专利名称：一种用于循环流化床烟气净化的sncr脱硝工艺及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及烟气治理技术领域，具体涉及一种用于循环流化床烟气净化的SNCR脱硝工艺及装置。
背景技术：
随着国家环保要求的不断提高，烟气排放标准日益严格，烟气脱硝成为目前一大热点。主要的烟气脱硝技术有下面几种选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)、选择性非催化还原与选择性催化还原联合法(SNCR-SCR)、氧化液体吸收法、微生物法、活性炭吸附法、电子束法等。其中，前三种方法是目前世界上普遍应用的工业化方法，但是这三种方法各有其不足之处。SCR法是目前最为常用的脱硝方法，在催化剂的作用下，通过氨、尿素等还原剂把NOx转化成空气中天然含有的氮气和水，该方法脱硝效率高，二次污染小，但设备投资费用 大，需要用到催化剂，运行维护费用高；SNCR是在没有催化剂作用下，向900 1100°C炉膛中喷入还原剂，以炉膛为反应器，还原剂NH3(或汽化成NH3或迅速热解成NH3)与烟气中的NOx反应生成氮气，炉膛中会有一定量的氧气存在，喷入的还原剂选择性的与NOx反应，与氧气反应反应速度很慢，该方法不需要催化剂，一次性投资费用较少，但由于反应温度高，对喷枪及系统的设计要求较高，如果设计不合理，则脱硝效率较低，也存在着氨逃逸的危险。SNCR脱硝以循环流化床(CFB)的炉膛为反应器，在炉膛的底部和中部分别设置有向炉膛内送入空气的空气烟道，空气烟道经过空气预热器后分别与风机连通，在炉膛的上部连通旋风筒，旋风筒的底部与炉膛连通，将旋风分离后的粉尘送入炉膛内继续燃烧，旋风分离后的烟气经烟道依次经过过热器、省煤器和空气预热器后送入后续处理系统，还设置有喷氨系统，向炉膛或者旋风筒内喷入还原剂。申请公布号为CN102274687A的中国专利文献公开了一种以尿素为还原剂的SNCR烟气脱硝装置，包括尿素固体罐车、软管、活接头、固体尿素调节阀、固体尿素储罐、固体尿素给料机、压缩空气总管、压缩空气调节阀、搅拌器、尿素溶液制备罐、加热器、工业水总管、工业水调节阀、尿素输送泵、尿素溶液储存罐、尿素喷射泵、混合器、尿素回流调节阀、加压工业水调节阀、工业水泵、尿素稀释液调节阀、雾化蒸汽调节阀、雾化蒸汽总管和尿素喷射单元按工艺要求连通组成，该装置实现全自动连续给料，保证尿素溶液的浓度和均匀性，根据燃烧设备NOx排放量自动调节尿素流量，使得燃烧设备NOx排放量在控制范围内，脱硝效果在60%，但是该装置针对还原剂设置的处理设备，其结构复杂，工艺要求高，因此成本高，不利于企业的经济效益的提高。公开号为CN101569834的中国专利中公开了一种采用氨分解催化剂改进常规SCR和SNCR工艺。该工艺通过在氨还原系统后加入一种氨分解催化剂的设备，可以将多余的氨分解达到控制氨逃逸率的目的，但为了达到更高的脱硝效率需要提供比常规SCR或SNCR中所用的氨量更高。因此喷氨量的增加和过量氨的分解，增加了该工艺的投资和运行成本。
因此开发一种能够降低现有喷枪及系统设计要求，利用锅炉原有本体结构，实现高效脱硝，可极大的推进烟气脱硝的工程应用进程。
发明内容
本发明提供了一种用于循环流化床烟气净化的SNCR脱硝工艺及装置，充分利用CFB锅炉系统，提高了还原剂与燃煤烟气的混合效果，增加了还原剂与NOx的有效接触时间，提高了脱硝效率，降低氨逃逸，降低SNCR脱硝工艺的生产成本。一种用于循环流化床烟气净化的SNCR脱硝工艺，包括将还原剂喷入所述循环流化床的空气进风烟道中，与空气混合后送入所述循环流化床的炉膛内与烟气中的NOx进行选择性非催化还原反应，在炉膛内未反应的还原剂在所述循环流化床的旋风筒中继续与烟气中的NOx反应，当所述炉膛内的温度高于1100°C或者所述旋风筒出口温度低于80(TC停止喷入还原剂。 在锅炉的底部进行一次进风，在锅炉的中部进行二次进风，一次进风和二次进风的空气均经过预热到一定温度后再送入炉膛内参与燃料的燃烧，本发明中在空气烟道中喷入还原剂，还原剂与空气混合后一起进入锅炉，在锅炉的炉膛中空气参与燃烧，还原剂则与烟气中的NOx发生选择性非催化还原反应，脱去烟气中NOx，在炉膛内未反应的还原剂继续随烟气进入旋风筒中与烟气中的NOx进行反应，达到净化烟气的目的。作为一种优选的技术方案，所述还原剂与空气混合后从炉膛的底部或中部送入炉膛内。一种更优选的技术方案，所述还原剂与空气混合后从炉膛的底部和中部送入炉膛内，这样还原剂与空气的接触面更广，接触时间更长，混合更均匀。还原剂在炉膛和旋风筒中的主要反应如下4NH3+4N0+02 — 4N2+6H20(I)4NH3+502 — 4N0+6H20(2)所述的选择性非催化还原反应的最适反应温度为800 1100°C，当炉膛内的温度低于800°C时，还原剂氨不发生反应，但是当温度高于1100°C时，炉膛内的还原剂氨被氧化分解，降低脱硝效率，因此当所述炉膛内的温度高于1100°C或者所述旋风筒出口温度低于800°C停止喷入还原剂。还原剂的选择可选用常规SNCR脱硝工艺的还原剂，本发明中所述的还原剂为液氨、氨水和尿素中的至少一种。所述的还原剂为氨水溶液时，氨水溶液的质量百分比浓度为1% 25% ;所述的还原剂为尿素溶液,尿素溶液的质量百分比浓度为1% 55% ;当所述的还原剂为液氨时，液氨先汽化并用稀释风机稀释到5%体积分数。根据反应式⑴可知，理论上SNCR还原I摩尔NO需要I摩尔的NH3，而实际运用中，由于氨会有逃逸或者温度过高时会有部分被氧化分解，所以一般还原剂与NOx的摩尔比理论值大，还原剂与NOx的摩 尔比增加有利于烟气中NOx的还原，但是当还原剂的量过大时，还原剂的有效利用率会降低，不利于成本的控制，所以，本发明中，根据烟气的温度和烟气中NO的含量，氨水或氨气的喷射量优选为NH3 NO = O. 5 3(摩尔比)。空气在送入炉膛之前通过经过空气预热器，利用烟气的热量将空气加热到一定温度后再送入炉膛内，有利于炉膛内燃料的点火和充分燃烧，本发明中，所述的空气进风烟道中空气的温度为150 400°C，还原剂在这个温度下喷入空气烟道中，被气化后与空气充分混合均匀，再一起送进炉膛内，空气参与燃烧，还原剂与烟气中的NOx进行选择性非催化还原反应。本发明还提供了一种实现如所述的SNCR脱硝工艺的装置，包括炉膛、旋风筒、空气预热器和喷氨系统，所述的空气预热器和炉膛底部之间通过一次风烟道连通，所述的空气预热器和炉膛中部之间通过二次风烟道连通，所述的一次风烟道和二次风烟道中至少一者上设有所述的喷氨系统。一次风和二次风分别通过一次风机和二次风机经空气烟道送入空气预热器中，在空气预热器中利用烟气余热将空气加热到150 400°C，在空气预热器与炉膛间的空气进风烟道上通过喷氨系统向烟道中喷入还原剂如液氨、氨水等，还原剂与空气在烟道中混合均匀后一起送进炉膛中，空气参与燃烧，还原剂与烟气中的NOx进行反应，在炉膛内未反应的还原剂随烟气一起进入旋风筒中继续与烟气中的NOx反应，烟气经旋风分离后依次经过循环流化床的过热器、省煤器和空气预热器排出。所述一次风烟道通过空气预热器内的第一管路连接有一次风机；所述二次风烟道通过空气预热器内的第二管路连接有二次风机。在炉膛内喷氨的喷枪要求耐高温(800 IlO(TC)、耐磨损(炉膛内烟气粉尘含量高)，因此对喷枪的要求较高；本发明中在空气进风管道内喷入还原剂，进风管道内的温度比较低，对喷氨系统的要求要低，喷枪只需在150 400°C、没有粉尘条件下工作，工艺要求要低很多，可降低工艺成本，由于炉膛有两根空气进风烟道，在其中任何一根空气进风烟道上喷入还原剂都能达到本发明的目的，作为一种优选的技术方案，所述的喷氨系统设置在一次风烟道上；作为另一种优选的技术方案，所述的喷氨系统设置在二次风烟道上。为了使还原剂在炉膛内得到更好的分散，需要将还原剂提前更好的分散在炉膛的进风空气中，所以作为一种更优选的技术方案，所述的一次风烟道和二次风烟道上均设有喷氨系统。还原剂在空气烟道内被气化后与空气进行混合，为了使还原剂与烟气得到更好的混合，需要延长其有效混合时间，所以，作为一种优选的技术方案，所述的喷氨系统设置在一次风烟道和/或二次风烟道上的靠近空气预热器位置处。本发明的有益效果I.在一次进风或二次进风的烟道中喷入还原剂，充分利用原有锅炉给风系统进行还原剂混合，通过CFB炉烟气一次风进风风帽，实现烟气均匀混合；CFB炉堂内温度处在优良的脱硝反应区间内，延长了还原剂与氮氧化物的有效接触时间，有利于脱硝反应的充分进行。而在炉膛或者炉膛出口后面的烟道喷入还原剂，喷入处混合距离短、温度高，易造成混合不均匀，氨逃逸量过大。2.本工艺中未反应的氨与NOx在旋风筒内进行二次混合与反应，进一步提高脱硝效率并且减少了氨的逃逸，从而减轻了现有SNCR工艺中由氨逃逸造成的对锅炉后续设备的损害。3.喷氨系统在一次进风或二次进风烟道处相比于炉膛出口处或炉膛出口后面的烟道，具有温度低、风量小、烟道窄而且粉尘浓度基本为零的特点，因此对喷枪的工艺要求极大降低，喷射系统的成本也相对降低。4.对锅炉以及水冷壁的没有损害，而且开孔方便，安装简单。5.由于还原剂混合均匀，因此氨氮比较小，相对于现有SNCR工艺可降低运行成本。
图I是本发明的结构示意图；图2是以氨水为还原剂时的制氨喷氨系统；
图3是以液氨为还原剂时的制氨喷氨系统。
具体实施例方式如图I所示，一种SNCR脱硝装置，以循环流化床的炉膛I为反应器，通过喷氨系统3向循环流化床中喷还原剂，进行烟气脱硝。一次风机I、二次风机2、一次风烟道4、二次风烟道5、炉膛6、旋风筒7、过热器8、省煤器9和空气预热器10均为循环流化床固有的部分，一次风机I和二次风机2均通过管路与空气预热器10中的对应管路连通，空气预热器10与炉膛6的底部通过一次风烟道4连通，与炉膛6的中部通过二次风烟道5连通，旋风筒7的入口与炉膛6的上部连通，底部飞灰出口与炉膛6的底部连通，旋风筒7的顶部通过烟道依次连通过热器8、省煤器9和空气预热器10，最后将烟气送入下一烟气处理工序。在一次风烟道4和二次风烟道5上靠近空气预热器10位置处均连通有喷氨系统3，喷氨系统3根据还原剂的种类不同进行不同设置，就喷氨系统3而言，可以采用现有技术中成熟的喷氨系统。当还原剂为氨水时，喷氨系统3如图I所示,包括氨水罐车301、氨水加注泵302、氨水储罐303、氨水输送泵304、稀释水储罐306、稀释水输送泵307、计量混合模块309，通过氨水加注泵302将氨水罐车301中的氨水送进氨水储罐303中，氨水储罐3中的氨水通过氨水输送泵304送进计量混合模块308中，稀释水供应305送进稀释水储罐306中，然后通过稀释水输送泵307送至计量混合模块309中，同时向计量混合模块309中通入压缩空气8，配制好的还原剂通过喷枪将还原剂11和压缩空气11喷入一次风烟道4和二次风烟道5中。当还原剂为液氨时，喷氨系统3如图2所示，包括液氨罐车312、泵313、液氨储罐314、氨气蒸发器315、氨气缓存罐316、风机318和混合器319，通过泵313将液氨罐车312中的液氨送至液氨储罐314中，液氨储罐314中的液氨在氨气蒸发器315中气化成氨气，然后储存在氨气缓存罐316中，氨气缓存罐316中的氨气送进混合器319中，同时通过风机318将空气317送进混合器319中，将氨气稀释至5%体积分数，然后通过喷氨格栅320将还原剂喷入一次风烟道4和二次风烟道5中。本发明的工艺流程如下一次进风通过一次风机I送入空气预热器10中，利用烟气余热将空气加热至150 40(TC，然后通过一次风烟道4送至炉膛6的底部，二次进风通过二次风机2送入空气预热器10中，利用烟气与人将空气加热至150 400°C，然后通过二次风烟道5送至炉膛6的中部。通过喷氨系统3向一次风烟道4和二次风烟道5中喷入还原剂，还原剂与空气混合均匀后一起送至炉膛6中，空气参与燃烧，还原剂与烟气中的NOx发生一级，将烟气中的NOx转化成N2和水，在炉膛6内未反应还原剂随烟气一起进入旋风筒7中，在旋风筒7中进行二次混合和二级脱硝，旋风筒7中二次脱硝后的烟气经旋风分离后经烟道依次通过过热器8、省煤器8和预热器10降温后送至下一工序，旋风筒7内旋风分离后的飞灰回流至炉膛6内继续燃烧。当炉膛6内的温度高于1100°C或者旋风筒7出口温度低于800°C停止喷入还原剂。所述的还原剂为氨水溶液时，氨水溶液的质量百分比浓度为I % 25%;所述的还原剂为尿素溶液，尿素溶液的质量百分比浓度为1% 55% ;当所述的还原剂为液氨时,液氨先汽化并用稀释风机稀释到5%体积分数。 以下实施例中烟气成分等数据采用西门子公司生产的烟气在线监测仪监测。实施例I在某工程试验中，一次进风风量为220200Nm3/h，气体组分如下02为21%，N2为79%，气体温度300°C。产生的烟气量为260000Nm3/h，烟气组分如下02为4. 89%，SO2为1531mg/m3, NO为202mg/m3。采用质量分数为10 %的氨水溶液作为还原剂,氨氮比按照I I. 2(摩尔比)，利用本发明的工艺，进行脱硝。一级脱硝效率可达70%，烟气中NO为61mg/m3，二级脱硝后，旋风筒出口处NO为48mg/m3，总体脱硝效率76%。实施例2在某工程试验中，一次进风风量为230110Nm3/h，气体组分如下02为21%，N2为79%，气体温度300°C。产生的烟气量为270150Nm3/h，烟气组分如下02为4. 65%，SO2S1480mg/m3,N0为212mg/m3。采用体积分数为5%的氨气作为还原剂,氨氮比按照I : 1.2(摩尔比)，利用本发明的工艺，进行脱硝。一级脱硝效率可达71 %，烟气中NO为61mg/m3，二级脱硝后，旋风筒出口处NO为50mg/m3，总体脱硝效率76. 5%。实施例3在某工程试验中，一次进风风量为240350Nm3/h，气体组分如下02为21%，N2为79%，气体温度300°C。产生的烟气量为278000Nm3/h，烟气组分如下02为4. 98%, SO2为1624mg/m3, NO为189mg/m3,。采用质量分数为10 %的尿素溶液作为还原剂，氨氮比按照I I. 2(摩尔比)，利用本发明的工艺，进行脱硝。一级脱硝效率可达65%，烟气中NO为66mg/m3，二级脱硝后，旋风筒出口处NO为55mg/m3，总体脱硝效率71 %。
权利要求
1.一种用于循环流化床烟气净化的SNCR脱硝工艺，其特征在于，包括 将还原剂喷入所述循环流化床的空气进风烟道中，与空气混合后送入所述循环流化床的炉膛内与烟气中的NOx进行选择性非催化还原反应，在炉膛内未反应的还原剂在所述循环流化床的旋风筒中继续与烟气中的NOx反应，当所述炉膛内的温度高于1100°C或者所述旋风筒出口温度低于800°C停止喷入还原剂。
2.根据权利要求I所述的SNCR脱硝工艺，其特征在于，所述还原剂与空气混合后从炉膛的底部或中部送入炉膛内。
3.根据权利要求I所述的SNCR脱硝工艺，其特征在于，所述还原剂与空气混合后从炉膛的底部和中部送入炉膛内。
4.一种实现如权利要求I 3任一权利要求所述的SNCR脱硝工艺的装置，包括炉膛(6)、旋风筒(7)、空气预热器(10)和喷氨系统(3)，所述的空气预热器(10)和炉膛(6)底部之间通过一次风烟道⑷连通，所述的空气预热器(10)和炉膛(6)中部之间通过二次风烟道(5)连通，其特征在于，所述的一次风烟道(4)和二次风烟道(5)中至少一者上设有所述的喷氨系统(3)。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述一次风烟道(4)通过空气预热器(10)内的第一管路连接有一次风机(I)。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述二次风烟道(5)通过空气预热器(10)内的第二管路连接有二次风机(2)。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的喷氨系统(3)设置在一次风烟道(4)上。
8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的喷氨系统(3)设置在二次风烟道(5)上。
9.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的一次风烟道(4)和二次风烟道(5)上均设有喷氨系统(3)。
10.根据权利要求7 9任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述的喷氨系统(3)设置在一次风烟道(4)和/或二次风烟道(5)上的靠近空气预热器(10)位置处。
全文摘要
本发明公开了一种用于循环流化床烟气净化的SNCR脱硝工艺及装置，将还原剂喷入循环流化床的空气进风烟道中，与空气混合后送入循环流化床的炉膛内与烟气中的NOx进行选择性非催化还原反应，在炉膛内未反应的还原剂在循环流化床的旋风筒中继续与烟气中的NOx反应。该装置以循环流化床的炉膛为反应器，包括炉膛、旋风筒、空气预热器、和喷氨系统，空气预热器和炉膛底部及中部之间均通过空气进风烟道连通，空气进风烟道上设有喷氨系统。本发明充分利用CFB锅炉系统，提高了还原剂与燃煤烟气的混合效果，增加了还原剂与NOx的有效接触时间，提高了脱硝效率，降低氨逃逸，降低SNCR脱硝工艺的生产成本。
文档编号B01D53/79GK102626588SQ20121010772
公开日2012年8月8日 申请日期2012年4月12日 优先权日2012年4月12日
发明者刘学炎, 王岳军, 莫建松, 虞廷兴 申请人:浙江天蓝环保技术股份有限公司