一种以氨水为脱硝还原剂的SCR烟气脱硝方法和装置与流程
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烟气脱硝还原剂主要有液氨、氨水、尿素，其中，液氨属于高危险化学品，其运输和储存要求苛刻且越来越多地受到政策、法规的限制，极为不便；尿素虽然可以方便地被运输、储存和使用，但是要使尿素分解成气氨需要消耗大量的热量、能耗较大；而氨水兼顾了液氨和尿素特性，特别是对于周边具有氨水副产物的燃煤锅炉或火电厂，采用氨水作为脱硝还原剂更具有性价比优势。
氨水主要成分是NH3·H2O，含有少量的NH4+和OH-，氨水见光、受热易分解成NH3和水。氨水作为烟气脱硝还原剂，常见工艺是设置单独的氨水汽提装置，将氨水气化、提纯成氨气后，再将纯氨气注射到烟气中进行脱硝，此类工艺的氨水气化投资成本大且运行成本高。
公告号为CN202844886U中国专利公开了一种在燃机出口烟道直接注射氨水的余热炉SCR烟气脱硝装置，该专利技术主要适合于燃机余热炉烟气脱硝，不适合于燃煤锅炉。
公告号CN203437023U为中国专利公开了一种脱硝还原剂氨水气化装置，气化热源采用锅炉200℃以上的气体，该专利技术在工程实施中只能针对无烟气泄漏的管式空气预热器的锅炉烟气脱硝，即可采用锅炉热一/二次风作为氨水气化的热源。而对于回转式空气预热器的锅炉，由于烟气泄漏，热一/二次风均含尘，若作为氨水气化热源，会导致氨水气化器、氨注射格栅(AIG)堵塞，影响脱硝，因此，该专利技术不适合大型燃煤锅炉，尤其不适合回转式空气预热器的锅炉烟气脱硝。
公告号CN106422772A的中国专利公开了一种在SCR烟气脱硝入口烟道内直接喷射氨水气化的方法，该技术中喷射的氨水气化后难以保证与烟气混合均匀，影响脱硝效率。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种以氨水为脱硝还原剂的SCR烟气脱硝方法和装置，能够解决回转式空气预热器锅炉烟气以氨水为还原剂的SCR烟气脱硝问题，同时解决SCR烟气脱硝工艺复杂、AIG堵塞问题，达到降低投资、运行费用和能耗的目的。
本发明的一方面公开了一种以氨水为脱硝还原剂的SCR烟气脱硝方法，利用锅炉烟气将部分锅炉冷一次风和/或冷二次风加热成热空气并将所述热空气作为氨水气化的热源，将氨水气化后得到的氨气和水蒸气与所述热空气混合形成的氨气-空气混合物返回与锅炉烟气混合后进行烟气脱硝。
根据本发明以氨水为脱硝还原剂的SCR烟气脱硝方法的一个实施例，所述部分锅炉冷一次风和/或冷二次风来自于空气预热器并且占总风量的0.5～5％，所述部分锅炉冷一次风和/或冷二次风的压力为2～15kP、温度为0～50℃。
根据本发明以氨水为脱硝还原剂的SCR烟气脱硝方法的一个实施例，所述锅炉烟气的温度为280～450℃，所述热空气的温度为150～350℃。
本发明的另一方面公开了一种以氨水为脱硝还原剂的SCR烟气脱硝装置，所述装置包括氨水气化注入单元、SCR脱硝反应器入口烟道、SCR脱硝反应器和空气预热器，SCR脱硝反应器入口烟道位于锅炉省煤器与SCR脱硝反应器之间，空气预热器设置在SCR脱硝反应器的出口；
其中，氨水气化注入单元包括风管、空气-烟气管式换热器、热空气管道、氨水气化器和氨气-空气混合物管道，空气-烟气管式换热器设置在SCR脱硝反应器入口烟道中，空气-烟气管式换热器的气体入口通过风管与空气预热器连接且气体出口与氨水气化器的气体入口连接，氨水气化器的气体出口连接有氨气-空气混合物管道，氨气-空气混合物管道的气体出口位于所述SCR脱硝反应器入口烟道中。
根据本发明以氨水为脱硝还原剂的SCR烟气脱硝装置的一个实施例，所述氨水气化注入单元还包括设置在氨气-空气混合物管道的气体出口处的氨气注射格栅。
根据本发明以氨水为脱硝还原剂的SCR烟气脱硝装置的一个实施例，所述氨气注射格栅布置在锅炉省煤器与空气-烟气管式换热器之间。
根据本发明以氨水为脱硝还原剂的SCR烟气脱硝装置的一个实施例，所述风管上设置调节控制阀，所述氨气-空气混合物管道上设置有温度监测仪。
根据本发明以氨水为脱硝还原剂的SCR烟气脱硝装置的一个实施例，所述氨水气化器内设置有氨水雾化喷枪，所述氨水雾化喷枪接引氨水。
根据本发明以氨水为脱硝还原剂的SCR烟气脱硝装置的一个实施例，所述风管接引空气预热器中的部分锅炉冷一次风和/或冷二次风，其中，所述部分锅炉冷一次风和/或冷二次风占总风量的0.5～5％并且压力为2～15kP、温度为0～50℃。
与现有技术相比，本发明以氨水为脱硝还原剂的SCR烟气脱硝方法和装置解决了常规氨水为脱硝还原剂的SCR脱硝工艺复杂、能耗高、投资和运行成本高的问题，也解决了常规氨水为还原剂的SCR烟气脱硝AIG堵塞问题；不仅有利于提高氨空气混合物与烟气的均匀性，提高SCR脱硝效率，而且还能够降低SCR脱硝还原剂氨水气化能耗和厂用电，节省运行成本；另外，该改进方式对锅炉的影响小或基本可忽略，不会影响现行工艺和装置的工作。
附图说明
图1示出了根据本发明示例性实施例的以氨水为脱硝还原剂的SCR烟气脱硝装置的结构示意图。
附图标记说明：
1-烟气、2-氨水、3-省煤器、4-SCR脱硝反应器入口烟道、5-SCR脱硝反应器、6-氨水气化注入单元、61-风管、611-调节控制阀、62-空气-烟气管式换热器、63-热空气管道、64-氨水气化器、641-氨水雾化喷枪、65-氨气-空气混合物管道、651-温度检测仪、66-氨气注射格栅、7-空气预热器。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
下面先对本发明以氨水为脱硝还原剂的SCR烟气脱硝方法进行详细说明进行详细的说明。
考虑到现有脱硝方法中存在的缺陷，本发明创造性地利用锅炉烟气将部分锅炉冷一次风和/或冷二次风加热成热空气并将所得热空气作为氨水气化的热源，将氨水气化后得到的氨气和水蒸气与热空气混合形成的氨气-空气混合物返回与锅炉烟气混合后进行烟气脱硝。
优选地，部分锅炉冷一次风和/或冷二次风来自于空气预热器并且占总风量的0.5～5％，该部分锅炉冷一次风和/或冷二次风的压力为2～15kP、温度为0～50℃。
其中，锅炉烟气的温度为280～450℃，其将部分锅炉冷一次风和/或冷二次风加热得到的热空气的温度为150～350℃，该温度的热空气足以实现脱硝还原剂氨水的气化。随后，在脱硝催化剂的作用下，氨气与锅炉烟气中的NOx发生化学反应生成无害的N2和水达到脱硝目的。
本发明的方法有效地解决了回转式空气预热器锅炉烟气以氨水为还原剂的SCR烟气脱硝问题，同时利用了无尘的锅炉冷一次风和/或二次风，能够解决SCR烟气脱硝工艺复杂、AIG堵塞问题，达到降低投资、运行费用和能耗的目的。
本发明同时提供了一种以氨水为脱硝还原剂的SCR烟气脱硝装置。图1示出了根据本发明示例性实施例的以氨水为脱硝还原剂的SCR烟气脱硝装置的结构示意图。
如图1所示，根据本发明的示例性实施例，所述以氨水为脱硝还原剂的SCR烟气脱硝装置包括氨水气化注入单元6、SCR脱硝反应器入口烟道4、SCR脱硝反应器5和空气预热器7，SCR脱硝反应器入口烟道4位于锅炉省煤器3与SCR脱硝反应器5之间，空气预热器7设置在SCR脱硝反应器5的出口。其中，锅炉省煤器3、SCR脱硝反应器5和空气预热器7均可以采用本领域常用的结构和布置方式，SCR脱硝反应器5内部优选地布置有1-4层催化剂。
其中，氨水气化注入单元6包括风管61、空气-烟气管式换热器62、热空气管道63、氨水气化器64和氨气-空气混合物管道65，空气-烟气管式换热器62设置在SCR脱硝反应器入口烟道4中，空气-烟气管式换热器62的气体入口通过风管61与空气预热器7连接且气体出口与氨水气化器64的气体入口连接，氨水气化器64的气体出口连接有氨气-空气混合物管道65，氨气-空气混合物管道65的气体出口位于SCR脱硝反应器入口烟道4中。
具体地，风管61的入口端与空气预热器7相连，接引空气预热器7中的部分锅炉冷一次风和/或冷二次风，其中，该部分锅炉冷一次风和/或冷二次风占总风量的0.5～5％并且压力为2～15kP、温度为0～50℃。风管61的出口端与设置在SCR脱硝反应器入口烟道4中的空气-烟气管式换热器62相连，进而将部分锅炉冷一次风和/或冷二次风送入空气-烟气管式换热器62中与锅炉烟气1进行换热。
空气-烟气管式换热器62设置在SCR脱硝反应器入口烟道4中，空气-烟气管式换热器62可以具体采用换热管的结构，从空气-烟气管式换热器62表面流过的高温锅炉烟气与在空气-烟气管式换热器62内流过的部分锅炉冷一次风和/或冷二次风进行换热，从而实现对部分锅炉冷一次风和/或冷二次风的加热。具体地，280～450℃的锅炉烟气2与部分锅炉冷一次风和/或冷二次风换热，得到150～350℃的热空气。优选地，风管61上设置调节控制阀611，具体可以通过调节该调节控制阀611的开度来调节热空气以及后续氨气-空气混合物的温度。
其中，空气-烟气管式换热器62的布置对锅炉的影响小甚至基本可忽略，如300MW等级的SCR烟气脱硝装置，空气-烟气管式换热器62的布置对区域的烟气温降不超过3℃，对锅炉的影响几乎可忽略。
空气-烟气管式换热器62通过热空气管道63与氨水气化器64相连，通过热空气管道63将所述150～350℃的热空气送入氨水气化器64中对脱硝催化剂氨水进行加热气化。
氨水气化器61内优选地设置有氨水雾化喷枪641，氨水雾化喷枪641接引氨水，该氨水雾化喷枪641将氨水2雾化成细小的液滴，随后液滴被由热空气管道63引入的热空气加热、分解成氨气并与空气形成氨气-空气混合物。
氨水气化器61的气体出口连接有氨气-空气混合物管道65并且氨气-空气混合物管道65的气体出口位于SCR脱硝反应器入口烟道4中，由此通过氨气-空气混合物管道65将氨气-空气混合物送入SCR脱硝反应器入口烟道4中进行后续的脱硝处理。
优选地，氨水气化注入单元6还包括设置在氨气-空气混合物管道65的气体出口处的氨气注射格栅66。更优选地，该氨气注射格栅66布置在锅炉省煤器3与空气-烟气管式换热器62之间，空气-烟气管式换热器兼作整流功能，可提高氨气-空气混合物与烟气混合的均匀性，有利于提高SCR脱硝效率。该氨气注射格栅66能够更均匀地将氨气-空气混合物分散在SCR脱硝反应器入口烟道4，有利于氨气-空气混合物与锅炉烟气的均匀混合。
优选地，氨气-空气混合物管道65上设置有温度监测仪651，用于检测氨气-空气混合物的温度。具体地，可以根据氨气-空气混合物管道65上设置的温度检测仪651的检测信号反馈，调节风管61上设置的调节控制阀611的开度，使氨气-空气混合物温度保持在150℃以上。
来自锅炉的烟气1经过省煤器3后与由氨水气化注入单元6注入的氨气-空气混合物后与烟气1形成氨气-烟气混合物，随后通过空气-烟气管式换热器62的梳理、整流，氨气与烟气均匀混合，再通过SCR脱硝反应器入口烟道4进入SCR脱硝反应器5，氨气与烟气中的NOx发生化学反应生成无害的N2和水达到脱硝目的。
下面结合具体实施例和对比例对本发明作进一步说明。
实施例：
本实施例采用了上述方法和装置。
具体地，300MW燃煤锅炉的烟气量为1063617Nm3/h，其中的NOx浓度为250mg/Nm3(6％O、干)，设计脱硝效率为80％。
省煤器出口烟气温度为384℃，利用风管从空气预热器向空气-烟气管式换热器引入风压为10kPa、风量为4700Nm3/h的冷一次风(其占锅炉总的冷一次风的2.2％)，经过空气-烟气管式换热器的换热后，冷一次风被加热成350℃的热空气并通过热空气管道送入氨水气化器中，氨水气化器通过氨水雾化喷枪喷入20％的氨水425kg/h，形成温度为155℃的氨气-空气混合物，再通过氨气-空气混合物管道送入SCR脱硝反应器入口烟道中与烟气混合后实现脱硝，其中，烟气温降为2.5℃。
锅炉燃煤在110t/h的基础上仅增加40kg/h，对锅炉影响可忽略，而脱硝运行性能参数具体为：脱硝效率为83.6％、SO2/SO3转化率为0.4％、氨逃逸为1.2mg/Nm3。
对比例1：
设计烟气参数和性能要求与实施例相同，采用电加热(配置600kW的电加热)或蒸汽气提(引入800kg/h的350℃的饱和水蒸汽)技术作为热源制氨的脱硝运行性能参数为：脱硝效率为82.4％、SO2/SO3转化率为0.6％、氨逃逸为2.2mg/Nm3。
对比例2：
设计烟气参数和性能要求与实施例相同，采取烟道直接喷射氨水(即公告号CN106422772A的专利技术)的脱硝运行性能参数为：脱硝效率为80.6％、SO2/SO3转化率为1.0％、氨逃逸为3.0mg/Nm3。
由此可以看出，采用本发明的以氨水为脱硝还原剂的SCR烟气脱硝方法和装置，不仅能够很好地解决回转式空气预热器锅炉烟气以氨水为还原剂的SCR烟气脱硝问题，相对于现有技术的方法还能够更好地提升SCR脱硝性能，而且更加节能。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。