CN102794106A - 一种scr脱硝还原剂喷射方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SCR脱硝还原剂喷射方法和装置，属于锅炉SCR脱硝领域，方法步骤包括：将锅炉500℃-900℃温度区域的烟气靠压力差自流引出少量烟气作为尿素分解烟气，并将尿素溶液喷射到此烟气中，尿素溶液分解成气氨，气氨与烟气混和，再返回流入SCR脱硝反应器进行脱硝。装置包括一端连通至锅炉500℃-900℃温度区域，另一端连通至SCR反应器入口烟道的脱硝还原剂通道，所述脱硝还原剂通道包括依次连通的尿素分解管道、氨/烟气混合气体管道和氨注射管道，所述尿素分解管道设有尿素溶液喷枪。本发明是一种投资和运行成本低、能耗低、安全可靠性高、尿素分解完全的SCR脱硝还原剂喷射方法和装置。
Description
技术领域
本发明属于锅炉SCR脱硝领域。
背景技术
选择性催化还原烟气脱硝工艺（Selective Catalytic Reduction of NOx，简称SCR脱硝工艺）还原剂主要有液氨、氨水、尿素三种形态。液氨由于工艺系统简单，投资和运行成本较低，在SCR脱硝工艺中应用较广，但是液氨属于高危险还原品，其运输和储存要求苛刻且越来越多地受到政策、法规的限制，极为不便；同样，氨水也因为其运输、储存问题以及投资运行成本居高而受到应用的局限；作为安全性要求较低的SCR脱硝还原剂－尿素具有与液氨相同的脱硝性能，是绿色肥料，没有危险性政策、法规限制，可以方便地被运输、储存和使用，目前，尿素作为SCR脱硝还原剂已逐渐被电厂采用。
尿素作为SCR脱硝还原剂，目前的通常工艺是要设置单独的尿素制氨系统，将尿素预先分解成氨气，然后再将氨气送入脱硝装置。常用的尿素制氨有两种工艺：尿素热解制氨和尿素水解制氨，热解法是尿素溶液在600℃的常压环境中快速受热分解成气氨，其热源通常采用300℃左右的锅炉一次热风或空气，然后经过加热器加热到600℃；水解法是尿素溶液在140-200℃温度、压力0.4-2.0MPa的环境中发生水解反应生成气氨，其热源一般是引入水蒸气到水解器。无论是尿素热解还是水解制氨，都免不了引入热源需要消耗大量的能量，且系统设计复杂、投资和运行成本过高。
专利文献：公开号 CN 101734685 A，中国发明专利申请公开了一种利用尿素定量生产氨并脱硝的方法，是将尿素固体颗粒预先加热到132.7℃使其呈熔融态，将熔融态的尿素雾化喷入尿素热解反应器中使其分解为含氨混合气，含氨混合气送入脱硝催化剂表面在催化剂作用下继续分解为氨气并参与脱硝反应。该方法缺陷在于：输送熔融态的尿素技术难度大、材料要求高、难于雾化、安全可靠性差，含氨混合气继续分解为氨气需要催化剂，投资和运行成本大。
专利文献：公开号 CN 102068904 A，中国发明专利申请公开了一种在常规脱硝反应器下游烟气引入280-410℃的烟气作为尿素分解热源的SCR脱硝方法和装置，见附图图3。储存于尿素储仓4的尿素颗粒下料到研磨机5研磨，研磨后的尿素粉末经过螺旋给料机6给料到尿素加热器2。尿素加热器4的热源从SCR反应器1下游烟道抽出烟气加热尿素后再返回SCR反应器1下游烟道，加热后的尿素粉末由进料调节阀33调节尿素粉末量并由热蒸汽进口调节阀31调节蒸汽送入尿素喷射器3，喷射器3中的尿素粉末通过喷嘴32喷射到SCR反应器1上游烟道。此方法不足：采用尿素粉末，以及引SCR反应器下游烟道仅280-410℃的烟气来加热尿素粉末使之分解成氨气，尿素分解不完全、氨气的产率低、伴生的中间副产物高，尿素的利用率低、耗量大；抽取烟气需要本身也需要能耗；以尿素粉末的型式喷入反应器上游烟道进行脱硝，还会带来新的问题：尿素粉末处理困难、喷射量不易控制，且管道、喷嘴易堵塞、安全可靠性差。同时由于还需要引入热的蒸汽消耗额外的能量，投资和运行成本较高，整个脱硝装置的能耗也较大。
发明内容
本发明的目的在于：提出一种投资和运行成本低、能耗低、安全可靠性高、尿素分解完全的SCR脱硝还原剂喷射方法和装置。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种SCR脱硝还原剂喷射方法，步骤包括：将锅炉500℃-900℃温度区域的烟气靠压力差自流引出少量烟气作为尿素分解烟气，并将尿素溶液喷射到此烟气中，尿素溶液受热、蒸发、完全分解成气氨，气氨与烟气混和，氨/烟气混合气体再返回到SCR脱硝反应器入口烟道流入SCR脱硝反应器进行脱硝。
作为优选，所述尿素分解烟气量、尿素溶液喷射量、尿素溶液喷射的雾化颗粒尺寸均可调，尿素分解烟气量、尿素溶液喷射量随脱硝工况负荷的降低而减少，三者匹配以达到高的脱硝效率和适应脱硝工况负荷变化。
作为进一步优选，所述尿素溶液喷射通过调节喷射压缩空气量和尿素溶液量，液气质量比为2-10；通过调节液气比，控制喷射到尿素分解烟气中尿素溶液雾化颗粒的尺寸，其尺寸为1-100μm。
作为优选，所述SCR反应器入口烟道设置有混合烟气的区段和/或混合器，所述氨/烟气混合气体与入口烟道内的烟气在其中混合后，流入SCR脱硝反应器进行脱硝。
作为优选，所述尿素分解烟气源自锅炉600℃-700℃温度区域的烟气。
一种用于前述SCR脱硝还原剂喷射方法的装置，包括一端连通至锅炉500℃-900℃温度区域，另一端连通至SCR反应器入口烟道的脱硝还原剂通道，所述脱硝还原剂通道包括依次连通的尿素分解管道、氨/烟气混合气体管道和氨注射管道，所述尿素分解管道设有尿素溶液喷枪。
作为优选，所述氨/烟气混合气体管道长度至少满足氨/烟气混合气体停留时间5秒，优选5-30秒，以保证尿素溶液蒸发和完全分解。
作为优选，所述尿素分解通道内，尿素溶液喷枪上游设有烟气调节挡板。
作为进一步优选，所述尿素分解通道内，所述烟气调节挡板上游设有烟尘过滤器。
作为优选，所述尿素溶液喷枪入口分别连通压缩空气管路和尿素溶液管路，所述尿素溶液管路上设有尿素溶液流量计，以及根据尿素溶液流量计信号反馈而调节尿素溶液流量的尿素溶液调节阀，所述压缩空气管路上设有压缩空气流量计，以及根据压缩空气流量计信号反馈调节压缩空气量的压缩空气调节阀。
作为优选，所述氨注射管道和SCR脱硝反应器之间还设有混合器。
工作过程为：氨是SCR脱硝发生还原反应的最终还原剂，尿素受热分解可产生氨。在450℃时，尿素有效分解、气氨产率达到75％，在600℃时，尿素有效分解、气氨产率达到100％，并维持到900℃。本发明根据尿素分解与气氨产率关系，根据锅炉布置特点和烟气特性，将锅炉500℃-900℃（进一步最适宜的温度范围为600℃-700℃）温度区域的烟气靠压力差自流引出少量烟气（通常大约0.5-1％）作为热源，并将尿素溶液喷射到此烟气中，尿素溶液受热、蒸发、完全分解成气氨，气氨与烟气混和，氨/烟气混合气体被返回到SCR脱硝反应器入口与省煤器出口的烟气混合后流入SCR脱硝反应器，在催化剂作用下氨与氮氧化物发生还原反应生成水和氮气、达到脱硝的目的。
本发明的有益效果：本发明无需额外热源，利用锅炉布置特点和烟气特性，依靠烟气压力差，自流引出少量烟气作为尿素分解的热源，无需设置单独的尿素热解或水解系统，可极大地降低运行能耗，节省投资成本和运行成本。
系统可控性强，安全可靠性高，尿素分解烟气以及喷射到脱硝装置中的尿素溶液的量和雾化颗粒尺寸可以调节，可适应脱硝工况负荷变化和确保尿素能快速受热分解。
在通过脱硝还原剂通道过程，氨/烟气混合气体中雾化的脱硝剂和烟气混合均匀，有利于之后进入SCR脱硝反应器内充分反应，提高脱硝效率。
作为尿素分解的热源烟气温度高，尿素可实现100％完全分解，气氨产率和尿素利用率高，最大程度地降低了还原剂尿素消耗量。
自流引出0.5-1％的少量锅炉尾部烟气作为尿素分解热源，不影响锅炉性能。
本发明无需设置单独的尿素热解/水解系统和消耗额外的能耗，可大幅降低脱硝运行成本和投资成本。以300MW机组为例：传统尿素热解工艺的SCR脱硝系统能耗为600kW/h，采用本发明的能耗低于60kW/h，运行能耗节省高达90％以上；同时由于减少了系统配置，本发明尿素分解系统的投资成本可节省20％。本发明尤其特别适合于大型火电站燃油、燃气锅炉以及烟气含尘量浓度低的燃煤锅炉的SCR脱硝。
附图说明
图1是本发明实施例的装置流程示意图；
图2是本发明实施例的尿素溶液喷枪的结构示意图；
图3是现有技术的装置流程示意图。
具体实施方式
下列非限制性实施例用于说明本发明。
如图1所示，通过开启阀门12，尿素颗粒筒仓11中的尿素落入尿素溶解罐13。在尿素溶解罐13中，尿素与加入的水14混合并溶解。尿素颗粒溶解后生成的尿素溶液通过尿素溶液循环泵15送入尿素溶液储罐16中储存。本实施例仅仅列出的是尿素溶液制备方案中的一种，本专利并未限定其如何制备尿素溶液，需要的仅仅是尿素溶液。
尿素溶液储罐16中的尿素溶液通过尿素溶液给料泵17，送入到安装于尿素分解管道40中的尿素溶液喷枪2中。压缩空气19进入尿素溶液喷枪2，将尿素溶液雾化并喷射到尿素分解烟气41中。通过尿素溶液调节阀18-1调节尿素溶液流量（尿素溶液流量计18-2信号反馈）控制喷射到尿素分解烟气41中的尿素溶液量，以适应烟气工况负荷变化；通过压缩空气调节阀19-1调节压缩空气量（压缩空气流量计19-2信号反馈）和尿素溶液量，液气质量比为2-10；通过调节液气比，控制喷射到尿素分解烟气41中尿素溶液雾化颗粒的尺寸大小，其尺寸优选为1-100μm。
如图2所示，尿素溶液喷枪2采用双介质喷枪，由喷嘴21、外套管22、内套管23组成。尿素溶液喷枪2入口分别连通压缩空气管路和尿素溶液管路。外套管介质为尿素溶液，连接尿素溶液管道接口24。内套管介质为压缩空气，连接压缩空气管道接口25。喷枪也可以内套管介质尿素溶液、外套管介质压缩空气。本专利并不限制采用其他类型可实现相同功能的喷枪。
脱硝还原剂通道一端连通至锅炉500℃-900℃温度区域，另一端连通至SCR反应器入口烟道的，该脱硝还原剂通道包括依次连通的尿素分解管道、氨/烟气混合气体管道和氨注射管道。依据锅炉烟气压力差，从锅炉500℃-900℃（进一步最适宜的温度范围为600℃-700℃）温度区域（如尾部竖井32、低温过热器、低温再热器段等锅炉尾部受热面33）烟气31中自流引出0.5-1％的少量烟气进入尿素分解管道40中作为尿素分解烟气41，尿素分解烟气41的热量将尿素溶液喷枪2雾化喷入的尿素溶液颗粒加热、蒸发，使尿素100％完全分解为气氨。尿素分解烟气41可预先经过烟尘过滤器45除掉烟尘，通过烟气调节挡板42调节所需的尿素分解烟气量大小。对于燃气或燃油锅炉，烟尘过滤器45可以不设置。
根据锅炉布置特点，如果烟气压力差不够，可以在烟气调节挡板42之前的上游烟道加装风机使尿素分解烟气41增压克服热解烟气阻力损失。
自流引出的少量烟气不会影响锅炉性能或对锅炉性能的影响甚微。
尿素分解的氨与尿素分解烟气41混合为氨/烟气混合气体43，通过氨/烟气混合气体管道44流入到布置在SCR反应器入口烟道7中的氨注射管道5。氨/烟气混合气体管道44长度至少满足氨/烟气混合气体停留时间5秒，优选5-30秒，以保证尿素溶液蒸发和完全分解。
锅炉500℃-900℃温度区域的烟气31经过锅炉尾部受热面33和省煤器34，从省煤器出来的280℃-420℃的省煤器出口烟气35与氨注射管道5注入的氨/烟气混合气体通过混合器6混合均匀，流入下游的SCR反应器8，在催化剂8-1作用下发生还原反应达到脱硝目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种SCR脱硝还原剂喷射方法，其特征在于步骤包括：将锅炉500℃-900℃温度区域的烟气靠压力差自流引出少量烟气作为尿素分解烟气，并将尿素溶液喷射到此烟气中，尿素溶液受热、蒸发、完全分解成气氨，气氨与烟气混和，氨/烟气混合气体再返回到SCR脱硝反应器入口烟道流入SCR脱硝反应器进行脱硝。
2.如权利要求1所述的SCR脱硝还原剂喷射方法，其特征在于：所述尿素溶液喷射通过调节喷射压缩空气量和尿素溶液量，液气质量比为2-10；通过调节液气比，控制喷射到尿素分解烟气中尿素溶液雾化颗粒的尺寸，其尺寸为1-100μm。
3.如权利要求1所述的SCR脱硝还原剂喷射方法，其特征在于：所述SCR反应器入口烟道设置有混合烟气的区段和/或混合器，所述氨/烟气混合气体与入口烟道内的烟气在其中混合后，流入SCR脱硝反应器进行脱硝。
4.如权利要求1所述的SCR脱硝还原剂喷射方法，其特征在于：所述尿素分解烟气源自锅炉600℃-700℃温度区域的烟气。
5.一种用于权利要求1所述的SCR脱硝还原剂喷射方法的装置，其特征在于：包括一端连通至锅炉500℃-900℃温度区域，另一端连通至SCR反应器入口烟道的脱硝还原剂通道，所述脱硝还原剂通道包括依次连通的尿素分解管道、氨/烟气混合气体管道和氨注射管道，所述尿素分解管道设有尿素溶液喷枪。
6.如权利要求5所述的用于SCR脱硝还原剂喷射方法的装置，其特征在于：所述氨/烟气混合气体管道长度至少满足氨/烟气混合气体停留时间5秒。
7.如权利要求5所述的用于SCR脱硝还原剂喷射方法的装置，其特征在于：所述尿素分解通道内，尿素溶液喷枪上游设有烟气调节挡板。
8.如权利要求7所述的用于SCR脱硝还原剂喷射方法的装置，其特征在于：所述尿素分解通道内，所述烟气调节挡板上游设有烟尘过滤器。
9.如权利要求5所述的用于SCR脱硝还原剂喷射方法的装置，其特征在于：所述尿素溶液喷枪入口分别连通压缩空气管路和尿素溶液管路，所述尿素溶液管路上设有尿素溶液流量计，以及根据尿素溶液流量计信号反馈而调节尿素溶液流量的尿素溶液调节阀，所述压缩空气管路上设有压缩空气流量计，以及根据压缩空气流量计信号反馈调节压缩空气量的压缩空气调节阀。
10.如权利要求5所述的用于SCR脱硝还原剂喷射方法的装置，其特征在于：所述氨注射管道和SCR脱硝反应器之间还设有混合器。
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