CN203899439U - 一种新型sncr脱硝系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及工业烟气氮氧化物减排脱硝技术领域，涉及一种新型SNCR脱硝系统，其包括制备储存模块、输送循环模块、计量稀释模块、NO_X在线监测模块、自动控制模块、分配模块、喷射模块、锅炉。本实用新型是对现有的选择性非催化还原技术SNCR脱硝系统进行改进，可实现全自动智能化操作，可根据锅炉负荷预测炉内氮氧化物生成量，以及在线实时监控烟气参数等数据，准确计算脱硝还原剂的需求量，并将信息反馈到计量稀释模块，计量稀释模块迅速调节相应设备，以准确提供相应量的还原剂至分配喷射模块，进行炉内喷射，达到脱硝效率高、自动化程度高、投运成本低、脱硝效果好的有益效果。

Description

一种新型SNCR脱硝系统

技术领域

本实用新型涉及工业烟气氮氧化物减排脱硝技术领域，涉及一种新型SNCR脱硝系统。

背景技术

随着氮氧化物NO_X排放量不断增加，酸雨污染已由硫酸型向硫酸硝酸复合型转变，城市大气环境形势依然严峻。随着我国经济的发展和环境标准的提升，烟气脱硝技术将在我国火电、生活垃圾焚烧和水泥行业得到广泛应用。目前主流的烟气脱硝技术主要有选择性催化还原（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）、低氮燃烧技术。

选择性非催化还原法（Selective Non-Catalytic Reduction，简称SNCR）脱硝工艺，是在没有催化剂存在条件下，将NH₃、尿素等还原剂喷入锅炉炉内与NO_X进行选择性反应，不用催化剂，将烟气中的氮氧化物还原为无害的氮气和水的一种脱硝方法。因此必须在高温区加入还原剂。还原剂喷入炉膛温度为850～1100℃的区域，迅速热分解成NH₃，与烟气中的NO_X反应生成N₂和H₂O。该技术以锅炉为反应器。SNCR脱硝工艺的基本化学反应式如下：

NH₃为还原剂的反应式为：                                                                

尿素为还原剂的反应式为：          

SNCR脱硝技术应用在大型燃煤锅炉上能够达到30％～40％的NO_X脱除率，在中小型燃煤锅炉上可达到50％～70％的脱硝效率，效果总体令人满意，无二次污染。所需的还原剂多样易得，一般都是含氮的物质，包括氨、尿素和各种铵盐。效果最好、实际应用最广泛的是氨和尿素。鉴于安全性和成本考虑，尿素成为SNCR还原剂的最佳选择。另外，与SCR技术相比，SNCR技术没有SCR技术所用的昂贵的脱硝催化剂，其技术优势就在于投资与运行成本少，SO₂/SO₃转化率小。

从系统装置模块化的角度看，现有的SNCR脱硝系统一般包括制备储存模块、输送循环模块、计量稀释模块、分配模块、喷射模块、锅炉。其缺点是脱硝效率相对较低，普遍没有实现自动化和较为精确地控制最佳的还原剂喷射量，与实时脱硝反应所需量不对应，使得脱硝效率较差，通常大型锅炉的SNCR脱硝系统的脱硝效率在40%以下。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型提供一种新型SNCR脱硝系统，是对现有的选择性非催化还原技术SNCR脱硝系统进行改进，可实现全自动智能化操作，可根据锅炉负荷预测炉内氮氧化物生成量，以及在线实时监控烟气参数等数据，准确计算脱硝还原剂的需求量，并将信息反馈到计量稀释模块，计量稀释模块迅速调节相应设备，以准确提供相应量的还原剂提供至分配喷射模块，进行炉内喷射。

本实用新型通过以下技术方案来实现：

一种新型SNCR脱硝系统，包括制备储存模块、输送循环模块、计量稀释模块、NO_X在线监测模块、自动控制模块、分配模块、喷射模块、锅炉。

制备储存模块、输送循环模块、计量稀释模块通过管道依次循环连接，计量稀释模块、分配模块、喷射模块通过管道依次连接，自动控制模块通过电路接入来自锅炉的温度、压力等信号，通过电路获取来自NO_X在线监测模块的信号，并通过电路输出控制信号到计量稀释模块。

制备储存模块包括配制罐、输送泵、输送管道、储存罐、废液坑，配制罐顶部设有搅拌器、加热装置、温度指示、液位指示，用于制备还原剂溶液，输送泵将配制罐内的还原剂溶液通过输送管道储存在储存罐内，储存罐和配制罐均连接去盐水管道，均在内部设有加热装置，在侧部均设有温度表、液位计，均在底部及侧部设有连接至废液坑的管道，均在侧部连接计量稀释模块，均在顶部设有计量稀释模块回流管道。

制备储存模块可储存一定质量浓度的还原剂，采用的还原剂可以为氨水溶液或者尿素溶液。优选地，还原剂采用氨水，制备储存模块也可将液氨制成氨水。从安全的角度出发，进一步优选地，还原剂采用直接外购无毒无危险的袋装颗粒尿素，通过电加热或厂内蒸汽加热提升溶剂（去盐水）温度的方式促进颗粒尿素的溶解，制备40-50%尿素溶液并储存。

输送循环模块包括高流量循环装置（HFD）、内嵌过滤器和用于远程控制及监测HFD循环系统压力、温度、流动参数的仪表。输送循环模块是独立的高流量传输系统，保持管道内还原剂溶液的流动性，同时便于后续计量稀释模块的控制。

计量稀释模块包括输送管道、去盐水管道，输送管道与去盐水管道通过混合器合并成稀释还原剂管道，去盐水管道上设有多级离心泵、过滤器、流量计，输送管道上依次设有计量泵、阻尼器、流量计，多组并联的所述管道上均连接有回流管道，稀释还原剂管道上设有压力表。计量稀释模块可实现独立的还原剂流量控制，保证准确性，可布置在锅炉房附近的设备房内，连接自动控制模块，可精确计量和独立调节锅炉内每个喷射区脱硝反应所需的还原剂溶液剂量，投运到分配模块。

NO_X在线监测模块设置于锅炉出口处，由控制单元、电源单元、信号处理单元和监测单元组成，用于监测通过脱硝反应后的烟气通过锅炉出口处时的NO_X含量，并将信号反馈到自动控制模块。

自动控制模块根据CFD（计算机流体力学）和CKM（化学反应动力学），模拟炉内燃烧温度场、流态场、化学反应动力性，通过计算机模拟运算获得反应温度窗口、还原剂喷射量、还原剂与烟气的混合程度、反应时间，确定最佳喷射点并为喷射模块分级布置喷枪提供依据，响应锅炉负荷和NOX在线监测模块的控制信号，随时根据炉内燃烧情况、氮氧化物排放量，精确控制计量稀释模块投运到分配模块、喷射模块的还原剂溶液流量、压力等。

通过区域压力控制阀与PLC控制器的结合的方式，由分配模块将还原剂溶液输送到喷射模块。

喷射模块布置在锅炉内及喷射点附近。喷射模块包括多级布置喷枪。喷枪利用压缩空气将所需的还原剂溶液雾化后喷入锅炉中。优选地，喷射模块包括至少四级布置的喷枪组。优选地，至少有一级喷枪组设置在锅炉内。优选地，每一级喷枪组均由至少三个喷枪构成。优选的，喷枪采用带套管保护的双流体喷枪。每个喷枪均设置流量计、压力表、传感器以监控其流量和雾化效果等状况，每个喷枪采用独立一路管道，管道上设置压缩空气调节阀，用于调节压缩空气的量，确保其在最佳工作条件下运行。

本实用新型的有益效果为：

1、脱硝效率高：氮氧化物和还原剂的当量比不超过1.2，达到最佳经济效果，降低氨逃逸量，减少硫酸氢氨的生成量，本实用新型应用在大型燃煤锅炉上可达50％以上的NO_X脱除率，在中小型燃煤锅炉上可达75％的脱硝效率；

2、自动化程度高：在传统SNCR技术的基础上优化工艺流程，设置自动控制模块，精确控制后端氨氮反应区域，通过多级布置喷枪，根据锅炉负荷的变化自动跟踪900℃~1100℃的温度区域，自动选择最佳温度区域的喷枪运行；可根据NO_X在线监测模块监测到的氮氧化物排放量的变化自动调整还原剂的喷射压力和喷射量，可以减少现场管理人员；只需要保持制备储存模块储存还原剂溶液的量足够，后续可实现全自动控制；

3、投运成本低：简化设备范围，占地面积小；无需改造锅炉，施工简单，工期短；还原剂采用氨水或制备尿素溶液，节省热解装置，原料安全易得，从而无需使用其他昂贵的还原剂；

4、脱硝效果好：优选地，至少有一级布置喷枪设置在锅炉内，从而不增加锅炉的运行阻力，对锅炉的正常运行影响较小。喷枪采用带套管保护的双流体喷枪，雾化效果好，平均雾化颗粒直径小于55微米。经过喷嘴雾化后，在同样喷液量情况下，雾滴数量增加几十倍，液滴总表面积增加几倍，所以脱硝效率更高，氨逃逸率更低；穿透性强，液雾从喷嘴出口喷出时速度到达40m/s，保证了还原剂与烟气充分混合，从而提高脱硝效率；控制简单，工作时气压不变，仅靠调节液压就能达到调节液量的目的，且液量变化对喷雾颗粒影响很小。

附图说明

图1是本实用新型所述的一种新型SNCR脱硝系统的示意图。

图2是本实用新型所述的一种新型SNCR脱硝系统的还原剂制备和计量输送的流程示意简图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

如图1和图2所示，本实用新型为一种新型SNCR脱硝系统，包括制备储存模块、输送循环模块、计量稀释模块、NO_X在线监测模块、自动控制模块、分配模块、喷射模块、锅炉。

制备储存模块、输送循环模块、计量稀释模块通过管道依次循环连接，计量稀释模块、分配模块、喷射模块通过管道依次连接，自动控制模块通过电路接入来自锅炉的温度、压力等信号，通过电路获取来自NO_X在线监测模块的信号，并通过电路输出控制信号到计量稀释模块。

制备储存模块包括配制罐、输送泵、输送管道、储存罐、废液坑，配制罐顶部设有搅拌器、加热装置、温度指示、液位指示，用于制备尿素溶液，配制罐对颗粒尿素进行尿素溶液配制，输送泵将配制罐内的尿素溶液通过输送管道在储存罐内进行储存，储存罐和配制罐均连接去盐水管道，均在内部设有加热装置，在侧部均设有温度表、液位计，均在底部及侧部设有连接至废液坑的管道，均在侧部连接计量稀释模块，均在顶部设有计量稀释模块回流管道。

输送循环模块包括高流量循环装置（HFD）、内嵌过滤器和用于远程控制及监测HFD循环系统压力、温度、流动参数的仪表。输送循环模块是独立的高流量传输系统，保持管道内尿素溶液的流动性，同时便于后续计量稀释模块的控制。

计量稀释模块包括输送管道、去盐水管道，输送管道与去盐水管道通过混合器合并成稀释还原剂管道，去盐水管道上设有多级离心泵、过滤器、流量计，输送管道上依次设有计量泵、阻尼器、流量计，多组并联的所述管道上均连接有回流管道，稀释还原剂管道上设有压力表。计量稀释模块实现独立的还原剂流量控制，保证准确性，布置在锅炉房附近的设备房内，连接自动控制模块，精确计量和独立调节锅炉内每个喷射区脱硝反应所需的还原剂溶液剂量，投运到分配模块。

NO_X在线监测模块设置于锅炉出口处，由控制单元、电源单元、信号处理单元和监测单元组成，用于监测通过脱硝反应后的烟气通过锅炉出口处时的NO_X含量，并将信号反馈到自动控制模块。

自动控制模块根据CFD（计算机流体力学）和CKM（化学反应动力学），模拟炉内燃烧温度场、流态场、化学反应动力性，通过计算机模拟运算获得反应温度窗口、尿素溶液喷射量、尿素溶液与烟气的混合程度、反应时间，确定最佳喷射点并为喷射模块分级布置喷枪提供依据，响应锅炉负荷和NO_X在线监测模块的控制信号，随时根据炉内燃烧情况、氮氧化物排放量，精确控制计量稀释模块投运到分配模块、喷射模块的尿素溶液流量、压力等。

通过区域压力控制阀与PLC控制器的结合的方式，由分配模块将尿素溶液输送到喷射模块。

喷射模块布置在锅炉内及喷射点附近。喷射模块包括四级布置的喷枪。喷枪利用压缩空气将所需的尿素溶液雾化后喷入锅炉中。有一级喷枪组设置在锅炉内。每一级喷枪组均由三个喷枪构成。喷枪采用带套管保护的双流体喷枪。每个喷枪均设置流量计、压力表、传感器以监控其流量和雾化效果等状况，每个喷枪采用独立一路管道，管道上设置压缩空气调节阀，用于调节压缩空气的量，确保其在最佳工作条件下运行。

以还原剂采用尿素为例，本实用新型一种新型SNCR脱硝系统的工作流程是：

制备储存模块采用颗粒尿素作为原料，通过厂内蒸汽加热提升溶剂（去盐水）温度的方式促进颗粒尿素的溶解，制备40-50%尿素溶液并储存在储存罐里。输送循环模块提供动力驱动，保持尿素溶液的流动。NO_X在线监测模块监测通过脱硝反应后的烟气通过锅炉出口处时的NO_X含量，并将信号反馈到自动控制模块。自动控制模块响应锅炉负荷和NO_X在线监测模块的控制信号，随时根据炉内燃烧情况、氮氧化物排放量，精确控制计量稀释模块投运到分配模块、喷射模块的尿素溶液流量、压力等。分配模块将尿素溶液输送到喷射模块。喷射模块的喷枪利用压缩空气将所需的尿素溶液雾化后喷入锅炉中，在锅炉中进行SNCR脱硝反应。

上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理和最佳实施例，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims (7)

1.一种新型SNCR脱硝系统，其特征在于：包括制备储存模块、输送循环模块、计量稀释模块、NO_X在线监测模块、自动控制模块、分配模块、喷射模块、锅炉，所述制备储存模块、输送循环模块、计量稀释模块通过管道依次循环连接，所述计量稀释模块、分配模块、喷射模块通过管道依次连接，所述自动控制模块通过电路接入来自所述锅炉的温度、压力信号，通过电路获取来自所述NO_X在线监测模块的信号，并通过电路输出控制信号到所述计量稀释模块。

2.根据权利要求1所述的一种新型SNCR脱硝系统，其特征在于：所述制备储存模块包括配制罐、输送泵、输送管道、储存罐、废液坑，所述配制罐顶部设有搅拌器、加热装置、温度指示、液位指示，所述输送泵将所述配制罐内的还原剂溶液通过所述输送管道在所述储存罐内进行储存，所述储存罐和所述配制罐均连接去盐水管道，均在内部设有加热装置，在侧部均设有温度表、液位计，均在底部及侧部设有连接至所述废液坑的管道，均在侧部连接所述计量稀释模块，均在顶部设有计量稀释模块回流管道。

3.根据权利要求1所述的一种新型SNCR脱硝系统，其特征在于：所述计量稀释模块包括输送管道、去盐水管道，输送管道与去盐水管道通过混合器合并成稀释还原剂管道，去盐水管道上设有多级离心泵、过滤器、流量计，所述输送管道上依次设有计量泵、阻尼器、流量计，多组并联的所述管道上均连接有回流管道，所述稀释还原剂管道上设有压力表，所述计量稀释模块布置在锅炉房附近的设备房内，连接所述自动控制模块。

4.根据权利要求1所述的一种新型SNCR脱硝系统，其特征在于：所述NO_X在线监测模块设置于锅炉出口处，由控制单元、电源单元、信号处理单元和监测单元组成，用于监测通过脱硝反应后的烟气通过锅炉出口处时的NO_X含量，并将信号反馈到自动控制模块。

5.根据权利要求1所述的一种新型SNCR脱硝系统，其特征在于：所述喷射模块布置在锅炉内及喷射点附近，包括至少四级布置的喷枪组。

6.根据权利要求5所述的一种新型SNCR脱硝系统，其特征在于：至少有一级所述喷枪组设置在所述锅炉内。

7.根据权利要求5所述的一种新型SNCR脱硝系统，其特征在于：每一级喷枪组均由至少三个喷枪构成，所述喷枪采用带套管保护的双流体喷枪，每个喷枪均设置流量计、压力表、传感器，采用独立一路管道，且压缩空气管道上设置有调节阀。