一种实现SCR烟气脱硝多级喷氨的装置及烟气脱硝方法与流程

本发明属于电站环保技术领域，涉及燃煤锅炉排放污染物控制方法及其装置，具体涉及一种实现scr烟气脱硝多级喷氨的装置及烟气脱硝方法。

背景技术：

燃煤电站锅炉烟气中的nox主要成分是no和no2，其中no约占90％，no2生成量根据燃烧条件不同约占总排放nox的5％～10％，其余成分主要是n2o。我国氮氧化物排放总量中70％来自于煤炭的直接燃烧，而电力行业又是我国的燃煤大户，因此开展大气环境nox控制和治理工作刻不容缓，燃煤电厂的nox控制是重中之重。2010年1月，中国国家环保部制订了《火电厂氮氧化物防治技术政策》(环发[2010]10号2010-01-27实施)，明确规定了nox控制技术的选择原则，规定低氮燃烧技术是燃煤电厂氮氧化物控制的首选，已经采用低氮燃烧技术的锅炉，如果氮氧化物排放浓度仍达不到排放要求，则应考虑建设烟气脱硝设备。

目前，应用在燃煤锅炉上的烟气脱硝方法主要有选择性催化还原selectivecatalyticreduction(scr)法和选择性非催化还原selectivenon-catalyticreduction(sncr)法以及两者结合的耦合脱硝方法(sncr-scr)。scr脱硝按照反应器安装位置的不同可以分为高飞灰(high－dust)布置和低飞灰(low－dust)布置两种方式。高飞灰布置方式是将scr反应器布置在省煤器和空预器之间，未经过除尘。这里烟气温度为300～400℃，处于绝大多数催化剂高活性区间，不需要对烟气再加热，因此火电厂大多数采取高飞灰布置方式。在欧洲和日本有超过300套scr装置，美国也将scr技术作为电厂烟气脱硝的主要技术，近年来我国也大量开始采取scr技术脱除nox，尤其是300mw以上大型机组，基本上都选用scr脱硝技术。scr脱硝技术在实际工程应用过程中，如何保证喷入反应器中氨的分布均匀性以及如何增强氨气和烟气的混合程度是一个急需深入研究的问题。氨分布不均匀会产生很多问题，比如氨逃逸过大增加空预器堵塞的风险，氨分布不均匀造成脱硝效率低，还原剂浪费等问题。

公布号为cn106166444a的发明专利公开了一种分级喷氨烟气脱硝装置及方法，该发明的目的是在省煤器出口布置一层喷氨系统，配合之后的喷氨系统形成分级喷氨，分阶段将nox脱除，该发明采用的第一级脱硝装置包括第一层催化剂层及第一级喷氨格栅，第一级催化剂层设置于第一层喷氨格栅之后；第二级脱硝装置设置于第一级脱硝装置之后，与第一级脱硝装置连通，包括第二级催化剂层及第二级喷氨格栅，第二级催化剂层设置于第二级喷氨格栅之后。该专利第一级喷氨系统要求在省煤器出口灰斗上游竖直烟道安装催化剂，第二级喷氨格栅位于scr反应器竖直烟道，该方法解决不了还原剂在反应器深度前后方向的浓度差问题。公布号为cn106178949a的发明专利公开了一种分级混合高效scr脱硝装置，该发明在scr第一层催化剂与第二层催化剂之间安装第二级混合器，配合喷氨格栅上方的第一级混合器形成分级混合。喷氨格栅依然位于scr反应器竖直烟道，第二级混合器只是被动对烟气和还原剂通过整流作用增加氨和烟气混合均匀性，不能解决还原剂在反应器深度前后方向的浓度偏差的问题。现有技术给出的scr脱硝方法或者喷氨方法都是研究还原剂氨在反应器水平方向的分布均匀性问题，未能提出有效解决还原剂氨在反应器深度前后方向的浓度偏差的问题。

综上分析可知，针对还原剂氨在scr脱硝反应器深度前后方向的浓度偏差的问题，现有的一些解决措施和方法均存在一定的局限性，在应用过程中无法根本上解决该问题。如何在不增加还原剂用量的基础上，有效解决还原剂在反应器深度前后方向的浓度偏差的问题，提高还原剂分布均匀性是实现提高scr脱硝效率，降低氨逃逸率的基本原则。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明第一目的在于提供一种能有效解决还原剂氨在scr脱硝反应器深度前后方向浓度偏差的问题；本发明第二目的在于提供一种采用该scr脱硝反应器对烟气进行脱硝的方法。

上述目的是通过如下技术方案实现的：

一种分级喷氨scr烟气脱硝反应器，包括反应器本体，反应器本体按烟气流动方向依次包括第一竖直段、水平连接段和第二竖直段，第一竖直段之前设有烟气入口管道，第二竖直段内设有多层水平布置的催化剂，第二竖直段之后设有烟气出口管道，第一竖直段内设有第一级混合均布系统，第二竖直段内设有第二级混合均布系统；所述第一级混合均布系统包括涡流混合器和多个喷嘴正对该涡流混合器驻涡区的喷氨管；所述第二级混合均布系统设于催化剂上方，包括多个平齐、相对布置在第二竖直段前壁和后壁上的高压喷枪，高压喷枪采用圆锥形多孔喷嘴。采用分级喷氨的方式，尤其是在scr脱硝反应器第一层催化剂上方反应器前后壁布置补氨喷枪可以有效解决氨在反应器深度前后方向的浓度偏差的问题。

优选地，布置在第二竖直段前壁和后壁上的高压喷枪的射程为1.5-2m。还原剂氨在反应器深度前后方向的浓度偏差区域主要集中在距离反应器前后壁0.5-1.5m深度方向，需要保证在距离催化剂仅有2-3米位置喷入射程为1.5-2m的还原剂，保证还原剂与烟气混合。第二级混合均布系统通过高压喷枪将稀释后的氨气射入反应器，射程为1.5-2m，水平方向覆盖约1.5-2.5米，通过喷氨射流形成穿透力与烟气充分均匀混合。

优选地，每个喷氨管和每个高压喷枪分别对应连通一根输氨支管，各输氨支管连通至同一氨源。如何在不增加还原剂用量的基础上，有效解决还原剂在反应器深度前后方向的浓度偏差的问题，提高还原剂分布均匀性是实现提高scr脱硝效率，降低氨逃逸率的基本原则。本发明仅通过改变还原剂氨在两级喷氨系统间的分配即可实现喷氨均匀，不增加还原剂用量，最终提高了本发明烟气脱硝系统的脱硝效率，减小氨逃逸率。

优选地，每根输氨支管按氨气流动方向依次设有阀前压力表、截止阀、调节阀和阀后压力表。运行过程中，输氨支管容易出现堵塞，目前工程应用中缺乏直观有效在设备运行中判断输氨支管堵塞问题。在每根输氨支管上设置手动调节阀和截止阀各一个，阀门前、后加装压力表，可通过输氨支管上阀前压力表和阀后压力表判断对应喷氨管道是否堵塞。而且，第一级混合均布系统的喷氨管在注入涡流混合器前设置调节阀，在系统投运时可根据烟道进出口检测出的nox浓度来调节氨的分配量，调节结束后可基本不再调整。第二级混合均布系统的喷枪输氨支管设置调节阀和截止阀各一个，阀门前后装有压力表，可以根据测试情况选择是否启用第二级混合均布系统，也可根据情况调整第二级混合均布系统的补氨量。

优选地，所述第一级混合均布系统设有四个喷氨管。

优选地，所述第二级混合均布系统设有六个高压喷枪，前壁和后壁各三个。

优选地，所述第一竖直段和水平连接段连接的拐角处设有转角导流板。

优选地，第一竖直段之前设有水平的烟气入口管道，第一竖直段和水平烟气入口管道连接的拐角处设有转角导流板。

优选地，第二竖直段内设有三层水平布置的催化剂。

一种采用上述脱硝反应器对烟气进行脱硝的方法：采用高尘布置方式，将脱硝反应器布置在省煤器之后、空气预热器之前，从省煤器出来的烟气进入脱硝反应器的烟气入口管道，之后烟气进入脱硝反应器第一竖直段，拉升后经水平连接段转向进入第二竖直段，烟气中的nox和喷入的氨经多层催化剂催化反应生成氮气和水，反应后的净烟气通过脱硝反应器的烟气出口管道进入空气预热器。

第二级混合均布系统布置在scr脱硝反应器第一层催化剂上方反应器前后壁，采用射流混合技术，通过高压喷枪将稀释后的氨气射入反应器，喷入的氨气和烟气进一步混合，配合第一级混合均布系统的涡流混合技术，实现烟气和氨气的充分均匀混合。

本发明的有益效果：

1、本发明脱硝反应器采用分级喷氨的方式，尤其是在scr脱硝反应器第一层催化剂上方反应器前后壁布置补氨喷枪可以有效解决氨在反应器深度前后方向的浓度偏差的问题；

2、本发明第一级和第二级混合均布系统均连通至同一氨源(氨-空气混合气体)，不改变原还原剂供应系统，可应用在尿素热解制氨或液氨作为还原剂的脱硝系统；而且，本发明仅通过改变还原剂氨在两级喷氨系统间的分配即可实现喷氨均匀，不增加还原剂用量，最终提高了本发明烟气脱硝系统的脱硝效率，减小氨逃逸率；

3、本发明增加的第二级混合均布系统布置在反应器前后壁上，这里结构简单，不会对锅炉正常运行造成安全方面影响，改造周期短，易于在现有常规scr脱硝工程的基础上改造成本发明所述的烟气脱硝系统；

4、本发明烟气脱硝反应器和方法的scr脱硝率高，催化剂入口烟气和还原剂分布均匀性高于传统scr脱硝系统，适用于大中型电站锅炉scr脱硝系统，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图，其中b是a的左视图；

图2是输氨支管结构示意图及与第一、第二级混合均布系统的连接关系图；

其中，1为反应器本体，2为第一竖直段，3为水平连接段，4为第二竖直段，5为烟气入口管道，6为烟气出口管道，7为催化剂，8为转角导流板，9为涡流混合器，10为喷氨管，11为高压喷枪，12为输氨支管，13为阀前压力表，14为截止阀，15为调节阀，16为阀后压力表，17为转角导流板。

具体实施方式

下面结合附图具体介绍本发明的技术方案。

如图1和2所示的一种分级喷氨scr烟气脱硝反应器，包括反应器本体1，反应器本体1按烟气流动方向依次包括第一竖直段2、水平连接段3和第二竖直段4，第一竖直段2之前设有水平的烟气入口管道5，第二竖直段4内设有三层水平布置的催化剂7，第二竖直段4之后设有烟气出口管道6，第一竖直段2内设有第一级混合均布系统，第二竖直段4内设有第二级混合均布系统。第一竖直段2和水平连接段3连接的拐角处设有转角导流板17，第一竖直段2和水平烟气入口管道5连接的拐角处设有转角导流板8。第一级混合均布系统包括涡流混合器9和四个喷嘴正对该涡流混合器驻涡区的喷氨管10。第二级混合均布系统设于催化剂7上方，包括六个平齐、相对布置在第二竖直段4前壁和后壁上的高压喷枪11，前壁和后壁各三个，高压喷枪11采用圆锥形多孔喷嘴，射程为1.5-2m。每个喷氨管10和每个高压喷枪11分别对应连通一根输氨支管12，各输氨支管12连通至同一氨源。每根输氨支管12按氨气流动方向依次设有阀前压力表13、截止阀14、调节阀15和阀后压力表16。采用分级喷氨的方式，尤其是在scr脱硝反应器第一层催化剂上方反应器前后壁布置补氨喷枪可以有效解决氨在反应器深度方向前后壁的浓度偏差的问题。还原剂氨在反应器深度前后方向的浓度偏差区域主要集中在距离反应器前后壁0.5-1.5m深度方向，需要保证在距离催化剂仅有2-3米位置喷入射程为1.5-2m的还原剂，保证还原剂与烟气混合。第二级混合均布系统通过高压喷枪将稀释后的氨气射入反应器，射程为1.5-2m，水平方向覆盖约1.5-2.5米，通过喷氨射流形成穿透力与烟气充分均匀混合。如何在不增加还原剂用量的基础上，有效解决还原剂在反应器深度前后方向的浓度偏差的问题，提高还原剂分布均匀性是实现提高scr脱硝效率，降低氨逃逸率的基本原则。本发明仅通过改变还原剂氨在两级喷氨系统间的分配即可实现喷氨均匀，不增加还原剂用量，最终提高了本发明烟气脱硝系统的脱硝效率，减小氨逃逸率。

运行过程中，输氨支管容易出现堵塞，目前工程应用中缺乏直观有效在设备运行中判断输氨支管堵塞问题。在每根输氨支管上设置手动调节阀和截止阀各一个，阀门前、后加装压力表，可通过输氨支管上阀前压力表和阀后压力表判断对应喷氨管道是否堵塞。而且，第一级混合均布系统的喷氨管在注入涡流混合器前设置调节阀，在系统投运时可根据烟道进出口检测出的nox浓度来调节氨的分配量，调节结束后可基本不再调整。第二级混合均布系统的喷枪输氨支管设置调节阀和截止阀各一个，阀门前后装有压力表，可以根据测试情况选择是否启用第二级混合均布系统，也可根据情况调整第二级混合均布系统的补氨量。

一种采用上述脱硝反应器对烟气进行脱硝的方法：采用高尘布置方式，将脱硝反应器布置在省煤器之后、空气预热器之前，从省煤器出来的烟气进入脱硝反应器的烟气入口管道，之后烟气进入脱硝反应器第一竖直段，拉升后经水平连接段转向进入第二竖直段，烟气中的nox和喷入的氨经多层催化剂催化反应生成氮气和水，反应后的净烟气通过脱硝反应器的烟气出口管道进入空气预热器。

第二级混合均布系统布置在scr脱硝反应器第一层催化剂上方反应器前后壁，采用射流混合技术，通过高压喷枪将稀释后的氨气射入反应器，喷入的氨气和烟气进一步混合，配合第一级混合均布系统的涡流混合技术，实现烟气和氨气的充分均匀混合。

工作原理：

烟气脱硝过程中，进入scr脱硝反应器中烟气在scr反应器第一竖直段内跟来自第一级混合均布系统中的氨气进行第一级混合，混合效果可以通过在scr反应器烟气出口管道水平方向的测点测出水平方向混合不均匀度，通过输氨支管上调节阀调整，第一级混合均布系统中四个喷氨管对应输氨支管上的截止阀保持全开状态，通过输氨支管上阀前压力表和阀后压力表可判断对应喷氨管道是否堵塞。第一级混合均布系统位于scr反应器第一竖直段烟道，这里喷入的氨在进入催化剂层时与烟气一起在烟道中转向，靠近转角处烟气流速低，这样就容易在转角处积灰，对烟气流动形成扰动；又因为在烟气转向时离心力的作用，使得更多的烟气和还原剂氨被甩到反应器外侧烟道，二者共同作用导致进入scr反应器中的nox和氨分布不均匀，导致nox和氨出现浓度分布偏差。因此，当气流到scr催化剂入口时，喷入的还原剂氨不仅会存在反应器宽度左右方向的浓度偏差，还会存在反应器深度前后方向的浓度偏差。通过在scr反应器出口烟道测点进行深度方向nox和氨浓度测量可以测出水平方向混合不均匀度，根据测量结果启用第二级混合均布系统中补氨喷枪。调整前将所有第二级混合均布系统中补氨喷枪截止阀和调节阀全关，根据第一级混合均布系统启用后scr反应器出口烟道测点进行深度方向nox和氨浓度测量结果，选择性打开第二级混合均布系统中补氨喷枪，开启选用喷枪输氨支管上截止阀，根据测试数据调整输氨支管上调节阀，保证进入催化剂的烟气中nox和氨混合均匀。相比单级喷氨scr脱硝系统，本发明scr反应器出口烟气nox相对标准浓度偏差系数可减少15％以上，脱硝效率提高10％以上，氨逃逸绝对浓度和分布不均匀度均显著下降(氨逃逸接近零，可以忽略，极大保护了空气预热器，也提高了还原剂利用率)，本发明仅通过改变还原剂氨在两级喷氨系统间的分配即可实现喷氨均匀，不增加还原剂用量，有效解决还原剂在反应器深度前后方向的浓度偏差的问题，解决氨逃逸。

综上可以看出：1、本发明脱硝反应器采用分级喷氨的方式，尤其是在scr脱硝反应器第一层催化剂上方反应器前后壁布置补氨喷枪可以有效解决氨在反应器深度前后方向的浓度偏差的问题；2、本发明第一级和第二级混合均布系统均连通至同一氨源(氨-空气混合气体)，不改变原还原剂供应系统，可应用在尿素热解制氨或液氨作为还原剂的脱硝系统；而且，本发明仅通过改变还原剂氨在两级喷氨系统间的分配即可实现喷氨均匀，不增加还原剂用量，最终提高了本发明烟气脱硝系统的脱硝效率，减小氨逃逸率；3、本发明增加的第二级混合均布系统布置在反应器前后壁上，这里结构简单，不会对锅炉正常运行造成安全方面影响，改造周期短，易于在现有常规scr脱硝工程的基础上改造成本发明所述的烟气脱硝系统；4、本发明烟气脱硝反应器和方法的scr脱硝率高，催化剂入口烟气和还原剂分布均匀性高于传统scr脱硝系统，适用于大中型电站锅炉scr脱硝系统，具有广阔的应用前景。

上述实施例的作用仅在于说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明的保护范围。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和保护范围。