CN107051191A - 一种可实现全负荷投运的高效scr脱硝结构和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可实现全负荷投运的高效SCR脱硝结构和方法，在实现SCR脱硝***全负荷投运的同时提升脱硝效率，降低SO3的生成，以减轻ABS沉积问题。炉膛与第一级省煤器连通；第一级省煤器与SCR反应器连通；第二级省煤器设置在首层催化剂和第二层催化剂之间；第二级省煤器与首层催化剂和第二层催化剂相通；第二级省煤器与换热介质循环管道连通，换热介质循环管道与第一级省煤器连通；给水泵与第二级省煤器连通。炉膛的烟气经过第一级省煤器换热后进入SCR反应器，首先经过首层催化剂进行脱硝反应，然后进入第二级省煤器换热后进一步降低温度；降温后的烟气依次经过第二层催化剂和第三层催化剂继续进行脱硝反应后排出。
Description
技术领域
本发明涉及一种可实现全负荷投运的高效SCR脱硝结构和方法，属于燃煤电站SCR烟气脱硝领域。
背景技术
随着国家对燃煤电站大气污染物NOX控制标准的提高，现役机组大多进行了脱硝改造，在众多脱硝手段中，选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction，SCR）烟气脱硝技术因其脱硝效率高、技术成熟成为大型火电机组脱硝改造的首选技术。SCR脱硝机理为：氮氧化物（NOX）与还原剂（NH3）混合后在催化剂的作用下转化为无公害的氮气和水。
燃煤机组SCR脱硝***中催化剂对运行温度也有一定的范围及要求，烟温低于催化剂最低连续运行温度（MOT）会导致NH4HSO4（ABS）生成并堵塞催化剂内部反应微孔，造成催化剂失活。因此，在实际脱硝运行中，为了保证催化剂的活性，脱硝装置应长期稳定运行在最低连续运行烟温以上；然而，当前国内机组普遍存在负荷率低，脱硝装置入口烟气温度低，低负荷运行工况下脱硝装置无法投运问题比较突出。
SCR反应器的最低连续运行温度主要与入口烟气中的NH3浓度与SO3浓度有关，随着SO3和NH3浓度的增加而升高。烟气经过首层催化剂之后，由于大部分的NH3被消耗，对于第二层及以后催化剂而言，其所要求的最低连续运行温度显著降低，适当降低第二层及以后层催化剂入口烟气温度不会对脱硝装置全负荷运行产生影响。
研究发现：制约传统SCR反应器效率提升的关键原因是由于氨氮摩尔比的相对标准偏差经过脱硝每级催化剂后逐渐增大，氨氮摩尔比分布均匀性逐渐变差；在催化剂选型一定的情况下，氨逃逸随着氨氮摩尔比的相对标准偏差的增大而增大；脱硝效率随着催化剂入口氨氮摩尔比的相对标准偏差的增大而减少，且要求的脱硝效率越高，这种影响越明显。传统SCR脱硝装置首层催化剂与第二层催化剂之间距离一般为2-3m，混合距离较短，且经过首层催化剂整流之后流场比较稳定，难以实现较理想的混合效果，严重影响整体脱硝效率的提升。
另外，SO2/SO3的转化率主要受到反应温度及NH3浓度的影响。烟气温度越高，SO2/SO3的转化率越高；NH3浓度越高，SO2/SO3的转化率越低。对于SCR烟气脱硝***，由于首层催化剂入口NH3浓度较高，发生的SO2/SO3的转化少，但经过首层催化剂后，大部分的NH3被消耗，第二级及后面催化剂的NH3浓度较低，为SO2/SO3转化的主要发生区域，如果能合理控制SCR反应器经过首层催化剂后的烟气温度，对于降低SO3的生成有重要的影响。
现有的技术如中国专利公告CN202709159U提供了一种可满足SCR脱硝装置全负荷运行低排烟温度的锅炉，通过将原省煤器进行分级设置及设置省煤器烟气旁路的方式解决SCR全负荷投运的问题。该工艺虽然能够保证锅炉低负荷和高负荷工况下SCR脱硝装置入口烟温达到最低连续运行要求，但由于其后换热装置布置在SCR脱硝装置出口，虽然提高了SCR脱硝装置入口烟温满足最低连续运行温度的要求，但同时导致SO2/SO3转化率的进一步升高，加剧了后续设备ABS沉积问题。
为此，如何正确利用SCR多层催化剂的SO2/SO3转化规律及脱硝规律，尽可能减小反应器SO2/SO3转化率，以减轻ABS沉积问题，是目前SCR急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理的可实现全负荷投运的高效SCR脱硝结构和方法，在实现SCR脱硝***全负荷投运的同时提升脱硝效率，降低SO3的生成，以减轻ABS沉积问题。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种可实现全负荷投运的高效SCR脱硝结构，包括炉膛、第一级省煤器和SCR反应器；炉膛的烟气出口与第一级省煤器的烟气入口连通；第一级省煤器的烟气出口与SCR反应器的烟气入口连通；SCR反应器中依次设置有首层催化剂、第二层催化剂和第三层催化剂；其特征在于：还包括第二级省煤器、给水泵和换热介质循环管道；第二级省煤器设置在首层催化剂和第二层催化剂之间；第二级省煤器的烟气入口与首层催化剂的烟气出口相通，第二级省煤器的烟气出口与第二层催化剂的烟气入口相通；第二级省煤器的换热介质管路出口与换热介质循环管道的入口连通，换热介质循环管道的出口与第一级省煤器的换热介质管路入口连通；给水泵与第二级省煤器的换热介质管路入口连通。
本发明所述的第二级省煤器的换热管采用翅片管或光管。
本发明所述的第二级省煤器的换热管错列布置。
本发明首层催化剂与第二层催化剂之间距离为5-8m。
本发明在SCR反应器中设置有喷氨格栅和整流格栅，喷氨格栅、整流格栅、首层催化剂依次设置。
一种可实现全负荷投运的高效SCR脱硝结构的SCR脱硝方法，其特征在于：炉膛的烟气经过第一级省煤器换热后进入SCR反应器，首先经过首层催化剂进行脱硝反应，脱除大部分的NOx和消耗大部分NH3，然后进入第二级省煤器换热后进一步降低温度；降温后的烟气依次经过第二层催化剂和第三层催化剂继续进行脱硝反应后排出。
本发明在锅炉最低稳燃负荷～BMCR负荷工况下，烟气经过第一级省煤器换热后温度为300～400℃。
本发明烟气进入第二级省煤器换热后，温度降低20～50℃。
本发明烟气进入第二级省煤器换热后，温度降低20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃或者50℃。
本发明在锅炉最低稳燃负荷～BMCR负荷工况下，烟气经过第一级省煤器换热后温度为300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃、390℃或400℃。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、本发明有效解决了目前锅炉低负荷工况下，SCR反应器入口烟气温度不能达到最低连续运行温度的要求，实现了锅炉全负荷工况下SCR脱硝***实时高效投运，保证NOx达标排放，不会对机组的能耗造成负面影响；
2、本发明通过在首层催化剂与第二层催化剂之间设置第二级省煤器，进一步增大了首层催化剂与第二层催化剂之间的混合距离；第二级省煤器采用错列布置形式，加剧了烟气扰流，有效提高了进入第二层催化剂的烟气中氨氮摩尔比的混合均匀性，进一步提高了第二级及后面催化剂的脱硝效率。
3、本发明通过在首层催化剂与第二层催化剂之间设置第二级省煤器，降低进入第二层催化剂的烟气温度，减少第二层催化剂及后面层催化剂的SO2/SO3转化率，降低了SO3的生成量，有效缓解下游设备硫酸铵和硫酸氢铵的沉积问题。
附图说明
图1是本发明实施例可实现全负荷投运的高效SCR脱硝结构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明。
参见图1，本发明实施例可实现全负荷投运的高效SCR脱硝结构包括炉膛1、第一级省煤器2、SCR反应器、还原剂供应装置4、第二级省煤器7、给水泵8和换热介质循环管道11。
炉膛1的烟气出口与第一级省煤器2的烟气入口连通；第一级省煤器2的烟气出口与SCR反应器的烟气入口连通。
SCR反应器中依次设置有喷氨格栅3、整流格栅5、首层催化剂6、第二层催化剂9、第三层催化剂10，喷氨格栅3靠近SCR反应器的烟气入口，第三层催化剂10靠近SCR反应器的烟气出口。
还原剂供应装置4与喷氨格栅3连接。
第二级省煤器7设置在首层催化剂6和第二层催化剂9之间。第二级省煤器7的烟气入口与首层催化剂6的烟气出口相通，第二级省煤器7的烟气出口与第二层催化剂9的烟气入口相通。
第一级省煤器2和第二级省煤器7的换热介质管路连通，第二级省煤器7的换热介质管路出口与换热介质循环管道11的入口连通，换热介质循环管道11的出口与第一级省煤器2的换热介质管路入口连通。
给水泵8与第二级省煤器7的换热介质管路入口连通，给水泵8向第二级省煤器7的换热介质管路供水作为换热介质。
第二级省煤器7的换热管采用翅片管或光管。
第二级省煤器7的换热管错列布置。
首层催化剂6与第二层催化剂9之间距离为5-8m，具体的距离需要根据烟温提升幅度确定。
一种可实现全负荷投运的高效SCR脱硝结构的高效SCR脱硝方法，过程如下：
炉膛1的烟气经过第一级省煤器2换热后进入SCR反应器，首先经过首层催化剂6进行脱硝反应，脱除大部分的NOx和消耗大部分NH3，然后进入第二级省煤器7换热后进一步降低温度；降温后的烟气依次经过第二层催化剂9和第三层催化剂10继续进行脱硝反应后排出。
在锅炉最低稳燃负荷～BMCR负荷工况下，烟气经过第一级省煤器换热后温度为300～400℃，此为催化剂最佳的温度区，如此可实现SCR脱硝***的全负荷投运。
烟气进入第二级省煤器换热后，温度降低20～50℃，具体降温幅度需根据催化剂性能对温度的要求确定，本实施例中，烟气进入第二级省煤器换热后，温度降低20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃或者50℃。
本实施例中，在锅炉最低稳燃负荷～BMCR负荷工况下，烟气经过第一级省煤器换热后温度为300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃、390℃或400℃。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明；而且，本发明各部分所取的名称也可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。
Claims (10)
1.一种可实现全负荷投运的高效SCR脱硝结构，包括炉膛、第一级省煤器和SCR反应器；炉膛的烟气出口与第一级省煤器的烟气入口连通；第一级省煤器的烟气出口与SCR反应器的烟气入口连通；SCR反应器中依次设置有首层催化剂、第二层催化剂和第三层催化剂；其特征在于：还包括第二级省煤器、给水泵和换热介质循环管道；第二级省煤器设置在首层催化剂和第二层催化剂之间；第二级省煤器的烟气入口与首层催化剂的烟气出口相通，第二级省煤器的烟气出口与第二层催化剂的烟气入口相通；第二级省煤器的换热介质管路出口与换热介质循环管道的入口连通，换热介质循环管道的出口与第一级省煤器的换热介质管路入口连通；给水泵与第二级省煤器的换热介质管路入口连通。
2.根据权利要求1所述的可实现全负荷投运的高效SCR脱硝结构，其特征在于：所述的第二级省煤器的换热管采用翅片管或光管。
3.根据权利要求1所述的可实现全负荷投运的高效SCR脱硝结构，其特征在于：所述的第二级省煤器的换热管错列布置。
4.根据权利要求1所述的可实现全负荷投运的高效SCR脱硝结构，其特征在于：首层催化剂与第二层催化剂之间距离为5-8m。
5.根据权利要求1所述的可实现全负荷投运的高效SCR脱硝结构，其特征在于：在SCR反应器中设置有喷氨格栅和整流格栅，喷氨格栅、整流格栅、首层催化剂依次设置。
6.一种如权利要求1-5任一权利要求所述的可实现全负荷投运的高效SCR脱硝结构的SCR脱硝方法，其特征在于：炉膛的烟气经过第一级省煤器换热后进入SCR反应器，首先经过首层催化剂进行脱硝反应，脱除大部分的NOx和消耗大部分NH3，然后进入第二级省煤器换热后进一步降低温度；降温后的烟气依次经过第二层催化剂和第三层催化剂继续进行脱硝反应后排出。
7.根据权利要求6所述的SCR脱硝方法，其特征在于：在锅炉最低稳燃负荷～BMCR负荷工况下，烟气经过第一级省煤器换热后温度为300～400℃。
8.根据权利要求6所述的SCR脱硝方法，其特征在于：烟气进入第二级省煤器换热后，温度降低20～50℃。
9.根据权利要求8所述的SCR脱硝方法，其特征在于：烟气进入第二级省煤器换热后，温度降低20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃或者50℃。
10.根据权利要求7所述的SCR脱硝方法，其特征在于：在锅炉最低稳燃负荷～BMCR负荷工况下，烟气经过第一级省煤器换热后温度为300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃、390℃或400℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170818 |
|
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