CN109464899B - 一种应用于小型锅炉的sncr脱硝系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用于小型锅炉的SNCR脱硝系统，涉及烟气脱硝技术领域，而炉内脱硝反应区的温度波动较大将导致，喷入炉内的还原剂往往不能在合适的温度窗口下与NOx反应，也就导致脱硝效率大大降低。本方案包括锅炉，锅炉内设有明火区；锅炉周壁上穿设有还原剂进液件，明火区沿烟气流动方向依次包括明火前段和明火尾段，还原剂进液件连接进明火尾段；锅炉外设有储液罐、储气罐，储液罐内储存有尿素溶液，还原剂进液件与储液罐相连，还原剂进液件与储气罐相连。通过将尿素喷入明火尾段，以提高脱硝效率。
Description
技术领域
本发明涉及烟气脱硝技术领域，尤其是涉及一种应用于小型锅炉的SNCR脱硝系统。
背景技术
选择性非催化还原（SNCR）是指无催化剂的作用下，在适合脱硝反应的“温度窗口”内喷入还原剂将烟气中的氮氧化物还原为无害的氮气和水。该技术一般采用炉内喷氨、尿素或氢氨酸作为还原剂还原NOx，还原剂只和烟气中的NOx反应，一般不与氧反应。
其中，由于该工艺不用催化剂，因此必须在高温区（合适的温度窗口）加入还原剂。
但是针对于中小型的锅炉，其内部的温度波动比较大，导致炉内脱硝反应区（向炉内喷射还原剂的区域）的温度波动也比较大。原因就在于：1、中小型工业锅炉一般用于单个厂，其蒸汽用量取决于该厂单位时间段内的运作负荷，而运作负荷又随工作时间段的改变，总是在发生改变；举个例子，可能该厂早上这个时间段需要赶货，导致所需蒸汽量大大增加，因而锅炉持续高负载工作，其内部温度也会偏高；等到下午或者淡季，蒸汽需求量降低，锅炉开始低负载工作，其内部温度将偏低。2、大型锅炉一般用于火电厂或者整个工业园区的蒸汽供应，则每天每个时间段的负载都会比较稳定，也就导致锅炉内的温度变化比较稳定。
而炉内脱硝反应区的温度波动较大将导致，喷入炉内的还原剂往往不能在合适的温度窗口下与NOx反应，也就导致脱硝效率大大降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于小型锅炉的SNCR脱硝系统，通过将尿素喷入明火尾段，以提高脱硝效率。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种应用于小型锅炉的SNCR脱硝系统，包括锅炉，锅炉内设有明火区；所述锅炉周壁上穿设有还原剂进液件，明火区沿烟气流动方向依次包括明火前段和明火尾段，还原剂进液件连接进明火尾段；锅炉外设有储液罐、储气罐，储液罐内储存有尿素溶液，还原剂进液件与储液罐相连，还原剂进液件与储气罐相连。
通过采用上述技术方案，还原剂在锅炉内脱硝的合适温度在850-1100℃之间。在小型锅炉负载变化过程中，因为烟气沿锅炉流动过程中，其温度将持续降低，且降低的速度呈先增大后减小的趋势，也就是说温度变化最小、最为恒定的区域在烟气的始端（即明火区）和锅炉的尾段。而锅炉的尾段温度已大大降低至SNCR脱硝反应温度之下，因此，锅炉的尾段不适合还原剂的脱硝反应。而明火区的温度一般在900-1300℃之间变化，略高于还原剂的合适反应温度，所以，明火区用作小型锅炉SNCR的反应区最为合适。
其中值得说明的是，当氨水做还原剂时，氨水喷入明火区在升温过程中，往往已经被明火伴随氧气烧掉了，导致NH3很难与氮氧化物反应。而尿素做还原剂时，只要尿素喷至明火尾段，则NH3被烧掉的量将大大降低，因为尿素喷入明火尾段后，会先进行分解反应，以产生NH3，而分解完成后，NH3往往已经脱离明火尾段，并进至锅炉内没有明火的区域，而且尿素在分解过程中，在明火尾段进行了升温，并可大致升至脱硝反应温度范围内，此时完成了升温且未被烧掉的NH3正好可与氮氧化物进行反应。
因此，通过在明火尾段喷入尿素可提高小型锅炉的脱硝效率。
另外一点是，反应掉的氨多了之后，不仅提高了尿素的利用率，而且降低了氨逃逸。
本发明进一步设置为：所述明火尾段内设有若干个首尾连通的环管，若干个环管的直径逐渐变小，且若干个环管同轴线设置；环管周壁上连通有若干个朝上设置的喷头；还原剂进液件呈管状且设有若干根，每根还原剂进液件对应连通于一个环管；所有还原剂进液件均与储液罐连通，所有还原剂进液件均与储气罐连通，每根还原剂进液件上均设有用于控制尿素和气进入锅炉内的启闭阀。
通过采用上述技术方案，为了防止火焰冲刷水冷壁等受热面，导致局部过热的情况的发生，即，为了使锅炉各受热面受热分配均匀，防止受热面结焦，则火焰中心需维持在整个明火区的中轴线处。所以，整个明火尾段内的温度会呈中间高、四周低，下端高、上端低，的特性，则若干个环管中，最外围的环管所处的环境温度最低，最内的环管所处的环境温度最高，也就是说，直径越大的环管，其所处的环境温度越高。
而由于小型锅炉内的明火尾段的温度变化范围偏高于脱硝反应的合适温度，则可通过上述多组环管的设置，缓解明火尾段温度变化范围不匹配脱硝反应合适温度区间的问题，具体操作原理如下：
在小型锅炉高负载工作，即明火尾段的平均温度高于脱硝反应的合适温度区间时，使所处环境温度最低的环管开始工作、喷尿素溶液，以最大程度上，拉近尿素升温之后的温度与脱硝反应的合适温度区间；在小型锅炉低负载工作，即明火尾段的平均温度适配于脱硝反应的合适温度区间时，使所处环境温度最高的环管开始工作、喷尿素溶液，以在明火尾段的温度适配于脱硝反应的合适温度区间的前提下，尽量保证尿素的升温效率，防止尿素升温不够，导致尿素分解出的NH3低于脱硝反应的合适温度区间。
本发明进一步设置为：所述环管直径越小则高度越低。
通过采用上述技术方案，整个明火尾段内的温度会呈中间高、四周低，下端高、上端低，的特性，则通过使若干个环管存在高度查，尤其是让原先所处环境温度较低的环管处于更高处，即，扩大了若干根环管之间的温度差，以适配于锅炉更大温度范围内的变化。
本发明进一步设置为：所述锅炉出气口连通有烟道，烟道上连出有用于将已经经过省煤器和空预器的部分烟气传输回明火尾段的回气管，回气管上设有循环气泵，回气管靠近锅炉一端连通有冷却喷枪,冷却喷枪穿进锅炉内，冷却喷枪上安装有用于控制烟气进至锅炉内的控制阀。
通过采用上述技术方案，回气管可将已经经过省煤器和空预器的部分低温烟气传输回明火尾段，以用于降低明火尾段的温度。该操作主要用于在小型锅炉高负载工作时，以更大程度上，拉近尿素升温之后的温度与脱硝反应的合适温度区间。
本发明进一步设置为：所述冷却喷枪连通进明火尾段的一端位于最外圈的环管的上方。
通过采用上述技术方案，目的在于，使冷却喷枪主要针对于所处环境温度最低的环管，因为降低所处环境温度最低的环管是最为直接、有效的，可拉近尿素升温分解之后的温度与脱硝反应的合适温度区间的方式。
本发明进一步设置为：所述锅炉出气口连通有烟道，烟道上连出有用于将经过省煤器和空预器的部分烟气传输回明火尾段的回气管，回气管上设有循环气泵，回气管靠近锅炉一端连通有冷却喷枪,冷却喷枪穿进锅炉内；锅炉外设有水箱，冷却喷枪位于锅炉外一端和水箱之间连通有输水管，输水管上安装有输水泵；冷却喷枪上安装有用于控制水和烟气进至锅炉内的控制阀。
通过采用上述技术方案，通过冷却喷枪对明火尾段喷入外界的冷水，以进行适当的降温。该操作主要用于在小型锅炉高负载工作时，以更大程度上，拉近尿素升温之后的温度与脱硝反应的合适温度区间。
本发明进一步设置为：所述锅炉外设有水箱，锅炉周壁上穿设有冷却喷枪，冷却喷枪位于锅炉外一端和水箱之间连通有输水管，输水管上安装有输水泵；冷却喷枪上安装有用于控制水进至锅炉内的控制阀。
通过采用上述技术方案，通过冷却喷枪对明火尾段喷入低温烟气和外界的冷水，以进行适当的降温。该操作主要用于在小型锅炉高负载工作时，以更大程度上，拉近尿素升温之后的温度与脱硝反应的合适温度区间。
而冷水和低温烟气喷入明火尾段的过程中，烟气可掺入冷水中，以雾化喷入明火尾段的水，从而增大冷水在明火尾段的换热效率。
本发明进一步设置为：所述喷头外周包裹有保护套管。
通过采用上述技术方案，保护套管可选用耐高温、耐腐蚀、耐磨损的合金材料制成，用于保护在锅炉内的喷头，延长其寿命。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1.本方案中，通过将尿素喷入明火尾段，以提高脱硝效率；
2.本方案中，通过以下方式，尽量拉近尿素升温分解之后的温度与脱硝反应的合适温度区间，从而提高脱硝效率——设置有若干根处于不同环境温度的环管，并根据小型过滤的负载情况，运作适当的环管。
附图说明
图1是本发明的实施例一的示意图。
图2是本发明的实施例二的示意图。
图3是本发明的实施例三的示意图。
图中，1、锅炉；11、省煤器；12、空预器；13、烟道；2、明火区；21、明火前段；22、明火尾段；23、环管；24、喷头；25、还原剂进液件；26、启闭阀；3、水箱；4、储液罐；41、出液泵；42、出液母管；43、出液支管；5、储气罐；51、出气泵；52、出气母管；53、出气支管；6、冷却喷枪；61、控制阀；62、回气管；63、循环气泵；64、输水管；65、输水泵。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一，参考图1，为本发明公开的一种应用于小型锅炉的SNCR脱硝系统，包括锅炉1，锅炉1内设有明火区2，明火区2为锅炉1内可见明火的地方，明火区2沿烟气流动方向依次包括明火前段21和明火尾段22。
其中，还原剂在锅炉1内脱硝的合适温度在850-1100℃之间。在小型锅炉1负载变化过程中，因为烟气沿锅炉1流动过程中，其温度将持续降低，且降低的速度呈先增大后减小的趋势，也就是说温度变化最小、最为恒定的区域在烟气的始端（即明火区2）和锅炉1的尾段。而锅炉1的尾段温度已大大降低至SNCR脱硝反应温度之下，因此，锅炉1的尾段不适合还原剂的脱硝反应。而明火区2的温度一般在900-1300℃之间变化，略高于还原剂的合适反应温度，所以，明火区2用作小型锅炉1SNCR的反应区最为合适。
其中值得说明的是，当氨水做还原剂时，氨水喷入明火区2在升温过程中，往往已经被明火伴随氧气烧掉了，导致NH3很难与氮氧化物反应。而尿素做还原剂时，只要尿素喷至明火尾段22，则NH3被烧掉的量将大大降低，因为尿素喷入明火尾段22后，会先进行分解反应，以产生NH3，而分解完成后，NH3往往已经脱离明火尾段22，并进至锅炉1内没有明火的区域，而且尿素在分解过程中，在明火尾段22进行了升温，并可大致升至脱硝反应温度范围内，此时完成了升温且未被烧掉的NH3正好可与氮氧化物进行反应。
因此，通过在明火尾段22喷入尿素可提高小型锅炉1的脱硝效率。
明火尾段22内设有三个首尾连通的环管23，三个环管23的直径逐渐变小，且若干个环管23同轴线设置，其中，直径越小的环管23的高度越低，即，直径越小的环管23越接近明火前端。每根环管23周壁上均连通有若干个朝上设置的喷头24，喷头24外周包裹有保护套管（图中未示出），保护套管可选用耐高温、耐腐蚀、耐磨损的合金材料制成，用于保护在锅炉1内的喷头24，延长其寿命。
锅炉1周壁上穿设有三根还原剂进液件25，还原剂进液件25呈管状，且每根还原剂进液件25对应连通于一个环管23，每根还原剂进液件25上均安装有启闭阀26。锅炉1外设有储液罐4、储气罐5，储液罐4用于存储尿素溶液，而储气罐5用于存储高压气体。储液罐4上连出有一根出液母管42，出液母管42上安装有出液泵41，出液泵41为计量泵，出液母管42上连出有三根出液支管43，三根出液支管43分别连通于一根还原剂进液件25；储气罐5上连出有一根出气母管52，出气母管52上安装有出气泵51，出气泵51为计量泵，出气母管52上连出有三根出气支管53，三根出气支管53分别连通于一根还原剂进液件25。启闭阀26可截断或开启尿素和气进入锅炉1内，而高压气掺入尿素溶液，可将从喷头24喷出的尿素溶液雾化，从而增大尿素分解后的NH3与氮氧化物的接触面积。
其中，值得说明的是，为了防止火焰冲刷水冷壁等受热面，导致局部过热的情况的发生，即，为了使锅炉1各受热面受热分配均匀，防止受热面结焦，则火焰中心需维持在整个明火区2的中轴线处。所以，整个明火尾段22内的温度会呈中间高、四周低，下端高、上端低，的特性，则若干个环管23中，最外围和最上端的环管23所处的环境温度最低，最内和最下端的环管23所处的环境温度最高，也就是说，直径越大的环管23，其所处的环境温度越高。
而由于小型锅炉1内的明火尾段22的温度变化范围偏高于脱硝反应的合适温度，则可通过上述多组环管23的设置，缓解明火尾段22温度变化范围不匹配脱硝反应合适温度区间的问题，具体操作原理如下：
在小型锅炉1高负载工作，即明火尾段22的平均温度高于脱硝反应的合适温度区间时，使所处环境温度最低的环管23开始工作、喷尿素溶液，以最大程度上，拉近尿素升温之后的温度与脱硝反应的合适温度区间；在小型锅炉1低负载工作，即明火尾段22的平均温度适配于脱硝反应的合适温度区间时，使所处环境温度最高的环管23开始工作、喷尿素溶液，以在明火尾段22的温度适配于脱硝反应的合适温度区间的前提下，尽量保证尿素的升温效率，防止尿素升温不够，导致尿素分解出的NH3低于脱硝反应的合适温度区间。
锅炉1出气口连通有烟道13，烟道13上连出有一根回气管62，回气管62上设有循环气泵63，回气管62靠近锅炉1一端连通有冷却喷枪6,冷却喷枪6穿进锅炉1内，冷却喷枪6上安装有控制阀61。回气管62可将已经经过省煤器11和空预器12的部分低温烟气传输回明火尾段22，以用于降低明火尾段22的温度。该操作主要用于在小型锅炉1高负载工作时，以更大程度上，拉近尿素升温之后的温度与脱硝反应的合适温度区间。
而且，冷却喷枪6连通进明火尾段22的一端位于最外圈的环管23的上方，目的在于，使冷却喷枪6主要针对于所处环境温度最低的环管23，因为降低所处环境温度最低的环管23是最为直接、有效的，可拉近尿素升温分解之后的温度与脱硝反应的合适温度区间的方式。
本实施例的实施原理为：通过将尿素喷入明火尾段22，以提高脱硝效率；同时，通过以下两种方式，尽量拉近尿素升温分解之后的温度与脱硝反应的合适温度区间，从而提高脱硝效率。第一，设置有若干根处于不同环境温度的环管23，并根据小型过滤的负载情况，运作适当的环管23；第二，通过冷却喷枪6对明火尾段22喷入低温烟气，以进行适当的降温。
实施例二，参考图2，与实施例一唯一的区别在于不设有回气管62和循环气泵63，以及设有水箱3、输水管64、输水泵65。
水箱3设于锅炉1外，输水管64连通于冷却喷枪6位于锅炉1外一端和水箱3之间，输水泵65安装于输水管64上。
本实施例的实施原理为：通过将尿素喷入明火尾段22，以提高脱硝效率；同时，通过以下两种方式，尽量拉近尿素升温分解之后的温度与脱硝反应的合适温度区间，从而提高脱硝效率。第一，设置有若干根处于不同环境温度的环管23，并根据小型过滤的负载情况，运作适当的环管23；第二，通过冷却喷枪6对明火尾段22喷入外界的冷水，以进行适当的降温。
实施例三，参考图3，与实施例一唯一的区别在于，增设了水箱3、输水管64、输水泵65。
水箱3设于锅炉1外，输水管64连通于冷却喷枪6位于锅炉1外一端和水箱3之间，输水泵65安装于输水管64上。
本实施例的实施原理为：通过将尿素喷入明火尾段22，以提高脱硝效率；同时，通过以下两种方式，尽量拉近尿素升温分解之后的温度与脱硝反应的合适温度区间，从而提高脱硝效率。第一，设置有若干根处于不同环境温度的环管23，并根据小型过滤的负载情况，运作适当的环管23；第二，通过冷却喷枪6对明火尾段22喷入低温烟气和外界的冷水，以进行适当的降温。
而冷水和低温烟气喷入明火尾段22的过程中，烟气可掺入冷水中，以雾化喷入明火尾段22的水，从而增大冷水在明火尾段22的换热效率。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种应用于小型锅炉的SNCR脱硝系统，包括锅炉（1），锅炉（1）内设有明火区（2）；其特征在于：所述锅炉（1）周壁上穿设有还原剂进液件（25），明火区（2）沿烟气流动方向依次包括明火前段（21）和明火尾段（22），还原剂进液件（25）连接进明火尾段（22）；锅炉（1）外设有储液罐（4）、储气罐（5），储液罐（4）内储存有尿素溶液，还原剂进液件（25）与储液罐（4）相连，还原剂进液件（25）与储气罐（5）相连；
所述明火尾段（22）内设有若干个首尾连通的环管（23），若干个环管（23）的直径逐渐变小，且若干个环管（23）同轴线设置；环管（23）周壁上连通有若干个朝上设置的喷头（24）；还原剂进液件（25）呈管状且设有若干根，每根还原剂进液件（25）对应连通于一个环管（23）；所有还原剂进液件（25）均与储液罐（4）连通，所有还原剂进液件（25）均与储气罐（5）连通，每根还原剂进液件（25）上均设有用于控制尿素和气进入锅炉（1）内的启闭阀（26）；所述环管（23）直径越小则高度越低。
2.根据权利要求1所述的一种应用于小型锅炉的SNCR脱硝系统，其特征在于：所述锅炉（1）出气口连通有烟道（13），烟道（13）上连出有用于将已经经过省煤器（11）和空预器（12）的部分烟气传输回明火尾段（22）的回气管（62），回气管（62）上设有循环气泵（63），回气管（62）靠近锅炉（1）一端连通有冷却喷枪（6）,冷却喷枪（6）穿进锅炉（1）内，冷却喷枪（6）上安装有用于控制烟气进至锅炉（1）内的控制阀（61）。
3.根据权利要求2所述的一种应用于小型锅炉的SNCR脱硝系统，其特征在于：所述冷却喷枪（6）连通进明火尾段（22）的一端位于最外圈的环管（23）的上方。
4.根据权利要求1所述的一种应用于小型锅炉的SNCR脱硝系统，其特征在于：所述锅炉（1）出气口连通有烟道（13），烟道（13）上连出有用于将经过省煤器（11）和空预器（12）的部分烟气传输回明火尾段（22）的回气管（62），回气管（62）上设有循环气泵（63），回气管（62）靠近锅炉（1）一端连通有冷却喷枪（6）,冷却喷枪（6）穿进锅炉（1）内；锅炉（1）外设有水箱（3），冷却喷枪（6）位于锅炉（1）外一端和水箱（3）之间连通有输水管（64），输水管（64）上安装有输水泵（65）；冷却喷枪（6）上安装有用于控制水和烟气进至锅炉（1）内的控制阀（61）。
5.根据权利要求1所述的一种应用于小型锅炉的SNCR脱硝系统，其特征在于：所述锅炉（1）外设有水箱（3），锅炉（1）周壁上穿设有冷却喷枪（6），冷却喷枪（6）位于锅炉（1）外一端和水箱（3）之间连通有输水管（64），输水管（64）上安装有输水泵（65）；冷却喷枪（6）上安装有用于控制水进至锅炉（1）内的控制阀（61）。
6.根据权利要求1所述的一种应用于小型锅炉的SNCR脱硝系统，其特征在于：所述喷头（24）外周包裹有保护套管。
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Citations (3)
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| WO2002029219A1 (de) * | 2000-10-04 | 2002-04-11 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung zur bildung eines reduktionsmittel-abgas-gemisches und abgasreinigungsanlage |
| CN108126491A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-06-08 | 江苏德义通环保科技有限公司 | 一种生物质锅炉高效NOx控制方法及装置 |
| CN108151006A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-12 | 中国计量大学 | 一种用于链条炉的sncr和烟气再循环耦合脱硝系统 |
-
2018
- 2018-11-27 CN CN201811438213.7A patent/CN109464899B/zh active Active
Patent Citations (3)
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