一种煤粉炉宽负荷工况的耦合脱硝装置及脱硝方法与流程

本发明涉及烟气脱硝领域，具体是一种煤粉炉宽负荷工况的耦合脱硝装置及脱硝方法。

背景技术

目前，应用较为广泛的烟气脱硝技术为选择性催化还原法(scr)。为满足scr催化剂的温度窗口，在scr反应器的设计过程中一般要求入口烟气温度为320-420℃的设计。实际运行过程中，由于锅炉负荷受电网控制，无法长期高负荷运行，部分锅炉运行在50％负荷以下时，scr入口烟温低于320℃，使得scr无法正常运行，造成nox排放浓度超低、催化剂失活、氨逃逸增加等。

在中国专利号为cn101940880a、名称为“烟气脱硝方法”的专利文件中公开了一种sncr-scr耦合脱硝方法来避免scr无法正常运行，造成nox排放浓度超低、催化剂失活、氨逃逸增加等问题。但该脱硝方法所描述的是最基本的烟气sncr-scr耦合脱硝方法，在负荷不同时仅对还原剂的使用量进行了调节，该脱硝方法所描述的scr反应器布置在垂直烟道内，并仅设置1层催化剂，不设置导流板和稳流板，该脱硝方法不能满足宽负荷脱硝调节的需求。

因此，有必要采用宽负荷脱硝技术来满足当前日趋严格的nox排放要求，实现最低技术满足全负荷、全时段稳定达到排放要求。本发明提供的sncr-scr的装置及工艺最主要的就是选取不同的还原剂喷入点，发挥不同的脱硝作用，实现煤粉炉点停炉及低负荷期间nox排放浓度控制在100mg/nm³以下以及更低，真正实现了宽负荷脱硝。它具有以下优点：1、在节省催化剂的情况下，脱硝效率高，能达到scr法的脱硝效率；2、反应塔体积小，空间适应性强；3、与传统scr工艺相比，降低了运行费用；4、降低腐蚀危害。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是根据锅炉负荷的变化，选取不同的还原剂喷入点，发挥不同的脱硝作用，实现煤粉炉点停炉及低负荷期间nox排放浓度控制在100mg/nm³以下以及更低，真正实现了宽负荷脱硝的技术目标。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：一种煤粉炉宽负荷工况的耦合脱硝装置，其特征在于：包括脱硝反应室(1)和催化反应室(2)，所述脱硝反应室(1)包含垂直反应室(11)和水平反应室(12)，所述垂直反应室(11)和水平反应室(12)均设有反应腔，所述垂直反应室(11)和水平反应室(12)的反应腔相互连通，所述垂直反应室(11)下端部设有进口a(111)，所述进口a(111)与垂直反应室(11)的反应腔连通，所述水平反应室(12)的上设有出口a(112)，所述出口a(112)与水平反应室(12)的内腔连通，所述垂直反应室(11)内腔设有折焰角(113)、喷枪a(3)和喷枪b(4)，所述喷枪a(3)设于折焰角(113)下方的垂直反应室(11)侧壁上，所述喷枪b(4)设于折焰角(113)上方的垂直反应室(11)侧壁上，所述水平反应室(12)上设有喷枪c(5)，

所述催化反应室(2)内设有反应腔、进口b(21)和出口b(22)，所述反应腔、进口b(21)和出口b(22)之间相互连通，所述水平反应室(12)的出口a(112)与催化反应室(2)的进口b(21)连接，所述催化反应室(2)的进口b(21)处设有热电偶(6)，所述催化反应室(2)内腔设有导流板(23)、稳流板(24)和scr催化反应器(25)，所述导流板(23)为板状体，所述导流板(23)相对催化反应室(2)侧壁呈倾斜状设置，所述稳流板(23)设于导流板(24)下方，所述scr催化反应器(25)设于稳流板(23)下方，所述scr催化反应器(25)上设有催化剂。

进一步的，还设有控制装置，所述控制装置包含处理器(8)，所述喷枪a(3)和热电偶(6)与处理器(8)连接，所述热电偶(6)能够检测到催化反应室(2)的进口b(21)处的温度，并将信号传输至处理器(8)，处理器(8)控制喷枪a(3)的喷射。

再进一步的，所述喷枪b(4)和喷枪c(5)与处理器(8)连接，所述热电偶(6)能够检测到催化反应室(2)的进口b(21)处的温度，并将信号传输至处理器(8)，处理器(8)控制喷枪b(3)和喷枪c(5)的喷射。

再进一步的，所述喷枪a(3)、喷枪b(4)和喷枪c(5)均设有若干支，所述喷枪a(3)和喷枪b(4)喷能够相对脱硝反应室(1)的侧壁进行伸缩。

再进一步的，所述的喷枪a(3)、喷枪b(4)和喷枪c(5)均采用压缩空气雾化。

再进一步的，所述scr催化反应器(25)在催化反应室(2)上至少设两层，所述催化反应室(2)的出口b(22)处设有空预器(7)。

一种煤粉炉宽负荷工况的耦合脱硝方法，通煤粉炉宽负荷工况的耦合脱硝装置脱硝，所述煤粉炉宽负荷工况的耦合脱硝装置的具体结构如下：包括脱硝反应室(1)和催化反应室(2)，所述脱硝反应室(1)包含垂直反应室(11)和水平反应室(12)，所述垂直反应室(11)和水平反应室(12)均设有反应腔，所述垂直反应室(11)和水平反应室(12)的反应腔相互连通，所述垂直反应室(11)下端部设有进口a(111)，所述进口a(111)与垂直反应室(11)的反应腔连通，所述水平反应室(12)的上设有出口a(112)，所述出口a(112)与水平反应室(12)的内腔连通，所述垂直反应室(11)内腔设有折焰角(113)、喷枪a(3)和喷枪b(4)，所述喷枪a(3)设于折焰角(113)下方的垂直反应室(11)侧壁上，所述喷枪b(4)设于折焰角(113)上方的垂直反应室(11)侧壁上，所述水平反应室(12)上设有喷枪c(5)，

所述催化反应室(2)内设有反应腔、进口b(21)和出口b(22)，所述反应腔、进口b(21)和出口b(22)之间相互连通，所述水平反应室(12)的出口a(112)与催化反应室(2)的进口b(21)连接，所述催化反应室(2)的进口b(21)处设有热电偶(6)，所述催化反应室(2)内腔设有导流板(23)、稳流板(24)和scr催化反应器(25)，所述导流板(23)为板状体，所述导流板(23)相对催化反应室(2)侧壁呈倾斜状设置，所述稳流板(23)设于导流板(24)下方，所述scr催化反应器(25)设于稳流板(23)下方，所述scr催化反应器(25)上设有催化剂；

具体脱硝步骤如下：

a、含nox的烟气进入垂直反应室(11)的进口a(111)；

b、热电偶(6)检测进入催化反应室(2)的进口b(21)处含nox的烟气温度：

①温度低于320℃，折焰角(113)下部的喷枪a(3)喷射还原剂，还原剂与烟气中的nox进行选择性非催化还原反应，还原剂与烟气中的nox的氨氮比为0.25～0.6:1；

②温度为320-420℃时，喷枪b(4)和喷枪c(5)喷射还原剂，喷入的还原剂迅速分解，并进入催化反应室(2)，喷入的还原剂与烟气中的nox的氨氮比为0.8～1.8:1；

c、通过步骤②中进入催化反应室(2)的含nox的烟气和还原剂通过导流板(23)和稳流板(24)均匀混合，并在scr催化反应器(25)上进行催化还原反应；

d、检测出口b(22)nox的的排放浓度＜100mg/nm³，符合火电厂大气污染物排放标准(gb13223-2011)。

所述还原剂为浓度为5-10％的尿素溶液或氨水。所述还原剂浓度为质量百分比浓度，单根喷枪a(3)喷射流量为150～200kg/h，单根喷枪b(4)和喷枪c(5)的喷射流量为124kg/h。

本发明所描述的控制方法是为了实现锅炉的宽负荷脱硝调节，所述折焰角(113)下方的喷枪a(3)和折焰角(113)上方的喷枪b(4)均设有2-4层，每层设置8-10支，每一层喷枪a(3)和喷枪b(4)的同等高度均设有热电偶，喷枪a(3)和喷枪b(4)的同等高度的热电偶是控制喷枪a(3)和喷枪b(4)的投入与退出的，喷枪a(3)和喷枪b(4)最佳投入温度是850～1050℃，在锅炉点停炉和低负荷运行时，当热电偶(6)检测到催化反应室(2)的进口b(21)温度低于320℃时，控制喷枪a(3)投入使用，具体投运哪一层通过每一层喷枪a(3)上设置的热电偶所检测垂直反应室(11)的温度决定是否投运该层喷枪，喷入炉膛的还原剂与烟气中的nox进行选择性非催化还原(sncr)反应，通过烟气sncr脱硝作用，降低nox排放，可保证在锅炉启炉或停炉期间满足nox日均排放值满足环保要求，在锅炉低负荷运行时，可满足nox排放浓度＜100mg/nm³的环保要求，接近于50mg/nm³。

热电偶(6)测得催化反应室(2)的进口b(21)的温度为320-420℃时，控制喷枪b(4)和喷枪c(5)的喷射，喷枪b(4)由哪一层喷射通过每一层喷枪b(4)上所设置的热点偶检测的温度决定是否投运该层喷枪，并合理选择折焰角(113)下部的喷枪a(3)，喷入炉膛的还原剂一部分与烟气中的nox进行选择性非催化还原(sncr)反应，喷入炉膛的还原剂其余部分热解产生氨气，氨气与含有nox的烟气混合经过导流板(23)和稳流板(24)，氨气与含有nox的烟气混合均匀，流经scr催化反应器(25)，scr催化反应器(25)内腔设有催化剂，氨气与烟气中的nox在scr催化反应器(25)内的scr催化剂表面进行选择性催化还原(scr)反应。

本发明具有以下有益效果：

本发明保留原有sncr-scr耦合脱硝系统或scr系统，根据进口b(21)处热电偶(6)检测的温度和折焰角(113)上方或下方的每一层喷枪上设置的热电偶检测的温度选择投运不同层的喷枪a(3)或喷枪b(4)，系统简单即可满足锅炉宽负荷脱硝。喷枪a(3)和喷枪b(4)上设有伸缩装置，伸缩在带有冷却风的套管内，保证喷枪不被烧坏。

与现有技术相比，本发明所要解决的技术问题是根据锅炉负荷的变化，选取不同的还原剂喷入点，发挥不同的脱硝作用，实现煤粉炉点停炉及低负荷期间nox排放浓度控制在100mg/nm³以下以及更低，真正实现了宽负荷脱硝。

附图说明

图1是本发明的脱硝装置的结构示意图。

图2是实施例2的电路示意图。

附图标记

1是脱硝反应室，11是垂直反应室，111是进口a，112是出口a，113是折焰角，12是水平反应室，2是催化反应室，21是进口b，22是出口b，23是导流板，24是稳流板，25是scr催化反应器，3是喷枪a，4是喷枪b，5是喷枪c，6是热电偶，7是空预器，8是处理器，9是受热面管束。

具体实施方式

下面详细说明本发明的优选实施方式。

实施例1：参照图1，为本发明实施例1的结构示意图，一种煤粉炉宽负荷工况的耦合脱硝装置，其特征在于：包括脱硝反应室1和催化反应室2，所述脱硝反应室1包含垂直反应室11和水平反应室12，所述垂直反应室11和水平反应室12均设有反应腔，所述垂直反应室11和水平反应室12的反应腔相互连通，所述垂直反应室11下端部设有进口a111，所述进口a111与垂直反应室11的反应腔连通，所述水平反应室12的上设有出口a112，所述出口a112与水平反应室12的内腔连通，所述垂直反应室11内腔设有折焰角113、喷枪a3和喷枪b4，所述喷枪a3设于折焰角113下方的垂直反应室11侧壁上，所述喷枪b4设于折焰角113上方的垂直反应室11侧壁上，所述水平反应室12上设有喷枪c5，

所述催化反应室2内设有反应腔、进口b21和出口b22，所述反应腔、进口b21和出口b22之间相互连通，所述水平反应室12的出口a112与催化反应室2的进口b21连接，所述催化反应室2的进口b21处设有热电偶6，所述催化反应室2内腔设有导流板23、稳流板24和scr催化反应器25，所述导流板23为板状体，所述导流板23相对催化反应室2侧壁呈倾斜状设置，所述稳流板23设于导流板24下方，所述scr催化反应器25设于稳流板23下方，所述scr催化反应器25上设有催化剂。

本发明所描述的控制方法是为了实现锅炉的宽负荷脱硝调节，所述折焰角113下方的喷枪a3和折焰角113上方的喷枪b4均设有3层，每层设置10支，每一层喷枪a3和喷枪b4的同等高度均设有热电偶，喷枪a3和喷枪b4的同等高度的热电偶是控制喷枪a3和喷枪b4的投入与退出的，喷枪a3和喷枪b4最佳投入温度是850～1050℃，在锅炉点停炉和低负荷运行时，当热电偶6检测到催化反应室2的进口b21温度低于320℃时，控制喷枪a3投入使用，具体投运哪一层通过每一层喷枪a3上设置的热电偶所检测垂直反应室11的温度决定是否投运该层喷枪，喷入炉膛的还原剂与烟气中的nox进行选择性非催化还原sncr反应，通过烟气sncr脱硝作用，降低nox排放，可保证在锅炉启炉或停炉期间满足nox日均排放值满足环保要求，在锅炉低负荷运行时，可满足nox排放浓度＜100mg/nm³的环保要求，接近于50mg/nm³。

热电偶6测得催化反应室2的进口b21的温度为320-420℃时，控制喷枪b4和喷枪c5的喷射，喷枪b4由哪一层喷射通过每一层喷枪b4上所设置的热点偶检测的温度决定是否投运该层喷枪，并合理选择折焰角113下部的喷枪a3，喷入炉膛的还原剂一部分与烟气中的nox进行选择性非催化还原sncr反应，喷入炉膛的还原剂其余部分热解产生氨气，氨气与含有nox的烟气混合经过导流板23和稳流板24，氨气与含有nox的烟气混合均匀，流经scr催化反应器25，scr催化反应器25内腔设有催化剂，氨气与烟气中的nox在scr催化反应器25内的scr催化剂表面进行选择性催化还原scr反应。

实施例2：与实施例1相比，本实施例的区别在于：还设有控制装置，所述控制装置包含处理器8，所述喷枪a3、喷枪b4、喷枪c5和热电偶6与处理器8连接，所述热电偶6能够检测到催化反应室2的进口b21处的温度，并将信号传输至处理器8，处理器8控制喷枪a3、喷枪b4和喷枪c5的喷射。

实施例3：与实施例1相比，本实施例的区别在于：所述scr催化反应器25在催化反应室2上设有两层。

实施例4：一种煤粉炉宽负荷工况的耦合脱硝方法，通煤粉炉宽负荷工况的耦合脱硝装置脱硝，所述煤粉炉宽负荷工况的耦合脱硝装置的具体结构如下：包括脱硝反应室1和催化反应室2，所述脱硝反应室1包含垂直反应室11和水平反应室12，所述垂直反应室11和水平反应室12均设有反应腔，所述垂直反应室11和水平反应室12的反应腔相互连通，所述垂直反应室11下端部设有进口a111，所述进口a111与垂直反应室11的反应腔连通，所述水平反应室12的上设有出口a112，所述出口a112与水平反应室12的内腔连通，所述垂直反应室11内腔设有折焰角113、喷枪a3和喷枪b4，所述喷枪a3设于折焰角113下方的垂直反应室11侧壁上，所述喷枪b4设于折焰角113上方的垂直反应室11侧壁上，所述水平反应室12上设有喷枪c5，

所述催化反应室2内设有反应腔、进口b21和出口b22，所述反应腔、进口b21和出口b22之间相互连通，所述水平反应室12的出口a112与催化反应室2的进口b21连接，所述催化反应室2的进口b21处设有热电偶6，所述催化反应室2内腔设有导流板23、稳流板24和scr催化反应器25，所述导流板23为板状体，所述导流板23相对催化反应室2侧壁呈倾斜状设置，所述稳流板23设于导流板24下方，所述scr催化反应器25设于稳流板23下方，所述scr催化反应器25上设有催化剂；

具体脱硝步骤如下：

折焰角113下部的sncr喷枪a3布置2层，每层10根喷枪，折焰角113上部的喷枪b4布置2层，每层8根喷枪，补氨喷枪c5左右各1根共2根，还原剂采用尿素溶液，尿素溶液采用压缩空气雾化，单根喷枪a(3)喷射流量为150kg/h，单根喷枪b(4)和喷枪c(5)的喷射流量为124kg/h。

点炉—正常运行阶段：

锅炉点火3小时，垂直反应室11入口烟气温度178℃，投运折焰角113下部的sncr喷枪a3，共计10根喷枪，投运5％尿素溶液量0.17t/h，nox排放浓度＜200mg/nm³。

锅炉大于270t/h负荷运行，垂直反应室11入口烟气温度360℃时，投运折焰角113上部的喷枪b4和补氨喷枪c5，共计10根喷枪，投运5％尿素溶液量0.47t/h，nox排放浓度＜50mg/nm³。

在锅炉点火3小时至锅炉运行至270t/h负荷期间，不断调整喷枪的投运方式，均能保证nox排放浓度＜100mg/nm³，接近＜50mg/nm³。

正常运行—停炉阶段：

锅炉大于270t/h负荷运行，垂直反应室11入口烟气温度360℃时，投运折焰角113上部的喷枪b4和补氨喷枪c5。共计10根喷枪，投运50％尿素溶液量0.47t/h，nox排放浓度＜50mg/nm³。

锅炉200t/h负荷运行时，垂直反应室11入口烟气温度310℃，投运折焰角113下部的sncr喷枪a2的上层，共计10根喷枪，投运5％尿素溶液量0.12t/h，nox排放浓度＜65mg/nm³。

锅炉100t/h负荷运行时，垂直反应室11入口烟气温度265℃，投运折焰角4下部的sncr喷枪2，共计10根喷枪，投运50％尿素溶液量0.14t/h，nox排放浓度＜90mg/nm³。

在锅炉正常运行至100t/h负荷期间，不断调整喷枪的投运方式，均能保证nox排放浓度＜100mg/nm³，接近＜50mg/nm³。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本发明的保护范围。