一种SCR脱硝系统及其运行方法与流程

本发明属于烟气脱硝装置和煤粉锅炉运行领域，具体涉及一种SCR脱硝系统及其运行方法。

背景技术：

选择性催化还原法(SCR)是目前研究和应用最为广泛的一种脱硝技术，其原理为烟气中的NO_x在催化剂的作用下，以NH₃作为还原剂，“有选择性”地与NH₃反应并生成无毒无污染的N₂和H₂O。目前在煤粉锅炉环保技术领域中主要采用SCR系统脱除锅炉烟气中的NO_x。

影响SCR脱硝效果的因素主要为：脱硝反应温度、催化剂活性、烟气流场分布以及还原剂(NH₃)与NO_X的混合效果。现投运的SCR脱硝装置普遍存在不同程度的催化剂中毒、堵塞导致脱硝效率低、耗氨量大和氨逃逸超标等的技术缺陷，尤其是氨逃逸超标的情况已成为普遍现象，严重影响了SCR装置和锅炉机组的安全稳定运行。当前环保要求日益严格，特别是东部沿海地区新上发电项目普遍要求烟气污染物排放达到超净排放要求(其中NO_x排放要求在50mg/Nm³以内)。

通常情况下，为适应超净排放要求，增加设置一层催化剂，但是因为流场不均、入口氮氧化物浓度不均、混合效果差等引起的局部氨氮摩尔比失调，当局部氨浓度过高，所有NO_x已经全部还原时，则会出现局部区域NH₃大幅超标，从而导致空预器积灰腐蚀等问题的出现。针对上述问题，目前多采用调整烟道导流板或调整喷氨格栅等方法对SCR系统进行优化调整，以改善SCR出口NO_X和NH₃分布不均的问题。然而，该方法存在诸多缺点，例如：在实际运行过程中，烟道中烟气流动本身是多变的，且烟道导流板受烟道长度、位置局限等影响，对烟气流场分布调整效果作用有限，特别是对于现在大型的锅炉机组，烟道断面尺寸非常大，无法真正实现速度场和浓度场均匀；无论是导流板还是其它常规混合器，氨喷入后与烟气混合只能是常规静态混合，混合的范围也是在一定的局部范围内混合，无法实现整个烟道内氨氮摩尔比均匀，当要求低高的NO_X排放浓度时，必定会出现局部NH₃注入量过多，逃逸超标；而且，喷氨格栅调整的手段单一，仅仅通过测量SCR出口NO_X的情况进行调节，调节作用有限，而且对机组负荷、燃烧调整等变化的适应性不佳，只适用于单一的负荷和燃烧运行条件，当负荷变化后需要重新进行喷氨格栅调整；无法改善催化剂的局部浪费和催化剂的磨损和积灰问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种SCR脱硝系统及其运行方法，该系统能够节能、高效地改善SCR反应器运行，改善NO_X和NH₃的混合效果，有效促进锅炉烟气污染物排放达标，实现绿色环保的目标。

本发明的具体技术方案如下：

本发明提供了一种SCR脱硝系统，包括喷氨格栅、旋风式烟气混合器和双向换热阀；

所述喷氨格栅设置于所述旋风式烟气混合器的入口前；

所述旋风式烟气混合器设置在尾部烟道，与锅炉炉膛相通；

所述旋风式烟气混合器的上部出口连接SCR反应器的入口烟气流道；

所述旋风式烟气混合器的下部出口通过管道连接所述双向换热阀。

优选的，所述喷氨格栅包括氨气喷嘴和喷氨管路支管；所述氨气喷嘴设置在所述喷氨管路支管上，所述喷氨管路支管设置于旋风混合器的入口前。

优选的，所述喷氨格栅与所述旋风式烟气混合器的入口之间具有间隔，位于所述喷氨格栅最底部的喷氨管路支管距离所述旋风式烟气混合器的边缘小于或等于200mm。

优选的，在每个旋风混合器的入口前至少布置3根喷氨管路支管；所述氨气喷嘴设置在烟气流向的背风面，与所述烟气流向呈60°。

优选的，所述旋风式烟气混合器包括冷灰斗，所述冷灰斗为所述旋风式烟气混合器的下部；所述冷灰斗的下部出口通过管道连接所述双向换热阀。

上述SCR脱硝系统还包括：冷却器和灰库；所述冷却器连接所述灰库；所述双向换向阀连接所述锅炉炉膛和所述冷却器。

上述SCR脱硝系统还包括：空气预热器和电除尘器；所述空气预热器连通所述SCR反应器和所述电除尘器；所述电除尘器连接所述灰库。

本发明还提供了一中SCR脱硝系统的运行方法，包括；

当烟气经过所述喷氨格栅时，所述喷氨格栅喷出液氨并在所述旋风式烟气混合器中与所述烟气充分混合，得到混合气体；

所述混合气体进入所述SCR反应器中进行脱硝反应，得到无NO_x烟气。

优选的，所述烟气为高飞灰含量烟气，所述高飞灰烟气中的飞灰通过所述旋风式烟气混合器落入所述冷灰斗；

当所述飞灰为高含碳量飞灰时，将所述双向换向阀连通所述锅炉炉膛，所述飞灰送回锅炉燃烧；

当所述飞灰为低含碳量飞灰时，将所述双向换向阀连通所述冷却器，所述飞灰送至冷却器经降温后送至灰库。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明所提供的一种SCR脱硝系统，能在不增加SCR反应器入口烟道长度的基础上，通过在尾部烟道中依次设置喷氨格栅和旋风式混合器，利用了气流的强烈旋转大大提高了还原剂NH₃与NO_X的混合效果，使得锅炉烟气在进入SCR反应器前即获得均匀的NH₃/NO_X摩尔比，大大降低了烟气流速不均对SCR反应器脱硝效果的影响，避免出现局部NH₃/NO_X过大或过小而导致NH₃逃逸或脱硝效率低的问题；

(2)该系统对SCR反应器运行变化有很好的适应性，降低了机组负荷，使得SCR装置和锅炉机组能够安全稳定地运行；

(3)该系统在有效增强还原剂NH₃与NO_X混合效果同时，还可以有效地除去烟气中大粒径粉尘，实现飞灰脱除，有效地改善了催化剂的磨损和积灰问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明优选实施例中所提供的一种SCR脱硝系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明具体实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域技术人员应当理解，对本发明的具体实施例进行修改或者对部分技术特征进行同等替换，而不脱离本发明技术方案的精神，均应涵盖在本发明保护的范围中。

图1为本实施例中所提供的一种SCR脱硝系统的结构示意图，如图1所示，本发明所提供的一种SCR脱硝系统，包括：喷氨格栅(1)、旋风式烟气混合器(2)和双向换热阀(3)。所述旋风式烟气混合器(2)设置在尾部烟道(11)，与锅炉炉膛(12)相通；所述喷氨格栅(1)设置在所述旋风式烟气混合器(2)的入口前；所述旋风式烟气混合器(2)的上部出口连通SCR反应器(4)的入口烟气流道；所述双向换热阀(3)连接所述旋风式烟气混合器(2)的下部出口。

其中，所述喷氨格栅(1)包括氨气喷嘴和喷氨管路支管，所述氨气喷嘴设置在所述喷氨管路支管上，所述喷氨管路支管设置于旋风混合器的入口前；在每个旋风混合器(2)的入口前至少布置3根喷氨管路支管，所述氨气喷嘴设置在烟气流向的背风面，与所述烟气流向呈60°；所述喷氨格栅(1)与所述旋风式烟气混合器(2)的入口之间具有间隔，位于所述喷氨格栅(1)最底部的喷氨管路支管距离所述旋风式烟气混合器(2)的边缘小于或等于200mm。

所述旋风式烟气混合器(2)包括冷灰斗(21)，所述冷灰斗(21)为所述旋风式烟气混合器(2)的下部，所述冷灰斗(21)的下部出口通过管道连接所述双向换热阀(3)。

上述SCR脱硝系统，还包括冷却器(5)和灰库(6)；所述冷却器(5)连接所述灰库(6)；所述双向换向阀(3)连接所述锅炉炉膛(12)和所述冷却器(5)。

上述SCR脱硝系统，还包括：空气预热器(7)和电除尘器(8)；所述空气预热器(7)连通所述SCR反应器(4)和所述电除尘器(8)；所述电除尘器(8)连接所述灰库(6)。

上述SCR脱硝系统的运行方法，包括；

锅炉炉膛(12)产生的烟气从锅炉后的尾部烟道(11)中出来后，经过所述喷氨格栅(1)喷出液氨后进入所述旋风式烟气混合器(2)，烟气中的NO_X和NH₃在所述旋风式烟气混合器(2)中充分混合后从所述旋风式烟气混合器(2)的上部出口流出，进入SCR反应器(4)进行脱硝反应，除去NO_X后烟气进入空气预热器(7)换热，换热后的烟气进入电除尘器(8)被进一步除去微小粉尘并通过烟囱排向大气，微小粉尘则落入到灰库(6)中。

其中，从锅炉炉膛(12)中产生的烟气的飞灰含量极高，还含有少量的粉尘。该烟气进入旋风式混合器(2)后，飞灰和粉尘在旋风分离作用下落入旋风式混合器的冷灰斗(21)中；如果检测到飞灰的含碳量较高时，冷灰斗(21)中的飞灰将通过双向换向阀(3)送回锅炉重新燃烧，实现节能利用；如果检测到飞灰的含碳量较低时，冷灰斗(21)中的飞灰将通过双向换向阀(3)送至冷却器(5)经降温后送至灰库(6)。

旋风式混合器(2)是本SCR脱硝系统的核心部件，其原理是利用气气(NH₃和烟气)和气固(烟气和飞灰粉尘)两相间的密度差，在离心力的作用下进行气气混合和气固分离，从而保证烟气中(NH₃)与NO_X的充分混合，使进入SCR反应器前的烟气拥有足够的NH₃/NO_X摩尔比，降低烟气流速不均对SCR反应器脱硝效果的影响；而且，旋风式混合器分离飞灰粉尘的作用将大大减少进入SCR反应器中的飞灰粉尘，改善催化剂的磨损和积灰问题。同时，喷氨格栅(1)氨气喷嘴的布置位置也是本SCR脱硝系统的实现NH₃与NO_X的充分混合的一个关键技术，氨气喷嘴设置在喷氨管路支管上，位于喷氨格栅(1)最底部的喷氨管路支管距离旋风式混合器入口内壁不超过200mm。

本发明所提供的一种SCR脱硝系统，能在不增加SCR反应器入口烟道长度的基础上，通过在尾部烟道中依次设置喷氨格栅和旋风式混合器，利用了气流的强烈旋转大大提高了还原剂NH₃与NO_X的混合效果，使得锅炉烟气在进入SCR反应器前即获得均匀的NH₃/NO_X摩尔比，大大降低了烟气流速不均对SCR反应器脱硝效果的影响，避免出现局部NH₃/NO_X过大或过小而导致NH₃逃逸或脱硝效率低的问题。该系统对SCR反应器运行变化有很好的适应性，降低了机组负荷，使得SCR装置和锅炉机组能够安全稳定地运行。该系统在有效增强还原剂NH₃与NO_X混合效果同时，还可以有效地除去烟气中大粒径粉尘，实现飞灰脱除，有效地改善了催化剂的磨损和积灰问题。