专利名称：一种锅炉烟气脱除氮氧化物的系统及工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及烟气脱硝领域，具体地涉及一种SNCR/SCR混合脱除氮氧化物系统及工艺。
背景技术：
氮氧化物(NOx)是一种能造成大气环境严重污染的气体，随着氮氧化物排放量的 日趋严重，控制氮氧化物的途径成为当前社会关注的热点环境问题。常用的脱除氮氧化物的方法包括选择性非催化还原法(SNCR)和选择性催化还原 法(SCR)，SNCR法需要的还原剂用量多，脱除NOx的效率低，系统简单初期投入资本较少； SCR法需要的还原剂用量少，脱除NOx的效率高，但系统复杂投入资本较高且使用的催化剂 成本高。近几年来，出现了一种SNCR/SCR混合脱硝工艺，能够在一个系统中实现SNCR/SCR 的联用，公开号为CN101773781A的专利文献中公开了一种燃煤锅炉SNCR和SCR联合脱硝 的实现方法，在燃煤锅炉烟气通道上布置还原剂喷枪，在锅炉尾部烟道内布置加载有SCR 催化剂的SCR反应器，还原剂进入烟气通道后，与烟气发生SNCR反应，之后剩余还原剂与烟 气经过SCR反应器，在催化剂表面发生SCR反应，该技术提高了 SNCR反应过程中还原剂的 利用率，综合脱硝效率高，在现有锅炉脱硝技术上改造方便易行。上述技术中，还原剂进入烟气通道后分解成氨气，氨气与氮氧化物进一步发生还 原反应，发生SNCR反应之后，只有少量的(浓度约5-30ppm)的氨气未参与反应随烟气流出， 称之为氨逃逸，氨逃逸率不是无限制增加的，最高只能达到40ppm，导致后端SCR脱硝效率 受到氨气浓度的限制，烟气脱硝不完全；本技术中，提高SCR脱硝效率必须通过提高氨逃逸 率来实现，而氨逃逸率的提高需要增加3至6倍的还原剂消耗生成，大大提高了装置运行成 本；此外，氨逃逸率在SNCR反应过程中具有随机性，无法控制实际参与SCR反应的氨气量， 导致混合法的综合脱硝效率难以通过控制系统实现。因此，现有技术的SNCR/SCR混合脱硝工艺中，存在SCR段脱硝效率低，或SCR段脱 硝效率高则还原剂使用量多，综合脱硝效率难以通过控制系统实现的缺点。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的SNCR/SCR混合脱硝工艺存 在SCR段脱硝效率低，SCR段脱硝效率高时还原剂使用量多成本高，综合脱硝效率难以通过 控制系统实现的缺点；从而提供了一种SCR段脱硝效率高，还原剂成本低，综合脱硝效率可 控的脱硝工艺及其系统。为解决上述技术问题，本发明的一种锅炉烟气脱除氮氧化物的系统，包括位于锅 炉外的还原剂溶液制备系统，与所述还原剂溶液制备系统连接的位于锅炉外的SNCR还原 剂溶液供给及控制装置；位于锅炉炉膛出口处的SNCR还原剂溶液喷射器组，所述SNCR还原 剂溶液喷射器组与所述SNCR还原剂溶液供给及控制装置通过SNCR还原剂溶液管道连接；位于锅炉尾部烟道内的SCR反应器，所述SCR反应器内加载有SCR催化剂；还包括与所述还 原剂溶液制备系统连接的位于锅炉外的SCR还原剂溶液供给及控制装置，位于锅炉转向室 内的SCR还原剂溶液喷射器组，所述SCR还原剂溶液喷射器组与所述SCR还原剂溶液供给 及控制装置通过SCR还原剂溶液管道连接。所述SNCR还原剂溶液喷射器组设置在烟气温度为800-1250°C的锅炉炉膛出口 处，优选烟气温度为805-1130°C的锅炉炉膛出口处。所述SCR还原剂溶液喷射器组设置在烟气温度为300-700°C的锅炉转向室内，优 选烟气温度为305-630°C的锅炉转向室内。所述SCR还原剂溶液喷射器组喷射出的还原剂物质液滴的直径小于等于500微米。所述SCR还原剂溶液喷射器组喷射出的还原剂物质到达下一个受热面的时间大 于等于0.1秒。所述SCR还原剂溶液喷射器组为多个，所述SCR还原剂溶液喷射器组之间的距离 大于等于200毫米。所述SNCR还原剂溶液喷射器组与所述SCR还原剂溶液喷射器组之间的烟道上设 有过热器和再热器。所述SCR还原剂溶液喷射器组与所述SCR反应器之间的烟道上依次设有省煤器、 静态混合器、烟气导流板、整流格栅。锅炉烟气脱除氮氧化物的系统进行烟气脱除氮氧化物的工艺，包括以下步骤
(1)在所述还原剂溶液制备系统中配制氨基物质溶液，所述SNCR还原剂溶液供给及控制 装置通过SNCR还原剂溶液管道将所述氨基物质溶液输入所述SNCR还原剂溶液喷射器组， 从所述SNCR还原剂溶液喷射器组喷出的氨基物质液滴与烟气混合，被加热并分解成氨气；
(2)氨气与烟气中的氮氧化物反应，脱除烟气中的部分氮氧化物，未反应的氮氧化物和氨气 一起流入锅炉下一个受热面；(3)所述SCR还原剂溶液供给及控制装置通过SCR还原剂溶 液管道将所述氨基物质溶液输入所述SCR还原剂溶液喷射器组，从所述SCR还原剂溶液喷 射器组喷出的氨基物质液滴与烟气混合，被加热并分解成氨气，与步骤(2)中未反应的氮氧 化物和氨气混合；(4)步骤(3)中得到的氨气和烟气的混合物流入所述SCR反应器，在催化 剂的作用下，发生SCR反应，生成无害的氮气和水。所述步骤(4)中，氨气与烟气的混合物依次穿过省煤器、静态混合器、烟气导流板 和整流格栅，最后进入SCR反应器。本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，
(1)本发明在现有的SNCR/SCR混合法脱硝工艺中增加了SCR还原剂溶液喷射器组，在 转向室内喷入尿素，碳酸氢铵，碳酸铵等加热能够分解出氨气的氨基物质还原剂，补充了进 入SCR反应器的氨气，使得发生SCR反应的氨气含量和氮氧化物含量相当，由此在还原剂消 耗较低的情况下，得到较高的氮氧化物脱除效率。
(2)本发明中，SCR还原剂溶液喷射器组设置在烟气温度为300-700°C的锅炉转向室 内，优选烟气温度为305-630 V的锅炉转向室内，在该温度下，绝大部分氨基物质溶液被分 解为氨气，到达反应器时按其浓度可达到上千个ppm，避免了副反应造成的氨基物质损失， 相对于现有SNCR/SCR混合法技术，提高了氨基物质的利用率和脱硝效率。(3)本发明中，SCR还原剂溶液喷射器组喷射出的氨基物质液滴的直径小于等于500微米，喷射出的液滴直径小，外表面接触面积大，转化为氨气的效率有效提高。
(4)本发明中，SCR还原剂溶液喷射器组喷射出的氨基物质到达下一个受热面的时间大于等于0. 1秒，使得喷射出的氨基物质液滴有足够多的时间与经SNCR后未反应的氮氧化物 和氨气混合，并受热分解成氨气，避免了氨基物质液滴积聚在炉体内受热面表面上从而结 垢。
(5)本发明中，SCR还原剂溶液喷射器组为多个，SCR还原剂溶液喷射器组之间的距离 大于等于200毫米。优选500毫米，使得喷射器组间保持了足够的距离，避免了喷射出来的 液滴交叉碰撞后凝结在一起，导致氨基物质的转化率降低。
(6)本发明中，SNCR还原剂溶液喷射器组与SCR还原剂溶液喷射器组之间的烟道上设 有过热器和再热器，使所述两组喷射器完全处于不同温度段，以实现不同的化学反应。
(7)本发明的烟气脱硝系统及工艺与现有技术相比，在不增加SNCR部分还原剂使用量 的情况下提高了 SCR段的脱硝效率，综合脱硝效率可以通过补充SCR段还原剂进行控制，从 而也提高了综合脱硝效率，可以达到92%以上。
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合 附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明所述的锅炉烟气脱除氮氧化物系统的示意图。图中附图标记表示为1_还原剂溶液制备系统，2-SNCR还原剂溶液供给及控制装 置，3-SCR还原剂溶液供给及控制装置，4-锅炉燃烧室，5-SNCR还原剂溶液管道，6-过热器 和再热器，7-省煤器，8-锅炉转向室，9-SCR还原剂溶液喷射器组，10-静态混合器，11-烟气 导流板，12-整流格栅，13-SCR催化剂，14-SCR反应器，15-排烟装置，16-SCR还原剂溶液管 道，17-进入反应器的烟气，18-SNCR还原剂溶液喷射器组。
具体实施例方式实施例1
图1是本发明所述的锅炉烟气脱除氮氧化物系统的示意图，整个系统包括位于锅炉外 的还原剂溶液制备系统1，与所述还原剂溶液制备系统1相连的SNCR还原剂溶液供给及控 制装置2，与所述还原剂溶液制备系统1相连的SCR还原剂溶液供给及控制装置3，以及位 于锅炉炉膛出口处的SNCR还原剂溶液喷射器组18，位于锅炉转向室8内的SCR还原剂溶液 喷射器组9，位于锅炉尾部烟道内的加载有SCR催化剂13的SCR反应器14。所述SNCR还原剂溶液喷射器组18设置在烟气温度为805_845°C的锅炉炉膛出口 处，与所述SNCR还原剂溶液供给及控制装置2通过SNCR还原剂溶液管道5连接；所述SCR 还原剂溶液喷射器组9设置在烟气温度为305-360°C的锅炉转向室8内，与所述SCR还原剂 溶液供给及控制装置3通过SCR还原剂溶液管道16连接。在本实施例中所述还原剂溶液为 尿素溶液。所述SCR还原剂溶液喷射器组9喷射出的尿素液滴的直径为300微米，所述SCR 还原剂溶液喷射器组9喷射出的氨基物质到达下一个受热面即省煤器7的时间为0. 7-0. 9 秒，所述SCR还原剂溶液喷射器组9为4个，所述SCR还原剂溶液喷射器组9之间的距离为200毫米，所述SNCR还原剂溶液喷射器组18与所述SCR还原剂溶液喷射器组9之间的烟道 上设有过热器和再热器6，所述SCR还原剂溶液喷射器组9与所述SCR反应器14之间的烟 道上依次设有省煤器7，静态混合器10，烟气导流板11，整流格栅12，最后进入SCR反应器 14。本实施例的脱硝系统的工作过程为还原剂溶液制备系统1将还原剂固体颗粒 溶解成还原剂水溶液，此处的还原剂为尿素，将尿素水溶液通过管道送到SNCR还原剂溶液 供给及控制装置2，通过SNCR还原剂溶液管道5的输送进入SNCR还原剂溶液喷射器组18， 尿素溶液喷射进入锅炉炉膛出口处与锅炉燃烧室4产生的烟气混合，尿素溶液分解成氨 气，氨气与锅炉燃烧时产生的氮氧化物部分发生反应，脱除烟气中42%的氮氧化物，反应后 剩余的未发生反应的氨气和烟气经过过热器和再热器6温度逐步下降后进入锅炉转向室 8。氨基物质溶液制备系统1中的尿素水溶液通过管道送到SCR还原剂溶液供给及控 制装置3，通过SCR还原剂溶液管道16的输送，将尿素溶液送到SCR还原剂溶液喷射器组9 进行喷射，SCR还原剂溶液喷射器组9喷射出的氨基溶液被烟气加热分解成氨气，与上一步 中的剩余烟气和氨气混合，其中，由SCR还原剂溶液供给及控制装置3根据SCR反应器14 需要的氨需量及SNCR反应中逃逸氨的质量，折算成需要补充的氨基物质溶液的流量，并按 该流量向SCR还原剂溶液喷射器组9输送尿素溶液，使经过本步骤后，烟气中氮氧化物和氨 气的含量达到SCR反应需要的摩尔比。随后，烟气和氨气混合气体进入省煤器7，依次经过静态混合器10、烟气导流板11 和整流格栅12，使得混合更加充分，气流更加平稳均勻，之后最终进入SCR反应器14，混合 气体被加载在SCR反应器14里面的催化剂13催化，氮氧化物与氨气发生化学还原反应，生 成无害的氮气和水，通过排烟装置15排出。由于补充进入的氨气的量足以与剩余的氮氧化 物发生完全反应，因此本发明的脱硝系统脱除氮氧化物的效率高。本实施例的锅炉烟气脱硝系统进行烟气脱硝的工艺，包括以下步骤(1)在所述 还原剂溶液制备系统1中配制氨基物质溶液，所述SNCR还原剂溶液供给及控制装置2通 过SNCR还原剂溶液管道5将所述氨基物质溶液输入所述SNCR还原剂溶液喷射器组18，从 所述SNCR还原剂溶液喷射器组18喷出的氨基物质液滴与烟气混合，被加热并分解成氨气；
(2)氨气与烟气中的氮氧化物反应，脱除烟气中的部分氮氧化物，未反应的氮氧化物和氨气 一起流入锅炉下一个受热面即过热器和再热器6 ； (3)所述SCR还原剂溶液供给及控制装置 3通过SCR还原剂溶液管道16将所述尿素溶液输入所述SCR还原剂溶液喷射器组9，这里 SCR还原剂溶液供给及控制装置3根据SCR反应器14需要的氨需量折算出需要补充的氨基 物质溶液，按需要补充的流量进行输送，从所述SCR还原剂溶液喷射器组9喷出的尿素液滴 与烟气混合，被加热并分解成氨气，与步骤(2)中未反应的氮氧化物和氨气混合；(4)步骤
(3)中得到的氨气和烟气的混合物流入所述SCR反应器14，在催化剂的作用下，发生SCR反 应，生成无害的氮气和水。本实施例的综合脱硝效率可以达到92%。实施例2
本实施例中的锅炉烟气脱除氮氧化物系统，包括位于锅炉外的还原剂溶液制备系统1， 与所述还原剂溶液制备系统1相连的SNCR还原剂溶液供给及控制装置2，与所述还原剂溶 液制备系统1相连的SCR还原剂溶液供给及控制装置3，以及位于锅炉炉膛出口处的SNCR
7还原剂溶液喷射器组18，位于锅炉转向室8内的SCR还原剂溶液喷射器组9，位于锅炉尾部 烟道内的加载有SCR催化剂13的SCR反应器14。所述SNCR还原剂溶液喷射器组18设置在烟气温度为905_945°C的锅炉炉膛出口 处，与所述SNCR还原剂溶液供给及控制装置2通过SNCR还原剂溶液管道5连接；所述SCR 还原剂溶液喷射器组9设置在烟气温度为450-520°C的锅炉转向室8内，与所述SCR还原剂 溶液供给及控制装置3通过SCR还原剂溶液管道16连接。本实施例中所用的还原剂为碳酸 氢铵。所述SCR还原剂溶液喷射器组9喷射出的碳酸氢铵液滴的直径为500微米，所述SCR 还原剂溶液喷射器组9喷射出的碳酸氢铵到达下一个受热面即省煤器7的时间为0. 1-0. 6 秒，所述SCR还原剂溶液喷射器组9为6个，所述SCR还原剂溶液喷射器组9之间的距离为 300毫米，所述SNCR还原剂溶液喷射器组18与所述SCR还原剂溶液喷射器组9之间的烟道 上设有过热器和再热器6，所述SCR还原剂溶液喷射器组9与所述SCR反应器14之间的烟 道上依次设有省煤器7，静态混合器10，烟气导流板11，整流格栅12，最后进入SCR反应器 14。本实施例的工作原理及烟气脱硝工艺同实施例1，本实施例的综合脱硝效率可以 达到88%ο实施例3
本实施例的锅炉烟气脱除氮氧化物系统，包括位于锅炉外的还原剂溶液制备系统1，与 所述还原剂溶液制备系统1相连的SNCR还原剂溶液供给及控制装置2，与所述还原剂溶液 制备系统1相连的SCR还原剂溶液供给及控制装置3，以及位于锅炉炉膛出口处的SNCR还 原剂溶液喷射器组18，位于锅炉转向室8内的SCR还原剂溶液喷射器组9，位于锅炉尾部烟 道内的加载有SCR催化剂13的SCR反应器14。所述SNCR还原剂溶液喷射器组18设置在烟气温度为980_1130°C的锅炉炉膛出 口处，与所述SNCR还原剂溶液供给及控制装置2通过SNCR还原剂溶液管道5连接；所述 SCR还原剂溶液喷射器组9设置在烟气温度为550-630°C的锅炉转向室8内，与所述SCR还 原剂溶液供给及控制装置3通过SCR还原剂溶液管道16连接。本实施中所用的还原剂为 碳酸铵。所述SCR还原剂溶液喷射器组9喷射出的碳酸铵液滴的直径为200微米，所述SCR 还原剂溶液喷射器组9喷射出的碳酸铵到达下一个受热面即省煤器7的时间为0. 8秒，所 述SCR还原剂溶液喷射器组9为6个，所述SCR还原剂溶液喷射器组9之间的距离为500毫 米，所述SNCR还原剂溶液喷射器组18与所述SCR还原剂溶液喷射器组9之间的烟道上设 有过热器和再热器6，所述SCR还原剂溶液喷射器组9与所述SCR反应器14之间的烟道上 依次设有省煤器7，静态混合器10，烟气导流板11，整流格栅12，最后进入SCR反应器14。本实施例的工作原理及烟气脱硝工艺同实施例1，本实施例的综合脱硝效率可以 达到86%ο上述实施例中的还原剂为任何加热后可以产生氨气的物质，如尿素、碳酸氢铵、碳
酸铵等。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对 于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或 变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或 变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
权利要求
1.一种锅炉烟气脱除氮氧化物的系统，包括位于锅炉外的还原剂溶液制备系统(1)，与所述还原剂溶液制备系统(1)连接的位于 锅炉外的SNCR还原剂溶液供给及控制装置(2)；位于锅炉炉膛出口处的SNCR还原剂溶液喷射器组(18)，所述SNCR还原剂溶液喷射器 组(18 )与所述SNCR还原剂溶液供给及控制装置(2 )通过SNCR还原剂溶液管道(5 )连接；位于锅炉尾部烟道内的SCR反应器(14)，所述SCR反应器(14)内加载有SCR催化剂 (13)；其特征在于还包括与所述还原剂溶液制备系统(1)连接的位于锅炉外的SCR还原剂 溶液供给及控制装置(3 )，位于锅炉转向室(8 )内的SCR还原剂溶液喷射器组(9 )，所述SCR 还原剂溶液喷射器组(9 )与所述SCR还原剂溶液供给及控制装置(3 )通过SCR还原剂溶液 管道(16)连接。
2.根据权利要求1所述的锅炉烟气脱除氮氧化物的系统，其特征在于所述SNCR还原 剂溶液喷射器组(18)设置在烟气温度为800-1250°C的锅炉炉膛出口处。
3.根据权利要求1或2所述的锅炉烟气脱除氮氧化物的系统，其特征在于所述SCR还 原剂溶液喷射器组(9)设置在烟气温度为300-700°C的锅炉转向室(8)内。
4.根据权利要求3所述的锅炉烟气脱除氮氧化物的系统，其特征在于所述SCR还原 剂溶液喷射器组(9)喷射出的还原剂物质液滴的直径小于等于500微米。
5.根据权利要求3所述的锅炉烟气脱除氮氧化物的系统，其特征在于所述SCR还原 剂溶液喷射器组(9)喷射出的还原剂物质到达下一个受热面的时间大于等于0. 1秒。
6.根据权利要求3所述的锅炉烟气脱除氮氧化物的系统，其特征在于所述SCR还原 剂溶液喷射器组(9)为多个，所述SCR还原剂溶液喷射器组(9)之间的距离大于等于200毫 米。
7.根据权利要求1或2或3所述的锅炉烟气脱除氮氧化物的系统，其特征在于所述 SNCR还原剂溶液喷射器组(18)与所述SCR还原剂溶液喷射器组(9)之间的烟道上设有过 热器和再热器(6)。
8.根据权利要求1或2或3或7所述的锅炉烟气脱除氮氧化物的系统，其特征在于 所述SCR还原剂溶液喷射器组(9)与所述SCR反应器(14)之间的烟道上依次设有省煤器 (7)、静态混合器(10)、烟气导流板(11)、整流格栅(12)。
9.利用权利要求1-8中任意一项所述的锅炉烟气脱除氮氧化物的系统进行烟气脱除 氮氧化物的工艺，包括以下步骤①在所述还原剂溶液制备系统(1)中配制氨基物质溶液，所述SNCR还原剂溶液供给及 控制装置(2 )通过SNCR还原剂溶液管道(5 )将所述氨基物质溶液输入所述SNCR还原剂溶 液喷射器组(18)，从所述SNCR还原剂溶液喷射器组(18)喷出的氨基物质液滴与烟气混合， 被加热并分解成氨气；②氨气与烟气中的氮氧化物反应，脱除烟气中的部分氮氧化物，未反应的氮氧化物和 氨气一起流入锅炉下一个受热面；③所述SCR还原剂溶液供给及控制装置(3)通过SCR还原剂溶液管道(16)将所述氨基 物质溶液输入所述SCR还原剂溶液喷射器组(9 )，从所述SCR还原剂溶液喷射器组(9 )喷出 的氨基物质液滴与烟气混合，被加热并分解成氨气，与步骤②中未反应的氮氧化物和氨气混合；④步骤③中得到的氨气和烟气的混合物流入所述SCR反应器(14)，在催化剂的作用 下，发生SCR反应，生成无害的氮气和水。
10.根据权利要求9所述的烟气脱除氮氧化物的工艺，其特征在于所述步骤(4)中， 氨气与烟气的混合物依次穿过省煤器(7)、静态混合器(10)、烟气导流板(11)和整流格栅 (12)，最后进入SCR反应器(14)。
全文摘要
一种锅炉烟气脱除氮氧化物的系统，包括位于锅炉外的还原剂溶液制备系统，与其相连的位于锅炉外的SNCR还原剂溶液供给及控制装置，位于锅炉炉膛出口的SNCR还原剂溶液喷射器组与SNCR还原剂溶液供给及控制装置通过SNCR还原剂溶液管道连接，位于锅炉尾部烟道内的SCR反应器；还包括SCR还原剂溶液供给及控制装置，SCR还原剂溶液喷射器组，所述SCR还原剂溶液喷射器组与所述SCR还原剂溶液供给及控制装置通过SCR还原剂溶液管道连接；解决了现有技术中的SNCR/SCR混合脱硝工艺存在SCR段脱硝效率低，SCR段脱硝效率高时还原剂成本高，综合脱硝效率的自动控制难以实现的问题。
文档编号B01D53/86GK102145254SQ201110090909
公开日2011年8月10日 申请日期2011年4月12日 优先权日2011年4月12日
发明者曲景宏, 朱利民, 马力 申请人:北京洛卡环保技术有限公司