本發(fā)明涉及燃?xì)夤I(yè)鍋爐煙氣處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種蓄熱式天然氣工業(yè)鍋爐選擇性非催化還原SNCR和選擇性催化還原SCR聯(lián)合煙氣脫硝系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，各類燃天然氣民用、工業(yè)鍋爐排放的煙氣中含有大量的氮氧化物(NOx)，其中氮氧化物一般由一氧化氮和二氧化氮組成，為防止產(chǎn)生的氮氧化物污染環(huán)境，需要對燃燒煙氣進(jìn)行脫硝處理以去除氮氧化物。目前世界上比較主流的去除氮氧化物的工藝有選擇性催化還原法(SCR)和選擇性非催化還原(SNCR)，其原理在于運用還原劑來“有選擇性”地與煙氣中的NOx發(fā)生反應(yīng)將NOx還原為無毒無污染的氮氣和水。選擇性催化還原法(SCR)是指上述還原過程在催化劑的作用下發(fā)生，選擇性非催化還原(SNCR)是指上述還原過程中不采用催化劑，在適合脫硝反應(yīng)的“溫度窗口”內(nèi)噴入還原劑將煙氣中的氮氧化物還原為氮氣和水，由于SNCR工藝不用催化劑，因此必須在高溫區(qū)加入還原劑。
采用單一的SNCR工藝，其安裝成本較低，其特點是氨逃逸隨著氮氧化物排放量的降低而增加，當(dāng)排放量減少30％以上時，很難將氨逃逸控制在10ppm以下，所以脫硝效率只能達(dá)到20～40％；而SCR可以將氨逃逸控制在3ppm以下，脫硝效率可以達(dá)到90％，但其安裝、運行成本較高，設(shè)計也較為復(fù)雜。
在現(xiàn)有的聯(lián)合脫硝系統(tǒng)中，需要在SNCR和SCR階段中分別噴入還原劑，其中，在SNCR階段噴入大部分還原劑，在SCR階段噴入剩下的還原劑，同時在SCR階段使用較多的催化劑來脫除煙氣中的氮氧化物，但這樣在SNCR階段的脫硝效率肯定不會太高，同時加大催化劑的用量增加投資成本；進(jìn)一步，由于相應(yīng)的催化劑使用量加大，其安裝空間也會隨之增大，這樣就必須將SCR催化劑層從鍋爐中引出煙道進(jìn)行安裝，但就會引發(fā)因煙氣經(jīng)過的通道加長而造成的壓降增加、引風(fēng)機功率增大、電耗增大、引風(fēng)機需要更換等問題，從而進(jìn)一步增加投資成本。
申請?zhí)枮?00810227754.5的中國專利公開了一種可有效降低天然氣鍋爐金屬消耗且實現(xiàn)煙氣脫除氮氧化物的蓄熱式燃燒選擇性催化還原煙氣脫硝的天然氣鍋爐系統(tǒng)，包括鍋爐本體、內(nèi)置在鍋爐本體內(nèi)的U型管燃燒室、分別對稱地與U型管燃燒室兩端連接的兩個交替工作的二級蓄熱式天然氣燃燒器，二級蓄熱式天然氣燃燒器分別通過換向閥與天然氣燃燒用空氣和燃燒后煙氣連通；在二級蓄熱式天然氣燃燒器內(nèi)設(shè)置有第一級蓄熱體、蓄熱催化體和第二級蓄熱體，在第一級蓄熱體和蓄熱催化體之間設(shè)置有還原劑噴頭，還原劑噴頭與還原劑控制閥相連，還原劑控制閥與四通閥進(jìn)行聯(lián)鎖控制，當(dāng)二級蓄熱式天然氣燃燒器內(nèi)流過煙氣時，還原劑噴頭噴射，當(dāng)流過空氣時其關(guān)閉。該天然氣鍋爐系統(tǒng)采用選擇性催化還原，其脫硝流程短，還原劑與煙氣混合不夠充分，脫硝效率較低且氨逃逸高；蓄熱方式采用四通換向閥換向，易造成爐膛內(nèi)部壓力波動大。
申請?zhí)枮?01410328539.X的中國專利申請?zhí)峁┝艘环N選擇性非催化還原法SNCR和選擇性催化還原法SCR混合煙氣脫硝方法，包括依次進(jìn)行的SNCR反應(yīng)步驟和SCR反應(yīng)步驟，僅在SNCR反應(yīng)步驟中噴入含氨溶液，所述含氨溶液的加入量為原煙氣中氮氧化物摩爾量的1～3倍；在SCR反應(yīng)步驟中，未參與SNCR反應(yīng)的氨與煙氣中剩余的氮氧化物繼續(xù)反應(yīng)。在煙氣脫硝過程中，既延長了煙道流程，又未能在SCR反應(yīng)步驟前后將煙氣余熱有效利用。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種蓄熱式天然氣鍋爐SNCR與SCR聯(lián)合煙氣脫硝系統(tǒng)，解決目前蓄熱式天然氣鍋爐氮氧化物排放高，脫硝設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，脫硝措施單一，脫硝成本高，脫硝效率低等問題。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的蓄熱式天然氣鍋爐SNCR與SCR聯(lián)合煙氣脫硝系統(tǒng)包括鍋爐本體、I型燃燒室、兩組蓄熱式天然氣燃燒器，其中：I型燃燒室位于鍋爐本體內(nèi)部，在I型燃燒室內(nèi)發(fā)生SNCR反應(yīng)；鍋爐本體的兩端分別設(shè)置有伸入I型燃燒室的長明火燒嘴，將I型燃燒室內(nèi)的天然氣引燃；鍋爐本體上還設(shè)有伸入I型燃燒室的還原劑噴槍，其包括還原劑接口和還原劑噴射輔助介質(zhì)接口，從還原劑接口輸入的還原劑在還原劑噴射輔助介質(zhì)接口輸入的還原劑噴射輔助介質(zhì)的輔助下向I型燃燒室內(nèi)噴射；兩組蓄熱式天然氣燃燒器分別與鍋爐本體的兩端連接，并分別通過換向閥與空氣管、煙氣管連接，各蓄熱式天然氣燃燒器分別包括從鍋爐本體逐漸遠(yuǎn)離的高溫蓄熱體、脫硝催化蓄熱體、低溫蓄熱體，I型燃燒室中產(chǎn)生的煙氣經(jīng)高溫蓄熱體后進(jìn)入所述脫硝催化蓄熱體時其溫度為300～420℃，在脫硝催化蓄熱體內(nèi)發(fā)生SCR反應(yīng)。
優(yōu)選地所述還原劑為尿素溶液，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％～60％。
優(yōu)選地所述還原劑噴入量為煙氣初始氮氧化物摩爾量的2～5倍。
優(yōu)選地所述還原劑噴射輔助介質(zhì)為壓縮空氣或蒸汽。
優(yōu)選地所述設(shè)置在鍋爐本體兩端的長明火燒嘴分別為一個或多個。
優(yōu)選地所述設(shè)置在鍋爐本體上的還原劑噴槍有一個或多個。
本發(fā)明在燃燒室內(nèi)噴入還原劑發(fā)生選擇性非催化還原(SNCR)，并與選擇性催化還原(SCR)相結(jié)合實現(xiàn)煙氣中氮氧化物脫除，無需另外設(shè)置SNCR反應(yīng)室，使脫硝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，既降低安裝成本又降低了運行過程中的脫硝催化劑成本，煙氣氮氧化物排放量降低80％以上；燃燒室內(nèi)噴射的還原劑優(yōu)選尿素溶液，環(huán)境友好，還原劑與煙氣中氮氧化物在燃燒室內(nèi)充分混合，脫硝效率高，氨逃逸度低；還原劑采用壓縮空氣或蒸汽輔助噴射，延長還原劑噴槍使用壽命。
附圖說明
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
圖1是本發(fā)明的蓄熱式天然氣鍋爐SNCR與SCR聯(lián)合煙氣脫硝系統(tǒng)的示意圖。
其中，1為鍋爐本體，2為I型燃燒室，3為長明火燒嘴，4為蓄熱式天然氣燃燒器，4-1為高溫蓄熱體，4-2為脫硝催化蓄熱體，4-3為低溫蓄熱體，5為換向閥，6為空氣管，7為煙氣管，8為還原劑噴槍，8-1為還原劑接口，8-2為還原劑噴射輔助介質(zhì)接口。
具體實施方式
參照圖1，本發(fā)明的蓄熱式天然氣鍋爐SNCR與SCR聯(lián)合煙氣脫硝系統(tǒng)包括：
鍋爐本體1、I型燃燒室2、兩組蓄熱式天然氣燃燒器4，
I型燃燒室2位于鍋爐本體1內(nèi)部，在I型燃燒室2內(nèi)發(fā)生SNCR反應(yīng)；
鍋爐本體1的兩端分別設(shè)置有多個伸入I型燃燒室2的長明火燒嘴3，將I型燃燒室2內(nèi)的天然氣引燃；
鍋爐本體1上還設(shè)有多個伸入到I型燃燒室2的還原劑噴槍8，其包括還原劑接口8-1和還原劑噴射輔助介質(zhì)接口8-2，從還原劑接口8-1輸入的還原劑在還原劑噴射輔助介質(zhì)接口8-2輸入的還原劑噴射輔助介質(zhì)的輔助下向I型燃燒室2內(nèi)噴射，還原劑噴入量為煙氣初始氮氧化物摩爾量的2～5倍；
兩組蓄熱式天然氣燃燒器4分別與鍋爐本體1的兩端連接，并分別通過換向閥5與空氣管6、煙氣管7連接，即當(dāng)左端蓄熱式天然氣燃燒器4與空氣管6連接時，右端蓄熱式天然氣燃燒器4與煙氣管7連接，當(dāng)左端蓄熱式天然氣燃燒器4與煙氣管7連接時，右端蓄熱式天然氣燃燒器4與空氣管6連接，各蓄熱式天然氣燃燒器4分別包括從鍋爐本體1逐漸遠(yuǎn)離的高溫蓄熱體4-1、脫硝催化蓄熱體4-2、低溫蓄熱體4-3，I型燃燒室2中產(chǎn)生的煙氣經(jīng)高溫蓄熱體4-1后進(jìn)入所述脫硝催化蓄熱體4-2內(nèi)時其溫度為300～420℃，在脫硝催化蓄熱體4-2內(nèi)發(fā)生SCR反應(yīng)；
所述還原劑優(yōu)選尿素溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％～60％
所述還原劑噴射輔助介質(zhì)為壓縮空氣或蒸汽。
下文以蓄熱式燃天然氣10噸蒸汽鍋爐為例對本發(fā)明的蓄熱式天然氣鍋爐SNCR與SCR聯(lián)合煙氣脫硝系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行說明，在本實施例中左端的蓄熱式天然氣燃燒器4與空氣管6連接，右端的蓄熱式天然氣燃燒器4與煙氣管7連接，即天然氣、空氣從左端進(jìn)入，燃燒后的煙氣從右端排出。
天然氣和空氣分別以300～800m3/h和2000～9000m3/h的速率經(jīng)左端的蓄熱式天然氣燃燒器4進(jìn)入I型燃燒室2內(nèi)混合并由所述長明火燒嘴3引燃，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％～60％的還原劑通過所述還原劑接口8-1接入，并在通過所述還原劑噴射輔助介質(zhì)接口8-2接入的壓縮空氣或蒸汽的輔助下以氨氮摩爾比2～5的流量噴射入I型燃燒室2內(nèi)，還原劑在I型燃燒室2內(nèi)與天然氣燃燒產(chǎn)生的煙氣混合，實現(xiàn)I型燃燒室2內(nèi)煙氣中的氮氧化物在還原劑的作用下發(fā)生選擇性非催化還原脫硝SNCR；經(jīng)選擇性非催化還原(SNCR)脫硝的煙氣進(jìn)一步流經(jīng)右端的高溫蓄熱體4-1、脫硝催化蓄熱體4-2和低溫蓄熱體4-3，煙氣在脫硝催化蓄熱體4-2內(nèi)在還原劑作用下實現(xiàn)選擇性催化還原(SCR)，然后通過煙氣管7排出。
在上述過程中，在I型燃燒室內(nèi)發(fā)生SNCR反應(yīng)，在右端的脫硝催化蓄熱體4-2內(nèi)發(fā)生SCR反應(yīng)，其中僅在SNCR反應(yīng)步驟中噴入還原劑，所述還原劑噴入量為煙氣初始氮氧化物摩爾量的2～5倍；未參與SNCR反應(yīng)的氨在后續(xù)的SCR反應(yīng)步驟中與煙氣中剩余的氮氧化物在脫硝催化蓄熱體4-2中繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)。
經(jīng)實驗驗證，在鍋爐滿負(fù)荷運行的條件下，當(dāng)未進(jìn)行脫硝處理的情況下，煙氣中氮氧化物濃度為500ppm左右；當(dāng)以氨氮摩爾比2～5的流量噴入還原劑時，經(jīng)選擇性非催化還原SNCR脫硝和選擇性催化還原SCR脫硝后，煙氣中氮氧化物濃度為100ppm左右，且氨逃逸度3ppm以下。實踐證明經(jīng)本發(fā)明蓄熱式天然氣鍋爐SNCR與SCR聯(lián)合煙氣脫硝系統(tǒng)處理，氮氧化物脫除率達(dá)80％以上，取得了良好的煙氣處理效果。
上面結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選的具體實施方式和實施例作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式和實施例，在本領(lǐng)域技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下作出各種變化，例如通過改變脫硝催化蓄熱體安裝位置、還原劑噴槍的安裝位置達(dá)到本發(fā)明的技術(shù)效果均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。