[发明专利]一种锅炉宽负荷尿素直喷热解烟气脱硝系统

说明书

技术领域

本发明涉及多种型式锅炉烟气脱硝技术领域，具体涉及到一种锅炉宽负荷条件下具有烟温调节功能的尿素直喷热解脱硝系统。

背景技术

目前，锅炉烟气脱硝技术主要采用选择性催化还原法（SCR），其还原剂氨主要以氨水、液氨或尿素等为原料制成。氨水安全等级较低，但储运设备体积较大，制成气氨需要大量的热能，初投资和运行成本较高，极少采用；液氨工艺简单，投资和运行成本较低，但液氨属于危化品，安全等级要求较高，地方审批限制较多；尿素本身无安全等级要求，储运方便，但尿素分解需要较高的热能。

尿素制氨法可分为尿素热解法和尿素水解法。尿素水解制氨工艺的负荷跟随性相对较差，在负荷波动较大时，不易实现自动控制；其水解器属于压力容器，且管道容易腐蚀结晶，维护量多。尿素热解制氨工艺的负荷跟随性较好，系统相对简单、运行稳定，在锅炉烟气脱硝领域较多采用该法，但多个项目也出现了结晶现象。尿素热解制氨工艺可分为传统热解炉制氨工艺和尿素直喷热解制氨工艺。传统尿素热解制氨常采用热一次风加电加热器或者气气换热器，运行成本高，系统设计复杂。例如，根据煤质的不同，600MW等级锅炉烟气脱硝装置尿素热解制氨系统采用热一次风加电加热的电耗为500～2000kWh/h，能耗高且运行成本大；中国专利文献CN103191640B公开了一种SCR 脱硝还原剂尿素热解热源供给方法和装置，将气气换热器布置在锅炉内部，利用锅炉热烟气将换热器内的热一次风加热到尿素热解温度，但由于热一次风的压力通常不能满足尿素热解系统和氨气喷射所需要的压力，需要加装增压风机及相关旁路和冷却水系统，同时锅炉受热面的利用率下降；由于热一次风含尘量较大，易造成增压风机磨损和换热器堵塞；虽然该技术降低了尿素热解热源成本，但系统设计仍较复杂，占用空间大，投资和运行成本相对较高；传统热解炉由于喷入尿素溶液后温度下降过快，受热不均，容易造成结晶现象。锅炉内部尿素直喷热解系统直接将尿素溶液喷入锅炉内部进行制氨，如中国专利文献CN104891529A公开了一种尿素直喷热解制氨系统及方法，虽然系统简单，但由于锅炉结构和烟温分布差异较大，在尾部双烟道锅炉、塔式炉等炉型中找不到合适的温度区间和结构空间，易造成受热面腐蚀；由于锅炉负荷变化，很难满足锅炉不同负荷的运行要求，适用性较差。锅炉外部利用旁路尿素热解制氨系统，如中国专利文献CN205133164U提出了利用旁路的尿素直喷技术，由于旁路设置是为提高脱硝入口烟温服务，烟气量较大，烟速较高，尿素热解反应的时间极短，无法控制入口烟温，适用性非常差。

发明内容

为克服现有技术存在的问题，本发明结合锅炉宽负荷烟气脱硝背景，提出一种锅炉宽负荷条件下具有烟温调节功能的尿素直喷热解脱硝超低排放系统。该系统对锅炉受热面利用率和电厂热效率影响较小，可以解决常规尿素热解的结晶问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种可调节尿素热解反应室入口烟气温度和流量并可提高锅炉低负荷条件下脱硝入口烟气温度的尿素直喷热解烟气脱硝系统，包括高温烟气引出烟道（小截面）、低温烟气引出烟道（大截面）、低温烟气次支路烟道（小截面）、低温烟气主支路烟道（大截面）和混合烟道（大截面）、锅炉侧的飞灰分离器、尿素热解室/烟道、混合烟道、调节挡板、关闭挡板、膨胀节、静态混合器、脱硝烟道、脱硝反应器和相应测量仪表等。该系统通过控制高温烟气引出烟道和低温烟气次支路烟道引出的烟气量，为尿素热解反应提供最佳的烟气温度和优化的烟气流量，利用尿素喷枪将尿素溶液喷射到尿素热解室/烟道（小截面）内进行尿素热解；在脱硝入口烟气温度高于脱硝最低喷氨温度时，关闭低温烟气主支路烟道关闭挡板，以保持锅炉的换热效率；在脱硝入口烟气温度低于脱硝最低喷氨温度时，开启低温烟气主支路烟道关闭挡板，将脱硝入口烟温提高到脱硝最低喷氨温度以上，实现锅炉烟气宽负荷脱硝；最后，通过一级或多级静态混合技术保证氨和氮氧化物混合的均匀性以实现锅炉烟气中氮氧化物的超低排放。

优选地，为降低系统成本，可将高温引出烟道设置在烟气温度480~660℃的锅炉后竖井烟道处，低温引出烟道设置在烟气温度400~500℃的锅炉后竖井烟道处。

优选地，可根据锅炉炉型和烟温分布情况，将高温烟气引出烟道设置在一级低温过热器或二级低温过热器入口，将低温烟气引出烟道设置在三级低温过热器或一级省煤器或二级省煤器入口。

优选地，在锅炉最低脱硝运行负荷的烟气温度满足脱硝最低喷氨温度的情况下，可不设置低温主支路烟道和混合烟道。

优选地，可将高温烟气引出烟道和低温烟气引出烟道设置在锅炉后部或侧部。