基于SCR脱硝尿素制氨工艺的烟气协同脱汞氧化剂添加系统的制作方法

本发明涉及scr脱硝尿素制氨的技术领域，具体为基于scr脱硝尿素制氨工艺的烟气协同脱汞氧化剂添加系统。

背景技术：

汞是一种对人体有害的污染物，燃煤电厂烟气中汞排放是大气污染物中汞的重要来源。

当前，燃煤电厂大气污染物超低排放治理工艺中，普遍采用选择性催化还原scr脱硝技术进行氮氧化物的治理，常规scr脱硝催化剂具有一定的将烟气中零价汞(hg⁰)氧化成二价汞(hg²⁺)的能力，并充分利用下游除尘、湿法脱硫等设施的协同脱汞作用，实现烟气中汞排放的控制。但脱硝催化剂对零价汞的氧化能力容易受烟气中卤素气体浓度的影响，针对中国煤质卤素含量普遍偏低的情况，急需发明一种充分利用燃煤电厂现有超低排放环保设施，工艺简单且运行成本低的提高烟气中卤素含量方法。现有火电厂scr脱硝还原剂主要有液氨、氨水和尿素，其中液氨和氨水的运输、储存具有一定的安全风险。后续，国内越来越多的火电厂scr脱硝将采用尿素制氨工艺，其中主要包括尿素热解和水解两种工艺。

针对利用scr脱硝工艺，通过提高烟气中卤素气体浓度提高催化剂对零价汞氧化能力的方法，本领域相关技术人员已有一些研究。如专利cn104399360a公开了一种基于sncr的联合脱汞方法及装置，但当前火电厂氮氧化物超排放工艺中极少采用sncr技术，该技术应用可能性较低。另外，该种工艺中采用的氧化剂nh4cl通过sncr喷入锅炉炉膛内发生分解产生的hcl在未进入scr系统时会与烟道飞灰中的碱性物质发生反应，对强化汞的氧化效率效果并不明显，且该喷入位置烟温较高，存在氨被高温氧化重新生成nox风险。因此，该专利方法的适用范围和使用效果有限。另外，专利cn108479389a公开了一种烟气协同脱硝脱汞协同及方法，其采用将氯化铵与氨水混合后喷入烟道产生氯化氢和氨气，同样存在氨水作为脱硝还原剂制氨工艺逐渐被尿素制氨替代后适用范围有限的问题，且通常氨水气化温度在200℃-300℃，而所采用的氧化剂氯化铵完全热分解的温度为337.8℃，存在氯化铵分解不彻底的风险，易造成氯化铵用量大和协同汞氧化效果差的问题。相应地，本领域针对越来越多燃煤电厂采用尿素替代氨水和液氨作为脱硝还原剂，存在着发明一种基于scr脱硝尿素制氨工艺的烟气协同脱汞方法及含卤素氧化剂添加技术需求，利用尿素制氨过程，实现含卤素氧化剂的彻底分解，克服上述专利适用范围窄、含卤素物质分解不彻底及喷入不均匀影响零价汞氧化效果的缺陷。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了基于scr脱硝尿素制氨工艺的烟气协同脱汞氧化剂添加系统，其在喷氨格栅上游供氨母管中添加含卤素氧化剂，根据烟囱汞排放浓度进行氧化剂加入量的计量调节，最终通过现有scr脱硝氨喷射系统实现加入氧化剂的热分解，提高进入scr脱硝入口烟气中含卤素气体的浓度，有效提高现有scr脱硝催化剂或脱硝脱汞催化剂对零价汞的氧化能力，以利于scr脱硝下游除尘设施和湿法脱硫系统吸收去除，最终实现燃煤烟气中汞的高效、低成本控制。

基于scr脱硝尿素制氨工艺的烟气协同脱汞氧化剂添加系统，其特征在于：其包括锅炉、氧化剂溶液罐，所述氧化剂溶液罐的输出端分别设置有氧化剂输送泵、氧化剂给料控制阀，所述氧化剂的输出管路混合连通至氨气或尿素溶液后被加热输送至所述锅炉的蒸发段的喷射结构，所述锅炉的末端设置有脱硝反应器，所述脱硝反应器的输出端通过管路顺次连接有除尘器、fgd脱硫塔、烟囱；

所述氧化剂溶液储罐内的氧化剂具体为含卤氧化剂，所述含卤氧化剂具体为nh4x，其中x为氯、溴、碘中的一种或多种，按照不同摩尔比组成，氧化剂热分解后为nh3和hx，nh3作为scr脱硝反应的还原剂，hx作为促进零价汞向二价汞转化的氧化剂；

所述烟囱排烟区域集成有汞在线监测仪表，氧化剂的添加量与烟气中的卤素气体浓度和零价汞氧化效率有关，根据烟囱的汞在线监测仪表监测的汞排放浓度实时自动调整氧化剂的加入量。

其进一步特征在于：

其包括有尿素溶液给料管路，所述尿素溶液给料管路的输出端混合有所述氧化剂输出管路，所述尿素溶液给料管路和氧化剂输出管路混合连接入脱硝稀释风母管，所述脱硝稀释风母管上排布有尿素给料控制阀、尿素溶液输送泵、尿素热解炉，所述脱硝稀释风母管的输出端连通至所述锅炉的蒸发段的喷射结构；

所述尿素热解炉的工作温度为300℃-650℃，满足氧化剂热分解的温度需要；

其包括有尿素水解氨气管路，所述尿素水解氨气管路、氧化剂输出管路连接至所述脱硝稀释风母管的入口端，所述脱硝稀释风母管的输出口连通至锅炉的蒸发段的喷射结构；

其还包括有混合器、鼓风机、换热器，所述换热器布置于所述锅炉蒸发段的对应于喷射结构的正上方，所述鼓风机通过吹入管路连接至所述换热器的冷风入口，所述换热器的热风出口贯穿锅炉外壁后连接所述混合器的第一入口，所述氧化剂输出管路的连接至所述混合器的第二入口，所述混合器的出口连通至所述脱硝稀释风母管的第一端口，所述尿素水解氨气管路连接至所述脱硝稀释风母管的第二端口，所述脱硝稀释风母管的输出口连通至锅炉的蒸发段的喷射结构；

所述换热器的热风出口的气体温度为300-420℃，氧化剂溶液注入至换热器出口的混合器，氧化剂分解后随热风进入脱硝稀释风母管；

所述换热器具体为气气换热器，介质为常温空气和高温烟气，常温空气通过鼓风机提供，高温烟气利用scr脱硝入口烟道内300-420℃的热烟气，换热器的换热管内置于scr脱硝入口烟道中，采用u型结构，空气从稀释风机进入换热管后，经热烟气加热后温度不低于300℃；

氧化剂溶液所对应的氧化剂输出管路的末端为注入喷口，氧化剂溶液注入喷口进入换热器出口热风管道的第二入口，氧化剂被喷入热风分解成nh3与hx后经混合器与热风充分混合均匀。

采用上述系统后，氧化剂热分解后为nh3和hx，nh3作为scr脱硝反应的还原剂，hx作为促进零价汞向二价汞转化的氧化剂。其将锅炉燃用低卤煤烟气中的hx气体浓度由10mg/m3以下提高至30mg/m3以上，氧化剂热分解后的混合气体经scr脱硝喷氨格栅注入脱硝入口烟道并流经脱硝催化剂层，混合气体中的nh3用于与nox反应生成n2和h2o，hx气体用于将烟气中hg⁰氧化成hg²⁺，以利于脱硝下游除尘设备和湿法脱硫系统吸收去除，其在喷氨格栅上游供氨母管中添加含卤素氧化剂，根据烟囱汞排放浓度进行氧化剂加入量的计量调节，最终通过现有scr脱硝氨喷射系统实现加入氧化剂的热分解，提高进入scr脱硝入口烟气中含卤素气体的浓度，有效提高现有scr脱硝催化剂或脱硝脱汞催化剂对零价汞的氧化能力，以利于scr脱硝下游除尘设施和湿法脱硫系统吸收去除，最终实现燃煤烟气中汞的高效、低成本控制。

附图说明

图1为本发明的具体实施方式一的结构示意简图；

图2为本发明的具体实施方式二的结构示意简图；

图中序号所对应的名称如下：

锅炉1、氧化剂溶液罐2、氧化剂输送泵3、氧化剂给料控制阀4、氧化剂的输出管路5、蒸发段6、喷射结构7、脱硝反应器8、除尘器9、fgd脱硫塔10、烟囱11、汞在线监测仪表12、尿素溶液给料管路13、脱硝稀释风母管14、尿素给料控制阀15、尿素溶液输送泵16、尿素热解炉17、尿素水解氨气管路18、混合器19、鼓风机20、换热器21。

具体实施方式

基于scr脱硝尿素制氨工艺的烟气协同脱汞氧化剂添加系统，见图1和图2：其包括锅炉1、氧化剂溶液罐2，氧化剂溶液罐2的输出端分别设置有氧化剂输送泵3、氧化剂给料控制阀4，氧化剂的输出管路5混合连通至氨气或尿素溶液后被加热输送至锅炉1的蒸发段6的喷射结构7，锅炉1的末端设置有脱硝反应器8，脱硝反应器8的输出端通过管路顺次连接有除尘器9、fgd脱硫塔10、烟囱11；

氧化剂溶液储罐4内的氧化剂具体为含卤氧化剂，含卤氧化剂具体为nh4x，其中x为氯、溴、碘中的一种或多种，按照不同摩尔比组成，氧化剂热分解后为nh3和hx，nh3作为scr脱硝反应的还原剂，hx作为促进零价汞向二价汞转化的氧化剂；

烟囱11排烟区域集成有汞在线监测仪表12，氧化剂的添加量与烟气中的卤素气体浓度和零价汞氧化效率有关，根据烟囱11的汞在线监测仪表12监测的汞排放浓度实时自动调整氧化剂的加入量。

具体实施方式一、见图1：其包括有尿素溶液给料管路13，尿素溶液给料管路13的输出端混合有氧化剂输出管路5，尿素溶液给料管路13和氧化剂输出管路5混合连接入脱硝稀释风母管14，脱硝稀释风母管14上排布有尿素给料控制阀15、尿素溶液输送泵16、尿素热解炉17，脱硝稀释风母管14的输出端连通至锅炉1的蒸发段6的喷射结构7；

尿素热解炉17的工作温度为300℃-650℃，满足氧化剂热分解的温度需要。

具体实施例一：某600mw燃煤机组，氮氧化物、粉尘和二氧化硫超低排放控制采用scr烟气脱硝、低低温电除尘和石灰石-石膏法组合工艺。其中，scr采用三层常规脱硝催化剂，脱硝还原剂制备工艺为尿素热解。采用本发明专利增设脱汞氧化剂添加系统，脱汞氧化剂采用nh4cl和nh4br两种(摩尔比为2:1)，配置成50％浓度的溶液，通过溶液输送泵注入尿素热解炉前尿素溶液母管，随尿素热解炉上的6只喷枪喷入热解炉高温分解后进一步随稀释热风进入脱硝喷氨格栅。脱汞氧化剂添加系统投运后，scr脱硝入口烟气中hcl、hbr浓度分别提高至35mg/m3和8mg/m3以上，三层脱硝催化剂对零价汞的氧化效率维持在70％以上，烟囱入口汞在线监测汞污染物浓度控制在2.5×10³mg/m3以下，远低于火电厂大气污染物排放标准中的限值。

具体实施例二：某250mw燃煤机组，氮氧化物、粉尘和二氧化硫超低排放控制采用scr烟气脱硝、低低温电除尘和石灰石-石膏法组合工艺。其中，scr安装四层催化剂(二层常规脱硝催化剂+二层脱汞催化剂)，脱硝还原剂制备工艺为尿素热解。采用本发明专利增设脱汞氧化剂添加系统，脱汞氧化剂采用nh4cl和nh4br两种(摩尔比为1:1)，配置成50％浓度的溶液，通过溶液输送泵注入尿素热解炉前尿素溶液母管，随尿素热解炉上的4只喷枪喷入热解炉高温分解后进一步随稀释热风进入脱硝喷氨格栅。脱汞氧化剂添加系统投运后，scr脱硝入口烟气中hcl、hbr浓度分别提高至45mg/m3和20mg/m3以上，四层催化剂对零价汞的氧化效率维持在90％以上，烟囱入口汞在线监测汞污染物浓度控制在0.5×10³mg/m3以下，实现了烟气中汞的深度减排。

具体实施方式二、见图2：其包括有尿素水解氨气管路18，尿素水解氨气管路18、氧化剂输出管路5连接至脱硝稀释风母管14的入口端，脱硝稀释风母管14的输出口连通至锅炉1的蒸发段6的喷射结构7。

具体实施时，其还包括有混合器19、鼓风机20、换热器21，换热器21布置于锅炉蒸发段6的对应于喷射结构7的正上方，鼓风机20通过吹入管路连接至换热器21的冷风入口，换热器21的热风出口贯穿锅炉外壁后连接混合器19的第一入口，氧化剂输出管路5的连接至混合器19的第二入口，混合器19的出口连通至脱硝稀释风母管14的第一端口，尿素水解氨气管路18连接至脱硝稀释风母管14的第二端口，脱硝稀释风母管14的输出口连通至锅炉1的蒸发段6的喷射结构7；

换热器21的热风出口的气体温度为300-420℃，氧化剂溶液注入至换热器出口的混合器19，氧化剂分解后随热风进入脱硝稀释风母管14；

换热器21具体为气气换热器，介质为常温空气和高温烟气，常温空气通过鼓风机20提供，高温烟气利用scr脱硝入口烟道内300-420℃的热烟气，换热器21的换热管内置于scr脱硝入口烟道中，采用u型结构，空气从稀释风机进入换热管21后，经热烟气加热后温度不低于300℃；

氧化剂溶液所对应的氧化剂输出管路5的末端为注入喷口，氧化剂溶液注入喷口进入换热器21出口热风管道的第二入口，氧化剂被喷入热风分解成nh3与hx后经混合器与热风充分混合均匀。

具体实施例三：某300mw燃煤机组，氮氧化物、粉尘和二氧化硫超低排放控制采用scr烟气脱硝、低温电除尘、海水脱硫、湿式电除尘组合工艺。其中，scr采用三层常规脱硝催化剂，脱硝还原剂制备工艺为尿素水解。采用本发明专利增设脱汞氧化剂添加系统，脱汞氧化剂采用nh4cl，配置成50％浓度的溶液，通过溶液输送泵注入尿水解器与scr脱硝反应器区氨喷射系统热稀释风母管中。现有稀释风母管热风温度为160℃-200℃，本发明所采用的氧化剂添加系统设置气气换热器，在scr入口烟道内设置u型换热管，经脱硝入口热烟气换热后，换热器出口热风温度为320-420℃，氧化剂溶液注入口为换热器出口管道0.5m处，换热器出口管道上设置混合器便于喷入氧化剂分解后产物与热风充分均匀混合。脱汞氧化剂添加系统投运后，scr脱硝入口烟气中hcl浓度分别提高至50mg/m3以上，三层脱硝催化剂对零价汞的氧化效率维持在75％以上，烟囱入口汞在线监测汞污染物浓度控制在1.5×10³mg/m3以下，远低于火电厂大气污染物排放标准中的限值。

其工作原理如下：氧化剂热分解后为nh3和hx，nh3作为scr脱硝反应的还原剂，hx作为促进零价汞向二价汞转化的氧化剂。其将锅炉燃用低卤煤烟气中的hx气体浓度由10mg/m3以下提高至30mg/m3以上，氧化剂热分解后的混合气体经scr脱硝喷氨格栅注入脱硝入口烟道并流经脱硝催化剂层，混合气体中的nh3用于与nox反应生成n2和h2o，hx气体用于将烟气中hg⁰氧化成hg²⁺，以利于脱硝下游除尘设备和湿法脱硫系统吸收去除，其在喷氨格栅上游供氨母管中添加含卤素氧化剂，根据烟囱汞排放浓度进行氧化剂加入量的计量调节，最终通过现有scr脱硝氨喷射系统实现加入氧化剂的热分解，提高进入scr脱硝入口烟气中含卤素气体的浓度，有效提高现有scr脱硝催化剂或脱硝脱汞催化剂对零价汞的氧化能力，以利于scr脱硝下游除尘设施和湿法脱硫系统吸收去除，最终实现燃煤烟气中汞的高效、低成本控制。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。