一种SCR入口烟气前处理系统及方法技术方案

一种SCR入口烟气前处理系统及方法，涉及锅炉污染物控制技术，用于层燃燃煤锅炉的NOx超净排放新建或改造工程。包括调温系统、尿素溶液或氨水溶液喷射器、旋风均场系统。升温方式采用从炉膛出口抽取高温烟气通入旋风筒；降温方式可采用增加调温省煤器，或从锅炉除尘器出口或空气预热器出口烟气中抽取低温烟气通过冷烟道通入旋风筒；使SCR入口的烟气平均温度控制在催化剂工作范围内。尿素溶液通过尿素溶液喷射器在燃尽室内喷出；氨水溶液通过氨水溶液喷射器在旋风分离器进口管处喷出；在高温烟气的作用下产生NH3并混入到烟气中。在均流板与旋风筒共同作用下保证烟气、NH3混合均匀，起到均温、均浓度场、均速作用，满足SCR入口温度、浓度场和速度场要求。

A Pretreatment System and Method for SCR Inlet Flue Gas

【技术实现步骤摘要】
一种SCR入口烟气前处理系统及方法
本专利技术涉及一种尿素烟道内直接热解或氨水烟道内直接分解的SCR入口烟气前处理方法，涉及层燃燃煤锅炉污染物控制

技术介绍
在我国的能源结构中，煤是主要化石能源。燃煤工业锅炉是主要耗煤大户之一。截至2012年底，我国在用工业锅炉达到46.7万台，总量178万蒸吨。据国家统计局和国家能源局的数据，2012年工业热力领域工业锅炉年耗煤量6.5亿吨，占全国耗煤量的20％左右。燃煤锅炉所排放的烟气是大气污染物NOx的主要来源，其中工业锅炉排放的NOx占我国NOx总排放量的15％～20％。在用工业锅炉以层燃燃烧锅炉为主，量大面广的工业层燃锅炉，其NOx排放对环境的污染十分严重。随着《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国大气污染防治法》、《国务院关于加强环境保护重点工作意见》等法律法规的陆续出台，相关的大气污染物排放标准日趋严格，对层燃燃煤锅炉的NOx排放控制工作已经全面启动。煤电之后，燃煤工业锅炉成为大气污染治理的主战场。《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021)》提出了燃煤工业锅炉需要超净排放。在层燃工业锅炉NOx的超净治理工艺中，SCR脱硝工艺是最有效的方式之一。目前，层燃燃煤炉中应用选择性催化还原(SCR)脱硝方法主要存在以下几个问题：层燃锅炉的燃烧控制不佳，层燃燃烧方式下，煤层在炉排横向上分布不均匀及煤层中煤颗粒大小不均，由于上述不均匀性，同时造成在炉排的横向配风分布不均匀，会造成煤的燃烧过程在炉排横向上分布是不均匀的(这种分布不均性在炉排上方可造成火口)，炉排上方的烟气温度沿横向分布不均；层燃燃煤锅炉在炉排纵向要经历不同的燃烧过程，虽然炉排上方烟气有纵向混合过程，但烟气温度沿纵向分布仍是很不均的；这些炉排上方沿纵向和横向温度分布很不均匀的烟气会快速排出炉膛，并进入到尾部SCR反应器催化剂的入口，由于缺乏混合，在SCR反应器催化剂入口处的烟气在整体截面上，烟温分布非常不均匀，烟温的偏差可达到100℃以上。层燃锅炉在负荷变化时，炉膛出口烟温变化剧烈，使得在尾部烟道内烟温变化大，在选点的SCR取样点处，负荷从30％De变至100％De时，烟温变化可达150℃以上。同时，层燃燃煤锅炉炉膛炉拱易结焦、管束易积灰等会导致吸热量减少，使得锅炉在不同的运行阶段，尾部烟道温度变化也比较大。目前，燃煤锅炉SCR技术成熟的催化剂为V2O5-TiO2催化剂，正常工作温度范围为310℃～420℃。基于以上层燃锅炉负荷变化时SCR入口烟温变化达150℃以上，同时SCR反应器催化剂入口处的烟气在整体截面上，烟温的偏差可达到100℃以上。一方面使得反应器入口烟气的平均温度在锅炉负荷变化范围内，难以满足催化剂正常工作温度范围；另一方面使得即使平均温度在催化剂正常工作温度范围内，由于SCR入口截面烟气温度分布的非均匀性，使得催化剂部分区域超温，同时可能部分区域温度过低。层燃燃烧方式下，由于煤层在炉排上横向和纵向燃烧气氛和温度分布的非均匀性，造成燃烧过程中产生的NOx在炉排上横向和纵向分布不均，同理，也会造成反应器入口处的NOx浓度分布不均，截面上NOx的浓度偏差实测有可能差一倍左右。由于SCR入口截面上NOx浓度分布的非均匀性，会使得即使NH3浓度分布均匀，NOx的还原效果大大下降，或是达到了NOx的还原效果，但NH3的逃逸量大大增加。层燃燃烧过程中，部分毫米级的未燃尽炽热的焦炭大颗粒随烟气排出炉膛，进入尾部烟道的SCR反应器内。这部分焦炭颗粒，一方面可能在SCR催化剂表面堆积复燃，造成催化剂烧毁；另一方面炽热高温的焦炭颗粒通过催化剂表面，也会使得部分接触表面失活。以上由于层燃燃煤锅炉燃烧过程特性，形成平均烟温随负荷变化剧烈、SCR入口截面烟温的大偏差和NOx浓度分布的大偏差，采用目前煤粉锅炉上常规的均流均温均浓度的方式，很难达到反应器催化剂入口的烟温和浓度条件。另外，在常规电厂采用尿素作为还原剂的SCR脱硝工艺，需要在锅炉外，先对尿素溶液热解产生NH3后和空气混合，形成含NH3浓度小于5％的空气流，空气流再在喷氨格栅及后部布置的静态混合器作用下，使NH3均匀分布于SCR脱硝装置的烟气中。一方面，尿素热解需要消耗大量的电能，能源消耗大和经济性较差。另一方面，含氨空气流喷入锅炉烟气，采用的均NH3浓度场的措施，系统本身复杂，调试和运行调节也很复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种SCR入口烟气前处理系统及方法，采用一种在炉膛燃尽室处喷尿素溶液或在旋风分离器进口管前喷氨水溶液，并采用均流均温、均浓度场及调温方式，以解决层燃燃煤锅炉SCR入口烟气条件达到规范标准的问题，使层燃燃煤锅炉NOx实现超净排放。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种尿素烟道内直接热解的SCR入口烟气前处理系统，所述系统包括调温系统、尿素溶液喷射器、旋风均场系统；在层燃燃煤锅炉的炉膛出口沿烟气的流向依次设置尿素溶液喷射器、调温系统、旋风均场系统；旋风均场系统包括旋风分离器和均流板；旋风分离器包括旋涡罩、进口管、筒体、锥体以及旋风筒出口；进口管与筒体上部侧壁相切连通设置，筒体上端与锥体组的大端连通，旋涡罩安装在筒体的上端端盖上并伸入筒体内；旋风分离器设置在水平烟道上，旋风分离器的进口管均连通水平烟道，旋涡罩通过旋风筒出口连通后方水平烟道，旋风分离器的锥体底部设有排灰口，均流板设在转弯烟道处；在旋风分离器前烟道处设置调温系统；尿素溶液喷射器设置炉膛的燃尽室内。进一步地，调温系统包括热烟阀、热烟道、冷烟阀、冷烟道和风机，热烟道与层燃燃煤锅炉的炉膛出口处烟道连通，热烟道内设有热烟阀，冷烟道与锅炉空气预热器后烟道或是锅炉除尘器后烟道连通，冷烟道内设有冷烟阀，冷烟道上装有风机。进一步地，调温系统包括热烟阀、热烟道、入口挡板门、调温省煤器、旁路挡板门和水平烟道隔板，热烟道与层燃燃煤锅炉的炉膛出口处水平烟道连通，热烟道内设有热烟阀；层燃燃煤锅炉的锅炉管束出口处设有入口挡板门、旁路挡板门，二者分设在水平烟道隔板的两侧，水平烟道隔板的长度不超过热烟道的位置，调温省煤器位于入口挡板门之后且二者位于水平烟道隔板的同侧。进一步地，旋风分离器采用中心筒偏移方式，即旋涡罩和筒体的轴线非共线。一种基于权利要求上述处理系统的尿素烟道内直接热解的SCR入口烟气前处理方法，旋风分离器利用烟气切向引入造成的旋转运动，使具有较大惯性离心力的焦粒和灰尘从烟气中分离，分离下来的焦粒送回炉膛继续燃尽；利用旋风分离器分离50um以上的较大焦炭粒子，控制旋风分离器入口烟气流速为20～25m/s、出口烟气流速25～30m/s；通过尿素溶液喷射器的喷嘴向炉膛的燃尽室内喷出浓度为5～50％的尿素溶液，在高温烟气的作用下热解产生NH3，随烟气一起进入旋风分离器；调温系统的升温方式采用从炉膛出口抽取600～800℃高温烟气通过热烟道自动通入旋风筒的方式来升温，升温量可通过调节热烟阀阀门开度来调节；调温系统的降温方式是从锅炉除尘器出口烟气或空气预热器出口烟气中通过风机中抽取100～150℃左右的低温烟气通过冷烟道通入旋风筒的方式来降温，降温量可通过调节冷烟阀阀门开度来调节；通过调温系统的调节，使得SCR入口的烟气平均温度控制在催化剂允许的温度范围310℃～本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种尿素烟道内直接热解的SCR入口烟气前处理系统，其特征在于，所述系统包括调温系统、尿素溶液喷射器(9)、旋风均场系统；在层燃燃煤锅炉的炉膛出口沿烟气的流向依次设置尿素溶液喷射器(9)、调温系统、旋风均场系统；旋风均场系统包括旋风分离器(12)和均流板(16)；旋风分离器(12)包括旋涡罩(12‑1)、进口管(12‑2)、筒体(12‑3)、锥体(12‑4)以及旋风筒出口(10)；进口管(12‑2)与筒体(12‑3)上部侧壁相切连通设置，筒体(12‑3)上端与锥体(12‑4)组的大端连通，旋涡罩(12‑1)安装在筒体(12‑3)的上端端盖上并伸入筒体(12‑3)内；旋风分离器(12)设置在水平烟道上，旋风分离器(12)的进口管(12‑2)均连通水平烟道，旋涡罩(12‑1)通过旋风筒出口(10)连通后方水平烟道，旋风分离器(12)的锥体(12‑4)底部设有排灰口(14)，均流板(16)设在转弯烟道处；在旋风分离器(12)前烟道处设置调温系统；尿素溶液喷射器(9)设置炉膛的燃尽室(21)内。

【技术特征摘要】
1.一种尿素烟道内直接热解的SCR入口烟气前处理系统，其特征在于，所述系统包括调温系统、尿素溶液喷射器(9)、旋风均场系统；在层燃燃煤锅炉的炉膛出口沿烟气的流向依次设置尿素溶液喷射器(9)、调温系统、旋风均场系统；旋风均场系统包括旋风分离器(12)和均流板(16)；旋风分离器(12)包括旋涡罩(12-1)、进口管(12-2)、筒体(12-3)、锥体(12-4)以及旋风筒出口(10)；进口管(12-2)与筒体(12-3)上部侧壁相切连通设置，筒体(12-3)上端与锥体(12-4)组的大端连通，旋涡罩(12-1)安装在筒体(12-3)的上端端盖上并伸入筒体(12-3)内；旋风分离器(12)设置在水平烟道上，旋风分离器(12)的进口管(12-2)均连通水平烟道，旋涡罩(12-1)通过旋风筒出口(10)连通后方水平烟道，旋风分离器(12)的锥体(12-4)底部设有排灰口(14)，均流板(16)设在转弯烟道处；在旋风分离器(12)前烟道处设置调温系统；尿素溶液喷射器(9)设置炉膛的燃尽室(21)内。2.根据权利要求1所述的一种尿素烟道内直接热解的SCR入口烟气前处理系统，其特征在于，调温系统包括热烟阀(7)、热烟道(8)、冷烟阀(11)、冷烟道(13)和风机(15)，热烟道(8)与层燃燃煤锅炉的炉膛出口处烟道连通，热烟道(8)内设有热烟阀(7)，冷烟道(13)与锅炉空气预热器(19)后烟道或是锅炉除尘器后烟道连通，冷烟道(13)内设有冷烟阀(11)，冷烟道(13)上装有风机(15)。3.根据权利要求1所述的一种尿素烟道内直接热解的SCR入口烟气前处理系统，其特征在于，调温系统包括热烟阀(7)、热烟道(8)、入口挡板门(11)、调温省煤器(13)、旁路挡板门(15)和水平烟道隔板(22)，热烟道(8)与层燃燃煤锅炉的炉膛出口处水平烟道连通，热烟道(8)内设有热烟阀(7)；层燃燃煤锅炉的锅炉管束出口处设有入口挡板门(11)、旁路挡板门(15)，二者分设在水平烟道隔板(22)的两侧，水平烟道隔板(22)的长度不超过热烟道(8)的位置，调温省煤器(13)位于入口挡板门(11)之后且二者位于水平烟道隔板(22)的同侧。4.根据权利要求1、2或3所述的一种尿素烟道内直接热解的SCR入口烟气前处理系统，其特征在于，旋风分离器采用中心筒偏移方式，即旋涡罩(12-1)和筒体(12-3)的轴线非共线。5.一种基于权利要求2所述处理系统的尿素烟道内直接热解的SCR入口烟气前处理方法，旋风分离器(12)利用烟气切向引入造成的旋转运动，使具有较大惯性离心力的焦粒和灰尘从烟气中分离，分离下来的焦粒送回炉膛继续燃尽；利用旋风分离器分离50um以上的较大焦炭粒子，控制旋风分离器(12)入口烟气流速为20～25m/s、出口烟气流速25～30m/s；通过尿素溶液喷射器(9)的喷嘴向炉膛的燃尽室(21)内喷出浓度为5～50％的尿素溶液，在高温烟气的作用下热解产生NH3，随烟气一起进入旋风分离器(12)；调温系统的升温方式采用从炉膛出口抽取600～800℃高温烟气通过热烟道(8)自动通入旋风筒的方式来升温，升温量可通过调节热烟阀(7)阀门开度来调节；调温系统的降温方式是从锅炉除尘器出口烟气或空气预热器出口烟气中通过风机(15)中抽取100～150℃左右的低温烟气通过冷烟道(13)通入旋风筒的方式来降温，降温量可通过调节冷烟阀(11)阀门开度来调节；通过调温系统的调节，使得SCR入口的烟气平均温度控制在催化剂允许的温度范围310℃～420℃内。6.一种基于权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜谦，高建民，栾积毅，赵义军，冷浩，崔朝阳，赵广播，吴少华，秦裕琨，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23