一种层燃锅炉的中温高效改性sncr脱硝装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种层燃锅炉的中温高效改性SNCR脱硝装置，属于燃煤锅炉污染物控制技术领域，尿素在H2O2和有机酸(甲酸、乙酸或丙酸)的协同作用下产生氨基和亚氨基自由基，因氨基自由基·NH2或亚氨基自由基·NH对氮氧化物具有更高的反应活性和选择性，可大大降低SNCR反应的温度窗口；同时改性还原剂雾化喷嘴位于层燃锅炉炉膛出口转向室，该区域有助于改性还原剂与氮氧化物充分混合，提高了尿素的利用率；本实用新型经济环保，易于实施，脱硝效率高，除层燃锅炉外，也适应于燃煤电站和其他燃煤工业过程，具有广泛的应用前景和市场推广价值。
【专利说明】
一种层燃锅炉的中温高效改性SNCR脱硝装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及层燃燃煤锅炉控制氮氧化物排放技术领域，具体涉及一种层燃锅炉的中温高效改性SNCR脱硝装置。【背景技术】
[0002]中国工业锅炉在国民经济和社会发展中起着重要的作用，被广泛应用于冶金、建筑采暖、炼焦和化工等领域。在国内市场强劲需求的推动下，我国工业锅炉产业整体保持平稳较快增长。截至2014年我国工业锅炉产量为55.81万蒸发量吨，相比去年增长8.9%。我国是以煤炭为主要能源的国家，以燃煤为主导的工业锅炉占锅炉总量的65%以上，在未来燃煤工业锅炉的市场依然会占有较高比重。目前，从总体上看，工业锅炉能源消耗和污染排放均位居全国工业行业第二，仅次于电站锅炉，煤炭消耗量远高于钢铁、石化等高耗能工业行业。然而传统燃煤锅炉热效率低，污染严重，据统计，2012年燃煤工业锅炉累计排放烟尘约 410万吨、S〇2约570万吨、N0X约200万吨，分别占全国排放总量的32%、26%和15%左右，是造成雾霾天气的主要原因之一。选择性非催化还原(Selective Non-catalytic Reduct1n， SNCR)是一种常规低成本烟气脱硝技术，投资和运行成本相对较低，对新建或改造工业锅炉均具有广泛的适用性。然而常规SNCR技术存在温度窗口要求过高(900-1100°C)，所用还原剂氨水或尿素只能从前后拱窄点位置喷入，氨水或尿素气化分解后难以穿透前后拱窄点处高速升腾的烟气，混合程度不高，导致还原剂利用率低下，若要提高脱硝效率，必须喷入过量的氨水或尿素还原剂，产生严重的氨逃逸，逃逸氨是二次雾霾的元凶，尤其对城市运行的层燃锅炉，氨逃逸将加重雾霾蔓延。为彻底解决层燃锅炉氮氧化物污染物控制问题，寻找一种高效环保且经济性的SNCR方法和工艺迫在眉睫。
【发明内容】
[0003]针对常规SNCR脱硝技术在层燃锅炉实施时存在影响锅炉运行效率、温度窗口要求过高和脱硝效率不稳定等问题，本实用新型的目的在于提出了一种层燃锅炉的中温高效改性SNCR脱硝装置，本实用新型选用尿素充当脱硝还原剂，通过在尿素溶液中加入一定浓度的添加剂溶液(H202和有机酸的混合溶液)对脱硝还原剂进行改性，在提高SNCR脱硝效率的同时显著降低常规SNCR方法所需过高的运行温度，该方法不仅满足层燃锅炉节能减排需求，而且高效环保、易于安装，最大程度避免了氨逃逸等二次污染。
[0004]为了达到上述目的，本实用新型所采取的技术方案如下:
[0005]—种层燃锅炉的中温高效改性SNCR脱硝装置，包括脱硝还原剂制备与存储系统、 添加剂制备系统、喷射系统、N0X在线检测装置和脱硝剂流量实时控制系统;所述脱硝还原剂存储与制备系统包括固体尿素存储仓4,通过螺旋输送机5与固体尿素存储仓4连通的配液灌6,配液灌6通过一号输送栗9与液体预混装置16的①号进样口连通，在一号输送栗9与配液灌6连通的管路上设置有一号流量计8;所述添加剂制备系统包括H202存储罐10，H202存储罐10通过二号输送栗12与液体预混装置16的②号进样口连通，在二号输送栗12与H202存储罐10的管路上设置有二号流量计11，还包括有机酸存储罐13,有机酸存储罐13通过三号输送栗15与液体预混装置16的③号进样口连通，在三号输送栗15与有机酸存储罐13连通的管路上设置有三号流量计14;所述喷射系统包括与液体预混装置16④号出样口连接的加压栗17，与加压栗17连接的喷氨格栅2，设置在喷氨格栅2上的雾化喷嘴3，改性尿素溶液由雾化喷嘴3以雾化形式喷入炉膛出口参与脱硝反应;所述NOx在线检测装置包括放置在炉膛出口、喷射系统前端的监测NOx浓度的烟气取样枪1和NOx在线测量仪表18,与NOx在线测量仪表 18连接的数据处理系统19;所述脱硝剂流量实时控制系统为脱硝剂流量控制系统20,数据处理系统19将NOx浓度测量结果及时反馈至脱硝剂流量控制系统20,根据反馈结果脱硝剂流量控制系统20实时调节一号流量计8、二号流量计11、三号流量计14及其输送单元的流量。
[0006]所述雾化喷嘴3的位置分布在550-650°C的层燃锅炉炉膛出口，该位置处于炉膛转向室。该区域烟气扰动强烈，便于雾化液滴与烟气充分混合，延长还原剂的停留时间。
[0007]所述雾化喷嘴3布置为一层或多层。
[0008]所述添加剂制备系统的H2〇2输送管道、喷射系统的雾化喷嘴3内表面、炉膛转向室及炉膛出口涂覆高温氮化硼涂层，目的是降低H2〇2的沿程损失，同时延长羟基自由基的寿命。
[0009]上述所述层燃锅炉的中温高效改性SNCR脱硝装置的脱硝方法，其步骤包括:
[0010]1)在所述脱硝还原剂存储与制备系统中，固体尿素存储仓4中的尿素颗粒经螺旋输送机5输送至配液灌6中与去离子水混合，溶解稀释成预设浓度的尿素溶液，尿素溶液经一号流量计8和一号输送栗9从①号进样口输送至液体预混装置16中备用；[〇〇11]2)在所述添加剂制备系统中，H2〇2存储罐10中的H2〇2溶液经二号流量计11、二号输送栗12从②号进样口进入液体预混装置16中，同时，有机酸存储罐13中的有机酸溶液经三号流量计14、三号输送栗15从③号进样口进入液体预混装置16中，H2〇2溶液和有机酸溶液作为添加剂与尿素溶液混合生成改性尿素溶液；[0〇12]3)在所述NOx在线检测装置中，烟气取样枪1和NOx在线测量仪表18测得的NOx浓度在线传输给数据处理系统19,数据处理系统19将NOx测量结果及时反馈至脱硝剂流量控制系统20,根据反馈结果脱硝剂流量控制系统20实时调节一号流量计8、二号流量计11、三号流量计14及其输送单元的流量；
[0013]4)在所述喷射系统中，改性尿素溶液从液体预混装置16的④号出样口输出经加压栗17加压，流经喷氨格栅2,由雾化喷嘴3以雾化形式喷入炉膛出口参与脱硝反应;雾化粒度为100-180um。
[0014]所述的尿素溶液的浓度为25%?60%，改性尿素溶液的喷入量根据尿素中氮元素与烟气中NOx的物质的量之比为2-2.5:1进行控制。
[0015]所述H2O2溶液浓度为30-50% 〇 [〇〇16]所述有机酸溶液浓度为30-40 %。[〇〇17]所述有机酸为甲酸溶液、乙酸溶液或丙酸溶液。[〇〇18]本实用新型反应原理如下:
[0019](1 )H2〇2与有机酸反应生成有机过氧酸(以甲酸为例)，其反应原理如下:
[0020]CH3CO2H+H2O2—CH3CO3H+H2O
[0021](2)H202自身在加热条件下会产生羟基，其反应原理如下:
[0022]H2〇2+M^2 ? 0H
[0023]? OH+H2〇2^ ? OOH+H2O
[0024]? OOH+H2〇2^H20+〇2+ ? OH
[0025](3)尿素受热分解产生的氨经有机酸与H202溶液协同产生的羟基自由基氧化生成氨基自由基? NH2或亚氨基自由基? NH，氨基和亚氨基自由基对氮氧化物具有更高的选择性和反应活性，反应原理如下:
[0026]CO(NH2)2—NH3+HNCO
[0027]NH3+ ? 0H^ ? NH2+H2O
[0028]? NH2+NO4N2+H2O
[0029]? NH2+ ? OH— ? NH+H2O
[0030]? NH+N0—N2+ ? OH[〇〇31]与现有技术相比，本实用新型具有以下一些显著优点:[〇〇32](1)采用本实用新型脱硝装置的脱硝方法利用H202和有机酸的协同氧化作用对尿素进行活化，生成活性和选择性更高的氨基或亚氨基自由基参与脱硝反应，显著降低脱硝反应温度，提高脱硝反应效率。[〇〇33](2)本实用新型脱硝装置的脱硝方法所需温度窗口 550°C-650°C，脱硝剂喷嘴布置炉膛出口，不影响锅炉正常燃烧，相比常规SNCR方法显著改善锅炉运行效率
[0034](3)本实用新型雾化喷嘴布置在层燃燃煤工业锅炉炉膛出口烟气转向室，该区域扰动强烈，有利于烟气和还原剂充分混合，提高了氨水或尿素利用率，从而减少了氨逃逸， 本装置和方法易于实施，操作简单，对改造和新建锅炉均具有广泛的适用性，投资和运行成本低廉。【附图说明】
[0035]图1是本实用新型层燃燃煤锅炉SNCR系统的流程示意图。
[0036]图2是烟气取样枪、喷氨格栅和雾化喷嘴在层燃燃煤锅炉中的安装位置示意图。
[0037]图3是喷氨格栅和雾化喷嘴结构示意图。【具体实施方式】
[0038]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步地具体详细描述:
[0039]如图1、图2和图3所示，本实用新型层燃锅炉的中温高效改性SNCR脱硝装置的结构及脱硝方法如下:
[0040]尿素储存仓4由管道通过螺旋输送机5与配液罐6连接，配液罐6中配备有搅拌桨7， 通过一号流量计8计量，由一号输送栗9从①号进样口输送至液体预混装置15中；H202存储罐 10和有机酸存储罐13中的H2O2和有机酸溶液分别经二号输送栗12和三号输送栗15从②和③ 号进样口输送到液体预混装置16中与尿素溶液混合;预混装置16中的混合溶液从④号出样口输出经加压栗17由雾化喷嘴喷人炉膛出口转向室内参与脱硝反应。[〇〇411 N0x在线检测监测装置(烟气取样枪1和N0x在线检测仪表18)对炉膛出口的氮氧化物浓度进行实时监测，检测得到的数据经数据处理系统19反馈给脱硝剂流量实时控制系统20，脱硝剂流量实时控制系统20根据烟气中的氮氧化物浓度调节尿素、H2〇2和有机酸溶液的流量大小。[〇〇42] 实施例1:
[0043]固体尿素颗粒储存于尿素储存仓4,由螺旋输送机5输送到配液罐6内，用去离子水将尿素颗粒溶解成浓度在25 %?60 %的尿素溶液;H2〇2溶液浓度为30 %，添加量按H2〇2与检测得到的NOx摩尔比为1:1进行确定，有机酸添加剂选取甲酸溶液，浓度为20%，尿素、H2〇2和甲酸溶液分别经一号流量计8、二号流量计12和三号流量计14由一号输送栗9、二号输送栗 12和三号输送栗15送至预混装置16中，混合好的改性溶液由加压栗17加压经喷氨格栅2由雾化喷嘴3喷入炉膛出口转向区形成雾化液滴，其中喷嘴位置烟温为620 °C。在改性尿素溶液中氮元素与NOx在线测量装置测得烟气中氮氧化物摩尔比为2:1的情况下，实现78%的脱硝效率，氨逃逸为5ppm。
[0044]实施例2:
[0045]固体尿素颗粒储存于尿素储存仓4,由螺旋输送机5输送到配液罐6内，用去离子水将尿素颗粒溶解成浓度在25%?60 %的尿素溶液;H202溶液浓度为30 %，添加量按H2〇2与检测得到的NOx摩尔比为1:1进行确定，有机酸添加剂选取乙酸溶液，浓度为20%，尿素、H2〇2和乙酸溶液分别经一号流量计8、二号流量计12和三号流量计14由一号输送栗9、二号输送栗 12和三号输送栗15送至预混装置16中，混合好的改性溶液由加压栗17加压经喷氨格栅2由雾化喷嘴3喷入炉膛出口转向区形成雾化液滴，其中喷嘴位置烟温为595 °C。在改性尿素溶液中氮元素与NOx在线测量装置测得烟气中氮氧化物摩尔比为2.2:1的情况下，实现82%的脱硝效率，氨逃逸为8ppm。[〇〇46] 实施例3:
[0047]固体尿素颗粒储存于尿素储存仓4,由螺旋输送机5输送到配液罐6内，用去离子水将尿素颗粒溶解成浓度在25 %?60 %的尿素溶液;H2〇2溶液浓度为30 %，添加量按H2〇2与检测得到的NOx摩尔比为1:1进行确定，有机酸添加剂选取丙酸溶液，浓度为20%，尿素、H2〇2和丙酸溶液分别经一号流量计8、二号流量计12和三号流量计14由一号输送栗9、二号输送栗 12和三号输送栗15送至预混装置16中，混合好的改性溶液由加压栗17加压经喷氨格栅2由雾化喷嘴3喷入炉膛出口转向区形成雾化液滴，其中喷嘴位置烟温为580 °C。在改性尿素溶液中氮元素与N0x在线检测仪表测得烟气中氮氧化物摩尔比为2.1:1的情况下，实现76%的脱硝效率，氨逃逸为5ppm。
【主权项】
1.一种层燃锅炉的中温高效改性SNCR脱硝装置，其特征在于:包括脱硝还原剂制备与 存储系统、添加剂制备系统、喷射系统、NOx在线检测装置和脱硝剂流量实时控制系统；所述脱硝还原剂存储与制备系统包括固体尿素存储仓(4)，通过螺旋输送机(5)与固体 尿素存储仓(4)连通的配液灌(6)，配液灌(6)通过一号输送栗(9)与液体预混装置(16)的① 号进样口连通，在一号输送栗(9)与配液灌(6)连通的管路上设置有一号流量计(8);所述添加剂制备系统包括H2〇2存储罐(10)，H2〇2存储罐(10)通过二号输送栗(12)与液体 预混装置(16)的②号进样口连通，在二号输送栗(12)与H2〇2存储罐(10)的管路上设置有二 号流量计(11)，还包括有机酸存储罐(13)，有机酸存储罐(13)通过三号输送栗(15)与液体 预混装置(16)的③号进样口连通，在三号输送栗(15)与有机酸存储罐(13)连通的管路上设 置有三号流量计(14);所述喷射系统包括与液体预混装置(16)④号出样口连接的加压栗(17)，与加压栗(17) 连接的喷氨格栅(2)，设置在喷氨格栅(2)上的雾化喷嘴(3)，改性尿素溶液由雾化喷嘴(3) 以雾化形式喷入炉膛出口参与脱硝反应；所述NOx在线检测装置包括放置在炉膛出口、喷射系统前端的监测NOx浓度的烟气取样 枪(1)和NOx在线测量仪表(18)，与NOx在线测量仪表(18)连接的数据处理系统(19);所述脱硝剂流量实时控制系统为脱硝剂流量控制系统(20)，数据处理系统(19)将NOx浓 度测量结果及时反馈至脱硝剂流量控制系统(20)，根据反馈结果脱硝剂流量控制系统(20) 实时调节一号流量计(8 )、二号流量计(11 )、三号流量计(14)及其输送单元的流量。2.根据权利要求1所述的层燃锅炉的中温高效改性SNCR脱硝装置，其特征在于:所述雾 化喷嘴(3)的位置分布在550-650°C的层燃锅炉炉膛出口，该位置处于炉膛转向室。3.根据权利要求1所述的层燃锅炉的中温高效改性SNCR脱硝装置，其特征在于:所述雾 化喷嘴(3)布置为一层或多层。4.根据权利要求2所述的层燃锅炉的中温高效改性SNCR脱硝装置，其特征在于:所述添 加剂制备系统的H2〇2输送管道、喷射系统的雾化喷嘴(3)内表面、炉膛转向室及炉膛出口涂 覆高温氮化硼涂层。5.根据权利要求1所述的层燃锅炉的中温高效改性SNCR脱硝装置，其特征在于:所述有 机酸存储罐(13)中的有机酸为甲酸溶液、乙酸溶液或丙酸溶液。
【文档编号】B01D53/56GK205627607SQ201620330008
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月19日
【发明人】陈磊, 赵钦新, 李钰鑫, 张锦萍, 焦健, 王云刚
【申请人】西安交通大学