一种多级反应装置的脱硝系统及其工作方法与流程

本发明涉及一种多级反应装置的脱硝系统及其工作方法，属于工业废气净化环保及能源领域。

背景技术：

scr烟气脱硝技术以其稳定、高效等优点被我国绝大多数燃煤发电厂脱硝工程所采用，一般脱硝效率能达到80%以上。随着我国燃煤电厂超低排放改造的大力推进，要求nox排放浓度不高于50mg/m³，部分地区如河北省出台的冀气领办[2018]156号文指出燃煤电厂锅炉深度减排验收标准为在基准氧含量6%的条件下，氮氧化物排放浓度参照不高于30mg/nm³（w型火焰炉膛燃煤发电锅炉氮氧化物排放浓度不高于50mg/nm³），相应脱硝效率往往要求达到90%以上甚至更高，仅仅增大喷氨量来提高脱硝效率往往会伴随着氨逃逸超标导致硫酸氢铵生成，对脱硝装置和下游设备安全稳定运行危害较大，且高脱硝效率所要求的精细化流场均匀度实际控制难度较高。同时，鉴于当前燃煤发电厂普遍面临运行时间少、负荷低等严峻形势，预计在今后很长时期燃煤电厂将保持在低负荷运行态势，由此带来的负荷低烟温低导致脱硝无法投运或脱硝效率跟不上，最终导致环保超标风险大大提高，影响脱硝装置运行的稳定性和可靠性。

现有技术中，cn105771646a公开了一种用于scr脱硝的双室反应器，通过在两个脱硝反应器之间共壁板连接实现并列布置来解决脱硝板块垂直空间不足的问题，但由于其只有一级喷氨格栅，无法做到高脱硝效率所要求的精细化流场均匀度，且此种布置反应器底部更容易积灰，另外反应器此种布置，当机组运行时双室反应器必须同步运行，而且当机组低负荷运行时，因烟温低导致脱硝装置无法投运的风险无法避免。

现有技术中，cn107694305a公开了一种双级反应器串联的scr脱硝系统及其工作方法，通过将两级反应器串联倒u型布置且每级反应器前设置一级喷氨混合装置，能够实现nox高效脱除和避免传统scr脱硝技术常见的积灰磨损问题，但由于两级串联反应器之间仅通过设置导流板来调节二级反应器流场，而此种布置往往两级反应器相连烟道较短，无法对二级反应器流场进行充分优化，另外此类反应器串联布置，当机组运行时必须两级反应器同步运行且当机组低负荷运行时，因烟温低导致脱硝装置无法投运的风险也无法避免。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理，高效可靠，满足燃煤电厂烟气nox超低排放甚至更低排放所要求的高脱硝效率和低负荷运行的多级反应装置的脱硝系统及其工作方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种多级反应装置的脱硝系统，其特征在于：包括锅炉、省煤器、省煤器灰斗、一级挡板门调节装置、一级喷氨混合装置、二级挡板门调节装置、二级喷氨混合装置、还原剂供应系统、一级脱硝反应器、二级脱硝反应器、空预器、除尘装置、脱硫装置、三级挡板门调节装置、四级挡板门调节装置、等离子体脱硝装置和烟囱；所述锅炉与省煤器连通，且省煤器灰斗设置在省煤器的下方，所述省煤器分别与一级脱硝反应器、二级脱硝反应器连通，且在省煤器和一级脱硝反应器之间设置一级挡板门调节装置和一级喷氨混合装置，在省煤器和二级脱硝反应器之间设置二级挡板门调节装置和二级喷氨混合装置，所述还原剂供应系统分别与一级喷氨混合装置、二级喷氨混合装置连接，所述一级脱硝反应器和二级脱硝反应器均与空预器连通，且空预器、除尘装置和脱硫装置依次连通，所述脱硫装置一路直接与烟囱连接，且四级挡板门调节装置设置在脱硫装置的出口和烟囱的入口之间，所述脱硫装置另一路通过等离子体脱硝装置与烟囱连通，且三级挡板门调节装置设置在脱硫装置出口和等离子体脱硝装置入口之间。

本发明所述一级脱硝反应器和二级脱硝反应器为并联布置。

本发明所述一级挡板门调节装置设置在一级喷氨混合装置的进口处，所述二级挡板门调节装置设置在二级喷氨混合装置的进口处。

本发明所述一级喷氨混合装置设置在一级脱硝反应器的进口处，所述二级喷氨混合装置设置在二级脱硝反应器的进口处。

本发明所述一级脱硝反应器的尺寸按100%设计烟气量进行设计，所述二级脱硝反应器的尺寸按100%设计烟气量进行设计。

一种多级反应装置的脱硝系统的工作方法，其特征在于：所述工作方法如下：烟气从锅炉排出后，首先进入省煤器，经省煤器灰斗除灰；

当一级挡板门调节装置开启、二级挡板门调节装置关闭、三级挡板门调节装置关闭且四级挡板门调节装置开启时，烟气经过一级挡板门调节装置进入一级喷氨混合装置，在烟道内与一级喷氨混合装置喷出的氨气混合之后进入一级脱硝反应器，经过脱硝反应后的烟气进入空预器，再依次经过除尘装置、脱硫装置和四级挡板门调节装置后排入烟囱；

当一级挡板门调节装置开启、二级挡板门调节装置关闭、三级挡板门调节装置开启且四级挡板门调节装置关闭时，烟气经过一级挡板门调节装置进入一级喷氨混合装置，在烟道内与一级喷氨混合装置喷出的氨气混合之后进入一级脱硝反应器，经过脱硝反应后的烟气进入空预器，再依次经过除尘装置、脱硫装置、三级挡板门调节装置和等离子体脱硝装置后排入烟囱；

当一级挡板门调节装置关闭、二级挡板门调节装置开启、三级挡板门调节装置关闭且四级挡板门调节装置开启时，烟气经过二级挡板门调节装置进入二级喷氨混合装置，在烟道内与二级喷氨混合装置喷出的氨气混合之后进入二级脱硝反应器，经过脱硝反应后的烟气进入空预器，再依次经过除尘装置、脱硫装置和四级挡板门调节装置后排入烟囱；

当一级挡板门调节装置关闭、二级挡板门调节装置开启、三级挡板门调节装置开启且四级挡板门调节装置关闭时，烟气经过二级挡板门调节装置进入二级喷氨混合装置，在烟道内与二级喷氨混合装置喷出的氨气混合之后进入二级脱硝反应器，经过脱硝反应后的烟气进入空预器，再依次经过除尘装置、脱硫装置、三级挡板门调节装置和等离子体脱硝装置后排入烟囱；

当一级挡板门调节装置开启、二级挡板门调节装置开启、三级挡板门调节装置关闭且四级挡板门调节装置开启时，一部分烟气经过一级挡板门调节装置进入一级喷氨混合装置，在烟道内与一级喷氨混合装置喷出的氨气混合之后进入一级脱硝反应器，另一部分烟气经过二级挡板门调节装置进入二级喷氨混合装置，在烟道内与二级喷氨混合装置喷出的氨气混合之后进入二级脱硝反应器，经过脱硝反应后的烟气进入空预器，再依次经过除尘装置、脱硫装置和四级挡板门调节装置后排入烟囱；

当一级挡板门调节装置开启、二级挡板门调节装置开启、三级挡板门调节装置开启且四级挡板门调节装置关闭时，一部分烟气经过一级挡板门调节装置进入一级喷氨混合装置，在烟道内与一级喷氨混合装置喷出的氨气混合之后进入一级脱硝反应器，另一部分烟气经过二级挡板门调节装置进入二级喷氨混合装置，在烟道内与二级喷氨混合装置喷出的氨气混合之后进入二级脱硝反应器，经过脱硝反应后的烟气进入空预器，再依次经过除尘装置、脱硫装置、三级挡板门调节装置和等离子体脱硝装置后排入烟囱。

其中，一级喷氨混合装置和二级喷氨混合装置的氨气均由还原剂供应系统提供。

本发明通过监测机组负荷、省煤器出口烟气量、烟气温度、nox浓度，以及空预器入口nox浓度、氨逃逸浓度和脱硫装置出口nox浓度，控制一级挡板门调节装置、二级挡板门调节装置、三级挡板门调节装置和四级挡板门调节装置的开度，调节含nox烟气进入一级脱硝反应器、二级脱硝反应器和等离子体脱硝装置的比例，调节一级喷氨混合装置和二级喷氨混合装置的喷氨量、等离子体脱硝装置用电量，控制一级脱硝反应器、二级脱硝反应器和等离子体脱硝装置的脱硝效率。

本发明所述一级脱硝反应器中的一级脱硝催化剂适用烟温为320-420℃；所述二级脱硝反应器中的二级脱硝催化剂适用烟温为250-420℃。

本发明所述等离子体脱硝装置的入口烟气温度为100-140℃；所述等离子体脱硝装置的入口nox浓度适用范围为50-200mg/m³。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：通过两级脱硝反应器尺寸按100%设计烟气量设计并列布置，能满足锅炉各种负荷工况下烟气量的要求，通过调节挡板门开度、喷氨混合装置喷氨量和等离子脱硝装置用电量可以灵活切换控制参与脱硝反应的脱硝反应器和等离子体脱硝装置，可大大提高现有脱硝效率满足燃煤电厂烟气nox超低排放甚至更低排放要求，而且当机组负荷低导致烟气温度低于脱硝装置最低喷氨温度时可切换至二级脱硝反应器，通过二级脱硝催化剂实现脱硝装置正常投运避免nox超标排放。相比现有技术，本发明具有系统流程简单，操作灵活，可操作性强，脱硝效率高，能耗少，成本低，且能解决因机组负荷低烟温低导致脱硝无法投运进而造成nox超标排放的风险问题等优点，应用前景广泛。

附图说明

图1是本发明实施例中一级脱硝反应器的工作结构示意图。

图2是本发明实施例中二级脱硝反应器的工作结构示意图。

图3是本发明实施例的整体结构示意图。

图中：锅炉1、省煤器2、省煤器灰斗3、一级挡板门调节装置4、一级喷氨混合装置5、一级脱硝反应器6、二级挡板门调节装置7、二级喷氨混合装置8、二级脱硝反应器9、还原剂供应系统10、空预器11、除尘装置12、脱硫装置13、三级挡板门调节装置14、四级挡板门调节装置15、等离子体脱硝装置16、烟囱17。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1至图3，本实施例中的多级反应装置的脱硝系统，包括锅炉1、省煤器2、省煤器灰斗3、一级挡板门调节装置4、一级喷氨混合装置5、二级挡板门调节装置7、二级喷氨混合装置8、还原剂供应系统10、一级脱硝反应器6、二级脱硝反应器9、空预器11、除尘装置12、脱硫装置13、三级挡板门调节装置14、四级挡板门调节装置15、等离子体脱硝装置16和烟囱17。

锅炉1与省煤器2连通，且省煤器灰斗3设置在省煤器2的下方，省煤器2分别与一级脱硝反应器6、二级脱硝反应器9连通，且在省煤器2和一级脱硝反应器6之间设置一级挡板门调节装置4和一级喷氨混合装置5，在省煤器2和二级脱硝反应器9之间设置二级挡板门调节装置7和二级喷氨混合装置8，还原剂供应系统10分别与一级喷氨混合装置5、二级喷氨混合装置8连接，一级脱硝反应器6和二级脱硝反应器9均与空预器11连通，且空预器11、除尘装置12和脱硫装置13依次连通，脱硫装置13一路直接与烟囱17连接，且四级挡板门调节装置15设置在脱硫装置13的出口和烟囱17的入口之间，脱硫装置13另一路通过等离子体脱硝装置16与烟囱17连通，且三级挡板门调节装置14设置在脱硫装置13出口和等离子体脱硝装置16入口之间。

本实施例中，一级脱硝反应器6和二级脱硝反应器9为并联布置。

本实施例中，一级挡板门调节装置4设置在一级喷氨混合装置5的进口处，二级挡板门调节装置7设置在二级喷氨混合装置8的进口处。

本实施例中，一级喷氨混合装置5设置在一级脱硝反应器6的进口处，二级喷氨混合装置8设置在二级脱硝反应器9的进口处。

本实施例中，一级脱硝反应器6的尺寸按100%设计烟气量进行设计，二级脱硝反应器9的尺寸按100%设计烟气量进行设计。

多级反应装置的脱硝系统的工作方法如下：烟气从锅炉1排出后，首先进入省煤器2，经省煤器灰斗3除灰；

当一级挡板门调节装置4开启、二级挡板门调节装置7关闭、三级挡板门调节装置14关闭且四级挡板门调节装置15开启时，烟气经过一级挡板门调节装置4进入一级喷氨混合装置5，在烟道内与一级喷氨混合装置5喷出的氨气混合之后进入一级脱硝反应器6，经过脱硝反应后的烟气进入空预器11，再依次经过除尘装置12、脱硫装置13和四级挡板门调节装置15后排入烟囱17；

当一级挡板门调节装置4开启、二级挡板门调节装置7关闭、三级挡板门调节装置14开启且四级挡板门调节装置15关闭时，烟气经过一级挡板门调节装置4进入一级喷氨混合装置5，在烟道内与一级喷氨混合装置5喷出的氨气混合之后进入一级脱硝反应器6，经过脱硝反应后的烟气进入空预器11，再依次经过除尘装置12、脱硫装置13、三级挡板门调节装置14和等离子体脱硝装置16后排入烟囱17；

当一级挡板门调节装置4关闭、二级挡板门调节装置7开启、三级挡板门调节装置14关闭且四级挡板门调节装置15开启时，烟气经过二级挡板门调节装置7进入二级喷氨混合装置8，在烟道内与二级喷氨混合装置8喷出的氨气混合之后进入二级脱硝反应器9，经过脱硝反应后的烟气进入空预器11，再依次经过除尘装置12、脱硫装置13和四级挡板门调节装置15后排入烟囱17；

当一级挡板门调节装置4关闭、二级挡板门调节装置7开启、三级挡板门调节装置14开启且四级挡板门调节装置15关闭时，烟气经过二级挡板门调节装置7进入二级喷氨混合装置8，在烟道内与二级喷氨混合装置8喷出的氨气混合之后进入二级脱硝反应器9，经过脱硝反应后的烟气进入空预器11，再依次经过除尘装置12、脱硫装置13、三级挡板门调节装置14和等离子体脱硝装置16后排入烟囱17；

当一级挡板门调节装置4开启、二级挡板门调节装置7开启、三级挡板门调节装置14关闭且四级挡板门调节装置15开启时，一部分烟气经过一级挡板门调节装置4进入一级喷氨混合装置5，在烟道内与一级喷氨混合装置5喷出的氨气混合之后进入一级脱硝反应器6，另一部分烟气经过二级挡板门调节装置7进入二级喷氨混合装置8，在烟道内与二级喷氨混合装置8喷出的氨气混合之后进入二级脱硝反应器9，经过脱硝反应后的烟气进入空预器11，再依次经过除尘装置12、脱硫装置13和四级挡板门调节装置15后排入烟囱17；

当一级挡板门调节装置4开启、二级挡板门调节装置7开启、三级挡板门调节装置14开启且四级挡板门调节装置15关闭时，一部分烟气经过一级挡板门调节装置4进入一级喷氨混合装置5，在烟道内与一级喷氨混合装置5喷出的氨气混合之后进入一级脱硝反应器6，另一部分烟气经过二级挡板门调节装置7进入二级喷氨混合装置8，在烟道内与二级喷氨混合装置8喷出的氨气混合之后进入二级脱硝反应器9，经过脱硝反应后的烟气进入空预器11，再依次经过除尘装置12、脱硫装置13、三级挡板门调节装置14和等离子体脱硝装置16后排入烟囱17。

一级喷氨混合装置5和二级喷氨混合装置8的氨气均由还原剂供应系统10提供。

通过监测机组负荷、省煤器2出口烟气量、烟气温度、nox浓度，以及空预器11入口nox浓度、氨逃逸浓度和脱硫装置13出口nox浓度，控制一级挡板门调节装置4、二级挡板门调节装置7、三级挡板门调节装置14和四级挡板门调节装置15的开度，调节含nox烟气进入一级脱硝反应器6、二级脱硝反应器9和等离子体脱硝装置16的比例，调节一级喷氨混合装置5和二级喷氨混合装置8的喷氨量、等离子体脱硝装置16用电量，控制一级脱硝反应器6、二级脱硝反应器9和等离子体脱硝装置16的脱硝效率。

一级脱硝反应器6中的一级脱硝催化剂适用烟温为320-420℃；二级脱硝反应器9中的二级脱硝催化剂适用烟温为250-420℃。

等离子体脱硝装置16的入口烟气温度为100-140℃；等离子体脱硝装置16的入口nox浓度适用范围为50-200mg/m³。

脱硝催化剂型式、体积量以及布置层数可根据烟气条件及性能要求核算确定。

将两级脱硝反应器和等离子体脱硝装置16有机并联，既相互独立，又相互协作，通过两级脱硝反应器尺寸按100%设计烟气量设计并列布置，能满足锅炉1各种负荷工况下烟气量的要求，通过调节挡板门开度、喷氨混合装置喷氨量和等离子脱硝装置16用电量能灵活切换控制参与脱硝反应的脱硝反应器和等离子体脱硝装置16，可大大提高现有脱硝效率满足燃煤电厂烟气nox超低排放甚至更低排放要求，而且当机组负荷低导致烟气温度低于脱硝装置13最低喷氨温度时可切换至二级脱硝反应器9，通过二级脱硝催化剂实现脱硝装置13正常投运，避免nox超标排放。相比现有技术，本实施例具有系统流程简单，操作灵活，可操作性强，脱硝效率高，能耗少，成本低，且能解决因机组负荷低烟温低导致脱硝无法投运进而造成nox超标排放的风险问题等优点，应用前景广泛。

虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。