一种火电厂W型锅炉SNCR脱硝系统的制作方法

本实用新型涉及火电厂SNCR脱硝技术，具体为一种火电厂W型锅炉SNCR脱硝系统。

背景技术：

W火焰锅炉在燃用低挥发分煤种时，具有低负荷稳燃能力强、燃烧稳定性好、带负荷性能强、运行可靠等特点，因此W火焰锅炉在我国已成为燃用无烟煤或劣质贫煤等低挥发分煤种的主力炉型，但其在实际运行中存在着NOx排放量高的问题。面对NOx排放浓度50mg/m³的超净排放要求，单纯改造SCR脱硝系统不仅投资和运行费用较高，同时也影响机组的安全性。从技术与经济角度等多方面考虑，在充分利用原SCR装置的基础上增加SNCR脱硝装置是实现W型锅炉氮氧化物超低排放的合理选择。

选择性非催化还原法(SNCR)烟气脱硝技术是电站锅炉、流化床锅炉、水泥窑炉和垃圾焚烧烟气脱硝的主流技术。在880℃-1050℃温度范围内、在无催化剂条件下，喷入氨水或尿素等氨基还原剂，烟气中的NOx可选择性地被还原成无害的氮气和水。SNCR工艺以炉膛为反应器，可通过对锅炉的改造实现，建设周期短，投资成本和运行成本与其它烟气脱硝技术相比都是比较低的，适合于对中小型锅炉的改造。现代SNCR技术可控制NOx排放降低20～50％，随着机组容量增加，炉膛尺寸和机组负荷变化范围扩大，增加了反应温度窗口与还原剂均匀混合的控制难度，致使脱硝效率降低。对于600MW机组，在控制氨逃逸浓度小于10μL/L条件下，脱硝效率仅有30％左右。由于燃用无烟煤的W型锅炉NOx初始浓度普遍较高，为保证NOx排放达到50mg/m³，SNCR段的脱硝效率必须达到45％以上，因此研究开发高效的火电厂W型锅炉SNCR脱硝系统迫在眉睫。

SNCR的脱硝效率受温度、CO浓度、NOx初值、NSR、燃烧条件、煤种、炉型、氨逃逸等因素的影响，其中温度和CO浓度是两个主要影响因素。为提高SNCR工艺脱硝效率，相关研究提出采用控制不同负荷下氨氮比的方法来调节还原剂流量，如中国专利CN105169917A公开的一种基于氨氮摩尔比检测及调控的SNCR-SCR联合脱硝系统和方法，中国专利CN201520543068.4公开的一种选择性非催化还原SNCR反应系统，中国专利CN201510188180.5公开的一种水泥生产中SNCR烟气脱硝系统的喷氨量控制方法，但这种控制方法非常复杂，难以在工程上实现。另外有研究通过测量温度分布来控制喷枪将还原剂喷入到适合SNCR反应的温度区域内，实现对每个SNCR喷枪温度窗口的动态跟踪，如中国专利CN104307347A公开的一种高效SNCR点对点喷射系统，又如中国专利CN104117279A公开的一种电站锅炉SNCR脱硝控制系统及其控制方法，该控制方法的难点在于喷枪数量较多，对每支喷枪进行精确控制将显著增加系统成本。烟气中CO浓度是影响SNCR脱硝效率的重要因素，研究结果表明，当CO浓度低于1000ppm时，SNCR脱硝效率随CO浓度增加而增大；当CO浓度超过1000ppm时，SNCR脱硝效率随CO浓度增加而减小。由于烟气中CO浓度难以实现在线测量，在目前的SNCR控制系统中普遍忽略CO浓度的影响，这也成为制约SNCR脱硝效率的重要原因。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种火电厂W型锅炉SNCR脱硝系统，脱销效率高，控制简单，改造方便。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种火电厂W型锅炉SNCR脱硝系统，包括设置在W型锅炉水平烟道区域的长喷枪，在W型锅炉折焰角区域分多层设置的多个短喷枪，以及激光检测系统和依次连接的计量模块和分配模块；分配模块包括输出端连接长喷枪的长喷枪分配模块和输出端连接短喷枪的短喷枪分配模块；用于控制尿素溶液浓度的计量模块输入端分别连接原尿素溶液储罐和除盐水储罐，输出端分别连接长喷枪分配模块和短喷枪分配模块；所述的激光检测系统包括依次连接的中央控制柜、二极管激光器、光纤多路复用器、光纤和多组激光器；中央控制柜用于通过激光器检测烟气温度分布信号和CO浓度信号；其输出端经工程师站分别连接长喷枪分配模块和计量模块；多个长喷枪在水平烟道的横截面上均匀的呈多层布置，长喷枪分配模块根据工程师站的控制信号分别控制每一个长喷枪喷射的尿素溶液流量；每层短喷枪的尿素溶液管道入口设置一个电动阀门，短喷枪分配模块根据W型锅炉的机组负荷和NSR值控制每层的电动阀门开度。

优选的，长喷枪共设置有六个，且在水平烟道的横截面上均匀的呈三层布置，长喷枪所在截面上均匀设置四组激光器；激光器与长喷枪间隔设置；每组激光器包括一个发射端和一个接收端，发射端连接光纤，接收端连接中央控制柜。

优选的，长喷枪冷却端入口连接除盐水储罐的输出端，冷却端出口连接除盐水储罐的输入端。

优选的，还包括压缩空气储罐，压缩空气储罐的输出端分别用于冷却空气连接在短喷枪的冷却端入口，用于雾化空气连接在计量模块和分配模块之间。

优选的，所述的计量模块包括混合器，以及分别设置在混合器两个入口的控制阀和流量计；原尿素溶液储罐和除盐水储罐的输出端分别通过加液泵与对应的混合器入口连接。

优选的，每支短喷枪设置一个手动阀门，所有手动阀门开度保持一致。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型通过设置的长喷枪伸入烟道中部，包含多个喷嘴，长喷枪喷射的尿素溶液可完全覆盖烟道截面，保证尿素溶液与烟气充分、均匀混合，提高脱硝效率；长喷枪采用除盐水进行冷却，冷却水可循环利用，降低运行成本。同时在长喷枪所在区域布置多组激光探测器，同时测量烟气温度分布及CO浓度，并根据温度分布信号实时调整每支长喷枪尿素溶液流量，根据CO浓度信号实时调整除盐水流量，从而保证喷入的脱硝还原剂处于最佳反应条件，提高SNCR系统脱硝效率。短喷枪尿素溶液流量采用每层集中控制，根据机组负荷区间控制投运层数和每层尿素溶液总流量，并平均分配到每支喷枪，控制方式简单、易实现。

附图说明

图1为本实用新型所述W型锅炉SNCR脱硝系统。

图2为本实用新型所述脱硝系统中长喷枪控制回路。

图中：长喷枪1，短喷枪2，尿素溶液储罐3，除盐水储罐4，计量模块6，混合器61，分配模块7，长喷枪分配模块71，中央控制柜81，二极管激光器82，光纤多路复用器83，光纤84，发射端85，接收端86，工程师站9，W型锅炉10。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

本实用新型一种火电厂W型锅炉SNCR脱硝系统，如图1所示，其包括设置在W型锅炉10水平烟道区域的长喷枪1，在W型锅炉10折焰角区域分多层设置的多个短喷枪2，以及激光检测系统和依次连接的计量模块6和分配模块7；分配模块7包括输出端连接长喷枪1的长喷枪分配模块71和输出端连接短喷枪2的短喷枪分配模块；用于控制尿素溶液浓度的计量模块6输入端分别连接原尿素溶液储罐3和除盐水储罐4，输出端分别连接长喷枪分配模块71和短喷枪分配模块72；所述的激光检测系统包括依次连接的中央控制柜81、二极管激光器82、光纤多路复用器83、光纤84和多组激光器；中央控制柜81用于通过激光器检测烟气温度分布信号和CO浓度信号；其输出端经工程师站9分别连接长喷枪分配模块71和计量模块6；多个长喷枪1在水平烟道的横截面上均匀的呈多层布置，长喷枪分配模块71根据工程师站9的控制信号分别控制每一个长喷枪1喷射的尿素溶液流量；每层短喷枪2的尿素溶液管道入口设置一个电动阀门，短喷枪分配模块72根据W型锅炉10的机组负荷和NSR值控制每层的电动阀门。其中，还包括压缩空气储罐5，压缩空气储罐5的输出端分别用于冷却空气连接在短喷枪2的冷却端入口，用于雾化空气连接在计量模块6和分配模块7之间。中央控制柜81用于检测和处理激光信号；光纤多路复用器83用于两个波段激光信号的耦合；二极管激光器82生成激光信号；光纤84传输激光信号；优选的激光检测装置还包括用于吹扫和气动除焦的保护装置。

本优选实例中，如图2所示，长喷枪1共设置有六个，且在水平烟道的横截面上均匀的呈三层布置，长喷枪1所在截面上均匀设置四组激光器；激光器与长喷枪1间隔设置；每组激光器包括一个发射端85和一个接收端86，发射端85连接光纤84，接收端86连接中央控制柜81。

本优选实例中，长喷枪1冷却端入口连接除盐水储罐4的输出端，冷却端出口连接除盐水储罐4的输入端。计量模块6包括混合器61，以及分别设置在混合器61两个入口的控制阀和流量计；原尿素溶液储罐3和除盐水储罐4的输出端分别通过加液泵与对应的混合器61入口连接。

本实用新型一种火电厂W型锅炉SNCR脱硝系统使用时，包括如下步骤。根据激光检测系统得到的CO浓度信号通过计量模块6调节尿素溶液浓度的步骤；根据激光检测系统得到的温度分布信号通过长喷枪分配模块71调节每个长喷枪1喷射的尿素溶液流量的步骤；根据机组负荷区间和NSR值控制短喷枪2投运层数和每层尿素溶液总流量的步骤。优选的，短喷枪2分两层设置在W型锅炉10折焰角区域，从下往上依次是第一层短喷枪和第二层短喷枪。

其中，激光检测系统采用TDLAS测量方法得到水平烟道内的CO浓度信号，CO浓度信号在工程师站9中被转化为一路阀门开度信号并送入计量模块6中，调节除盐水回路的控制阀的开度，从而控制长喷枪1喷射的尿素溶液浓度。

其中，激光检测系统采用TDLAS测量方法得到水平烟道内烟气的温度分布信号，温度分布信号在工程师站9中被转化为多路阀门开度信号并送入长喷枪分配模块71中，调节每个长喷枪1控制阀的开度，从而控制每支长喷枪1喷射的尿素溶液流量。

本实用新型中具体布置和控制如下。

1)如图1所示，六支长喷枪分三层布置在W型锅炉水平烟道区域，向烟气中喷射尿素溶液。长喷枪伸入烟道中心并包含多个喷口，喷射的尿素溶液可覆盖整个烟道截面。长喷枪采用除盐水冷却，冷却水循环利用。

2)如图1所示，在W型锅炉折焰角区域分两层布置多支短喷枪，伸入炉内约1米处喷射尿素溶液。短喷枪采用压缩空气进行冷却，冷却空气直接吹入炉膛中。

3)如图2所示，在长喷枪所在截面布置四组激光器，每组激光器包含一个发射端和一个接收端。发射端所发出的特定波长的激光光线穿过锅炉后被接收端采集，然后送入中央控制柜中，由中央控制柜测量未吸收光线与被吸收光线的比例，从而确定烟气温度分布及CO浓度。烟气温度分布信号在工程师站中被转化为六路阀门开度信号并送入长喷枪分配模块，调节每个长喷枪回路中电动阀门的开度，从而控制每支长喷枪喷射的尿素溶液流量。CO浓度信号在工程师站中被转化为一路阀门开度信号并送入计量模块，调节除盐水回路电动阀门的开度，从而控制长喷枪喷射的尿素溶液浓度，具体为随着CO浓度升高，增大除盐水流量；随着CO浓度降低，减小除盐水流量。

4)短喷枪尿素溶液流量采用每层集中控制，根据机组负荷区间控制投运层数和每层尿素溶液总流量，并平均分配到每支短喷枪。具体为每层短喷枪的尿素溶液管道入口设一个电动阀门，阀门开度根据机组负荷调节。当机组为低负荷时，例如达到满负荷的50％，投运第一层短喷枪，第二层短喷枪关闭，并根据NSR值调节第一层阀门的开度；当机组为中负荷时，例如达到满负荷的75％，同时投运两层短喷枪，并根据NSR值调节两层阀门的开度；当机组为高负荷时，例如达到满负荷的100％，投运第二层短喷枪，第一层短喷枪关闭，并根据NSR值调节第二层阀门的开度。每支短喷枪处设置一个手动阀门，所有手动阀门开度保持一致。

其中，激光检测系统采用TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，可调谐二极管激光可吸收光谱)技术，集两个波长激光于一根光纤，然后使发出的光线依次穿过W型锅炉的水平烟道段。接收器采集光线后将其传回中央控制柜，由中央控制柜对穿过锅炉的特定波长的基准光量与被测物质分子所吸收的光量之间的比率进行比较，从而确定各个被测对象的浓度，气体温度则根据两条CO₂特征吸收谱线的比值来测量。发射器及接收器能够自动校正，以确保在锅炉扰动时也能获得最佳的光量传输，同时配有仪用气吹扫装置和气动除焦装置，来保证探测孔的畅通。本实用新型中，在水平烟道的两端装有发射端85和接收端86，当激光从一侧发出时，对应端的接收端86收到后，在水平烟道中形成一条测量路径，这些路径可以同时测量炉膛内CO浓度和炉膛温度。

TDLAS测量的原理是气体分子对特定频率(波长)的光线具有吸收作用，吸收率与温度、压力、路径长度和气体浓度相关。对于一个已知的路径长度和气体压力，通过收集并分析激光在一个特征吸收频率范围中的吸收率，可以确定烟气的温度和组分浓度。