一种还原剂直接喷射的燃气发电设备烟气脱硝装置制造方法
【专利摘要】本实用新型实施例提供了一种还原剂直接喷射的燃气发电设备烟气脱硝装置，属于化工领域，—以提高脱硝装置的使用性能。所述还原剂直接喷—射的燃气发电设备烟气脱硝装置，包括所述还原剂与雾化压缩空气套管中的压缩空气经多个喷射支管分别混合后，喷射到燃气发电设备和燃机尾部连接处的烟道内；其中，在所述雾化压缩空气套管外侧还套有冷却空气套管。本实用新型可用于SCR脱硝工艺中，以治理燃机发电设备中产生的污染物问题。
【专利说明】一种还原剂直接喷射的燃气发电设备烟气脱硝装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及化工领域，尤其涉及一种还原剂直接喷射的燃气发电设备烟气脱硝装置。
【背景技术】
[0002]目前，新建大型电厂通常都会采用选择性催化还原(SCR)工艺进行脱硝。SCR是利用氨(NH3)对NOx的还原功能，在320-400°C的条件下，利用脱硝催化剂将NOx还原为对大气没有影响的N2和水的过程。“选择性”是指氨可有选择的进行还原反应，在这里只选择对NOx进行还原。
[0003]目前在SCR脱硝装置上基本是使用液氨、尿素和氨水做还原剂，但是液氨是一种易燃易爆有毒且有腐蚀性的危险化学品，有极高的安全隐患，在使用时有着极高的技术要求，且越来越多地收到政策、法规的限制；尿素作为一种农作物肥料，虽然可以方便地被运输、储存和使用，但是要使用尿素分解成气氨需要消耗大量的热量；而氨水则兼顾了液氨和尿素的特性，具有更优的性价比。
[0004]利用氨水作为SCR烟气脱硝还原剂时，通常会设有单独的气化器，以先将氨水气化为气氨后，再注射到烟气中进行脱硝，但在实际操作中该方法会影响余热炉中的热效率，使得工艺复杂，同时还增大了投资成本。
[0005]中国专利申请CN202844886U公开了一种锅炉脱硝装置，其直接将氨水引入燃机出口烟道，这样不用额外增加烟道布置氨水喷射、混合装置，可节省余热炉烟气流空间，降低投资成本。但在该装置中，氨水管道直接深入烟道内部，这样在喷射前氨水很可能就被汽化，从而在管道内形成汽阻，以使上游的氨水无法通过。虽燃在氨水管道设有雾化空气套管，但仅由雾化空气套管喷出的压缩空气量无法满足雾化压力以提供足够的冷却效果，可直接影响到脱硝装置的使用性能。
实用新型内容
[0006]本实用新型实施例提供了一种还原剂直接喷射的燃气发电设备烟气脱硝装置，以提高脱硝装置的使用性能。
[0007]为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案:
[0008]本实用新型提供了一种还原剂直接喷射的燃气发电设备烟气脱硝装置，包括所述还原剂与雾化压缩空气套管中的压缩空气经多个喷射支管分别混合后，喷射到燃气发电设备与燃机尾部连接处的烟道内；
[0009]其中，在所述雾化压缩空气套管外侧还套有冷却空气套管。
[0010]可选的，所述喷射支管分别与对应的带有喷嘴的喷枪相连接。
[0011]进一步的，所述喷嘴与所述烟道内的烟气流呈0°布置。
[0012]可选的，所述冷却空气套管与所述雾化压缩空气套管为双法兰结构，以使插入所述连接处的所述喷枪在脱硝过程中连同所述喷嘴可被实时拆卸。
[0013]进一步的，在所述喷射支管上设有流量计及调节阀，以用于单独控制所述还原剂及雾化压缩空气的用量。
[0014]可选的，所述喷射支管对称分布在所述燃气发电设备与燃机尾部连接处的相同或不同的断面上；或者
[0015]所述喷射支管对称分布在所述燃气发电设备与燃机尾部连接处的相同或不同的断面上的同时，还分布在所述连接处断面的中心上。
[0016]可选的，在所述烟道内窗口温度为300_420°C的区域中设置有SCR脱硝催化剂。
[0017]可选的,所述还原剂为氨水溶液或尿素溶液。
[0018]本实用新型实施例提供了一种还原剂直接喷射的燃气发电设备烟气脱硝装置，与现有的烟气脱硝装置相比不同的是，在所述雾化压缩空气套管的外侧套有冷却空气套管，其一方面可以进一步提高雾化压缩空气的冷却效果，避免还原剂在喷射前在管道内汽化，形成气阻，以至于无法喷射；另一方面还可通过另设风机作为冷却空气来源以替代厂用压缩空气来节约能源，节约成本。同时，冷却风提供足够的冷量，在和雾化压缩空气同时作为冷却工质时，有效的保证还原剂在喷射前不会在管道内汽化。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型实施例提供的当还原剂为氨水溶液时，氨水溶液直接喷射的燃气发电设备烟气脱硝装置的示意图；
[0020]图2为本实用新型实施例提供的雾化压缩空气套管及冷却空气套管的示意图；
[0021]图3为本实用新型实施例提供的当还原剂为尿素溶液时，尿素溶液直接喷射的燃气发电设备烟气脱硝装置的示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0023]下面结合附图对本实用新型实施例提供的一种还原剂直接喷射的燃气发电设备烟气脱硝装置进行详细描述。
[0024]本实用新型提供了一种还原剂直接喷射的燃气发电设备烟气脱硝装置，所述还原剂与雾化压缩空气套管中的压缩空气经多个喷射支管分别混合后，喷射到燃气发电设备与燃机尾部连接处的烟道内；其中，在所述雾化压缩空气套管外侧还套有冷却空气套管。
[0025]本实用新型实施例提供了一种还原剂直接喷射的燃气发电设备烟气脱硝装置，在所述雾化压缩空气套管的外侧套有冷却空气套管，其一方面可以进一步提高雾化压缩空气的冷却效果，避免还原剂在喷射前在管道内汽化，形成气阻，以至于无法喷射；另一方面还可通过另设风机作为冷却空气来源以替代厂用压缩空气来节约能源，节约成本。同时，冷却风提供足够的冷量，在和雾化压缩空气同时作为冷却工质时，有效的保证还原剂在喷射前不会在管道内汽化。
[0026]图1为本实用新型实施例提供的当还原剂为氨水溶液时，氨水溶液直接喷射的燃气发电设备烟气脱硝装置的示意图。如图1所示，氨水管线6中的氨水溶液与雾化压缩空气套管7中的压缩空气经多个喷射支管分别混合后，喷射到燃气发电设备5与燃机尾部连接处的烟道4内；其中，在雾化压缩空气套管7外侧还套有冷却空气套管8。
[0027]在本实施例中，在氨水管线6的外侧依次套有雾化压缩空气套管7和冷却空气套管8。这里需要说明的是，当上述管道位于烟道4的外侧时，所述管道各自独立，即在氨水管线6、雾化压缩空气套管7以及冷却空气套管8中各自通有氨水、压缩空气以及冷却空气，其中，雾化压缩空气套管7中压缩空气的提供是为了对氨水管线6中的氨水提供更好的雾化效果，冷却空气套管8中冷却空气的提供则是为了进一步提高压缩空气的冷却效果，从而可以更好的降低伸入燃气发电设备炉膛内的喷枪的温度，避免氨水喷射前在管道内汽化，形成气阻无法喷射；氨水管线6中的氨水与雾化压缩空气套管7中的压缩空气在烟道4外侧经多个喷射支管混合后，喷射到燃气发电设备5与燃机尾部连接处的烟道4内，其中，多个喷射支管与相应的喷枪相连，以插入燃机尾部与燃气发电设备5在烟道4内的连接处，此时，冷却空气套管8并不伸入燃机尾部与燃气发电设备5在烟道4内的连接处，而仅是位于烟道4的外侧，起到冷却作用。
[0028]其中，所述喷射支管分别与多个对应的带有喷嘴的喷枪相连接具体可为:将多个所述喷射支管分别与对应的带有喷嘴的喷枪相连接，并将所述喷枪插入所述连接处。这里需要说明的是，所述喷射支管在烟道4外侧经喷射管分支后，分别与对应的喷枪相连接，所述喷枪沿径向垂直方向插入到圆形截面的烟道4中，由于所述喷枪上带有90°的喷嘴，使得雾化的氨水经所述喷嘴喷向烟道内部，以与烟道4内的烟气流进行混合。
[0029]在本实用新型的另一实施例中，所述喷嘴与烟道4内的烟气流呈0°布置。也就是说，从喷嘴中喷出的氨水在经快速受热分解为氨气后与烟气流相平行的分布，这样可保证二者能够进行较好地混合，并有效减少喷枪插入给烟气带来的压降损失，从而在到达催化剂之前混合均匀，当然，通过在烟道4的外侧调整喷枪插入烟道的角度，也可使氨气的分布与烟气流的分布之间呈一定夹角，但这样从喷嘴中喷出的氨气势必会对烟气流产生一定阻力，从而影响氨气与烟气流的混合均匀。
[0030]在本实用新型的另一实施例中，如图2所示，冷却空气套管8与雾化压缩空气套管7可为双法兰结构，以使插入所述连接处的喷枪在脱硝过程中连同喷嘴23可被实时拆卸。在本实施例中，冷却空气套管8采用双法兰式结构与雾化压缩空气套管7相连接，且在冷却风进口 21与双法兰结构间的任意部位设有插板门22，通过插板门22的控制，可使插入连接处的喷枪连同喷嘴在脱硝过程中从冷却空气套管中实时进行拆除，而不影响烟道4与燃气发电设备5内部的气压。将插入连接处的喷枪连同喷嘴从冷却空气套管中可实时进行拆除，也是为了确保在整个脱硝过程中不会因喷嘴在炉膛内部与含有灰尘等固体颗粒的高温气体接触使其腐蚀或磨损而对整体脱硝过程产生影响。需要说明的是，在进入到烟道4内侧后，雾化压缩空气套管7外侧的冷却空气套管8采用的则是隔热材料，以进一步保证雾化压缩空气对氨水溶液的雾化冷却效果。
[0031]在本实用新型的又一实施例中，在所述喷射支管上设有流量计及调节阀，以用于单独控制还原剂(氨水溶液)及雾化压缩空气的用量。通过在各喷射支管上设有流量计及调节阀，可在脱硝过程中实时对氨水以及压缩空气的用量进行监控与调节，其中，通过流量计可调节喷射入烟道的氨水的流量，以适应烟气的负荷变化；通过调节阀可调节压缩空气用量，以控制喷射到烟气中的氨水的雾化颗粒的尺寸大小。
[0032]在本实用新型的另一实施例中，所述喷射支管对称分布在燃气发电设备5与燃机尾部连接处的相同或不同的断面上；或者所述喷射支管对称分布在燃气发电设备5与燃机尾部连接处的相同或不同的断面上的同时，还分布在所述连接处断面的中心上。将喷射支管布置在断面上或者在断面以及中心上，主要是考虑燃机释放的烟气旋流问题，当烟气的残余旋流过强时，除了在连接处的断面上设置喷射支管外，还可在其中心上设置喷射支管，这样可以调整由于强残余旋流所产生的与烟气流整流不均匀的问题；当烟气的残余旋流平和是，在连接处的断面上设置喷射支管即可，即可达到与烟气流混合均匀的目的。需要说明的是，在连接处的断面上，喷射支管为均匀、对称分布的偶数个支管，如2、4、6、8、10;如有需要在中心设置单一喷射支管时，则在连接处的断面上还依然分布有偶数个支管，以得到最终的3、5、7、9、11个喷射支管。可以理解的是，具体在连接处如何分布喷射支管，以及分布有多少个喷射支管，可根据具体的应用场景及需要进行选择。并且，多个喷射支管还可以分多层设置，这主要是由于在烟道断面上对喷射支管进行固定时，在将其从烟道的一端插入后，还需将其搭连在与其相对应的烟道的另一侧上，这样才可使喷射支管固定牢固，此时，如若需向烟道内同时插入多个喷射支管，则由于喷射支管的数目较多，很难在对应的烟道另一侧上找到合适的搭连点，所以优选将多个喷射支管分多层设置在与烟道相临较近的其它断面上，这也是为了确保不对原始烟道进行较大程度的破坏。可以理解的是，将多个喷射支管具体分几层设置，本实施例并不做具体限定，但优选为两层。
[0033]在本实用新型的另一实施例中，在烟道内窗口温度为300_420°C的区域中设置有SCR脱硝催化剂9。将SCR脱硝催化剂9设置在此窗口温度区域间，可使含氨烟气在进入燃气发电设备5后得到进一步的梳理、整流，以使二者在流经催化剂之前能够充分混匀，从而更高效的让氨气与烟气中的氮氧化物发生化学还原反应生成氮气和水，达到脱出烟气中氮氧化物的目的。需要说明的是，在本实施例中，脱硝催化剂的种类、类型为本领域技术人员常用的种类、类型，在这里并不做具体限定，可根据实际需要进行选择。
[0034]在本实用新型的另一实施例中，由于所使用的还原剂为氨水溶液，所以在将氨水溶液经喷枪喷入炉膛内前，在其上游装置中还可包括卸氨泵1、输送泵等。通常情况下，氨水储罐2中的氨水的体积是按照满足满负荷条件下系统所需的氨水的体积乘以若干天的用量设计，以保证整个脱硝过程的正常运转。
[0035]图3为本实用新型实施例提供的当还原剂为尿素溶液时，尿素溶液直接喷射的燃气发电设备烟气脱硝装置的示意图。与还原剂为氨水溶液不同的仅在于将还原剂经喷枪喷入炉膛内前上游装置的组成，在本实施例中，上游装置可包括尿素储罐31、尿素溶解罐32、尿素稀释泵33、尿素稀释罐34、尿素输送泵35等。
[0036]可以理解的是，本实用新型还可根据还原剂的不同提供包括不同上游装置的烟气脱硝装置。进一步可以理解的是，本实用新型实施例所提供的烟气脱硝装置中，所使用的燃机发电设备可具体为余热炉或小型燃气轮机尾部烟道，本领域技术人员可根据具体实际情况选择烟气脱硝装置的运用场景。当然，本实用新型所提供的烟气脱硝装置并不局限于此，还包括根据还原剂的不同所选用的不同上游装置与不同的燃机发电设备的任意组合。
[0037]下面将通过具体实施例对本实用新型实施例提供的一种氨水溶液直接喷射的燃气发电设备烟气脱硝装置进行详细说明。
[0038]氨水通过卸氨泵I从氨水槽车中卸载到氨水储罐2，氨水储罐I中的氨水通过输送泵2经氨水管线6送入氨水喷射区，喷射区的喷射管到炉侧后分为8根喷射支管。8根喷射支管分别连接8根喷枪，沿径向垂直方向插入烟道4与燃气发电设备5连接处的圆形截面烟道。喷枪在烟道4的外侧部分设有冷却空气及雾化空气接口，分别与来自冷却风机的冷却套管和来自厂用压缩空气系统的雾化压缩空气套管相连，在喷射支管上分别设置有流量计及调节阀，可单独控制氨水及雾化空气用量，喷入炉膛内雾化后的氨水溶液变成微米数量级的小液滴，在600°C烟气作用下迅速受热分解，并在强烈的烟气旋流作用下，与烟气流在整个烟道截面内均匀分布。然后再经余热锅炉高压受热面的整流，氨分布进一步趋于平均；最后在到达布置在高压蒸发器后空腔内的SCR脱硝催化剂端面时，氨与氮氧化物已经充分混合均匀，并在SCR催化剂的作用下发生化学还原反应，通过在SCR催化剂下游布置的氮氧化物浓度检测装置上传到电厂DCS系统，以线监视氮氧化物的脱除情况，在本实施例中，氮氧化物的入口排放浓度为80mg/Nm3，脱硝效率为80%。
[0039]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实用新型创造的保护范围。
【权利要求】
1.一种还原剂直接喷射的燃气发电设备烟气脱硝装置，其特征在于，所述还原剂与雾化压缩空气套管中的压缩空气经多个喷射支管分别混合后，喷射到燃气发电设备与燃机尾部连接处的烟道内； 其中，在所述雾化压缩空气套管外侧还套有冷却空气套管。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硝装置，其特征在于，所述喷射支管分别与对应的带有喷嘴的喷枪相连接。
3.根据权利要求2所述的烟气脱硝装置，其特征在于，所述喷嘴与所述烟道内的烟气流呈0°布置。
4.根据权利要求1所述的烟气脱硝装置，其特征在于，所述冷却空气套管与所述雾化压缩空气套管为双法兰结构，以使插入所述连接处的喷枪在脱硝过程中连同所述喷嘴可被实时拆卸。
5.根据权利要求1或2所述的烟气脱硝装置，其特征在于，在所述喷射支管上设有流量计及调节阀，以用于单独控制所述还原剂及雾化压缩空气的用量。
6.根据权利要求1所述的烟气脱硝装置，其特征在于，所述喷射支管对称分布在所述燃气发电设备与燃机尾部连接处的相同或不同的断面上；或者 所述喷射支管对称分布在所述燃气发电设备与燃机尾部连接处的相同或不同的断面上的同时，还分布在所述连接处断面的中心上。
7.根据权利要求1所述的烟气脱硝装置，其特征在于，在所述烟道内窗口温度为300-420°C的区域中设置有SCR脱硝催化剂。
8.根据权利要求1所述的烟气脱硝装置，其特征在于，所述还原剂为氨水溶液或尿素溶液。
【文档编号】B01D53/90GK204017668SQ201420360324
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】马克·福沃克, 劳伦斯·穆齐奥, 马修·泽德勒, 梁瑾, 朱军, 侯小龙, 王胜恩, 李晓彬, 赵杰, 朱宇宁, 王少勇, 关有良, 赵强, 赵国权, 席斌, 杨丽华, 关天罡, 藏电宗, 李前宇 申请人:阿米那能源环保技术（中国）有限公司, 北京京丰燃气发电有限责任公司, 北京能源投资（集团）有限公司