NO,脱硝效率降低,且造成NO浓度的提高。同时,当高温烟气经过SCR反应装置时,其温度仍可能高于SCR装置的最佳反应温度,从而促使催化剂的表面被烧结,使催化剂寿命降低。

发明内容

本发明的目的旨在克服上述技术中的缺陷,提供了一种能够调节烟气流向的SNCR-SCR联合烟气脱硝系统,当炉膛高负荷运行时,能够降低SNCR以及SCR区域的烟气温度,从而提高脱硝效率,降低氮氧化物的排放。

本发明的目的通过以下的技术方案得以实现:

一种SNCR-SCR联合烟气脱硝系统,包括水平烟道、水平烟道相连的主烟道、与主烟道的出口相连接的烟囱,其中,所述水平烟道中设置有喷氨格栅,所述主烟道中设置有SCR反应装置,其特征在于,所述系统还包括烟气返回装置,设置在所述主烟道和所述烟囱之间,用于选择性地把流出主烟道的烟气返回至所述水平烟道。

进一步地,烟气返回装置包括返回管道和返回挡板,所述返回管道的一端连接在主烟道和烟囱之间,另一端和喷氨格栅之前的水平烟道相连,所述返回挡板设置在返回管道的入口, 当进入水平烟道的烟气温度高于1100℃时,打开所述返回挡板,以便于主烟道排出的烟气返回到水平烟道。

进一步地,返回管道与水平烟道的连接处设有喷烟格栅,返回的烟气通过喷烟格栅进入水平烟道。

进一步地,返回管道中设置有增压风机。

进一步地,在主烟道中设有省煤器和空预器,其中,所述省煤器位于SCR反应装置之前,所述空预器位于SCR反应装置之后。

进一步地,在省煤器(12)之前的主烟道(6)中,设置有高温换热器(9)和低温换热器(11)。

进一步地,在主烟道的出口和返回管道入口之间设有除尘器。

进一步地,系统还包括烟气分流装置,用于分流水平烟道中的部分烟气。

进一步地,烟气分流装置包括至少一个辅助烟道、至少一个烟气挡板和至少一个盾体,在主烟道内设置隔板以构成辅助烟道,所述隔板从主烟道入口处延伸至省煤器后端,烟气挡板设置在辅助烟道的入口处,所述辅助烟道的入口和水平烟道的辅助出口相连,主烟道的入口和水平烟道的主出口相连,所述盾体设置在主烟道的内壁上且位于所述辅助烟道的末端。

进一步地,烟气分流装置包括至少一个辅助烟道和至少一个烟气挡板,所述烟气挡板设置在辅助烟道的入口处,辅助烟道的入口和水平烟道的辅助出口相连,辅助烟道的出口和主烟道相连且位于省煤器和SCR反应装置之间,主烟道的入口和水平烟道的主出口相连。

本发明在对现有的SNCR-SCR联合脱硝系统的基础上增加了烟气返回装置,当炉膛正常运行时,关闭该返回装置,主烟道的烟气经烟囱排除。而当炉膛高负荷工作时,进入水平烟道的烟气温度超过SNCR的最佳反应温度区域,此时打开烟气返回装置,将主烟道出口的低温烟气返回水平烟道,以降低SNCR反应区域的温度,从而提高脱硝效率。同时,下游的SCR脱硝装置的温度也随着烟温的降低而降低,确保SCR反应处于最佳温度窗口内,避免催化剂出现结焦、烧损等现象,以及降低氮氧化物的排放量和氨气的逃逸量。

此外,当炉膛低负荷运行时,炉膛出口的烟气温度过低,经过省煤器后,烟气温度进一步降低,在SCR区域的反应效率将很不理想。而辅助烟道的设置使烟气避开省煤器或其他换热器的热交换,将部分高温烟气直接传送到SCR反应装置区域,以提高SCR反应区域的温度。

本发明通过改变烟道内部通道,便可实现SNCR和SCR区域烟气温度的升降,无需利用其它设备对烟气进行再加热,节约能源,降低能耗,也便于改造。同时,在烟道内部的烟气调节,具有及时性,操纵性强等特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中:1-炉膛、2-喷烟格栅、3-喷氨格栅、4-水平烟道、5-一号烟气挡板、6-主烟道、7-二号烟气挡板、8-一号辅助烟道、9-高温换热器、10-二号辅助烟道、11-低温换热器、12-省煤器、13-盾体、14-SCR反应装置、15-空预器、16-除尘器、17-增压风机、18-烟囱、19-返回管道、20-返回挡板、21-氨水管道。

具体实施方式

应理解的是,上述附图并非真实比例,而仅仅是用于说明本发明基本原理的多种优选特征的简图。本发明所公开的设计特征,例如尺寸、方向、定位和形状根据具体应用和使用环境确定。此外,在下面的描述中,术语如“前”、“后”、“之前”、“之后”、“前端”、“后端”等描述都被限定为相对于烟气流向而言。

下面结合图1对本发明的具体实施例进行详细说明。

火电厂的锅炉用于燃烧煤料,该锅炉例如可以是流化床锅炉。燃煤中的烟气从炉膛1的出口进入水平烟道4。在水平烟道4中垂直设置喷氨格栅3,其与氨水管道21连通。喷氨格栅3由网状结构的管道组成,每个网状节点处具有一个喷嘴,用来向水平烟道中喷射氨水,喷射的氨水迅速热分解成氨气,与烟气中的氮氧化物反应生成氮气和水蒸气。喷氨格栅3能保证氨和烟气的均匀混合,以及氨水和氮氧化物之比沿烟道截面均匀分布。因此,SNCR的反应区域是在喷氨格栅3之后的水平烟道4区域。此外,喷氨格栅3也可以布置在炉膛1上部侧墙上。随后,烟气经水平烟道4进入主烟道6。在主烟道6中,依次设置有省煤器12、SCR反应装置14和空预器15。SCR反应装置14中具有脱销催化剂层,其形式可为本领域中常见的蜂窝式、板式或波纹板式等。省煤器12是利用高温烟气和管道内的水进行换热,降低烟气温度,温降约为220℃左右,同时提高锅炉进水温度。空预器15是利用烟气与空气进行换热,加热后的空气经过送粉系统进入炉膛。这两个装置的作用都是利用尾部烟气的余热,提高进入锅炉的水和空气的温度,从而提高锅炉效率,达到节能减排的效果。主烟道6的出口和烟囱18相连,已脱硝的烟气通过烟囱18排入大气中。

根据本发明的烟气脱硝系统还包括烟气返回装置,其包括返回管道19,用于将进入烟囱之前的烟气返回至水平烟道4中,优选地,将烟气返回至喷氨格栅3之前的水平烟道4中。烟气返回装置还包括设置在返回管道19的入口的返回挡板20。

在另一个实施例中,返回管道19与水平烟道4的连接处设有喷烟格栅2,喷烟格栅2垂直设置在水平烟道4中,返回的烟气通过喷烟格栅2进入水平烟道4。喷烟格栅2的结构与喷氨格栅3相似,以保证返回烟气在水平烟道4中的均匀分布。

在另一个实施例中,烟气返回管道19中设置有增压风机17以加速烟气的流速,同时加快热交换以降低返回烟气的温度。

在另一个实施例中,主烟道6的入口和省煤器12之间设置有高温换热器9和低温换热器11,高温换热器9可在低温换热器11之前或之后。烟气经过高温换热器9和低温换热器11的温降分别约为70℃和230℃。

当炉膛正常运行时,烟气在炉膛1出口处的温度大约为980℃,处于SNCR的理想反应温度区间900℃-1100℃内,因此,SNCR区域的反应效率较高。烟气经过省煤器12后,温度进一步下降至SCR反应装置14的理想温度区域300℃-400℃。经过两级有效脱硝,可使烟气中的氮氧化物浓度符合国家排放标准。此时,无需使用本烟气脱硝系统中的烟气返回装置。

然而,当炉膛1高负荷运行时,烟气在炉膛出口处的温度可达1150℃-1200℃,该温度已经超过SNCR的理想反应温度区间,SNCR的脱硝效率将大幅降低,此时,可打开返回挡板20,将空预器15之后的温度较低的烟气返回至水平烟道4,并与该烟道中的高温烟气混合,以降低SNCR反应区域的烟气温度,从而有效提高SNCR的脱硝效率。

在另一个实施例中,本发明的烟气脱硝系统还包括除尘器16,设置于主烟道6的出口和返回管道19入口之间。除尘器16能降低已脱硝烟气的微粒或粉尘,还具有保温措施,温降约在10℃以内,进一步利于低温烟气的返回。

在另一个实施例中,本发明的烟气脱硝系统还包括用于分流水平烟道4中的部分烟气的烟气分流装置。所述烟气分流装置包括至少一个辅助烟道(图1中示出的是一号辅助烟道8和二号辅助烟道10)、至少一个烟气挡板(图1中示出的是一号烟气挡板5和二号烟气挡板7)和至少一个盾体13,在主烟道6内设置隔板以构成辅助烟道,隔板从主烟道6入口处延伸至省煤器12后端,烟气挡板设置在辅助烟道的入口处,所述辅助烟道的入口和水平烟道4的辅助出口相连,主烟道6的入口和水平烟道4的主出口相连,所述盾体13设置在主烟道6的内壁上且位于所述辅助烟道的末端,用来将辅助烟道中的高温烟气引导入主烟道6中,并和主烟道6中的低温烟气混合,以提高SCR反应区域的温度。

在另一个实施例中,所述烟气分流装置包括至少一个辅助烟道(图1中示出的是一号辅助烟道8和二号辅助烟道10)和至少一个烟气挡板(图1中示出的是一号烟气挡板5和二号烟气挡板7),烟气挡板设置在辅助烟道的入口处,辅助烟道的入口和水平烟道4的辅助出口相连,辅助烟道的出口和主烟道相连且位于省煤器12和SCR反应装置14之间,主烟道6的入口和水平烟道4的主出口相连。

当炉膛1低负荷运行时,烟气在炉膛1出口处的温度仅为780℃-810℃,低于SNCR的理想反应温度区间。因此,烟气脱硝主要依靠SCR反应装置14。然而,当这些低温烟气经过省煤器12后,温度会进一步降低,甚至低于SCR的理想反应温度区间(300℃~400℃)。因此,辅助烟道的作用是为了避开省煤器的烟气换热,将部分高温烟气直接传递到SCR反应装置14前,与经过换热后的烟气混合,升高SCR反应区域的温度,从而提高其脱硝效率。现有技术的辅助烟道在主烟道的外部,用以隔离SCR段烟气,而本发明的辅助烟道在主烟道内部,可有效防止未脱硝烟气的偷排。

以上实施例仅作为实例,不对本发明的范围起到限定作用。本领域技术人员在此基础上,可以在本发明的权利要求的保护范围内,预想到能实现相同功能的其它实施方式。

本领域技术人员掌握多种实施例及多种变形及改进。尤其是,需明确的是,除明显矛盾或不兼容的情况外,本发明的上述特征、变形方式和/或具体实施例可以相互结合。所有这些实施例及变形及改进都属于本发明的保护范围。

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一种SNCR-SCR联合烟气脱硝系统,包括水平烟道、水平烟道相连的主烟道、与主烟道的出口相连接的烟囱,其中,所述水平烟道中设置有喷氨格栅,所述主烟道中设置有SCR反应装置,其特征在于,所述系统还包括烟气返回装置,设置在所述主烟道和所述烟囱之间,用于选择性地把流出主烟道的烟气返回至所述水平烟道。该烟气脱硝系统能够调节烟气流向,提高脱硝效率,降低氮氧化物的排放。。

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