一种用于罐式炉的烟气脱硝装置及其脱硝方法与流程

本发明涉及一种用于罐式炉的烟气脱硝装置及其脱硝方法。

背景技术：

全球环境治理领域中控制氮氧化物污染、防治酸雨危害的主要措施为烟气脱硝，烟气脱硝主要指从烟气中去除氮氧化物，烟气脱硝工艺一般分为选择性催化还原脱硝技术scr法、选择性非催化还原技术sncr法以及sncr+scr组合法，其主要原理为：

1、选择性催化还原脱硝技术(scr)

选择性催化还原烟气脱硝技术，在300～400℃烟气温度和催化剂作用下，气态氨基还原剂(液氨、氨水、尿素制备成气态氨)喷入烟气中，与烟气中的nox发生还原反应，生成无害的n2和h2o(式1至式4)；scr技术是目前最成熟的深度烟气脱硝技术，脱硝效率最高可达95％；

4no+4nh3+o2→4n2+6h2o(式1)

6no+4nh3→5n2+6h2o(式2)

6no2+8nh3→7n2+12h2o(式3)

2no2+4nh3+o2→3n2+6h2o(式4)

scr是电站锅炉普遍采用的深度烟气脱硝技术；

2、选择性非催化还原技术(sncr)

sncr技术是利用机械式喷枪将氨基还原剂(如氨气、氨水、尿素)溶液雾化成液滴喷入炉膛，热解生成气态nh3，在950～1050℃温度区域(通常为锅炉对流换热区)和没有催化剂的条件下，nh3与nox进行选择性非催化还原反应，将nox还原成n2与h2o；其主要的化学反应为：

氨4no+4nh3+o2→4n2+6h2o

尿素2no+(nh2)2co+1/2o2→2n2+2h2o+co2

sncr工艺反应温度范围狭窄，对于煤种和负荷变化的适应性很差，且对喷氨量控制有一定限制，故sncr的脱硝效率较低，一般在50％以下，且随锅炉负荷变化较大；

sncr工艺投资成本低，运行成本低，特别适合小容量锅炉的使用；

3、sncr/scr混合烟气脱硝技术

sncr/scr混合烟气脱硝技术是sncr与scr技术的结合体，在850～1100℃温度窗口，将脱硝还原剂喷入炉膛，先把部分nox还原成n2，烟气中剩余的nox及没有反应的nh3进入内置烟道型scr反应区，在催化剂的作用下进一步完成脱硝还原反应；该技术可有效减少scr工艺的催化剂使用量，脱硝效率约50～60％，主要适用于脱硝效率要求不高、单纯sncr无法满足、或者难以布置scr装置的情况；

以上几种烟气脱硝工艺均存在一定缺陷性，具体如下：

scr在运行过程系统阻力本身偏大，加之烟气中的粘性粉尘粘接催化剂表面，既影响脱硝效果，又影响了流通面积，进一步增加系统阻力，严重影响正常生产，并增加电耗，无论是技术适应性还是经济性均不理想；

sncr在锅炉前置烟道上安装喷咀，喷洒氨水，前轩烟道长度不足3米，脱硝反应空间与时间都不满足要求；

sncr/scr混合烟气脱硝技术目前主要应用在电厂废气处理中；

用于生产煅后石油焦的生产线通常需设置多组、多台罐式炉，生产过程中的废热烟气经废热吸收后需经脱硫、除尘后达标排放，随着国家环保标准的日益提高，氮氧化物排放浓度标准也愈来愈严，传统烟气脱硝工艺不能满足日益严格的排放标准要求，烟气中的粘性粉尘易超标，另外增加除尘设备也没有足够的设备空间；而罐式炉烟气温度通常高达800--1100℃，炉道一般采用耐火材料制成，由于烟道内径较小，采用sncr喷枪直接喷射氨水溶液工艺，溶液极易喷到烟道内壁上，使耐火材料表面温度急速下降，造成耐火材料的损坏，同时罐式炉烟气含水量高，如果氮氧化物浓度低，还原剂消耗量很少，为保证喷枪效果，喷射的还原剂中氨水浓度被除盐水稀释到5％以下加入到系统中的水分将增大，都会对后续系统造成影响，现有技术中应用于电厂废气处理的sncr/scr混合烟气脱硝技术受到设备布局、工艺流程、场地空间等因素制约，也不能直接应用于设备繁多的罐式炉生产线废气处理。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够提高脱硝效率并减少氨逃逸，解决罐式炉生产线氮氧化物达标排放，不影响烟道寿命，用于罐式炉的烟气脱硝装置及其脱硝方法。

本发明用于罐式炉的烟气脱硝装置，包括由多台罐式煅烧炉组合构成的、用于生产煅后石油焦的生产线，每台煅烧炉出口通过烟道连接至余热锅炉的高温过热器，其特征在于：每台煅烧炉连接至余热锅炉的烟道上至少设置有一个还原剂加入点，还原剂为20％氨水；所述氨水储存于氨水储罐内，氨水储罐入口连接有自动氨水卸料装置，氨水储罐出口经氨水供应泵连接有一氨水汽化器，氨水汽化器出口通过混合气输送管道经喷氨格栅连接至烟道上的还原剂加入点，混合气输送管道上设置有混合器，混合器还连接有稀释风机；

氨水储罐一侧顶部入口通过管道连接至自动氨水卸料装置，同时还连接有工艺水输送管道；氨水储罐另一侧侧壁下部出口经氨水供应泵连接至氨水汽化器壁部的氨水入口，氨水供应泵连接有压力控制回路；

氨水供应泵包括有三台全流量的多级离心泵，三台离心泵并联连接在氨水储罐与氨水汽化器之间；

氨水汽化器底部设置有蒸汽入口，蒸汽入口连接有低压饱和蒸汽输送管道，氨水气化器顶部一侧设置有氨水汽出口，氨水汽出口通过输送管道连接至混合器；氨水汽化器本体设置有位于下部的蒸发器区，和位于上部的缓冲区，蒸发器区内部设置有列管式换热管，换热管一端连接至氨水气化器壁部的氨水入口，另一端连接至氨水气出口，使得换热管的管程构成氨水流通通道，氨水汽化器壳程构成低压饱和蒸汽流通空间；

氨水气化器底部一侧设置有氨排放与冲洗水出口，氨排放与冲洗水出口通过废水输送管道连接有废水坑，废水坑通过废水输送管道连接有废水处理装置；氨水汽化器底部另一侧设置有疏水装置；

氨水储罐位于侧壁出口下方的位置也设置有氨排放与冲洗水出口，氨水储罐的氨排放与冲洗水出口也通过废水输送管道连接至废水坑；

稀释风机与混合器之间设置有加热器；

所述氨水汽出口输送至混合器与预热空气混合后的氨气浓度为3～5％(v％)；

所述废水输送管道上设置有废水泵，废水处理装置为余热锅炉的脱硫系统；

所述氨水储罐出口侧顶部还设置有收集管道，收集管道连接至氨水供应泵与氨水汽化器之间管道上；

所述自动氨水卸料装置包括有氨水卸料泵，氨水卸料泵经输送管道连接在运输氨水溶液的槽罐车与氨水储罐之间；

所述氨水储罐为不锈钢材料的立式常压容器，容积为45m³；氨水储罐外部设置有液位计、单吸阀、水封装置、喷淋装置；

所述氨水储罐外部设置有检修操作平台、爬梯走道；

所述离心泵内嵌过滤器、压力仪表，三台离心泵的其中两台为常用离心泵，另一台为备用离心泵；

本发明还涉及使用上述用于罐式炉的烟气脱硝装置进行脱硝的方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步，640台罐式炉分为4组罐式炉组，配备20台余热锅炉吸收废热，每台罐式炉出口通过水平集合烟道连接至余热锅炉的高温过热器，在每条水平集合烟道上均布5～7个还原剂加入点；

第二步，每个还原剂加入点安装sncr喷氨格栅，sncr喷氨格栅依次安装连接混合气输送管道、混合器、加热器、稀释风机、氨水汽化器、氨水供应泵、氨水储罐，以及辅助设施自动氨水卸料装置、收集管道、工艺水输送管道、疏水装置、废水输送管道、废水泵、废水坑、废水处理装置；

第三步，氨水储罐内存储足够量的20％氨水，通过压力控制回路的调节供料泵稳定控制压力，使得压力值保持在适当参数范围内；

第四步，20％氨水由氨水供应泵输送至氨水汽化器，

第五步，输入一定压力的低压饱和蒸汽，氨水汽化器通过低压饱和蒸汽冷凝释放潜热对氨水进行加热汽化，蒸汽通过管道进入蒸发器壳程，冷凝、放热、降温，与管程内的氨水进行换热，氨水吸热、升温、蒸发，变成氨水汽后与稀释风机输送并经电加热器加热后的空气混合成浓度为含3～5％(v％)氨气的混合汽，出混合器后送至sncr喷氨格栅，蒸汽冷凝水经过疏水装置排放；20％的氨水蒸发成氨气/水蒸汽的混合气；

第六步，在氨水储罐温度较高时，经工艺水输送管道添加工艺水吸收/稀释氨气，使储罐内外压力均衡；

第七步，系统停运期间，对氨水流经区的氨水管路进行冲洗，氨水管路的冲洗水经废水输送管道收集到废水坑中，通过废水泵抽送到脱硫系统回收利用；

所述第六步中的工艺水为除盐水、等离子水或者冷凝水，水质满足以下条件：

·总硬度(以caco3表示)<150μg/g

·导电性<250μs/cm

·sio2<15μg/g

·金属物(铁，锌，铅，锰，铬，镍，铜)总量<1μg/g

·钠<5μg/g

·正磷酸盐、砷、汞<1μg/g

·固体悬浮物<10ntu

·硫酸盐<10μg/g

·ph值7～9。

本发明用于罐式炉的烟气脱硝装置及其脱硝方法，在罐式炉的水平集合烟道上均布喷咀，采用20％氨水作为脱硝还原剂，氨水汽化器通过低压饱和蒸汽将氨水蒸发成氨水汽，再与预热空气混合稀释降低氨气的浓度至小于5％。通过喷氨格栅加入到煅烧炉出口烟道的合适位置，能够高脱硝效率并减少氨逃逸，罐式炉生产线氮氧化物达标排放，延长了烟道使用寿命，脱硝过程中的冲洗水可回收利用，不产生任何废水；结构紧凑，工艺简单，占用空间少，成本投入低。

附图说明

图1是本发明实施例用于罐式炉的烟气脱硝装置原理示意图；

图2是本发明实施例用于罐式炉的烟气脱硝装置中氨水蒸发器结构示意图。

具体实施方式

如图所示，一种用于罐式炉的烟气脱硝装置，设备基础为已建成用于生产煅后石油焦生产线的4组罐式炉共计640罐，32罐为一座，合计20座煅烧炉，每台罐式炉出口通过水平集合烟道连接至余热锅炉的高温过热器，罐式炉生产过程中的废热烟气经20台余热锅炉吸收废热后，通过引风机送入两套脱硫装置及湿电除尘去除二氧化硫及粉尘后达标排放；

工艺原理为：

选择性非催化还原法(sncr)烟气脱硝技术是目前主要的烟气脱硝技术之一。在烟气800～1250℃这一狭窄的温度范围内、在无催化剂作用下，nh3或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的nox，基本上不与烟气中的o2作用，据此发展了sncr法。在800～1250℃范围内，nh3或尿素还原nox的主要反应为：

氨为还原剂4nh3+4no+o2→4n2+6h2o

尿素为还原剂co(nh2)2→2hn2+co

nh2+no→n2+h2o

no+co→n2+co2

当温度过高时，部分氨还原剂就会被氧化而生成nox，发生副反应：

4nh3+5o2→4no+6h2o

sncr工艺是一种成熟的脱硝技术，在国内外均有广泛的应用。尤其在小型的燃煤、燃油、燃气机组或工业锅炉及窑炉上，sncr具有其一定的优越性。

主要技术参数及技术要求为：

处理总烟气量：q＝250000nm³/h/台套，共两套；

烟气原始数据由乙方自行检测作为最终设计的依据；

烟气温度：sncr、850℃--1100℃；

采取sncr脱硝工艺方案，sncr脱硝工艺要求脱硝效率不小于50％或nox排放排放浓度小于50mg/m³；

sncr脱硝工艺氨逃逸小于8mg/m³；

氨水储罐容积45m³(满足运输槽罐车要求)，氨区满足安全规范要求；

现场配备2台便携式氮氧化物检测仪和氨逃逸检测仪，2套氮氧化物在线检测仪(利旧)和氨逃逸在线检测仪；

蒸汽参数：压力0.3mpa，温度150℃；

脱硝方案：

本工程脱硝还原剂采用20％氨水。

结合实际情况，本工程采用氨水蒸发器，将氨水蒸发成氨气/蒸汽的混合气体，再经过稀释风的稀释，降低氨气的浓度小于5％。通过喷氨格栅加入到煅烧炉出口烟道的合适位置。

本工程20台煅烧炉配套建设20套sncr脱硝装置，还原剂加入点位于煅烧炉出口与余热锅炉高温过热器之间烟道的合适位。每台煅烧炉设置2～3个加入点。

具体技术结构：

1、氨水制备与存储系统

在已建设备布局与场地条件基础上，借鉴现有技术中的脱硝工艺，还原剂采用20％氨水，氨水储存于氨水储罐内，氨水储罐入口连接自动氨水卸料装置，构成氨水制备与存储系统；

自动氨水卸料装置包括有氨水卸料泵，氨水卸料泵经输送管道连接在运输氨水溶液的槽罐车与氨水储罐之间；氨水采用槽罐车运输至氨水存储区，通过氨水卸料泵输送至氨水储罐。

本期工程共设置1个氨水储罐，氨水储罐容积45m³。氨水储罐为立式常压容器，不锈钢制作。氨水罐介质入口为罐车卸载管线，出口为氨水泵的吸入管线。为了保证氨水罐内有足量的氨水，并且压力适当，氨水罐需要配置液位计、单吸阀、水封装置、喷淋等附属设施。为了便于维护、巡视和操作，氨水罐外需要配置检修操作平台，设置相应的楼梯、爬梯走道等。

2、氨水供应系统

氨水储罐出口经氨水供应泵连接一氨水汽化器，构成一个独立的高流量传输系统，包括三台全流量的多级离心泵，并联连接在氨水储罐与氨水汽化器之间，三台离心泵的其中两台为常用离心泵，另一台为备用离心泵，即二用一备；离心泵内嵌过滤器过滤器和用于远程控制和监测氨水输送及循环系统压力仪表等；

氨水供应泵连接有压力控制回路，用于调节供料泵为氨水汽化装置供应氨水所需的稳定压力，共设置2套。

3、氨水蒸发系统

氨水储罐一侧顶部入口通过管道连接至自动氨水卸料装置，另一侧侧壁下部出口经氨水供应泵连接至氨水汽化器壁部的氨水入口，氨水汽化器底部设置蒸汽入口，蒸汽入口连接低压饱和蒸汽输送管道，氨水汽化器顶部一侧设置氨水气出口，氨水气出口通过混合气输送管道连接至混合器；氨水汽化器本体设置位于下部的蒸发器区，和位于上部的缓冲区，蒸发器区内部设置列管式换热管，换热管一端连接至氨水汽化器壁部的氨水入口，另一端连接至氨水气出口，使得换热管的管程构成氨水流通通道，氨水汽化器壳程构成低压饱和蒸汽流通空间；氨水汽化器出口通过混合气输送管道经喷氨格栅连接至烟道上的还原剂加入点，混合气输送管道上设置混合器；构成氨水蒸发系统；

氨水汽化器通过低压饱和蒸汽冷凝释放潜热对氨水进行加热蒸发，蒸汽通过管道进入氨水汽化器壳程，冷凝、放热、降温，与管程内的氨水进行换热，氨水吸热、升温、蒸发，变成氨气混合气，出氨水汽化器后送至sncr喷氨格栅，蒸汽冷凝水经过疏水后排放。

氨水汽化器本体：设计有下部蒸发器区和上部缓冲区，蒸发器区完成氨水换热、蒸发，内部设置有列管式换热管；缓冲区对氨气混合气起到稳压、缓冲作用，并对冷凝液进行导流回收。

主要控制点：氨水汽化器出口氨气混合气压力、温度，氨水汽化器氨水液位、氨水温度、压力等；调节进口低压饱和蒸汽的投加量，控制出口氨气混合气压力及温度；调节进口氨水投加量，控制氨水汽化器内氨水液位恒定，保证蒸发器有足够的蒸发面积。

本工程本工程氨水汽化器设置2套，每10台煅烧炉共用1套，氨水汽化器就近安装在每煅烧炉中间合适的位置。

4、稀释风系统

混合器还连接稀释风机，构成稀释风系统；

通过一定压力的饱和蒸汽，将20％的氨水蒸发成氨气/水蒸汽的混合气后，再经稀释风机将该混合气氨浓度稀释至3～5％(v％)，通过喷氨格栅进入烟道合适位置进行sncr脱硝反应，以保证系统安全稳定运行，稀释风机设置两台，一用一备；

并在稀释风机与混合器之间设置加热器，对稀释风进行加热，确保脱硝反应效果。

5、给水排水系统及废水处理系统

给水排水系统：

氨水储罐顶部同时还连接工艺水输送管道，氨水汽化器底部一侧设置有氨排放与冲洗水出口，氨排放与冲洗水出口通过废水输送管道连接有废水坑，废水坑通过废水输送管道连接有废水处理装置；氨水汽化器底部另一侧设置有疏水装置；

氨水储罐位于侧壁出口下方的位置也设置有氨排放与冲洗水出口，氨水储罐的氨排放与冲洗水出口也通过废水输送管道连接至废水坑；

氨水储罐出口侧顶部还设置有收集管道，收集管道连接至氨水供应泵与氨水汽化器之间管道上；

氨水存储系统在温度高时，储罐中会发出氨气，此时加水吸收/稀释氨气，使储罐内外压力均衡，保证储罐安全运行。

本发明还涉及使用上述用于罐式炉的烟气脱硝装置进行脱硝的方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步，640台罐式炉分为4组罐式炉组，配备20台余热锅炉吸收废热，每台罐式炉出口通过水平集合烟道连接至余热锅炉的高温过热器，在每条水平集合烟道上均布2～3个还原剂加入点；

第二步，每个还原剂加入点安装sncr喷氨格栅，sncr喷氨格栅依次安装连接混合气输送管道、混合器、加热器、稀释风机、氨水汽化器、氨水供应泵、氨水储罐，以及辅助设施自动氨水卸料装置、收集管道、工艺水输送管道、疏水装置、废水输送管道、废水泵、废水坑、废水处理装置；

第三步，氨水储罐内存储足够量的20％氨水，通过压力控制回路的调节供料泵稳定控制压力，使得压力值保持在适当参数范围内；

第四步，20％氨水由氨水供应泵输送至氨水汽化器，

第五步，输入一定压力的低压饱和蒸汽，、氨水汽化器通过低压饱和蒸汽冷凝释放潜热对氨水进行加热蒸发，蒸汽通过管道进入蒸发器壳程，冷凝、放热、降温，与管程内的氨水进行换热，氨水吸热、升温、蒸发，变成氨气混合气，出氨水汽化器后送至sncr喷氨格栅，蒸汽冷凝水经过疏水装置排放；20％的氨水蒸发成氨气/水蒸汽的混合气；

第六步，在氨水储罐温度较高时，经工艺水输送管道添加工艺水吸收/稀释氨气，使储罐内外压力均衡；

第七步，系统停运期间，对氨水流经区的氨水管路进行冲洗，氨水管路的冲洗水经废水输送管道收集到废水坑中，通过废水泵打到脱硫系统回收利用；

所述第六步中的工艺水为除盐水、等离子水或者冷凝水，水质满足以下条件：

·总硬度(以caco3表示)<150μg/g

·导电性<250μs/cm

·sio2<15μg/g

·金属物(铁，锌，铅，锰，铬，镍，铜)总量<1μg/g

·钠<5μg/g

·正磷酸盐、砷、汞<1μg/g

·固体悬浮物<10ntu

·硫酸盐<10μg/g

·ph值7～9。

设计思路：

1、在罐式炉水平集合烟道均布适宜的氨汽喷咀。

2、罐式炉烟气温度在800--1100℃。炉道采用耐火材料，由于烟道内径较小，采用传统的sncr喷枪喷射氨水溶液的工艺，溶液极易喷到烟道内壁上，使耐火材料表面温度急速下降，造成耐火材料的损坏，同时罐式炉烟气含水量高，如果氮氧化物浓度低，还原剂消耗量很少，为保证喷枪效果，喷射的还原剂中氨水浓度被除盐水稀释到5％以下加入到系统中的水分将增大，都会对后续系统造成影响。因此不宜采用直接喷氨水的工艺，结合实际情况，采用氨水蒸发器将氨水汽化，再经过稀释风机的稀释，降低氨气的浓度小于5％，通过格栅加入到烟道出口的合适温度区，确保氮氧化物达标排放。

3、合理调配生产结构，优化炉温控制，保证合适的烟气温度区间，提高脱硝效率。

4、根据在线监测氮氧化物、氨逃逸数据，合理调整氨水流量与氨汽温度。

5、实施流程：

1)根据工艺流程图订制相应设备并安装。

2)安装完毕后，精心调试。

3)组织培训，考核上岗，遵守《安全规程》与《操作规程》。

4)定时巡检，及时消除事故隐患，确保设备安好。

5)经改造后效果理想，氮氧化物能达标排放。