一种应用于锅炉燃烧劣质煤种的高效scr烟气脱硝系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种烟气脱硝系统，尤其是SCR工艺的烟气脱硝系统。
【背景技术】
[0002]进入21世纪以来，我国环境形势日益严峻，烟尘、二氧化硫和氮氧化物等主要污染物对大气环境造成了极大危害。仅酸雨一项，其形成面积已超过国土面积的29%。随着国家对环境重视的程度不断提高，对于燃煤锅炉排放的环保标准也日趋严格。2014年9月，国家发改委、环保部及能源局联合印发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014?2020年)》，要求到2020年现役燃煤机组改造后，大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值，即针对NOx的浓度要求降至50mg/Nm3。在这样的外部条件下，单独的SNCR(选择性非催化还原技术)或其他配套工艺已无法满足减排要求，SCR(选择性催化还原技术)工艺的高效脱硝系统将是不可替代的趋势。
[0003]目前世界上流行的SCR工艺是利用氨对NOx的还原功能，在催化剂的作用下将NOx(主要是NO)还原为对大气没有太大影响的仏和水，其中还原剂为NH3。在整个工艺设计中，通常是先使氨蒸发，然后通过喷氨格栅喷入SCR反应器上游的烟气中，然后和稀释空气或烟气混合，在SCR反应器内NO通过以下反应被还原:2Ν0+4ΝΗ3+202—3Ν2+6Η20，6Ν0+4ΝΗ3^5Ν2+6Η20，NO2 则通过以下反应被还原:2Νθ2+4ΝΗ3+θ2—3Ν2+6Η2θ，6Ν02+8ΝΗ3^7Ν2+12Η20。
[0004]燃煤锅炉烟气的SCR脱硝工艺由于受限于商业催化剂的使用温度，目前普遍采用的是高灰高尘的工艺布置。在这样的设计布置下，烟气中含有的飞灰及其携带的各类碱金属氧化物等均全部通过催化剂和反应器，整个脱硝系统都是在“不干净”的高尘烟气中工作，对脱硝效率和催化剂造成极大影响。特别是随着国家能源资源的长期消耗，燃用煤矸石等劣质煤已成为一项重要的燃料决策，锅炉出口烟气中含有的粉尘含量越来越高，成分也越来越复杂，如不能有效去除，将对SCR关键反应部件催化剂造成极大影响和破坏，从而使烟气脱硝的效率下降，遏制了SCR烟气脱硝工艺的高效应用。
[0005]传统的SCR脱硝工艺中，主要在进口上升烟道口处设置集料灰斗收尘，但实际效果差，且由于设计位置的选取问题，水平烟道中还存在大量积灰，且运行中无法进行清理，同时灰斗收集的灰分由于未及时排出，又被烟气带走进入反应器，对脱硝效率和催化剂寿命造成极大影响。催化剂安放在一个固定的反应器内，烟气穿过反应器平行流经催化剂表面，催化剂单元通常垂直布置，烟气自上向下流动，为去除堆积在催化剂表层的粉尘，传统工艺在反应器内需大量设置蒸汽吹灰器和声波吹灰器，而蒸汽吹灰器价格昂贵，配套的蒸汽系统投资费用较高，在耗费大量蒸汽能源的基础上，实际效果却不理想，二年左右催化剂就可能被飞灰堵塞无法运行，从而带来脱硝效率的降低。同时，使用蒸汽吹灰器吹灰时对催化剂的结构表面将造成一定磨损，从而破坏催化剂活性结构，带来运行成本的大幅提高。
[0006]另外一个影响SCR烟气脱硝效率的关键因素是还原剂能否与NOx充分混合，若混合充分则能确保还原剂与烟气有足够的接触和反应时间，若混合不充分，将直接导致脱硝效率降低。因此传统工艺中常采用各类混合器或增加喷入点与反应器入口的烟道距离来提高混合效果。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于锅炉燃烧劣质煤种的高效SCR烟气脱硝系统，通过采用防积灰装置、旋风除尘分离器以及旋流板装置等组合，达到既能除去燃烧劣质煤的烟气中携带的大量粉尘，改善进入催化剂层前的烟气条件，又能使氨与烟气达到充分混合，增加氨与烟气反应的距离，从而极大地提高催化还原反应的效果。
[0008]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种应用于锅炉燃烧劣质煤种的高效SCR烟气脱硝系统，包括布置在省煤器后的入口烟道和依次设置在入口烟道后的氨与烟气混合单元、反应器，所述的反应器内设有催化剂层，所述的氨与烟气混合单元包括喷射还原剂的喷氨格栅和旋风除尘分离装置，所述的旋风除尘分离装置上设有出灰口，出灰口处设置有输灰装置。旋风除尘分离装置可通过旋风分离的原理除去烟气中携带的大量粉尘，改善进入催化剂层前的烟气条件，以提高反应效率和催化剂使用寿命。
[0009]所述的喷氨格栅设置在旋风除尘分离装置进烟口之前的直段烟道上，一方面可利用旋风除尘分离装置内烟气的紊流使烟气与还原剂氨充分混合，提升其湍流程度；另一方面还增加了氨与烟气混合的混合距离，以提高混合效果，从而有效提高脱硝的反应效率。
[0010]所述的氨与烟气混合单元还包括设置在旋风除尘分离装置出烟口之后的旋流板
目.ο
[0011]所述旋风除尘分离装置由两个以上旋风分离器有机结合组成，各旋风分离器的出烟口与旋流板装置之间还设有变径汇合烟道。旋风分离器能靠气流切向引入造成的旋转运动，使具有较大惯性离心力的固体颗粒甩向外壁面而分离开。设置时，各旋风分离器流出的烟气均通过一变径汇合烟道后汇总到一起，再流经旋流板装置。
[0012]所述旋流板装置的底侧还设有第一卸灰装置。
[0013]上述的旋流板装置均布设置在旋风分离器的出烟口侧，其首先可对旋风分离器未处理掉的烟尘进行进一步的阻挡和分离，以提高除尘效果，阻挡下的烟尘则会落入到所述的第一卸灰装置内；其次还可对经各旋风分离器汇总后的烟气有良好的再分布作用，有效促进烟气与还原剂氨的再混合，从而提高脱硝效率。
[0014]所述烟气混合单元与反应器的催化剂层之间的烟道内依次设有导流装置和整流装置，所述导流装置设置在烟道的转角处，所述整流装置设置在反应器的进烟口处。导流装置和整流装置能对湍流的烟气和氨进行整流后平行流经催化剂层。
[0015]所述的反应器内对应催化剂层还设有声波吹灰器。声波吹灰器通过高强声波对累积在催化剂层上的积灰进行加速度剥离和振动破碎作用，使积灰松动而落下，避免残留灰对催化反应造成影响，降低脱硝效率。另外，声波吹灰器也较蒸汽吹灰器价格低廉。
[0016]所述的入口烟道内，在下降烟道与横向烟道的转角处设有防积灰装置，防积灰装置下方设有第二卸灰装置，第二卸灰装置旁设有挡灰装置。所述的防积灰装置可防止大颗粒烟尘在烟道死角沉积，避免扰乱烟气流场，影响脱硝效率，所述的挡灰装置可挡住一部分未经防积灰装置处理的烟尘，使其落入第二卸灰装置，另外也可在第二卸灰装置旁设置一阻灰区，以防止第二卸灰装置内已沉积的灰再次被烟气带到下游。防积灰装置设置于下降烟道与横向烟道的转角处，较现有设置于上升烟道处能更好的避免烟道死角处的积灰。
[0017]所述的第一卸灰装置和第二卸灰装置均为斗状，并采用自动卸灰结构，所述的输灰装置采用组合式的定期自动气力输灰结构。自动卸灰能避免由于采用手动卸灰装置时，人工操作疏忽而使灰斗装灰过多，导致收集的粉尘再次被烟气带入到下游，而引起二次污染使除灰效果变差的现象。
[0018]本发明的烟气脱硝系统中，还原剂氨喷入烟气中后，经过旋风分离器的混合，可有效提高氨与烟气的混合效果，同时，旋风原理使烟气流经的路程变长，即增加了混合的距离;烟气经过旋风分离器后，进入旋流板装置，形成更大的湍流，经流场的旋流再次进行混合，烟气与氨产生进一步的碰撞、混合;最后再经导流装置和整流装置进行最后的混合整流后送入催化剂层进行反应。
[0019]本发明的有益效果是:本系统对烟气的除尘和烟气与氨的混合效果有良好的改进，(I)本发明烟气脱硝系统中的烟气首先经防积灰装置除去烟气中部分大颗粒后，再经过旋风除尘分离装置除去烟气中携带的大部分烟尘，最后再经旋流板装置对未除尽的烟尘阻挡分离，最终经导流、整流后进入反应器，在催化剂作用下