本实用新型涉及一种烟气脱硝系统，特别是一种基于烟气余热梯级利用的SCR系统。
背景技术：
随着电力行业的发展，燃煤火电机组的节能减排要求日益迫切，针对锅炉尾部烟气余热利用技术，有大量的专利技术形成，部分技术已工程应用，但现有的方案未能实现能量的温度对口、梯级利用，尾部烟气余热利用的节能量有进一步提升的空间；近年随着国家环保政策的严格要求，大批燃煤火电机组超低排放改造的实施，改造后部分燃煤火电机组出现了氨逃逸量偏大、SO3转化率偏高、SCR脱硝系统效率低等问题，硫酸氢氨在空气预热器蓄热元件表面沉积，导致空气预热器蓄热元件堵塞，空气预热器阻力大幅增加，严重影响了机组的安全、经济运行。在上述背景下，本实用新型专利结合燃煤火电机组超低能耗、超低排放改造背景，结合前期项目改造后出现的问题，综合考虑锅炉尾部烟气余热利用以及SCR脱硝系统高效运行，提出了系统性的解决方案，形成了本实用新型专利技术。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种SCR系统，通过本实用新型专利在工程项目的实施应用，实现了锅炉尾部烟气余热按“温度对口、梯级利用”的原理，最大限度的提高了锅炉尾部烟气余热利用的效果，降低了整体的供电煤耗；同时实现了SCR系统的高效运行，优化了SCR系统内部的流场，减少了氨逃逸量，从SO3生成机理角度降低了SO3的生成量，减少了硫酸氢氨在空气预热器蓄热元件表面的沉积，大大的减轻空气预热器堵塞的风险。
通过本实用新型专利实施可以改变烟气中粉尘的比电阻，提高电除尘的除尘效率；通过降低温度，增强烟气中飞灰对SO3的吸附，减少烟气中SO3的排放；降低尾部温度，降低烟气流速，提高除尘、脱硫系统脱硫效率，同时降低引风机耗电率。
本实用新型专利技术，结合烟气余热利用机理、热力系统等效焓降机理、环保岛一体化脱除技术机理，充分考虑三部分系统之间的耦合，高效解决了现影响机组安全、经济运行的问题。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种基于烟气余热梯级利用的SCR系统，其结构包括锅炉和设置在锅炉烟道中的脱硝装置，所述脱硝装置包括SCR第一催化剂层和SCR后续催化剂层，所述SCR第一催化剂层和SCR后续催化剂层延锅炉烟道中的烟气流向依次设置；还包括SCR脱硝换热器系统，所述SCR脱硝换热器系统设置在SCR第一催化剂层和SCR后续催化剂层之间用于降低烟道中的烟气温度。
SCR系统的机理为，第一层催化剂的主要作用为完成脱硝反应，第二层及以上催化剂层的主要作用是消除消除第一层催化剂未反应的氨，但经研究发现，在第一层催化剂后，SCR系统流场偏差较大，氨逃逸量增加，烟气中氨氮摩尔比进一步增加，导致SCR效率偏低；同时SCR第一层催化剂中，由于氨浓度较高，抑制了SO2转化为SO3的效率，通过系统研究表明，SO2转化为SO3主要在脱硝系统的第二层及第三层催化剂进行，温度对SO2转化为SO3起着决定性的作用。因此通过布置SCR换热器系统不仅降低了第二层催化剂入口温度，降低了SO2转化为SO3的效率，通过流场模拟分析表明SO2转化为SO3转化率降低约60-70％，而且通过该受热面布置，优化了第二层催化剂入口的流场，通过模拟结果表明，流场浓度偏差降低20％以上，优化了氨氮的浓度分布，降低了氨逃逸量，提高了SCR系统反应效率，效率提高约3％-5％。通过上述方案减少SCR脱硝系统的氨逃逸及SO3的生成后，直接减少了烟气中硫酸氢氨的生成，直接的减少了硫酸氢氨在空气预热器蓄热元件表面的沉积，避免空气预热器堵塞，保证了机组安全、可靠、经济运行。
进一步地，还包括加热器系统，所述SCR脱硝换热器系统连接加热器系统。在降低SO2转化为SO3的效率和提高SCR系统反应效率的同时，通过脱硝SCR换热器系统，将加热器系统凝结水引入，加热该凝结水，减少抽汽量，提高了高温蒸汽的做功能力，高效降低机组供电煤耗，实现能量的梯级利用。
更进一步，所述脱硝装置后的烟道分为主路烟道和旁路烟道，所述主路烟道上设置有为锅炉进气加热的空气预热器；所述旁路烟道上设置有旁路换热器系统，所述旁路换热器系统连接加热器系统。脱硝装置后的烟气仍具有较高的温度适合于加热锅炉进气但转化效率不高会出现热交换不充分的情况，为进一步提高能量的有效利用，将烟道分出旁路后用于加热加热器系统。
作为优选，所述旁路换热器系统包括第一旁路换热器和第二旁路换热器，所述第一旁路换热器和第二旁路换热器延锅炉烟道中的烟气流向依次设置；所述加热器系统包括一号高压加热器、二号高压加热器和三号高压加热器，所述一号高压加热器、二号高压加热器和三号高压加热器中的加热温度依次降低；所述SCR脱硝换热器系统和第一旁路换热器分别连接二号高压加热器，所述第二旁路换热器连接三号高压加热器。按温度对口原理，SCR脱硝换热器系统和第一旁路换热器适合加热二号高压加热器的凝结水，而第一旁路换热器在交换热量后烟气温度仍适合加热三号高压加热器的凝结水，因此在第一旁路换热器后设置第二旁路换热器进一步进行热交换。
作为优选，还包括低低温换热器和冷风换热器系统，所述低低温换热器设置在空气预热器和旁路换热器系统后，所述低低温换热器连接冷风换热器系统，所述冷风换热器系统和空气预热器延锅炉进气流向依次设置。经空气预热器和旁路换热器系统后烟气温度进一步降低，但仍可以预加热进入空气预热器前的气流，进一步实现能量的梯级利用。
作为优选，所述冷风换热器系统包括冷一次风换热器和冷二次风换热器，所述冷一次风换热器和冷二次风换热器分别连接低低温换热器和空气预热器。烟气的热量在低低温换热器进行交换，并分别通过冷一次风换热器、冷二次风换热器对冷一次风和冷二次风进行加热，提高热交换效率和能源利用效率，同时提高空气预热器蓄热元件冷端温度，进一步减轻空气预热器蓄热原件堵塞问题。
作为优选，还包括电除尘器，所述电除尘器设置在低低温换热器后。在经过低低温换热器后烟气温度降低到95℃左右，在该温度下降低电除尘系统飞灰比电阻，提高电除尘器的除尘效率，另外由于烟气温度接近烟气酸露点温度，呈液态的SO3易被烟气中的粉尘颗粒吸附，从而被电除尘器脱除，达到协同脱除SO3的效果。
作为优选，所述低低温换热器采用水介质，所述水介质流向与烟道中的烟气流向相反。为在最后的低低温换热器最大化利用烟气热量，采用逆流布置方式。
一种SCR脱硝方法，其步骤在于：
S1)锅炉烟气通过脱硝喷氨装置和SCR脱硝混合装置后与SCR第一层催化剂层反应；
S2)经S1反应后的烟气进行降温处理；
S3)经S2处理后的烟气与SCR后续催化剂层反应。
作为优选，所述步骤S1和S2中烟气在与SCR第一层催化剂层反应前后的温度范围均为330℃至400℃，所述步骤S2中降温处理的降温范围为20℃至50℃。在该温度范围条件下SO2转化为SO3转化率能够降低达到70％而SCR系统反应效率提高到5％。
本实用新型同现有技术相比具有以下优点及效果：
1、通过设置脱硝系统换热器、第一旁路换热器、第二旁路换热器、低低温换热器系统，根据热力学中等效焓降理论基础，遵循能量梯级利用原理，将锅炉烟气按照其温度分布趋势，分四部分进行余热利用，深度回收了烟气余热，降低了排烟温度，减少了排烟热损失，高效回收烟气余热，提高锅炉效率，实现了按“温度对口、梯级利用”原理的烟气余热梯级利用。
2、较传统SCR脱硝系统比，优化了第二层催化剂入口烟气的流场，降低氨氮浓度分布偏差，提高了SCR脱硝系统的效率，降低了第二层催化剂入口的烟气温度，降低了氨逃逸量；大幅降低了SO2转化为SO3的效率，减少了硫酸氢氨的生产量，减少了空气预热器蓄热元件腐蚀、堵塞的风险。
3、进入电除尘器的烟气温度降低，有效降低飞灰比电阻，提高电除尘器的除尘效率，另外由于烟气温度接近烟气酸露点温度，呈液态的SO3易被烟气中的粉尘颗粒吸附，从而被电除尘器脱除，达到协同脱除SO3的效果，避免后续环保设备的酸腐蚀。
4、通过尾部烟气系统和汽轮机的热力系统之间耦合，烟气换热器的部分热量加热汽轮机凝结水系统，减少汽机系统高压抽汽及部分低压抽汽，显著提高了机组运行的经济性。
5、烟气温度降低，烟气量减少，降低引风机电耗；脱硫吸收塔入口烟气温度降低，减少脱硫吸收塔入口减温水量，另外进入脱硫吸收塔内烟气量减少，提高脱硫系统的脱硫效率。
6、通过低低温系统加热空气预热器入口冷一次风、冷二次风，提高空气预热器蓄热元件冷端温度，避免空气预热器冷端蓄热元件腐蚀、堵塞的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的结构示意图。
标号说明：
1、锅炉 2、SCR脱硝喷氨系统
3、SCR脱硝混合器 4、导流装置
5、SCR整流格栅 6、SCR系统第一催化剂层
7、SCR脱硝换热器系统 8、SCR系统第二、三催化剂层
9、空气预热器 10、冷一次风换热器
11、冷二次风换热器 12、第一旁路换热器
13、第二旁路换热器 14、低低温换热器
15、电除尘器 16、一号高压加热器
17、二号高压加热器 18、三号高压加热器
19、除氧器 20、四号低压加热器
21、五号低压加热器 22、六号低压加热器
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
实施例1：
如图1所示，本实施例包括锅炉1及顺着锅炉1尾部烟道依次连接的脱硝喷氨装置2、SCR脱硝混合装置3、SCR烟道导流装置4、SCR整流格栅5、SCR第一催化剂层6、SCR脱硝换热器系统7、SCR系统第二、三催化剂层8、空气预热器9、低低温换热器系统14、电除尘系统15、引风机、脱硫吸收塔、烟囱和加热器系统。加热器系统包括依水流方向设置的六号低压加热器22、五号低压加热器21、四号低压加热器20、除氧器19、三号高压加热器18、二号高压加热器17和一号高压加热器16。本实施例在SCR脱硝系统第一催化剂层6后面布置SCR脱硝换热器系统7，其中SCR脱硝换热器系统7与第二高压加热器17的进水口管道和出水口管道连接组成；在空气预热器9上并联引出一旁路烟道，其中旁路烟道由第一旁路换热器12通过调节阀及连接管路分别与第二高压加热器17的进水口管道和出水口管道连接组成；旁路烟道的第一旁路换热器12后串联有第二旁路换热器13，第二旁路换热器13通过调节阀及连接管路分别与第三高压加热器18的进水口管道和出水口管道连接组成。烟气在进入脱硝前温度在330℃-400℃，烟气经过SCR脱硝系统第一催化剂层后，烟气温度基本维持不变；然后烟气进入到SCR脱硝系统换热器7，经过脱硝系统换热器将烟气温度降低20℃-50℃后，烟气温度约为280-380℃之间，进而可以改善第二催化剂层入口流场结构，降低了流场速度分布偏差和氨氮浓度分布偏差，降低了氨逃逸量，提高SCR系统效率。通过降低SCR系统第二层催化剂入口烟气温度，大幅降低了SO2转化为SO3的效率，减少硫酸氨、硫酸氢氨生成后在空气预热器蓄热元件表面沉积。通过SCR脱硝换热器系统7和旁路烟道的结构设计减少抽汽系统的高温、高压蒸汽抽汽量，提高了热力系统的做功能力，实现烟气余热按照温度对口、梯级利用的原理高效利用。
在空气预热器9和电除尘器15之间布置低低温换热器14，该低低温换热器14分别与冷一次风换热器10、冷二次风换热器11连接，通过相应的循环管道、阀门及控制系统构成封闭系统。循环水在低低温换热器14吸收烟气热量，升温后在冷一次风换热器10和冷二次风换热器11分别加热冷一次风和冷二次风，部分替代常规蒸汽暖风器，提高能源利用效率，同时提高空气预热器3蓄热元件冷端温度，避免空气预热器9蓄热原件堵塞问题。烟气在进入电除尘器15前温度降低到95℃左右，降低电除尘系统飞灰比电阻，提高电除尘器15的除尘效率，另外由于烟气温度接近烟气酸露点温度，呈液态的SO3易被烟气中的粉尘颗粒吸附，从而被电除尘器15脱除，达到协同脱除SO3的效果。通过低低温省煤器降低烟气温度，改变烟气中灰的比电阻特性，提高收尘效率，提高电除尘的除尘效率，同时降低烟气流量，降低引风机耗电率，提高机组经济效益。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。