一种多级喷氨高效SNCR脱硝系统及方法与流程

本发明涉及锅炉结构优化和sncr脱硝装置的多级布设，具体为一种多级喷氨高效sncr脱硝系统及方法。

背景技术

随着国家环保标准的不断提高，电站锅炉所面临的环保压力越来越大。2014年发布的《煤电节能减排升级与改造计划(2014-2020年)》要求东部地区11省、中部地区8省的新建机组氮氧化物排放量达到超低排放标准(50mg/m³)。单纯依靠低氮燃烧技术，并不能满足环保要求，亟需寻求一种高效且经济的烟气脱硝方案。

目前工业上常用的烟气脱硝技术主要scr烟气脱硝法以及sncr烟气脱硝法。其中sncr烟气脱硝技术无需催化剂的作用，将尿素等氨基还原剂喷入炉内温度为850℃～1100℃的区域内，即可将烟气中的氮氧化物还原成氮气和水，具有占地少、投资小、运行成本低、系统简单和对锅炉运行影响小等优点，可与其他低氮燃烧技术联合应用，以满足氮氧化物超低排放的要求。然而随着机组容量增加，炉膛尺寸和机组负荷变化范围扩大，增加了反应温度窗口与还原剂均匀混合的控制难度，致使脱硝效率降低，目前sncr技术的脱硝效率只能达到20％～50％左右，有待进一步提高。

sncr的脱硝效率受温度、co浓度、停留时间、还原剂混合效果、nox初值、nsr、燃烧条件、氨逃逸等因素的影响，其中温度、停留时间及混合效果是三个主要影响因素。为使sncr脱硝还原剂喷入合适的温度区间，并提高脱硝还原剂在适宜温度区间内的停留时间，相关研究提出了不同的控制方法，如中国专利cn201710971521.5公开的一种两级sncr脱硝系统及方法，通过在折焰角后水平烟道处串联布置两级旋风分离器，两个旋风分离器前分别布置的第一级sncr脱硝反应器和第二级sncr脱硝反应器，有效的增加了还原剂的炉内停留时间，提高还原剂与烟气的混合效果，从而提高了脱硝效率。又如中国专利cn201621054694.8公开的一种火电厂w型锅炉sncr脱硝系统，通过分别在w型锅炉水平烟道区域的长喷枪、在w型锅炉折焰角区域分多层设置的多个短喷枪，并根据所检测的温度分布信号实时调整每支长喷枪尿素溶液流量，保证了喷入的脱硝还原剂处于最佳反应区间，从而提高了脱硝效率。然而以上方法变负荷调节能力较差，不能满足机组频繁调峰的需要。

技术实现要素：

针对现有sncr脱硝技术中存在的问题，本发明提供一种多级喷氨高效sncr脱硝系统及方法，结构简单，设计合理，sncr呈多级布设，还原剂在炉膛适宜温度区间内的停留时间长，不同负荷(30％-100％)下保证较高的脱硝效率，具有可观的经济及环保效益。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种多级喷氨高效sncr脱硝系统，包括锅炉和还原剂储罐；

所述锅炉顶部出烟口设置有加长水平烟道，锅炉侧壁上设置有第一级sncr脱硝反应器，锅炉折焰角上方设置有第二级sncr脱硝反应器，锅炉水平烟道入口设置有第三级sncr脱硝反应器；第二级sncr脱硝反应器两端设置有屏式过热器和第一级高温过热器，第三级sncr脱硝反应器两端设置有第一级高温过热器和第二级高温过热器；

所述还原剂储罐出口分别通过管路和控制阀与第一级sncr脱硝反应器、第二级sncr脱硝反应器和第三级sncr脱硝反应器连接。

优选的，第二级sncr脱硝反应器后与第一级高温过热器之间，以及第三级sncr脱硝反应器后与第二级高温过热器之间，均设置有脱硝反应空间，脱硝反应空间所处的烟道内无受热面布置。

优选的，第二级sncr脱硝反应器设置有6支长喷枪，由高到低分三层布置，每层前后墙对称各布置一支；第三级sncr脱硝反应器布置4支长喷枪，由高到低分层布置，每层左右墙对称各布置一支。

优选的，还原剂储罐出口依次连接总控制阀、混合器和计量模块，再分为三路分别经管路连接控制阀。

优选的，所述锅炉侧壁上设置有低氮燃烧器，锅炉折焰角上方设置有第一级高温过热器，水平烟道内设置有第二级高温过热器及再热器，尾部竖直烟道内依次布置省煤器和空气预热器。

优选的，所述还原剂储罐出口分为三路，一路通过一级控制阀与第一级sncr脱硝反应器连接，另一路通过二级控制阀与第二级sncr脱硝反应器连接，最后一路通过三级控制阀与第三级sncr脱硝反应器连接。

一种多级喷氨高效sncr脱硝方法，基于上述任意一项的脱硝系统，包括如下步骤，

步骤1，检测机组负荷状态，根据机组负荷状态选择三级脱硝反应器的工作组合；若负荷为50％-100％时，转步骤2，若负荷为30％-50％时，转步骤3；

步骤2，打开第二级sncr脱硝反应器和第三级sncr脱硝反应器，向锅炉折焰角上方和水平烟道内喷氨；

步骤3，打开第一级sncr脱硝反应器和第二级sncr脱硝反应器，向锅炉内和锅炉折焰角上方喷氨。

优选的，当负荷为50％-100％时，此时第二级sncr脱硝反应器入口温度为1000-1100℃，第三级sncr脱硝反应器入口温度为900-950℃之间，两级喷枪的喷氨量根据锅炉负荷确定后通过二级控制阀和三级控制阀控制；当负荷为30％-50％时，此时第一级sncr脱硝反应器入口温度为1000-1100℃之间，第二级sncr脱硝反应器入口温度为900-950℃之间，两级喷枪的喷氨量根据锅炉负荷确定后通过一级控制阀和二级控制阀控制。

优选的，步骤2中，两级喷枪的喷氨量分别由锅炉负荷通过控制阀和控制阀控制；

步骤3中，两级喷枪的喷氨量分别由锅炉负荷通过控制阀和控制阀控制。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过设置有三级sncr脱硝反应器，通过还原剂储罐出口分为三路分别连接有控制阀，来控制三级sncr脱硝反应器的喷氨量，能够实现在不同机组负荷下，均可保证三级sncr脱硝反应器中的其中两级所处位置温度为sncr脱硝反应的最佳温度区间，并对烟气进行两次脱硝处理，在机组高负荷时，打开第二级、第三级sncr脱硝反应器，在机组低负荷时，打开第一级、第二级sncr脱硝反应器，可以保证总体sncr脱硝效率始终能够达到80％左右，具有可观的经济及环保效益，适用于宽负荷脱硝。

进一步，第二级sncr脱硝反应器布置在屏式过热器后，第一级高温过热器前，屏式过热器与第一级高温过热器中间留有一定的空间，此空间烟道内不布置任何受热面。第三级sncr脱硝反应器布置在高温过热器中间，将部分高温过热器后移，使高温过热器分成两级，且两级高温过热器中间留有一定的空间，此空间烟道内不布置任何受热面。通过以上布设，锅炉水平烟道总体延长，增长了还原剂与烟气在不设置受热面的空间内混合的停留时间，约0.5s-1s，从而保证了脱硝效率、降低了氨逃逸。

进一步，锅炉放置第二级sncr脱硝反应器和第三级sncr脱硝反应器后烟道内均不布置任何受热面，以保证还原剂喷入区域温度一直维持在sncr脱硝反应的最佳温度区间内，从而提高sncr脱硝效率。

进一步，第二级sncr脱硝反应器布置6支长喷枪，由高到低分三层布置，每层前后墙对称各布置一支；第三级sncr脱硝反应器布置4支长喷枪，由高到低分层布置，每层左右墙对称各布置一支。通过以上布设，能够保证还原剂覆盖整个水平烟道，使还原剂与烟气的混合更加均匀，从而提高了脱硝效率。

附图说明

图1为本发明所述多级喷氨高效sncr脱硝系统示意图。

图中：1-还原剂储罐；2-总控制阀；3-混合器；4-计量模块；5-一级控制阀；6-低氮燃烧器；7-第一级sncr脱硝反应器；8-屏式过热器；9-第二级sncr脱硝反应器；10-二级控制阀；11-三级控制阀；12-第三级sncr脱硝反应器；13-第一级高温过热器；14-第二级高温过热器；15-再热器；16-省煤器；17-空气预热器。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1所示，本发明在锅炉侧壁上设置有第一级sncr脱硝反应器7，锅炉折焰角上方，锅炉折焰角上方设置有第二级sncr脱硝反应器9，锅炉水平烟道入口设置有第三级sncr脱硝反应器12，还原剂储罐1出口依次连接控制阀2、混合器3和计量模块4，再分为三路分别连接有一级控制阀5、二级控制阀10和三级控制阀11，且分别与第一级sncr脱硝反应器7、第二级sncr脱硝反应器9和第三级sncr脱硝反应器12连接，三级sncr脱硝反应器的喷氨量均由机组负荷进行控制，再均匀分配到每一支喷枪。设置三级sncr脱硝反应器，能够实现在不同机组负荷下，均可保证三级sncr脱硝反应器中的其中两级所喷还原剂所处位置温度为sncr脱硝反应的最佳温度区间，并对烟气进行两次脱硝处理。比如在机组满负荷时，打开第二级、第三级脱硝反应器，此时第二级sncr脱硝反应器9处的烟气温度大概在1050-1100℃，脱硝效率约50％；进入第三级sncr脱硝反应器12的温度大概在900-950℃，脱硝效率约60％，最终使总体sncr脱硝效率达到80％左右。低负荷(50％负荷)时，打开第一级、第二级sncr脱硝反应器，此时第一级sncr脱硝反应器7所处位置的烟气温度大概在1050-1100℃，脱硝效率约50％；进入第二级sncr脱硝反应器9的温度大概在900-950℃，脱硝效率约60％，最终使总体sncr脱硝效率达到80％左右。通过以上方案，可最终实现不同负荷下脱硝效率均达到80％。

锅炉侧壁上设置有低氮燃烧器6，锅炉顶部设置有屏式过热器8，折焰角上方布置有第一级高温过热器13，水平烟道内依次布置有第二级高温过热器14和再热器15，尾部竖直烟道内依次布置省煤器16和空气预热器17。

水平烟道布置的第二级、第三级脱硝反应器采用长喷枪。第二级sncr脱硝反应器9布置6支长喷枪，由高到低分三层布置，每层前后墙对称各布置一支；第三级sncr脱硝反应器12布置4支长喷枪，由高到低分层布置，每层前后墙对称各布置一支。通过以上布设，能够保证还原剂覆盖整个水平烟道，使还原剂与烟气的混合更加均匀，从而提高了脱硝效率。

第二级sncr脱硝反应器9布置在屏式过热器8后，第一级高温过热器前13，第二级sncr脱硝反应器9后与第一级高温过热器13之间留有一定的空间，增长了还原剂与烟气混合的停留时间，约0.5-1s，以保证足够长的停留时间；且此空间烟道内不布置任何受热面，以保证还原剂喷入区域温度一直维持在sncr脱硝反应的最佳温度区间内，从而提高sncr脱硝效率。

第三级sncr脱硝反应器12布置在高温过热器中间，将部分高温过热器后移，使高温过热器被分成两级，分别为第一级高温过热器13和第二级高温过热器14，两级过热器中间布置有第三级sncr脱硝反应器12，第三级sncr脱硝反应器12后留有一定的空间，增长了还原剂与烟气混合0.5s-1s的停留时间，以保证足够长的停留时间；且此空间烟道内不布置受热面，以保证还原剂喷入区域温度一直维持在sncr脱硝反应的最佳温度区间内，从而提高sncr脱硝效率。

通过以上布设，使锅炉水平烟道总体延长，增大了还原剂与烟气混合的停留时间，从而保证了脱硝效率、降低了氨逃逸。

以下为本发明所述系统的操作方法；

步骤1，检测机组负荷状态，根据机组负荷状态选择三级脱硝反应器的工作组合；若负荷为50％-100％时，此时第二级sncr脱硝反应器入口温度约为1000-1100℃之间，第三级sncr脱硝反应器入口温度约为900-950℃之间，转步骤2，若负荷为30％-50％时，此时第一级sncr脱硝反应器入口温度约为1000-1100℃之间，第二级sncr脱硝反应器入口温度约为900-950℃之间转步骤3；

步骤2，打开第二级sncr脱硝反应器9和第三级sncr脱硝反应器12，向锅炉折焰角上方和水平烟道内喷氨，两级喷枪的喷氨量由锅炉负荷确定并通过二级控制阀10和三级控制阀11控制；

步骤3，打开第一级sncr脱硝反应器7和第二级sncr脱硝反应器9向锅炉内和锅炉折焰角上方喷氨，两级喷枪的喷氨量由锅炉负荷确定并通过一级控制阀5和二级控制阀10控制。