一种利用蒸汽携带还原抑制剂的脱硝系统及方法与流程

本发明涉及一种用于燃煤锅炉的脱硝系统及方法，特别是利用蒸汽携带还原抑制剂的脱硝系统及方法。

背景技术：

最新的《火电厂大气污染物排放标准》（gb13223-2011）规定燃煤锅炉氮氧化物（nox）排放标准限值为100mg/m³。为了降低燃煤锅炉烟气中nox的排放浓度，主要的技术有空气分级低nox燃烧技术、非选择性催化还原脱硝技术（selectivenon-catalyticreduction,sncr）和选择性催化还原脱硝技术（selectivecatalyticreduction,scr）。

空气分级低nox燃烧技术将燃烧空气分为主燃风和燃尽风两部分；主燃风与燃料混合燃烧后形成温度较低、氧量不足、燃料富集的主燃区；燃尽风由燃烧器上部独立布置的喷嘴送入炉膛，形成燃尽区；主燃区和燃尽区之间则称为还原区。

sncr脱硝技术是将氨水或尿素等还原剂，喷入到燃尽风后温度为900～1100℃的烟气中，在不需要催化剂的情况下，还原剂迅速热分解生成nh3，nh3将烟气中的no还原成n2。在没有催化剂的条件下，该还原反应只在一定温度范围（900～1100℃）和氧气浓度（2～4%）下进行，具有选择性。

scr脱硝技术是还原剂（主要为nh3）注入烟道和烟气混合，还原剂在催化剂作用下在较低温度选择nox反应，将其还原成n2。

在实际运行中，现有锅炉经过空气分级改造、sncr改造后仍会出现以下问题：由于燃用煤质的不同和锅炉负荷的变化，脱硝效率变化很大，尤其在燃用无烟煤时，nox排放量仍高达600mg/nm³（@6%o2）以上，脱硝效率较低；sncr喷射点处的烟气温度易偏离温度窗口，喷射气流刚性不足，覆盖面小，很难与烟气混合均匀，导致脱硝效率急剧下降，增大还原剂的使用量，nox排放量升高，氨逃逸量超标。

总之，这些问题都严重影响燃煤锅炉的脱硝效率，很难彻底解决低挥发分煤的nox超净排放问题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种利用蒸汽携带还原抑制剂的脱硝系统及方法，它不仅能提高脱硝效率，降低nox的排放，确保达标排放，且投资省，占地面积小，运行简便，运行费用低，提高锅炉的安全性和经济性。

为了达到上述目的，本发明的一种利用蒸汽携带还原抑制剂的脱硝系统，包括设有主燃烧器和燃尽风喷口的炉膛、相连的还原抑制剂溶液储罐和液泵，其特征在于：还包括与液泵另一端相连的还原抑制剂溶液控制箱，在炉膛上设有数个喷枪，每个喷枪均包括设于炉膛上的蒸汽管、设于蒸汽管内的喷头、联于蒸汽管前端的喷口，还原抑制剂溶液控制箱通过管路与数个喷头相连，喷口位于主燃烧器和燃尽风喷口之间的炉膛内；

作为本发明的进一步改进，液泵与还原抑制剂溶液控制箱之间还设有稳压器；可提高还原抑制剂溶液输送的稳定性；

作为本发明的进一步改进，所述稳压器的出口还通过回流管路与还原抑制剂溶液储罐相连，在回流管路上设有调节阀；一旦还原抑制剂溶液流量过高，可回流至还原抑制剂溶液储罐，提高利用效率；

作为本发明的进一步改进，所述稳压器的出口还通过调节阀门和流量计与还原抑制剂溶液控制箱相连；可准确控制流量；

作为本发明的进一步改进，在连接每个喷头与还原抑制剂溶液控制箱的管路上均设有关断阀门和流量计；可选择喷头进行喷射；

作为本发明的进一步改进，还原抑制剂溶液储罐内设有电加热器；可控制还原抑制剂溶液的温度。

作为本发明的进一步改进，所述喷口均为呈扇形的鸭嘴式喷口；可提高喷射的刚性，可形成扇形的高速射流射入炉膛，覆盖面积大，提高与烟气混合的均匀度；

作为本发明的进一步改进，所述数个喷枪的喷口设置在炉膛的其中一面墙或其中两面墙或其中三面墙或其中四面墙或四角上；可形成不同的喷射方式，满足工况的需要；

本发明使用上述系统的一种利用蒸汽携带还原抑制剂的脱硝方法，其特征在于包括以下步骤：1）通过液泵将还原抑制剂溶液储罐内的还原抑制剂溶液抽入还原抑制剂溶液控制箱，还原抑制剂溶液在还原抑制剂溶液控制箱内均压后再进入各喷头、喷出；2）此时由各蒸汽管的后端通入压力为1.0～5.0mpa、温度为350～650k的蒸汽，蒸汽与还原抑制剂混合、雾化后由喷口喷入主燃烧器与燃尽风喷口之间的炉膛内；3）还原抑制剂与炉膛内的烟气混合、与氮氧化物发生还原反应，脱除氮氧化物；

最新的研究表明，低氧（<2%）和高温（>1100℃）情况下喷氨的脱硝效率高达85%以上，并且脱硝效率不随着温度的升高而降低，高温下具有很宽的反应温度范围；本发明以蒸汽为载体将还原抑制剂喷射入燃尽风之前的强化还原区，该区域温度始终高于1100℃，并且呈还原性气氛，co浓度高，还原抑制剂与烟气混合均匀，解决高温还原过程中其它方法较难实现的混合均匀等问题，同时射入的蒸汽有利于co、h、oh等基团的气化，氨在co的催化作用下强化已生成no的还原，h、oh等基团同氨发生反应抑制投入燃尽风后的no生成，提高炉内燃烧过程的脱硝效率，确保达标排放，且锅炉改造量小，不改变炉膛结构和运行工况，不增加烟气阻力，无需风机等附件，设备改造投资省，占地面积小，运行简便，运行费用低，提高锅炉的安全性和经济性；

作为本发明脱硝方法的一种优选，所述还原抑制剂为尿素溶液、氨水溶液以及碱金属盐添加剂溶液中的一种或几种物质的混合溶液；均可实现较佳的脱硝效果；

综上所述，本发明不仅能提高脱硝效率，降低nox的排放，确保达标排放，且投资省，占地面积小，运行简便，运行费用低，提高锅炉的安全性和经济性。

附图说明

图1为本发明的脱硝系统结构示意图。

图2为本发明的第一种燃尽风和喷枪位置三维示意图。

图3为图2的主视图。

图4为本发明的第二种燃尽风和喷枪位置三维示意图。

图5为图4的主视图。

图6为本发明的第三种燃尽风和喷枪位置三维示意图。

图7为图6的主视图。

图8为本发明的第四种燃尽风和喷枪位置三维示意图。

图9为图8的主视图。

图10为本发明的第五种燃尽风和喷枪位置三维示意图。

图11为图10的主视图。

图12为本发明的脱硝系统中喷枪结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1、图12所示，该实施例的利用蒸汽携带还原抑制剂的脱硝系统，包括设有主燃烧器2和燃尽风喷口3的炉膛1、依次相连的还原抑制剂溶液储罐4、液泵5、稳压器6、调节阀门7、流量计8和还原抑制剂溶液控制箱9，还原抑制剂溶液储罐4内设有电加热器10，在还原抑制剂溶液储罐4与液泵5的连接管路上设有温度检测计11，稳压器6的出口还通过回流管路12与还原抑制剂溶液储罐4相连，在回流管路12上设有调节阀13；在炉膛1上设有数个喷枪14，每个喷枪14均包括设于炉膛上的蒸汽管15、设于蒸汽管15内的喷头16、联于蒸汽管15前端的喷口17，还原抑制剂溶液控制箱9通过管路与数个喷头16相连，在该管路上均设有关断阀门18和流量计19，喷口17位于主燃烧器2和燃尽风喷口3之间的炉膛1内，所述喷口17均为呈扇形的鸭嘴式喷口，喷口覆盖角度为30～150度；

其中燃尽风喷口3和喷枪14的设置方式可多种多样，如图2和图3所示，该方式采用单级燃尽风喷口3，在前后左右墙布置1层共16支喷枪14，该层喷枪与燃尽风喷口3的距离为0.1~3.5m；如图4、图5所示，该方式采用两级燃尽风喷口3，在前后左右墙布置1层共16支还原抑制剂溶液喷枪14；如图6、图7所示，该方式采用单级燃尽风喷口3，在炉膛四角布置数支喷枪14形成切圆喷射；

如图8、图9所示，该方式采用单级燃尽风喷口3，在炉膛前后左右墙布置数支喷枪14形成墙式单切圆喷射；

如图10、图11所示，该方式采用单级燃尽风喷口3，在炉膛左右墙布置数支喷枪14形成墙式双切圆喷射；可满足不同工况的需要；

使用上述系统的一种利用蒸汽携带还原抑制剂的脱硝方法，包括以下步骤：1）通过液泵5将还原抑制剂溶液储罐4内的还原抑制剂溶液抽入还原抑制剂溶液控制箱9，还原抑制剂溶液在还原抑制剂溶液控制箱9内均压后再进入各喷头16、喷出；所述还原抑制剂为尿素溶液、氨水溶液以及碱金属盐添加剂溶液中的一种或几种物质的混合溶液；2）此时由各蒸汽管15的后端通入压力为1.0～5.0mpa、温度为350～650k的蒸汽，蒸汽与还原抑制剂混合、雾化后由喷口17喷入主燃烧器2与燃尽风喷口3之间的炉膛1内；3）还原抑制剂与炉膛1内的烟气混合、与氮氧化物发生还原反应，脱除氮氧化物；

据申请人的最新研究表明，低氧（<2%）和高温（>1100℃）情况下喷氨的脱硝效率高达85%以上，并且脱硝效率不随着温度的升高而降低，高温下具有很宽的反应温度范围；本发明以蒸汽为载体将还原抑制剂喷射入燃尽风之前的强化还原区，蒸汽管15可与锅炉过热器等部件相连，所用蒸汽可由锅炉过热器等部件引出，具有较高的温度，以此为介质将还原抑制剂溶液喷入炉膛还原区，对此区域温度影响小，使得该区域温度始终高于1100℃，利于提高脱硝效果，并且呈还原性气氛，co浓度高，还原抑制剂与烟气混合均匀，解决高温还原过程中其它方法较难实现的混合均匀等问题，同时射入的蒸汽有利于co、h、oh等基团的气化，氨在co的催化作用下强化已生成no的还原，h、oh等基团同氨发生反应抑制投入燃尽风后的no生成，提高炉内燃烧过程的脱硝效率，确保达标排放，且锅炉改造量小，不改变炉膛结构和运行工况，不增加烟气阻力，无需风机等附件，设备改造投资省，占地面积小，运行简便，运行费用低，提高锅炉的安全性和经济性；

一旦还原抑制剂溶液流量过高，通过回流管路12可回流至还原抑制剂溶液储罐4，提高利用效率；稳压器6可提高还原抑制剂溶液输送的稳定性；

鸭嘴式喷口17可提高喷射的刚性，可形成扇形的高速射流射入炉膛，覆盖面积大，提高与烟气混合的均匀度；

本发明不限于上述实施方式，如可设置多层喷枪，其布置方式也可布置在炉膛四面墙上，在炉内形成前后对喷或左右对喷，或在炉内形成前后错位对喷或左右错位对喷。