CN109999646B - 一种sncr脱硝系统及脱硝方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SNCR脱硝系统及脱硝方法，包括设置在炉膛中上部的第一喷管组和/或设置在连接烟道的第二喷管组，以及氨液罐、混合汽化器。混合汽化器包括氨液管、蒸汽管及文丘里混合管和汽化气管。氨液管和蒸汽管及汽化气管之间形成三通结构。喷管选用套管结构，包括脱硝剂内管和冷却套筒，脱硝剂内管前端设置有文丘里雾化管和设置在文丘里雾化管出口端的喷嘴。将带压蒸汽通过蒸汽管通入混合汽化器，在通过文丘里汽化管时形成负压，使得氨液罐内的脱硝剂在负压下从氨液管被吸入文丘里汽化管；脱硝剂与蒸汽在文丘里汽化管内进行混合并进行热交换，使得脱硝剂被汽化；脱硝剂蒸汽从汽化气管送到喷管，喷到烟气脱除烟气中的NOx。本发明具有氨液混合及雾化效果好、脱硝效率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种高效的SNCR脱硝系统及脱硝方法，属于燃烧烟气治理技术领域。
背景技术
氮氧化物(NOx)是大气的主要污染物之一。在我国，化石燃料在一次能源消费中占比很高。随着公众环保意识的增强，对烟气中NOx的排放要求也愈发严格。为了达到日趋严格的排放标准，大多数燃煤烟气脱硝采用SNCR-SCR联合脱硝系统。SNCR（选择性非催化还原）不使用催化剂，可以一定程度上节省投资，但需要设置在高温段。SCR（选择性催化还原）使用催化剂，效率高，但由于需要更新催化剂，运行成本偏高。而之所以往往是SNCR和SCR耦合使用，主要原因在于SNCR的NOx脱除效率较低而氨逃逸偏高。
发明内容
本发明旨在提供一种高效的SNCR脱硝系统及脱硝方法，一方面通过利用蒸汽代替压缩空气对氨液或尿素溶液汽化，提高脱硝剂的还原作用的同时减少对燃烧效果的影响；另一方面通过在喷管内设置文丘里雾化管进一步提高NOx脱除效率。
本发明通过如下技术方案来实现：
一种SNCR脱硝系统，能够用于锅炉脱除NOx，所述锅炉包括炉膛和设置在炉膛出口的连接烟道用于锅炉脱硝。所述系统包括通过连接管道依次相连的氨液罐、混合汽化器和脱硝液喷管组，所述脱硝液喷管组包括设置在炉膛靠上部位的第一喷管组和/或设置在炉膛出口连接烟道的第二喷管组；所述混合汽化器包括混合腔、设置在混合腔入口端的氨液管和蒸汽管以及设置在混合腔出口端的汽化气管；所述混合腔内还设置有文丘里汽化管，所述文丘里汽化管的入口端与所述氨液管和蒸汽管连通，且其出口端与所述汽化气管连通；所述第一喷管组和/或第二喷管组均包括若干并联的喷管。
上述技术方案中，所述混合腔入口端还设置有调节室，所述调节室连接在所述氨液管上。
上述技术方案中，所述第一喷管组设置两组以上喷管组，每组喷管组包括若干并联的喷管，所述喷管前端伸入炉膛；所述两组以上喷管组沿着炉膛高度方向上下布置。
上述技术方案中，所述第二喷管组包括两组以上喷管组，每组喷管组包括若干并联的喷管，所述喷管前端伸入连接烟道；所述两组以上喷管组沿着烟气流向前后方向设置在所述连接烟道上。
上述技术方案中，所述喷管选用套管结构，包括脱硝剂内管和冷却套筒，所述脱硝剂内管前端设置有文丘里雾化管和设置在文丘里雾化管出口端的喷嘴。
上述技术方案中，所述喷嘴选用收缩台面结构，且出口选用喷淋头式凸面结构，凸面上设置有若干均匀布置的喷孔。
一种SNCR脱硝方法，所述方法包括：
将适量氨液或尿素溶液作为脱硝剂配入氨液罐；
将带压蒸汽通过蒸汽管通入混合汽化器，在通过文丘里汽化管时形成负压，使得氨液罐内的脱硝剂在负压下从氨液管被吸入文丘里汽化管；脱硝剂与蒸汽在文丘里汽化管内进行混合并进行热交换，使得脱硝剂被汽化；脱硝剂蒸汽从汽化气管送到第一喷管组和/或第二喷管组的喷管；
含氮燃料在炉膛内燃烧，产生含有NOX的高温烟气，高温烟气携带着烟尘上行的过程中，在炉膛中上部NOX与从第一喷管组喷管喷入的脱硝剂蒸汽进行脱硝反应，脱硝反应后的烟气从炉膛出口进入连接烟道；或
含氮燃料在炉膛内燃烧，产生含有NOX的高温烟气，高温烟气携带着烟尘上行的过程中，在炉膛中上部NOX与从第一喷管组喷管喷入的脱硝剂蒸汽进行脱硝反应，脱硝反应后的烟气从炉膛出口进入连接烟道；烟气中残余的NOX进一步与从第二喷管组喷管喷入的脱硝剂蒸汽进行脱硝反应；或
含氮燃料在炉膛内燃烧，产生含有NOX的高温烟气，高温烟气携带着烟尘上行，并从炉膛出口进入连接烟道；在连接烟道中烟气中的NOX与从第二喷管组喷管喷入的脱硝剂蒸汽进行脱硝反应。
上述技术方案中，所述带压蒸汽的压力为0.4~1.2MPa。
本发明具有以下优点及突出性效果：采用蒸汽代替压缩空气混合并脱硝剂蒸汽，汽化效果好，增强还原作用且避免影响锅炉燃烧；采用文丘里汽化管，强化混合效果并提高流速；喷管内采用文丘里雾化管，对脱硝剂进一步雾化，提高了脱硝剂与NOx的接触面积，进一步提高脱硝效率。
附图说明
图1为本发明所涉及的锅炉SNCR脱硝系统布置示意图。
图2为本发明所涉及的锅炉为循环流化床锅炉时SNCR脱硝系统布置示意图。
图3为本发明所涉及的其中一种实施方式的混合汽化器结构示意图。
图4为本发明所涉及的另一种实施方式的混合汽化器结构示意图。
图5为本发明所涉及的喷管结构示意图。
图6为本发明所涉及的喷嘴结构示意图：（a）正视图；（b）右侧视图。
图1中：1–炉膛；2–进料装置；3–旋风分离器；4–连接烟道；5–氨液罐；6–混合汽化器；7–第一喷管组；8–第二喷管组；9–喷管；601–氨液管；602–蒸汽管；603–混合腔；604–文丘里汽化管；605–汽化气管；606–调节室；901–脱硝剂内管；902–文丘里雾化管；903–—冷却套筒；904–喷嘴；9041–连接段；9042–收缩段；9043–喷孔；905–固定架；10–余热装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。
本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
本发明能够用于锅炉燃烧过程脱除NOx，锅炉包括煤粉炉、沸腾炉、循环流化床锅炉等。如图1所示，锅炉包括炉膛1、设置在锅炉前端的进料装置2和设置在炉膛1出口的余热装置10，炉膛出口与余热装置10之间通过连接烟道4连接。当锅炉选用循环流化床时，如图2所示，炉膛出口设置有旋风分离器3，炉膛出口与旋风分离器入口之间设置有连接烟道4。脱硝系统包括通过连接管道依次相连的氨液罐5、混合汽化器6和喷管组。
脱硝液喷管组包括设置在炉膛1中上部的第一喷管组7，还包括设置在炉膛出口连接烟道的第二喷管组8。第一喷管组7和第二喷管组8均包括若干并联的喷管9。第一喷管组7能够设置两组以上喷管组，每组喷管组包括若干并联的喷管9。两组以上喷管组沿着炉膛1高度方向上下布置。每组喷管组的喷管根据需要布置在炉膛1的一面至四面炉墙上，通常布置几支到几十支喷管。
图3和图4为混合汽化器的实施方式。如图3和图4所示，混合汽化器6包括混合腔603、设置在混合腔603入口端的氨液管601和蒸汽管602以及设置在混合腔603出口端的汽化气管605。氨液管601和蒸汽管602及汽化气管605之间形成三通结构。混合腔603内还设置有文丘里汽化管604。文丘里汽化管604的入口端与氨液管601和蒸汽管602连通，且其出口端与汽化气管605连通。简化布置的混合汽化器6中，氨液管601与文丘里汽化管604及汽化气管605同轴设置，如图4所示。
如图3所示，混合腔603入口端还设置有调节室606，调节室606连接在氨液管601上，能够调节通过氨液管601进入混合腔603的脱硝剂的流速。
文丘里汽化管604包括渐缩入口段、喉口和渐扩出口段。氨液管601出口通常设置在文丘里汽化管604的渐缩入口段内，而蒸汽管602从侧面与文丘里汽化管604的渐缩入口段连接。
将适量氨液或尿素溶液作为脱硝剂配入氨液罐5。
将200~250℃的带压水蒸汽（0.4~1.2MPa）通过蒸汽管602通入混合汽化器6。水蒸汽在通过文丘里汽化管604喉口时形成负压，使得氨液罐5内的脱硝剂在负压下从氨液管601被吸入文丘里汽化管604。脱硝剂与水蒸汽在文丘里汽化管604的渐扩段内进行混合并进行热交换，使得脱硝剂被汽化；脱硝剂蒸汽从汽化气管604送到喷管9。
如图5所示，喷管9选用套管结构，包括脱硝剂内管901和冷却套筒903，冷却套筒903内能够通入压缩空气或冷却水进行冷却降温。脱硝剂内管901前端设置有文丘里雾化管902和设置在文丘里雾化管902出口端的喷嘴904。冷却套筒903外壁上设有固定架905，能够将喷管9固定在锅炉壁面上。
作为优化的技术方案，喷嘴904选用收缩台面结构，如图6(a)所示，喷嘴904包括连接段9041和收缩段9042，连接段9041用于连接喷嘴904与文丘里雾化管902。收缩段9042呈收缩台面结构，通常选用如图6(b)所示的圆形减缩台式结构。收缩段9042出口选用喷淋头式凸面结构，增大喷液面积。凸面上设置有若干均匀布置的喷孔9043。
含氮燃料在炉膛1内燃烧，产生含有NOX的高温烟气，高温烟气携带着烟尘上行。
由于炉型不同，炉膛出口温度高低不同，对于温度过高（如>1200℃）的锅炉炉膛，氨液或者尿素溶液等脱硝剂并不适于喷入炉膛。因此，对不同锅炉，喷管组的布置有多种组合：布置在炉膛的靠上部位，或者布置在炉膛出口之后的连接烟道上，或者同时布置在炉膛的靠上部以及连接烟道。连接烟道前端，或者炉膛出口还可以布设过热器等换热部件以适当降低高温烟气温度。
其中一种实施方式是：高温烟气在炉膛中上部NOX与从第一喷管组7喷管喷入的脱硝剂蒸汽进行脱硝反应。由于喷管9内的再次雾化作用，使得脱硝剂进一步雾化成微小颗粒，增大了比表面积，从而增大了其与NOx的接触面积，大大提高了NOx脱除效率。达到了脱除效率目标后的烟气进入后续处理和余热回收利用阶段。
第二种实施方式是：经过第一喷管组7喷管喷入脱硝剂蒸汽脱除NOx后的高温烟气携带着烟尘从炉膛1出口进入连接烟道4，烟气中的NOX与从第二喷管组8喷管喷入的脱硝剂蒸汽进一步进行脱硝反应。脱硝后的烟气进入旋风分离器3进行气固分离或进入余热装置10进行余热利用。
第三种实施方式是，高温烟气在炉膛出口前或连接烟道4前部略为降温后，与从第二喷管组8喷管喷入的脱硝剂蒸汽进行脱硝反应。脱硝后的烟气进入旋风分离器3进行气固分离或进入余热装置10进行余热利用。
实施例一：某化工有限公司2×130t/h循环流化床锅炉脱硝项目。
炉膛烟气量为340000Nm3/h，原始NOx排放浓度300~350 mg/Nm3。混合后的氨蒸汽通过喷管组进入锅炉，喷管组布置4组，其中两组布置于旋风分离器入口前的烟道上，另两组布置在炉膛中部，位于返料处附近。NOx排放浓度降到30mg/Nm3以下。脱硝率达到90%，
实例二： 某化工有限公司2×35t/h循环流化床锅炉脱硝项目。
单台锅炉烟气量50000 Nm3/h。NOx原始排放浓度450~480 mg/Nm3。混合后的氨蒸汽通过喷管组进入锅炉，喷管组布置2组，布置于锅炉侧墙的二次风入口下部。NOx排放浓度降到30mg/Nm3以下。脱硝率达90%以上。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种SNCR脱硝系统，能够用于锅炉脱除NOx，所述锅炉包括炉膛（1）和设置在炉膛出口的连接烟道（4），其特征在于，所述系统包括通过连接管道依次相连的氨液罐（5）、混合汽化器（6）和脱硝液喷管组，所述脱硝液喷管组包括设置在炉膛（1）靠上部位的第一喷管组（7）和/或设置在炉膛出口连接烟道（4）的第二喷管组（8）；所述混合汽化器（6）包括混合腔（603）、设置在混合腔（603）入口端的氨液管（601）和蒸汽管（602）以及设置在混合腔（603）出口端的汽化气管（605）；所述混合腔（603）内还设置有文丘里汽化管（604），所述文丘里汽化管（604）的入口端与所述氨液管（601）和蒸汽管（602）连通，且其出口端与所述汽化气管（605）连通；所述第一喷管组（7）和/或第二喷管组（8）均包括若干并联的喷管（9）；所述喷管（9）选用套管结构，包括脱硝剂内管（901）和冷却套筒（903），所述脱硝剂内管（901）前端设置有文丘里雾化管（902）和设置在文丘里雾化管（902）出口端的喷嘴（904）。
2.根据权利要求1所述的一种SNCR脱硝系统，其特征在于，所述混合腔（603）入口端还设置有调节室（606），所述调节室（606）连接在所述氨液管（601）上。
3.根据权利要求1所述的一种SNCR脱硝系统，其特征在于，所述第一喷管组（7）设置两组以上喷管组，每组喷管组包括若干并联设置的喷管（9），所述喷管（9）前端伸入炉膛（1）；所述两组以上喷管组沿着炉膛（1）高度方向上下布置。
4.根据权利要求1所述的一种SNCR脱硝系统，其特征在于，所述第二喷管组（8）设置两组以上喷管组，每组喷管组包括若干并联的喷管（9），所述喷管（9）前端伸入连接烟道（4）；所述两组以上喷管组沿着烟气流向前后方向设置在所述连接烟道（4）上。
5.根据权利要求1所述的一种SNCR脱硝系统，其特征在于，所述喷嘴（904）出口端选用收缩台面结构，且出口面选用喷淋头式凸面结构，凸面上设置有若干均匀布置的喷孔。
6.一种SNCR脱硝方法，其使用如权利要求1至5任一项所述的一种SNCR脱硝系统，其特征在于，所述方法包括：
将适量氨液或尿素溶液作为脱硝剂配入氨液罐（5）；
将带压水蒸汽通过蒸汽管（602）通入混合汽化器（6），在通过文丘里汽化管（604）时形成负压，使得氨液罐（5）内的脱硝剂在负压下从氨液管（601）被吸入文丘里汽化管（604）；脱硝剂与水蒸汽在文丘里汽化管（604）内进行混合并进行热交换，使得脱硝剂被气化；脱硝剂蒸汽从汽化气管（605）送到第一喷管组（7）和/或第二喷管组（8）的喷管（9）；
含氮燃料在炉膛（1）内燃烧，产生含有NOX的高温烟气，高温烟气携带着烟尘上行的过程中，在炉膛中上部NOX与从第一喷管组（7）喷管喷入的脱硝剂蒸汽进行脱硝反应，脱硝反应后的烟气从炉膛（1）出口进入连接烟道（4）；或
含氮燃料在炉膛（1）内燃烧，产生含有NOX的高温烟气，高温烟气携带着烟尘上行的过程中，在炉膛中上部NOX与从第一喷管组（7）喷管喷入的脱硝剂蒸汽进行脱硝反应，脱硝反应后的烟气从炉膛（1）出口进入连接烟道（4）；烟气中残余的NOX进一步与从第二喷管组（8）喷管喷入的脱硝剂蒸汽进行脱硝反应；或
含氮燃料在炉膛（1）内燃烧，产生含有NOX的高温烟气，高温烟气携带着烟尘上行，并从炉膛（1）出口进入连接烟道（4）；在连接烟道（4）中烟气中的NOX与从第二喷管组（8）喷管喷入的脱硝剂蒸汽进行脱硝反应。
7.根据权利要求6所述的一种SNCR脱硝方法，其特征在于，所述带压水 蒸汽的压力为0.4~1.2MPa。
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