本发明涉及三废处理领域，具体而言，涉及一种三废炉燃烧系统以及烟气脱硝方法。
背景技术：
我国当前以煤为原料的化工企业，生产中会产生大量的造气炉渣、造气除尘器细灰、造气吹风气、合成气放空气和氨贮槽放气等废气和废渣。这些废气和废渣即为被企业称之为三废中的两废。近年来，随着国家资源综合利用产业政策的实施以及受能源紧缺和环保压力增大的影响，由于排放的废气、飞灰、炉渣中含碳量及可燃成分高，单纯排放会造成能源的浪费和环境的二次污染，因此三废炉处理技术已经成为了企业比较常用的处理废水、废气、废渣的方式。三废炉通过回收燃用吹风气以及掺烧造气炉的炉渣、煤矸石、劣质烟煤和无烟煤粉产生蒸气供其它地方使用来达到节能减排的效果，然而由于燃料含氮量过高，三废炉排出的烟气中氮氧化物含量一直保持在一个较高的水平。如何降低烟气中氮氧化物的浓度成为当下需要迫切解决的一个问题。
大多数企业为了满足环保要求，一般加装SCR(选择性催化还原技术)设备，但是由于三废炉排出的烟气中氮氧化物含量很高(约2000mg/Nm3-3000mg/Nm3)，直接采用SCR工艺投资较高、实施难度大且运行成本高。因此，大多数三废炉在采用SCR工艺脱硝时炉膛出口氮氧化物需要维持在相对较低的水平，才可以通过低氮燃烧技术或SNCR(选择性非催化还原技术)技术实施，其中，低氮燃烧技术可以在炉膛内完成，SNCR可以在炉膛出口处完成，但是从目前的实际处理情况来看，脱硝率并不如预想的高。脱硝效率最高达到50％左右。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种三废炉燃烧系统以及烟气脱硝方法，以解决现有技术中的三废炉脱硝效果不理想的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种三废炉燃烧系统，包括通过烟道相连的三废炉和烟气后处理单元，该燃烧系统还包括SNCR装置，SNCR装置具有反应器，反应器设置在烟道上，且反应器的沿烟气流动方向的反应器截面积大于烟道的烟道截面积。
进一步地，上述反应器横截面积为烟道横截面积的2倍至5倍。
进一步地，上述反应器为具有保温功能的反应器。
进一步地，上述反应器为U形反应器、S型反应器或蛇形反应器。
进一步地，上述反应器具有反应物入口和产物出口，SNCR装置还包括混合器，混合器设置在反应器中且靠近反应物入口设置，优选混合器为静态混合器。
进一步地，上述SNCR装置还包括还原剂供应设备，还原剂供应设备与反应器相连，且连接口设置在混合器上游，优选还原剂供应设备包括还原剂喷射器，还原剂喷射器与反应器相连。
进一步地，上述烟道包括：第一烟道段，一端与三废炉相连，另一端与反应物入口相连；第二烟道段，一端与产物出口相连，另一端与烟气后处理单元相连，优选反应器与第一烟道段和第二烟道段法兰连接。
进一步地，上述反应器为U形反应器，U形反应器包括：入口段，反应物入口和连接口设置在入口段上；U形主体，一端与入口段的一端相连，混合器设置在U形主体的靠近反应物入口的一侧设置；出口段，产物出口设置在出口段上。
进一步地，上述入口段和出口段均为以与烟道的轴线平行的方式连接的直管段。
进一步地，上述烟气后处理单元包括烟气除尘装置，烟气除尘装置与烟道相连。
根据本发明的另一方面，提供了一种烟气脱硝方法，该脱硝方法包括：将三废炉燃烧产生的烟气进行SNCR处理，得到脱硝烟气，其中，控制进行SNCR处理时烟气的流动速率低于在进行SNCR处理前的流动速率。
进一步地，控制上述SNCR处理中的还原时间为1.5～2s，烟气中氮氧化物的浓度为2000～3000mg/Nm3。
进一步地，上述SNCR处理中所用的还原剂为质量浓度为5％～10％尿素溶液或氨水溶液，还原剂参与还原的流速为40～60m/s。
进一步地，上述SNCR处理中所用的还原剂为氨气，还原剂参与还原的流速为60～100m/s。
进一步地，上述烟气在进行SNCR处理前的流动速率为5～15m/s，优选烟气的温度为800～1050℃。
进一步地，上述SNCR处理中采用静态混合器将还原剂和烟气进行混合。
应用本发明的技术方案，通过对SNCR装置的反应器进行改进，使其沿烟气流动方向的反应器截面积大于烟道的烟道截面积，那么将其设置在烟道上时由烟道输送来的烟气进入截面积较大的反应器时流速变慢，进而使得烟气在SNCR装置的反应器中的反应时间相对于改进前在烟道中的反应时间延长了，即可以改善烟气和还原剂的混合反应效果以提高脱硝率。上述改造在现有技术中已有结构上进行，因此对设备的改造较小，施工简单，投资较低，适用于大规模的工业应用。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的一种优选实施例提供的三废炉燃烧系统结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、三废炉；20、烟道；30、SNCR装置；31、反应器；32、混合器；33、还原剂供应设备；40、烟气后处理单元。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本申请发明人对目前三废炉中应用的SNCR工艺进行分析后发现，由于在和三废炉连接使用时，其结构比较紧凑，存在适合反应的温度区间的区域面积较小的问题，导致还原剂在合适温度窗口中的烟气中停留时间过短，进而导致烟气和还原剂无法充分混合反应致使脱硝率下降。基于上述发现本申请提供了一种三废炉燃烧系统和烟气脱硝方法。
在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种三废炉燃烧系统，如图1所示，该三废炉燃烧系统包括通过烟道20相连的三废炉10和烟气后处理单元40，该燃烧系统还包括SNCR装置30，SNCR装置30具有反应器31，反应器31设置在烟道20上，且反应器31的沿烟气流动方向的反应器31截面积大于烟道20的烟道截面积。
本申请通过对SNCR装置30的反应器31进行改进，使其沿烟气流动方向的反应器31截面积大于烟道20的烟道截面积，那么将其设置在烟道20上时由烟道20输送来的烟气进入截面积较大的反应器31时流速变慢，进而使得烟气在SNCR装置30的反应器31中的反应时间相对于改进前在烟道中的反应时间延长了，即可以改善烟气和还原剂的混合反应效果以提高脱硝率。上述改造在现有技术中已有结构上进行，因此对设备的改造较小，施工简单，投资较低，适用于大规模的工业应用。
为了使上述反应时间得以明显延长并且保证烟气的处理效率，优选上述反应器31横截面积为烟道横截面积的2倍至5倍。超过5倍后烟气的脱硝率继续提高不明显且会导致烟气的处理效率下降。
此外，为了提高烟气和还原剂的反应效率，优选上述反应器31为具有保温功能的反应器31。以使烟气保温并利用烟气的温度提供还原反应所需的高温。上述保温功能可以在普通的反应器31外围设置保温材料实现保温。
此外，为了进一步延长反应时间，优选上述反应器31为U形反应器、S型反应器或蛇形反应器。如图1所示，利用U形反应器、S型反应器或蛇形反应器可以延长烟气的流动距离，即延长烟气在反应器31中的停留距离，进而延长烟气在反应器31中的反应时间。
在本申请一种优选的实施例中，如图1所示，上述反应器31具有反应物入口和产物出口，SNCR装置30还包括混合器32，混合器32设置在反应器31中且靠近反应物入口设置。将混合器32设置在反应器31中可以将混合好的烟气和还原剂快速进行还原，提高还原效率。当然，该混合器32也可以设置在烟道20上，此时需要对烟道20进行进一步改进以设置混合器32，相对于将混合器32设置在反应器31中设备的复杂程度提高。为了提高混合效果，优选混合器32为静态混合器，进一步优选为星形混合器。该静态混合器可以通过焊接的方式牢固固定在反应器31的内壁上。
在本申请另一种优选的实施例中，如图1所示，上述SNCR装置30还包括还原剂供应设备33，还原剂供应设备33与反应器31相连，且连接口设置在混合器32上游。将还原剂供应设置于反应器31相连，同样可以减少对烟道20的原有结构的改动，使本申请的三废炉燃烧系统便于制作且结构相对简单。本申请的还原剂供应装置参考采用现有技术中常规的SNCR装置30的还原剂供应装置来设置，优选还原剂供应设备33包括还原剂喷射器，还原剂喷射器与反应器31相连。
如果还原剂采用尿素溶液或者氨溶液，还原剂供应设备33包括还原剂储存与产生装置、稀释装置、空压机、计量混合分配装置和还原剂喷射器，且相互之间按照现有的SNCR技术通过管道和泵与还原剂喷射器连接(图1中未示出)。如果还原剂采用无水氨(即氨气)，还原剂供应设备33包括氨储存罐、稀释装置、空气吹扫装置、计量分配装置和还原剂喷射器，各装置通过管道和调节阀与还原剂喷射器相连(图1中未示出)。上述还原剂喷射器可以为喷枪及喷嘴。
为了进一步简化反应器31和烟道20的连接方式，优选如图1所示，上述烟道20包括第一烟道段和第二烟道段，第一烟道段的一端与三废炉10相连，另一端与反应物入口相连；第二烟道段的一端与产物出口相连，另一端与烟气后处理单元40相连，更优选反应器31与第一烟道段和第二烟道段法兰连接。
为了保证烟气在烟道20和反应器31衔接处流动的流畅性进而保证烟气和还原剂的混合，优选上述反应器31为U形反应器，该U形反应器包括入口段、U形主体和出口段，反应物入口和连接口设置在入口段上；U形主体一端与入口段的一端相连，混合器32设置在U形主体的靠近反应物入口的一侧设置；出口段产物出口设置在出口段上。在入口段通过连接口即引入还原剂，使得还原剂和烟气一起流动；然后在U形主体中设置的混合器32将二者充分混合后即进行还原反应，即保证了二者的利用率以及混合效果又保证了还原效果。
为了便于安装，优选上述入口段和出口段均为以与烟道20的轴线平行的方式连接的直管段。当然，将入口段和出口段与U形主体连接处设置为具有倒角的结构也是可行的。
上述烟气后处理单元40可以包括烟气除尘装置，烟气除尘装置与烟道20相连。当然还可以包括其他常规的装置，在此不再赘述。
在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种烟气脱硝方法，该脱硝方法包括将三废炉燃烧产生的烟气进行SNCR处理，得到脱硝烟气，其中，控制进行SNCR处理时烟气的流动速率低于在进行SNCR处理前的流动速率。
目前现有技术中SNCR处理过程中烟气的流动速率与SNCR处理前的烟气流动速率相同，而本申请通过控制进行SNCR处理时烟气的流动速率低于在进行SNCR处理前的流动速率，使得烟气在SNCR处理中参与反应时间相对于改进前延长了，即可以改善烟气和还原剂的混合反应效果以提高脱硝率。
利用对烟气的流动速率的控制来延长SNCR处理的时间，优选将控制SNCR处理中的还原时间为1.5～2s，相对于现有技术中SNCR处理中的0.3～0.4s的还原时间，本申请的1.5～2s的还原时间有了明显延长，因此能够明显提高脱硝率。其中，上述还原过程中烟气中氮氧化物的浓度和还原剂的用量可以参考现有技术，为了更好地适应本申请的还原时间，优选上述烟气中氮氧化物的浓度为2000～3000mg/Nm3，SNCR处理中所用的还原剂的用量可以参考现有技术的规定来选择，在此不再赘述。
在本申请的SNCR处理中，还原剂的具体使用物质可以参考现有技术，在一种优选的实施例中，上述SNCR处理中所用的还原剂为质量浓度为5％～10％尿素溶液或氨水溶液，还原剂参与还原的流速为40～60m/s。
当还原剂为尿素溶液时，还原过程中的化学反应如下：
尿素分解：
CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2
NH3和氮氧化物发生反应：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
8NH3+6NO2→7N2+12H2O
在本申请另一种优选的实施例中，上述SNCR处理中所用的还原剂为氨气，还原剂参与还原的流速为60～100m/s。上述两种还原剂都能实现较好的还原效果，另外，针对不同的还原剂种类，设定不同的还原剂参与还原的流速，使得还原剂的还原效果更好。
当还原剂为氨时，还原过程中的化学反应如下：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
4NH3+2NO+2O2→3N2+6H2O
8NH3+6NO2→7N2+12H2O
另外，在保证还原效果的前提下，提高脱硝效率，优选上述烟气在进行SNCR处理前的流动速率为5～15m/s。另外，为了保证还原时烟气的温度，优选在进行SNCR处理前，烟气的温度为800～1050℃。
进一步地，为了提高烟气和还原剂的混合效果，优选上述SNCR处理中采用静态混合器将还原剂和烟气进行混合。
在完成脱硝处理后，还可以对脱硝处理后的烟气进行脱硫或除尘处理。其中，具体条件可以参考现有技术，在此不再赘述。
以下将结合实施例和对比例，进一步说明本申请的有益效果。
实施例1
利用图1所示的三废炉10燃烧系统进行烟气的脱硝处理，烟气从三废炉10烟气出口排出进入三废炉10后的烟道20，位于u形反应器入口段上的还原剂喷射装置向烟气注入还原剂，还原剂与烟气初步混合后通过星形混合器达到完全混合状态后进入u形反应器的U形主体。烟气进入u形反应器后，由于横截面积变大，使得烟气的流速降低。此时烟气温度也处于适合脱硝还原反应的温度窗口，氮氧化物和还原剂产生的NH3发生反应产生水和氮气等无污染产物。随后脱硝后的烟气进入组合式除尘器进行随后的除尘步骤。
上述反应器31横截面积为烟道20横截面积的4倍，SNCR处理中的还原时间为1.8s，上述还原剂为氨气，还原剂喷嘴出口流速要在约80m/s，还原剂的摄入量按照NSCR还原技术规定根据锅炉的负荷，氮氧化物浓度的波动进行调整。由三废炉10流出的烟气流速要保持在10m/s，温度要保持在800～1050℃之间。
实施例2
与实施例1不同之处在于，上述反应器31横截面积为烟道20横截面积的5倍，SNCR处理中的还原时间约为2s，上述还原剂为氨气，还原剂喷嘴出口流速要在约60m/s，还原剂的摄入量按照NSCR还原技术规定根据锅炉的负荷，氮氧化物浓度的波动进行调整。由三废炉10流出的烟气流速要保持在15m/s，温度要保持在800～1050℃之间。
实施例3
与实施例1不同之处在于，上述反应器31横截面积为烟道20横截面积的2倍，SNCR处理中的还原时间为1.5s，上述还原剂为氨气，还原剂喷嘴出口流速要在约100m/s，还原剂的摄入量按照NSCR还原技术规定根据锅炉的负荷，氮氧化物浓度的波动进行调整。由三废炉10流出的烟气流速要保持在5m/s，温度要保持在800～1050℃之间。
实施例4
与实施例1不同之处在于，上述反应器31横截面积为烟道20横截面积的4倍，SNCR处理中的还原时间为2s，上述还原剂为浓度为5％的尿素溶液，还原剂喷嘴出口流速要在约60m/s，还原剂的摄入量按照NSCR还原技术规定根据锅炉的负荷，氮氧化物浓度的波动进行调整。由三废炉10流出的烟气流速要保持在10m/s，温度要保持在800～1050℃之间。
实施例5
与实施例1不同之处在于，上述反应器31横截面积为烟道20横截面积的5倍，SNCR处理中的还原时间为2s，上述还原剂为浓度为10％的氨水，还原剂喷嘴出口流速要在约60m/s，还原剂的摄入量按照NSCR还原技术规定根据锅炉的负荷，氮氧化物浓度的波动进行调整。由三废炉10流出的烟气流速要保持在15m/s，温度要保持在800～1050℃之间。
实施例6
与实施例1不同之处在于，上述反应器31横截面积为烟道20横截面积的1.5倍，SNCR处理中的还原时间为1.2s，上述还原剂为浓度为10％的氨水，还原剂喷嘴出口流速要在约50m/s，还原剂的摄入量按照NSCR还原技术规定根据锅炉的负荷，氮氧化物浓度的波动进行调整。由三废炉10流出的烟气流速要保持在10m/s，温度要保持在800～1100℃之间。
对比例1
将图1所示的三废炉燃烧系统中的反应器替换为与和其相连的烟道直径相同的圆柱形反应器(即本申请改进之前的结构)，进行烟气的脱硝处理，烟气从三废炉烟气出口排出进入三废炉后的烟道，反应器入口段上的还原剂喷射装置向烟气注入还原剂，还原剂与烟气初步混合后通过星形混合器达到完全混合状态后进入u形反应器的U形主体。烟气进入u形反应器后，氮氧化物和还原剂产生的NH3发生反应产生水和氮气等无污染产物。随后脱硝后的烟气进入组合式除尘器进行随后的除尘步骤。
SNCR处理中的还原时间为0.4s，上述还原剂为氨气，还原剂喷嘴出口流速要在约60m/s，还原剂的摄入量按照NSCR还原技术规定根据锅炉的负荷，氮氧化物浓度的波动进行调整。由三废炉流出的烟气流速要保持在10m/s，温度要保持在800～1050℃之间。
对比例2
三废炉燃烧系统的结构与对比例1相同，SNCR处理中的还原时间为0.3s，上述还原剂为浓度为5％的尿素溶液，还原剂喷嘴出口流速要在约60m/s，还原剂的摄入量按照NSCR还原技术规定根据锅炉的负荷，氮氧化物浓度的波动进行调整。由三废炉流出的烟气流速要保持在10m/s，温度要保持在800～1050℃之间。
对比例3
三废炉燃烧系统的结构与对比例1相同，SNCR处理中的还原时间为0.5s，上述还原剂为浓度为10％的氨水，还原剂喷嘴出口流速要在约60m/s，还原剂的摄入量按照NSCR还原技术规定根据锅炉的负荷，氮氧化物浓度的波动进行调整。由三废炉流出的烟气流速要保持在15m/s，温度要保持在800～1050℃之间。
对实施例1至6和对比例1至3的脱硝后的烟气进行检测，检测方法为红外法或定电位电解法，检测结果见表1。
表1
经过表1中实施例1和对比例1，实施例4和对比例2以及实施例5和对比例3的对比可以发现，采用本发明相对于以前设施可以提升脱硝率至75％以上。同时，本申请是针对原有的三废炉燃烧系统进行的改进，因此可以达到投资小，改造方便的目的。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本申请通过对SNCR装置的反应器进行改进，使其沿烟气流动方向的反应器截面积大于烟道的烟道截面积，那么将其设置在烟道上时由烟道输送来的烟气进入截面积较大的反应器时流速变慢，进而使得烟气在SNCR装置的反应器中的反应时间相对于改进前在烟道中的反应时间延长了，即可以改善烟气和还原剂的混合反应效果以提高脱硝率。
上述改造在现有技术中已有结构上进行，因此对设备的改造较小，施工简单，投资较低，适用于大规模的工业应用。
目前现有技术中SNCR处理过程中烟气的流动速率与SNCR处理前的烟气流动速率相同，而本申请通过控制进行SNCR处理时烟气的流动速率低于在进行SNCR处理前的流动速率，使得烟气在SNCR处理中参与反应时间相对于改进前延长了，即可以改善烟气和还原剂的混合反应效果以提高脱硝率。
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。