[发明专利]一种电站锅炉低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝系统及方法

说明书

本发明提供一种电站锅炉低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝系统及方法，包括尿素溶液供给系统、电站锅炉上设置的燃烧器组、连接通入SOFA风的OFA喷口、墙式喷枪和长喷枪；燃烧器组的最上层燃烧器的二次风管连接再循环烟气管路，一次风管路内设置有氨喷枪；其它燃烧器二次风管路连接通入空气；氨喷枪、墙式喷枪和长喷枪分别由连接的尿素溶液供给系统提供尿素溶液。提高了还原剂覆盖范围。显著增加了氨气在还原性气氛中的停留时间，能够提高脱硝效率。逃逸的氨在SOFA风区域被氧化，能够降低氨逃逸水平。尿素溶液中的水与焦炭反应生成OH活性根，能够提高燃烧器区域烟气的还原性，促进氨气与氮氧化物的反应，提高脱硝效率。

技术领域

本发明涉及火电厂烟气脱硝技术，具体为一种电站锅炉低氮燃烧器协同高温喷氨的脱硝系统及方法。

背景技术

煤粉燃烧是我国电力生产的主要燃烧方式，目前电站锅炉煤粉(中高挥发分)燃烧的NOx排放水平大约在150mg/m³到300mg/m³之间。为实现燃煤机组NOx排放量小于50mg/m³，研发联合脱硝、多级或多段复合脱硝工艺将是脱硝技术的重要发展方向。

选择性非催化还原法(SNCR)是电站锅炉、流化床锅炉、水泥窑炉和垃圾焚烧烟气脱硝的主流技术。SNCR工艺以炉膛为反应器，在880℃-1050℃温度范围内、无催化剂条件下，喷入氨水或尿素等氨基还原剂，将烟气中的NOx选择性地还原成无害的氮气和水。现代SNCR技术可控制NOx排放降低20～50％，随着机组容量增加，炉膛尺寸和机组负荷变化范围扩大，增加了反应温度窗口与还原剂均匀混合的控制难度，致使脱硝效率降低。为提高SNCR工艺脱硝效率，发明专利《大型锅炉高温烟气区域喷氨气脱硝系统及脱硝工艺》(专利号ZL201610056650.7)提出在水平烟道入口横截面布置氨基还原剂喷管，喷管对冲烟气方向上开设喷孔向烟气喷氨。发明专利《一种两级SNCR脱硝系统及方法》(专利号CN201710971521.5)提出在水平烟道处串联布置两级旋风分离器，每个旋风分离器前分别布置一级SNCR脱硝反应器，从而有效增加还原剂的炉内停留时间，提高还原剂与烟气的混合效果。

SNCR技术一般仅在880℃-1050℃的温度区间内有效，但当喷氨区域处于低氧强还原性气氛时，能够将脱硝反应发生的温度区间提高到900～1300℃。发明专利《用于W火焰锅炉高温还原区的多孔喷氨装置》(专利号CN201710818917.6)和《带有内直外旋喷氨装置的旋流燃烧器W火焰锅炉》(专利号CN201710818425.7)提出在W火焰锅炉高温还原区布置喷氨装置，来解决W火焰锅炉NOx排放量高、脱硝效率低的问题。美国Reaction EngineeringInternational公司提出了一种“富还原剂喷射技术”，可在1500-1700℃的高温气氛下实现喷氨脱硝。将喷氨位置提前到高温主燃区，能够提高还原剂停留时间，促进脱硝反应进行，减小氨逃逸，其技术关键是在主燃区创造还原性的燃烧环境。

结合低氮燃烧器和空气分级是目前控制煤粉燃烧NOx排放的主要方法。在深度空气分级技术中，OFA在二次风中所占比例从最初设计的15～20％提高到25～30％，甚至更高，从而将主燃区的火焰拉长，在火焰区创造了富燃料的还原性气氛。还原区中未燃尽的焦炭与CO量很大，而氧浓度处于痕迹氧或者近零氧状态，为燃烧器区域高温喷氨脱硝提供了可能。电站锅炉燃烧器区域温度超过1600℃，并且烟气成分复杂，选择合适的喷氨位置和烟气调质方法一直是该项技术的难点。传统的高温喷氨技术选择在燃烧器和SOFA风喷口之间喷入还原剂，能够实现15-30％的脱硝效率，但该方法系统复杂，对煤种依赖程度高，难以在电站锅炉上推广应用。

烟气再循环技术通过改变氧化剂的成分，调控煤粉燃烧主燃区温度和燃烧环境，在烟气再循环率为15～20％时，NOx可以降低25％左右。发明专利《一种层燃锅炉中的烟气循环脱硝装置》(专利号CN201711053175.9)提出了一种组合再循环烟气和SNCR的层燃锅炉脱硝技术，具体包括3个烟气再循环回路和2层SNCR喷口。烟气再循环技术能够在主燃区创造还原性气氛，同时提高飞灰燃尽效率，但是当再循环烟气量较大时，运行成本提高，机组经济性下降。