[发明专利]一种循环流化床锅炉脱硝系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锅炉脱硝装置，特别涉及一种循环流化床锅炉脱硝系统及方法。

背景技术

根据新发布的《锅炉大气污染物排放标准》GB 13271—2014中的相关规定，火力发电锅炉NOx排放浓度应执行特别排放限值：200mg/m³。这就要求企业对10吨循环流化床锅炉进行脱硝改造；其中，选择性非催化还原法（SNCR）技术是一种不用催化剂，在850～1150℃范围内还原NOx的方法，还原剂常用氨或尿素。该方法是把含有NHx基的还原剂喷入炉膛温度为850～1100℃的区域后，迅速热分解成NH3和其他副产物，随后NH₃与烟气中的NOx进行反应而生成N₂。典型的SNCR系统由还原剂储槽、多层还原剂喷入装置及相应的控制系统组成。其主要反应式如下

(1)

(2)

还原剂喷入系统必须将还原剂喷到炉膛内最有效的部位，因为NOx的分布在炉膛对流断面上是经常变化的，如果喷入控制点太少或锅炉整个断面上喷氨不均匀，则会出现较高的氨逸出量。由于喷入量和喷入区域非常复杂，要做到很好的调节也是困难的。为保证脱硝反应能以最少的喷NH₃量达到最好的还原效果，必须设法使NH₃与烟气良好地混合。若喷入的NH₃不充分反应，则泄露的NH₃不仅会使烟气中的飞灰沉积在锅炉尾部的受热面上，而且遇到SO₃会生成铵盐，对回转式空预器可能造成堵塞和腐蚀。

SNCR脱硝技术对反应温度要求十分严格，对锅炉燃料变化适应性稍差；但SNCR脱硝系统简单，只需在现有的燃煤锅炉的基础上增加氨或尿素储槽以及氨或尿素喷射装置及其喷射口即可；不需要催化剂，运行成本相对较低。

影响SNCR还原NO的化学反应效率的主要因素是温度对SNCR的还原反应的影响、还原剂停留时间、还原剂类型。运行正常状态的氨逃逸率在3~5ppm，若运行状态不佳，则氨逃逸率显著增加，NH³泄漏可达5~20ppm。

(2)选择性催化还原SCR法

选择性催化还原法（SCR）是指在催化剂的作用下，利用还原剂（如NH³或尿素）“有选择性”的与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N₂和H₂O。选择性催化还原系统中，一般由氨的储存系统、氨和空气的混和系统、氨喷入系统、反应器系统及监测控制系统等组成，燃煤电厂SCR反应器大多安装在锅炉省煤器与空预器之间，因为此区间的烟温刚好适合SCR脱硝还原反应，氨则喷射于省煤器与SCR反应器之间烟道内的适当位置，使其与烟气混合后在反应器内与NOx反应。

SCR脱硝技术适应性强，特别适合我国锅炉负荷变动频繁的特点；对新建锅炉有较好的适用性；对于老锅炉改造，要视锅炉尾部有无适当地改造空间而定，比如省煤器和空预器之间是否有足够的烟道等；对烟气NOx排放浓度要求很高的区域比较适用。SCR脱硝技术脱硝效率高，一般在60%~90%之间，NOx排放浓度可降至100mg/m³左右；该技术较成熟，应用广泛。SCR催化剂床层在烟道里的布置按在除尘器前和除尘器后有两种布置方法。SCR催化剂床层布置在除尘器前方式存在积灰影响效率问题；SCR催化剂床层布置在除尘器后需要增加换热流程，增加了占地和流程的复杂程度。

在SCR法中脱硝催化剂的投资约占整个SCR投资的30％～40％。采用高温催化剂，反应温度一般为300℃～400℃，催化剂以TiO₂为载体，主要活性成分为V₂O₅-WO₃（MoO₃）等金属氧化物。催化剂具有较高的选择性，一般两年需要再生处理一次。再生处理主要是把重金属从催化剂中重新溶出，恢复催化剂活性，再生处理会产生少量废水，催化剂寿命到期后会产生固废影响。另外，SCR 法脱硝催化剂也是二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂，选用SCR 法脱硝在工程上还有其他一些需要考虑的问题。

还原剂在工艺系统中会产生NH₃逃逸和泄漏，一般SCR法氨的逃逸量控制在3~5ppm，否则会对下游的空气预热器的安全运行和环境空气带来不利影响。另外，脱硝装置需要布置催化床前分布器和催化床层，形成比较高的烟道阻力，会增加锅炉运行的能量消耗，其能量消耗占发电量的0.5%左右。