大型鍋爐高溫?zé)煔鈪^(qū)域噴氨氣脫硝系統(tǒng)及脫硝工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煙氣脫硝的技術(shù)領(lǐng)域，涉及到利用氨氣進(jìn)行脫硝的技術(shù)，具體涉及到大型鍋爐高溫?zé)煔鈪^(qū)域噴氨氣脫硝系統(tǒng)及脫硝工藝，通過本系統(tǒng)及本工藝的脫硝處理，脫硝率高，氨逃逸少，充分達(dá)到凈化煙氣的效果，本產(chǎn)品可應(yīng)用于目前火力發(fā)電、鋼鐵、化工、水泥等消耗煤炭的鍋爐，能保證其NOx排放指標(biāo)滿足，滿足環(huán)保要求。
【背景技術(shù)】
[0002]目前脫硝工藝以氨氣作為還原劑的技術(shù)主要分為選擇性催化還原法(SCR)和選擇性非催化還原法(SNCR)。選擇性是指在煙氣脫硝過程中煙氣脫硝催化劑有選擇性地將NOx還原為N2，而煙氣中的SO2極少地被氧化成S03。在不添加催化劑的條件下，NH3與NOx的化學(xué)反應(yīng)溫度為850-1100°C，在添加催化劑的條件下NH3與NOx的化學(xué)反應(yīng)溫度可降低至300-420°C。通常煙氣中NO占95%，N02占95%，習(xí)慣上通稱NOx。現(xiàn)有脫硝工藝的技術(shù)簡述如下:
[0003]1、選擇性催化還原法是在合適的煙溫區(qū)域加裝催化劑，在催化劑入口噴入氨氣，氨氣與NOx在催化劑內(nèi)反應(yīng)，將NOx還原成N2，其工藝流程如圖6所示。其主要反應(yīng)方程式如下:
[0004]4N0+4NH3+02 = 3N2+6H20
[0005]6Ν0+4ΝΗ3 = 5Ν2+6Η20
[0006]2Ν02+4ΝΗ3+02 = 3Ν2+6Η20
[0007]6Ν02+8ΝΗ3 = 7Ν2+12Η20
[0008]2、選擇性非催化還原法是在合適的煙溫區(qū)域?qū)⒛蛩厝芤夯虬彼ㄟ^噴槍霧化后噴入爐膛，在爐膛內(nèi)將尿素溶液或氨水液滴蒸發(fā)熱解后生成氨氣，將NOx還原成N2,其工藝流程如圖7所示。現(xiàn)有技術(shù)中的SNCR系統(tǒng)還原劑噴入設(shè)備是噴槍，將尿素溶液或氨水霧化后噴入爐內(nèi)，往往受噴槍布置位置與數(shù)量限制，分配效果不理解，存在局部濃度過大或欠缺現(xiàn)象，影響脫硝效率難以提高，噴入設(shè)備為噴槍結(jié)構(gòu)，必然存在流量在煙氣流場中的分布不均現(xiàn)象。噴入位置是在爐膛出口，介質(zhì)為液態(tài)，噴入位置還需考慮汽化吸熱量，而爐內(nèi)溫度場分布極不均勻，反應(yīng)時(shí)間也相對(duì)不穩(wěn)定，由于噴槍布置位置與效果綜合煙氣溫度場分布因素必然會(huì)導(dǎo)致還原劑分布不均，受噴槍霧化水平限制還可能會(huì)出現(xiàn)還原劑對(duì)煙氣穿透性差，混合效果偏離設(shè)計(jì)工況等問題。
[0009]而超低排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行后，SCR經(jīng)常超出力運(yùn)行，使氨逃逸升高，造成二次污染，同時(shí)對(duì)于發(fā)電機(jī)組還會(huì)造成脫硝生成的副產(chǎn)物(NH4)2SO4在預(yù)熱器內(nèi)堵塞。一旦發(fā)生預(yù)熱器堵塞后會(huì)造成:
[0010](I)引風(fēng)機(jī)出力不足，被迫降機(jī)組出力；
[0011 ] (2)軸流風(fēng)機(jī)偏離設(shè)計(jì)工作點(diǎn)發(fā)生失速，喘振；
[0012](3)預(yù)熱器阻力增加，經(jīng)濟(jì)性降低；
[0013](4)排煙溫度升高后還影響其它環(huán)保指標(biāo)的達(dá)標(biāo)排放。
[0014]目前各消耗煤炭的鍋爐普遍采用低氮燃燒器與脫硝系統(tǒng)相結(jié)合的技術(shù)路線，尤其電力企業(yè)受環(huán)保排放指標(biāo)約束，受脫硝效率限制，被迫采用低氮燃燒的方式。但其存在以下問題:
[0015](I)爐膛結(jié)焦是缺氧燃燒方式必然結(jié)果；
[0016](2)水冷壁高溫腐蝕；
[0017](3)飛灰可燃物、排煙溫度升高，爐效降低；
[0018](4)對(duì)煤種適應(yīng)性變差，燃燒調(diào)整手段受限，NOx達(dá)不到設(shè)計(jì)參數(shù)；
[0019](5)少數(shù)鍋爐改造后出現(xiàn)受熱面局部壁溫超限被迫加大減溫水量，同時(shí)還導(dǎo)致汽溫參數(shù)降低的現(xiàn)象；
[0020](6)燃燒慣性變大，機(jī)組難以適應(yīng)變負(fù)荷速率要求。甚者影響了熱工自動(dòng)、機(jī)組滑壓運(yùn)行方式等。
[0021]可見，對(duì)大型鍋爐高溫?zé)煔鈪^(qū)域的脫硝技術(shù)的研究對(duì)煙氣凈化處理具有重大的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中脫硝率低，氨逃逸升高，造成二次污染，煙氣凈化效果差的問題，提供了一種大型鍋爐高溫?zé)煔鈪^(qū)域噴氨氣脫硝系統(tǒng)及工藝。
[0023]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)其目的采用的技術(shù)方案是:
[0024]大型鍋爐高溫?zé)煔鈪^(qū)域噴氨氣脫硝系統(tǒng)，所述鍋爐包括水平煙道和垂直煙道，本系統(tǒng)包括設(shè)置有還原劑噴入裝置的SNCR系統(tǒng)，所述的還原劑噴入裝置為設(shè)置在水平煙道橫截面上的噴管，噴管的輸入端與還原劑輸送裝置連接，另一端為封閉的，在噴管對(duì)沖煙氣方向管壁上開設(shè)有噴孔，同時(shí)設(shè)計(jì)使噴孔噴出的混合氣體有效避開受熱面管排。
[0025]所述的噴管設(shè)置在煙道850°C_1100°C煙溫區(qū)域處。
[0026]所述噴管在水平煙道橫截面上橫向布置，所述噴管多于兩個(gè)，且設(shè)置在水平煙道同一橫截面上，噴管間的間距為400_2000mm。
[0027]橫向布置的噴管為自煙道兩側(cè)壁插入煙道內(nèi)的噴管組，每組包含兩根相對(duì)設(shè)置的噴管，每組中兩個(gè)噴管間留有間隙，間隙范圍為噴管管徑的1-20倍。
[0028]所述噴管在水平煙道橫截面上縱向布置，所述噴管多于兩個(gè)，且設(shè)置在水平煙道同一橫截面上，噴管間的間距為400_2000mm。
[0029]噴孔的孔徑為6-30mm，相鄰孔徑間的間距為400-2000mm。該孔徑的設(shè)計(jì)是發(fā)明人經(jīng)過長期創(chuàng)造性研究的結(jié)果，該孔徑使得混合氣體在爐內(nèi)受熱工況下沿噴管入口至端部之間每個(gè)噴孔處氨氣質(zhì)量流量相同，且噴孔處體積流速保持了必要的剛性，保證了在反應(yīng)區(qū)噴氨平面內(nèi)氨氣與煙氣的混合均勻，同時(shí)達(dá)到脫除NOx的最佳反應(yīng)時(shí)間需求。
[0030]還原劑噴入裝置噴入的還原劑為氨氣與空氣的混合氣體，且氨氣與空氣的體積比為3%-10%。從安全性考慮，氨的爆炸濃度下限是15%、上限是28%，這個(gè)就是氨氣在這個(gè)濃度中較易爆炸，因而，經(jīng)長期的研究確認(rèn)為3 % -10 %的比例。
[0031 ]在鍋爐垂直煙道內(nèi)設(shè)置有SCR催化反應(yīng)器。
[0032]高溫?zé)煔鈪^(qū)域噴管的材質(zhì)為金屬或耐高溫陶瓷，金屬材質(zhì)為310S(0Cr25Ni20)、冊(cè)3(:、20201119祖23丨211020附143丨2、鎳基高溫合金等耐溫1000°(3以上材質(zhì)；耐高溫陶瓷的材質(zhì)為碳化硅、氧化鋯等。
[0033]所述的SNCR系統(tǒng)包括借助管道依次連接的還原劑儲(chǔ)槽、還原劑輸送裝置和噴管，所述的還原劑輸送裝置包括輸入端與還原劑儲(chǔ)槽連接的氨氣輸送管道、與稀釋風(fēng)機(jī)連接的空氣輸送管道，所述氨氣輸送管道與空氣輸送管道的輸出端均與混合器的輸入端相連，混合器的輸出端借助管道與噴管相連。所述的還原劑輸送裝置至少有I個(gè)，兩個(gè)以上還原劑輸送裝置之間并聯(lián)設(shè)置。所述的氨氣輸送管道上設(shè)置有速關(guān)氣動(dòng)閥、調(diào)整氣動(dòng)閥、手動(dòng)閥、逆止閥、壓力表和流量表。所述的空氣輸送管路上設(shè)置有手動(dòng)閥、逆止閥、壓力表和流量表。
[0034]本脫硝系統(tǒng)進(jìn)行脫硝時(shí)的工藝為:
[0035]A、還原劑的制備:用液氨、氨水或尿素溶液制得氨氣作為還原劑，或直接采用氨氣；
[0036]B、一次脫硝:由還原劑儲(chǔ)槽輸出的氨氣經(jīng)過氨氣輸送管道被輸送到混合器中，同時(shí)利用稀釋風(fēng)機(jī)將空氣借助空氣輸送管道輸送到混合器中，氨氣和空氣在混合器中混合后，借助管道輸送到噴管，由噴孔噴出，對(duì)煙氣進(jìn)行一次脫硝處理；
[0037]C、二次脫硝:經(jīng)過一次脫硝后的煙氣隨鍋爐煙道進(jìn)入到SCR催化反應(yīng)器中，利用煙氣中過量氨氣或再次噴入氨氣，在催化劑的作用下，進(jìn)行還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)二次脫硝，二次脫硝后的煙氣從SCR催化反應(yīng)器出口排出，經(jīng)過除塵、脫硫后排放。
[0038]本發(fā)明有益效果是:
[0039](I)鍋爐燃燒調(diào)整方式不再被迫采用低氮方式運(yùn)行，恢復(fù)保證了鍋爐燃燒安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的方式，避免了低氮燃燒方式帶來的危害。
[0040](2)本發(fā)明脫硝系統(tǒng)調(diào)整原則是以高溫?zé)煔鈪^(qū)域噴氨氣脫硝法為粗調(diào)