一種sncr脫硝方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種SNCR脫硝方法及其裝置，屬于窯尾煙氣脫硝【技術領域】。該方法包括以下順序步驟：首先在常溫下輸送還原劑，然后對還原劑進行溫度控制至理想霧化溫度，最后增壓使還原劑霧化后噴入脫硝反應器內(nèi)進行脫硝反應；對應所述方法設計的一種脫硝裝置，通過增設一種還原劑溫度控制系統(tǒng)，使需要霧化的還原劑溶液能夠在理想的霧化溫度下實現(xiàn)霧化，提高霧化的效果，降低霧化顆粒的粒徑，增加與煙氣中的氮氧化物的接觸面積，使還原劑與氮氧化物的反應充分，減少還原劑的逃逸量，提高脫硝效率。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于窯尾煙氣脫硝【技術領域】，具體涉及一種SNCR脫硝方法及其裝置。 -種SNCR脫硝方法及其裝置

【背景技術】
[0002] 為防止鍋爐煤燒產(chǎn)生過多的氮氧化物Ν0Χ污染環(huán)境，應對窯尾煙氣進行脫硝處 理。目前國內(nèi)外窯尾煙氣脫硝主要以選擇性非催化還原法（SNCR)和選擇性催化還原法 (SCR)為主。SNCR是一種無催化劑作用下，在適合脫硝反應的溫度窗口（850-1KKTC)內(nèi)噴 入還原劑將煙氣中氮氧化物還原為氮氣和水的方法，該方法常用還原劑有氨水、尿素和氫 氨酸等，所述還原劑通過高壓蒸汽或壓縮空氣直接噴入反應區(qū)內(nèi)，高溫條件下還原劑會迅 速熱分解成NH3,然后選擇性地與煙氣中氮氧化物反應，整個過程中一般不與氧發(fā)生反應， 且不使用催化劑，故稱為選擇性非催化還原。
[0003] SNCR脫硝效率跟還原劑噴射反應區(qū)內(nèi)的溫度、反應時間、氮氨比以及噴槍嘴的霧 化特性、噴槍的結構設計、鍋爐結構尺寸等息息相關，尤其是溫度的控制至關重要，反應區(qū) 內(nèi)溫度過低和過高都不利于脫硝反應的進行。目前一般的SNCR脫硝效率僅為30-50%， 為提高脫硝效率，降低脫硝成本，許多發(fā)明人對脫硝設備及其脫硝方法進行了改進，具體如 下：
[0004] 1.中國專利（CN203281218U)公開了一種水泥窯爐SNCR脫硝溫度控制裝置，該裝 置主要通過在每一把噴槍開孔處對應安裝有一個溫度檢測探頭，而所有溫度檢測探頭和噴 槍均與中央控制柜相連，其中所述噴槍的結構包括壓縮空氣管、還原劑管道、流量控制電磁 閥和噴嘴，該裝置可通過溫度檢測探頭將溫度信息傳入中央控制柜，再通過流量控制電磁 閥來控制噴槍的啟閉狀態(tài)，實現(xiàn)適時監(jiān)控SNCR脫硝溫度。該裝置實際運作時，當溫度檢測 探頭檢測溫度高于ll〇〇°C或低于850°C時，中央控制柜可自動調(diào)節(jié)流量控制電磁閥，對氨 水噴入量進行控制。
[0005] 2.中國專利（CN103349898A)公開了一種SNCR脫硝裝置及利用該裝置進行脫硝的 方法，所述裝置包括脫硝反應器、燃料噴射控制裝置、溫度控制裝置、還原劑噴射裝置、脫硝 反應器出口煙道、脫硝反應器進口煙道及燃料系統(tǒng)控制器，所述燃料噴射控制裝置通過所 述燃料系統(tǒng)控制器與所述溫度控制裝置相連。該裝置可通過控制燃料的噴射量來調(diào)節(jié)脫硝 反應器內(nèi)的溫度，最終使溫度保持在穩(wěn)定的區(qū)域（800-1100°C )，從而保證還原劑不被氧化 又可獲得較高的脫硝效率。
[0006] 3.中國專利（CN101890279A)公開了一種高效氨法脫硝工藝及其裝置，該裝置增 設了一個包括順序設置霧化段、加溫段和增壓段的氨氣增溫增壓混合器，其中所述加溫段 通過設置熱交換器、熱混合器、電加熱器或外置增溫裝置實現(xiàn)對還原劑增溫；該工藝通過氨 氣增溫增壓混合器在常溫下預先霧化氨水溶液或尿素溶液，然后高溫氣化并增壓后噴入煙 氣產(chǎn)生源的脫硝反應區(qū)內(nèi)，使高溫氨氣混合均勻穩(wěn)定后才通入煙氣產(chǎn)生源反應區(qū)，有效提 升了脫硝效果，并擴大了原SNCR的有效反應溫度至800-1KKTC。
[0007] 上述專利技術1和2主要通過調(diào)節(jié)還原劑或燃料煙氣的噴入量來建立一個穩(wěn)定的 高溫反應區(qū)，使脫硝反應在溫度窗口能夠充分進行；而專利技術3主要針對"常溫還原劑通 入反應區(qū)內(nèi)會直接與高溫煙氣進行熱交換，進而造成反應區(qū)內(nèi)驟然冷卻，并使得反應區(qū)內(nèi) 各區(qū)域的溫度不均勻，從而影響脫硝效率"這一問題，提供的一種高效氨法脫硝工藝及其裝 置。
[0008] 經(jīng)文獻檢索，還有一些發(fā)明人通過對還原劑噴槍嘴的結構形狀進行改進從而提高 還原劑霧化效果，進一步提高脫硝效率，如中國專利（CN101371969A)公開的一種用于SNCR 法脫硝的還原劑噴嘴，該噴嘴的噴出口形狀為橄欖形，運用液膜破碎法的工作機理，能夠有 效地控制還原劑的霧化顆粒的粒度和霧化液滴蒸發(fā)時間，促使還原劑與煙氣的中氮氧化物 混合均勻，提高煙氣脫硝的效率。然而，未發(fā)現(xiàn)有通過溫度控制還原劑的霧化效果這一技術 手段來提高脫硝效率的任何文獻報道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種SNCR脫硝方法，同時對應所述方法設計 了一種脫硝裝置。該裝置通過增設一種還原劑溫度控制系統(tǒng)，使需要霧化的還原劑溶液能 夠在理想的霧化溫度下實現(xiàn)霧化，提高霧化的效果，降低霧化顆粒的粒徑，增加與煙氣中的 氮氧化物的接觸面積，使還原劑與氮氧化物的反應充分，減少還原劑的逃逸量，提高脫硝效 率。
[0010] 本發(fā)明所述的SNCR脫硝方法，包括以下順序步驟：首先在常溫下輸送還原劑到還 原劑輸送管，然后通過還原劑溫度控制系統(tǒng)對還原劑進行加熱達到并控制所需霧化溫度， 最后通過增壓裝置增壓使還原劑霧化后噴入脫硝反應器內(nèi)進行脫硝反應。
[0011] 本發(fā)明的技術原理是調(diào)節(jié)還原劑的溫度使需要霧化的還原劑溶液能夠在理想的 霧化溫度下實現(xiàn)霧化，提高霧化的效果，降低霧化顆粒的粒徑，從而增加還原劑顆粒與煙氣 中的氮氧化物的接觸面積，使還原劑與氮氧化物的反應充分，減少還原劑的逃逸量，提高脫 硝效率。研究表明，噴嘴的霧化效果好壞與外界因素有很大的關系，其中，還原劑液體的粘 度和表面張力是影響噴嘴霧化質(zhì)量的主要因素。當還原劑從噴嘴以噴射流轉化為噴霧流， 取決于流體的雷諾數(shù)，在頭口直徑一定，其隨流體流速的增大而變大，有利于液體流量由層 流轉為湍流和霧化，但是液體粘度的增大，則不利于噴嘴霧化。當水粒子分裂為細小的霧 珠，就被破碎為更多更小的水分子，而液體表面張力的增大，不利于液體破裂。因此，還原劑 液體的粘度和表面張力過大都不利于其充分霧化。
[0012] 同時，在噴嘴霧化初始階段，粘度的影響起決定性作用，隨著液體粘度的降低，液 體在噴頭內(nèi)中旋流強度增大，切向力和徑向力增大，霧化質(zhì)量會更好；在霧化中期，表面張 力起主要作用，隨著液體表面張力的減小，液體通過表面張力進行分裂更容易進行；在噴嘴 霧化后期，粘性力、表面張力、液體慣性力和空氣動力相互摩擦，使液滴進一步分裂。因此， 降低還原劑液體的粘度和表面張力將大大改善其霧化效果，降低霧化顆粒的粒徑，而提高 液體霧化溫度能夠改善其粘度和表面張力。
[0013] 作為所述SNCR脫硝方法的進一步說明，所述霧化溫度為85 - 100°C。
[0014] 作為所述SNCR脫硝方法的進一步說明，所述霧化溫度為90 - 95°C。
[0015] 研究表明，所述霧化溫度范圍值內(nèi)還原劑的霧化效果較好，達到的脫硝效率較高， 過低的溫度效果降低，而過高溫度都會引起工況惡化，影響其脫硝效率。理想的溫度情況 下，霧化顆粒的粒徑D50值相對降低，脫硝率相對提高10%以上。
[0016] 作為所述SNCR脫硝方法的進一步說明，所述霧化溫度控制值以實際生產(chǎn)過程中 脫硝效率最高為準進行控制。
[0017] 在實際脫硝過程中，采用不同的還原劑（如氨、尿素或氫氨酸等）以及煙氣狀態(tài)的 不同等都會影響到還原劑的脫硝效率，為能時刻保證本發(fā)明方法的脫硝效果，應對脫硝過 程中的脫硝效率進行檢測，以脫硝效果最高為準對所述理想霧化溫度控制值進行控制。
[0018] 作為所述SNCR脫硝方法的進一步說明，所述對還原劑進行溫度控制是采用電加 熱裝置使還原劑增溫至霧化溫度，或通過冷卻液對還原劑溫度進行調(diào)節(jié)控制。
[0019] 作為所述SNCR脫硝方法的進一步說明，所述對還原劑進行溫度控制是采用電加 熱裝置增溫及冷卻液調(diào)節(jié)的聯(lián)合控溫方式控制還原劑溫度至理想霧化溫度。
[0020] 本發(fā)明方法亦可單獨采用電加熱裝置增溫或冷卻液調(diào)節(jié)的控溫方式，也可采用兩 者聯(lián)合控溫方式對還原劑溫度進行控制。單獨控溫方式可減少部分能耗，而聯(lián)合控溫方式 具有控溫精確、快速的優(yōu)勢。
[0021] 對應上述SNCR脫硝方法設計的SNCR脫硝裝置，包括脫硝反應器、還原劑儲罐、還 原劑輸送管、噴槍、空氣壓縮設備、壓縮空氣管，其中，還包括還原劑溫度控制系統(tǒng)，所述還 原劑溫度控制系統(tǒng)包括自動控制柜、位于噴槍內(nèi)部的溫度檢測探頭、位于還原劑輸送管上 的電加熱裝置以及噴槍冷卻系統(tǒng)；所述噴槍冷卻系統(tǒng)包括冷卻液和位于冷卻液循環(huán)管路上 的流速控制儀；所述溫度檢測探頭、電加熱裝置和流速控制儀與自動控制柜相連。
[0022] 本發(fā)明裝置所述溫度檢測探頭是一種溫度感應元件，位于噴槍內(nèi)部，可對噴槍內(nèi) 還原劑實時溫度進行檢測，并轉化為電信號輸送至自動控制柜。所述自動控制柜可通過自 帶的自動化工業(yè)模塊控制還原劑輸送管上的電加熱裝置和/或噴槍冷卻系統(tǒng)的流速控制 儀對噴槍內(nèi)的還原劑溫度進行調(diào)節(jié)。流經(jīng)還原劑輸送管內(nèi)的還原劑經(jīng)過溫度控制達到理想 霧化溫度后增壓霧化，直接噴入脫硝反應器中與煙氣發(fā)生脫硝反應。
[0023] 作為所述SNCR脫硝裝置的進一步改進，所述電加熱裝置是在還原劑輸送管外壁 均布有螺旋電熱合金絲，通過電流流經(jīng)電熱合金絲產(chǎn)生熱能致使還原劑增溫。
[0024] 所述電加熱裝置是一種電流流經(jīng)電阻絲產(chǎn)生熱能的元件，在還原劑輸送管外壁均 布有螺旋電熱合金絲能夠使管內(nèi)還原劑受熱均勻、快速，控溫更加穩(wěn)定、容易。
[0025] 作為所述SNCR脫硝裝置的進一步改進，所述電熱合金絲為鎳鉻合金絲或鐵鉻合 金絲。
[0026] 絡合金具有高強度和抗腐蝕性，常與鐵或鎳組成合金，該合金具有較高的電阻率 和耐熱性，是電爐、電絡鐵、電熨斗等的電熱元件。
[0027] 作為所述SNCR脫硝裝置的進一步改進，所述流速控制儀通過電動閥門或電磁閥 門控制冷卻液的流量。
[0028] 所述流速控制儀位于冷卻液循環(huán)管路上，其工作方式是通過安裝電動閥門或電磁 閥門，配合自動控制柜給控制閥門調(diào)整信號進行液體流速的控制。
[0029] 本發(fā)明與現(xiàn)在的技術相比，具有的優(yōu)點是：
[0030] (1)本發(fā)明通過溫度控制，大大改善了還原劑液體的粘度和表面張力，當還原劑液 體經(jīng)過高速氣流的噴嘴時，霧化顆粒的粒徑更小，霧化效果好，從而增加霧化顆粒與煙氣中 的氮氧化物的接觸面積，使還原劑與氮氧化物的反應充分，減少還原劑的逃逸量，脫硝率相 對提聞10%以上，最聞達90%以上。
[0031] (2)本發(fā)明亦可單獨采用電加熱裝置增溫或冷卻液調(diào)節(jié)的控溫方式，也可采用兩 者聯(lián)合控溫方式對還原劑溫度進行控制。單獨控溫方式可減少部分能耗，而聯(lián)合控溫方式 具有控溫精確、快速的優(yōu)勢。
[0032] (3)本發(fā)明裝置簡單易控，只在原來設備基礎上增設一個由電加熱裝置和噴槍冷 卻系統(tǒng)組成的還原劑溫度控制系統(tǒng)即可，工作過程中，通過自動控制柜收集還原劑溫度信 息并執(zhí)行溫度控制，自動化程度高，穩(wěn)定性好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033] 圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
[0034] 圖2是本發(fā)明的裝置示意圖。
[0035] 圖3是本發(fā)明的噴槍冷卻系統(tǒng)示意圖。
[0036] 1-脫硝反應器，2-還原劑儲罐，3-還原劑輸送管，4-噴槍，5-空氣壓縮設備，6-壓 縮空氣管，7-電加熱裝置，8-流速控制儀，9-溫度檢測探頭，10-自動控制柜，11-溫度檢測 探頭測溫線。

【具體實施方式】
[0037] 以下結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，本實施例僅是對本發(fā)明作更清楚的 說明，而不是對本發(fā)明的限制。
[0038] 如圖1所示，本發(fā)明脫硝方法工藝流程圖，包括以下順序步驟：首先在常溫下輸送 還原劑到還原劑輸送管，然后通過還原劑溫度控制系統(tǒng)對還原劑進行加熱達到并控制所需 霧化溫度，最后通過增壓裝置增壓使還原劑霧化后噴入脫硝反應器內(nèi)進行脫硝反應。其中， 所述理想霧化溫度為85 - 100°C，優(yōu)選90-95°C的溫度范圍，同時對脫硝過程中的脫硝效率 進行檢測，以脫硝效果最高為準對所述理想霧化溫度控制值進行更為精確的控制。溫度控 制采用采用電加熱裝置增溫或冷卻液調(diào)節(jié)的單獨控溫方式，或者采用兩者聯(lián)合控溫方式對 還原劑溫度進行控制。單獨控溫方式可減少部分能耗，而聯(lián)合控溫方式具有控溫精確、快速 的優(yōu)勢。
[0039] 如圖2、3所示，實現(xiàn)上述方法的裝置，包括脫硝反應器1、還原劑儲罐2、還原劑輸 送管3、噴槍4、空氣壓縮設備5、壓縮空氣管6,其中，還包括還原劑溫度控制系統(tǒng)，所述還原 劑溫度控制系統(tǒng)包括自動控制柜10、位于噴槍4內(nèi)部的溫度檢測探頭9、位于還原劑輸送管 3上的電加熱裝置7以及噴槍冷卻系統(tǒng)；所述噴槍冷卻系統(tǒng)包括冷卻液和位于冷卻液循環(huán) 管路上的流速控制儀8 ;所述溫度檢測探頭9、電加熱裝置7和流速控制儀8與自動控制柜 10相連。
[0040] 裝置運行時，還原劑儲罐2內(nèi)的還原劑在常溫下通過泵系統(tǒng)作用下輸送至噴槍4， 噴槍內(nèi)緊貼還原輸送管壁上的溫度檢測探頭9實時對還原劑溫度進行檢測，并轉化為電信 號通過溫度檢測探頭測溫線11輸送至自動控制柜。所述自動控制柜可通過自帶的自動化 工業(yè)模塊控制還原劑輸送管上的電加熱裝置和/或噴槍冷卻系統(tǒng)的流速控制儀對噴槍內(nèi) 的還原劑溫度進行調(diào)節(jié)。還原劑溫度調(diào)節(jié)至理想霧化溫度控制值后通過空氣壓縮設備增壓 使還原劑霧化并噴入脫硝反應器內(nèi)進行脫硝反應。
[0041]自動控制柜的理想霧化溫度控制值來源于生產(chǎn)實驗值，采用人工輸入的方式設 定，一般來說，還原劑溫度控制在85 - 10(TC再增壓霧化為佳。
[0042] 所述上述裝置的電加熱裝置7是在還原劑輸送管3外壁均布有螺旋電熱合金絲 (如鎳鉻合金絲或鐵鉻合金絲），通過電流流經(jīng)電熱合金絲產(chǎn)生熱能致使還原劑增溫?？紤] 其安全性，在電熱合金絲空隙處填充壓實具有良好絕緣導熱性能的介質(zhì)，外層套裝有金屬 管，金屬管外包裹有隔熱材料。
[0043] 其次，所述流速控制儀8通過電動閥門或電磁閥門控制冷卻液的流量。所述流速 控制儀位于冷卻液循環(huán)管路上，其工作方式是通過安裝電動閥門或電磁閥門，配合自動控 制柜給控制閥門調(diào)整信號進行液體流速的控制。
[0044] 以下通過實驗測試本發(fā)明工藝及裝置的脫銷效果。
[0045] 實驗測試過程中，采用氨水為還原劑，壓力為0· 4MPa，噴嘴處的氣體壓力0· 3Mpa， 還原劑流量控制以氨氮摩爾比為1. 0-2. 5,對溫度達到40°C、60°C、70°C、80°C、85°C、90°C、 95°C、100°C、110°C、120°C的還原劑增壓霧化后噴入脫硝反應器內(nèi)，其中，爐內(nèi)反應溫度控 制在1000 ± 20°C，然后對于各溫度條件下分別測試還原劑達到的脫硝效率值。
[0046] 最終結果如下表：
[0047]

【權利要求】
1. 一種SNCR脫硝方法，其特征在于，包括以下順序步驟：首先在常溫下輸送還原劑到 還原劑輸送管，然后通過還原劑溫度控制系統(tǒng)對還原劑進行加熱達到并控制所需霧化溫 度，最后通過增壓裝置增壓使還原劑霧化后噴入脫硝反應器內(nèi)進行脫硝反應。
2. 根據(jù)權利要求1所述的SNCR脫硝方法，其特征在于，所述霧化溫度為85 - 100°C。
3. 根據(jù)權利要求1所述的SNCR脫硝方法，其特征在于，所述霧化溫度為90 - 95°C。
4. 根據(jù)權利要求1-3任一所述的SNCR脫硝方法，其特征在于，所述霧化溫度控制值以 實際生產(chǎn)過程中脫硝效率最高為準進行控制。
5. 根據(jù)權利要求4所述的SNCR脫硝方法，其特征在于，所述對還原劑進行溫度控制是 采用電加熱裝置使還原劑增溫至霧化溫度，或通過冷卻液對還原劑溫度進行調(diào)節(jié)控制。
6. 根據(jù)權利要求4所述的SNCR脫硝方法，其特征在于，所述對還原劑進行溫度控制是 采用電加熱裝置增溫及冷卻液調(diào)節(jié)的聯(lián)合控溫方式控制還原劑溫度至霧化溫度。
7. -種SNCR脫硝裝置，包括脫硝反應器（1)、還原劑儲罐（2)、還原劑輸送管（3)、噴槍 (4)、空氣壓縮設備（5)、壓縮空氣管（6)，其特征在于，還包括還原劑溫度控制系統(tǒng)，所述還 原劑溫度控制系統(tǒng)包括自動控制柜（10)、位于噴槍（4)內(nèi)部的溫度檢測探頭（9)、位于還原 劑輸送管（3)上的電加熱裝置（7)以及噴槍冷卻系統(tǒng)；所述噴槍冷卻系統(tǒng)包括冷卻液和位 于冷卻液循環(huán)管路上的流速控制儀（8);所述溫度檢測探頭（9)、電加熱裝置（7)和流速控 制儀（8)與自動控制柜（10)相連。
8. 根據(jù)權利要求7所述的SNCR脫硝裝置，其特征在于，所述電加熱裝置（7)是在還原 劑輸送管（3)外壁均布有螺旋電熱合金絲，通過電流流經(jīng)電熱合金絲產(chǎn)生熱能致使還原劑 增溫。
9. 根據(jù)權利要求8所述的SNCR脫硝裝置，其特征在于，所述電熱合金絲為鎳鉻合金絲 或鐵鉻合金絲。
10. 根據(jù)權利要求7-9任一所述的SNCR脫硝裝置，其特征在于，所述流速控制儀（8)通 過電動閥門或電磁閥門控制冷卻液的流量。
【文檔編號】B01D53/56GK104056542SQ201410252590
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權日:2014年6月9日
【發(fā)明者】李學東, 梁燕飛, 陳向榮, 陳霏, 葉丹玫, 韋紅焰 申請人:廣西壯族自治區(qū)建筑材料科學研究設計院