一种用于流化床锅炉的洁净排放系统及方法

摘要

一种用于流化床锅炉的洁净排放方法，在流化床锅炉密相区进行炉内一次脱硫；在炉膛出口进行基于SNCR的一次脱硝；经炉内一次脱硫和一次脱硝后的烟气进行除尘后再升温进行基于SCR的二次脱硝；经二次脱硝后的烟气送入脱硫系统进行二次脱硫；本发明还提供了相应的系统，采用SNCR+SCR方式联合脱硝，同时采用炉内+炉外方式脱硫，通过燃烧优化技术+环保系统参数精确控制，使得NOx、SO2排放达到《火电厂大气污染物排放标准》GB13223‑2011中重点地区燃气轮机组的排放标准，具有脱硝效率高、脱硫效率高、系统可靠性高、工况适应性强、NOx、SO2排放可控性好、运行周期长、运行费用低等优点。

权利要求

1.一种用于流化床锅炉的洁净排放系统，包括布置于流化床锅炉密相区的炉内脱硫装置(14)和布置于炉膛(13)出口的SNCR装置(12)，其特征在于，所述SNCR装置(12)出口连接分离器(11)，出分离器(11)的烟气依次经过过热器(10)和省煤器(9)后分为两路，一路直接接入SCR装置(5)并在管路上设置有烟气挡板一(8)，另一路经空气预热器(16)和除尘器(18)后接入SCR装置(5)，且SCR装置(5)与除尘器(18)的连接管路上设置有烟气挡板二(19)，SCR装置(5)的烟气出口与脱硫系统(1)的烟气入口相连接且在连接管路上设置有引风机(22)和增压风机(25)，SCR装置(5)与引风机(22)的连接管路上设置有烟气挡板三(21)，引风机(22)与增压风机(25)的连接管路上设置有烟气挡板四(24)，出脱硫系统(1)的烟气排至烟囱，另外设置洁净烟气发生器(7)，洁净烟气发生器(7)的出口分为两路，一路接至SCR装置入口并设置烟气挡板七(6)，一路接至脱硫系统(1)的烟气出口并设置烟气挡板六(2)。

2.根据权利要求1所述用于流化床锅炉的洁净排放系统，其特征在于，所述炉膛(13)底部连接有风室(15)，锅炉尾部烟道连接有为锅炉提供配风的送风机(17)。

3.根据权利要求1所述用于流化床锅炉的洁净排放系统，其特征在于，所述SCR装置(5)并联设置有SCR旁路(20)，SCR旁路(20)连接在烟气挡板二(19)和烟气挡板三(21)之间，所述SCR旁路(20)、烟气挡板二(19)和烟气挡板三(21)用于实现SCR装置(5)的投退切换；所述脱硫系统(1)并联设置有脱硫系统旁路(23)，脱硫系统旁路(23)设置在烟气挡板四(24)和烟气挡板五(3)之间，所述脱硫系统旁路(23)、烟气挡板四(24)和烟气挡板五(3)用于实现脱硫系统(1)的投退切换。

4.根据权利要求1所述用于流化床锅炉的洁净排放系统，其特征在于，所述SNCR装置(12)布置在炉膛(13)出口的800～1050℃区域。

5.根据权利要求1所述用于流化床锅炉的洁净排放系统，其特征在于，所述炉内脱硫装置(14)布置在炉膛(13)的下部。

6.根据权利要求1所述用于流化床锅炉的洁净排放系统，其特征在于，所述洁净烟气发生器(7)采用天然气或燃油作为燃料，用于提升SCR装置(5)的入口烟气温度，为中高温催化剂提供工作环境；以及用于提升脱硫系统(1)的出口烟气温度，以保证烟气的扩散能力。

说明书

一种用于流化床锅炉的洁净排放系统及方法

技术领域

[0001] 本发明属于锅炉环保技术领域，特别涉及一种用于流化床锅炉的洁净排放系统及方法。

背景技术

[0002] 循环流化床锅炉技术是近十几年来迅速发展的一项高效低污染清洁燃烧枝术，具有燃料适应性广、燃烧效率高、高效脱硫、氮氧化物(NOX)排放低、燃烧强度高、炉膛截面积小、负荷调节范围大、负荷调节快、易于实现灰渣综合利用、燃料预处理系统简单、给煤点少等优点。因此这项技术在电站锅炉、工业锅炉和废弃物处理利用等领域均得到了广泛的商业应用。

[0003] 运行经验表明，循环流化床锅炉的NOX排放值基本在400mg/m3以下。循环流化床锅炉NOX排放低是由于以下两个原因：一是低温燃烧，此时空气中的氮一般不会生成NOX；二是分段燃烧，抑制燃料中的氮转化为NOX，并使部分已生成的NOX得到还原。

[0004] 《火电厂大气污染排放标准》(GB13223-2003)中对SO2和NOX的排放限值分别为400mg/m3、450mg/m3。对于循环流化床锅炉，仅需进行炉内脱硫即可使SO2排放、NOX排放达标，故原有循环流化床锅炉机组基本不设置脱硝装置。《火电厂大气污染排放标准》(GB13223-2011)实施后，对SO2和NOX的排放限值均降为100mg/m3，导致现有设备条件基本无法满足环保要求。

[0005] 目前应用于锅炉的脱硝技术主要分为燃烧控制技术和烟气脱硝技术。燃烧控制技术包括：CFB锅炉燃烧技术、空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环、低氮燃烧器技术、燃烧优化；烟气脱硝技术主要包括：SCR(选择性催化还原技术)、SNCR(选择性非催化还原法)、SNCR+SCR。目前应用于循环流化床锅炉的主要是燃烧控制技术。

[0006] SCR的优点是：脱硝效率高(70～90％)、技术成熟，国内应用多；缺点是：投资成本高(需要催化剂、造价为SNCR的3倍以上)、运行成本较高(还原剂、催化剂)、安装方式对锅炉结构改变大、尾部易沾污、腐蚀、适用于新建煤粉机组。

[0007] SNCR的优点是：占地面积小(布置在锅炉本体上)、投资成本低(造价为SCR的1/4～1/3)、运行成本较低(0.003～0.004元/kWh)、安装及操作较易、技术成熟；适应参数、负荷、煤质变化快；有助于降低平均成本、不催化增加三氧化硫(SO3)、不造成尾部受热面、空气预热器的堵塞或腐蚀；特别适用于CFB机组及老机组脱硝改造；缺点是：脱硝效率不够高、氨逃逸量较SCR稍高。

[0008] SNCR+SCR的特点：脱硝效率高(40～80％)、投资成本略低、运行成本略低(还原剂、少量催化剂)、氨逃逸量低、可大幅减少SCR的反应容积。逃逸的氨会随烟气流向下游的SCR系统，使其利用率反应率更为完全。还原剂可使用尿素代替较危险的液氨。缺点是：流化床锅炉应用经验较少，同时也存在SCR催化剂寿命短等问题。

[0009] 目前应用于流化床锅炉的脱硫技术主要是炉内脱硫，烟气脱硫主要应用于煤粉炉。流化床锅炉通过炉内添加脱硫剂(石灰石、电石渣等)可将SO2排放值控制到较低水平，但在新的环保标准下，现有炉内脱硫装置存在出力不够、经济性差、脱硫难以达标等问题。

发明内容

[0010] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于流化床锅炉的洁净排放系统及方法，该系统具有本系统具有脱硝效率高、脱硫效率高、系统可靠性高、工况适应性强、NOx、SO2排放可控性好、运行周期长、运行费用低等优点，可使现有流化床锅炉满足《火电厂大气污染排放标准》(GB13223-2011)。

[0011] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

[0012] 一种用于流化床锅炉的洁净排放方法，其中：

[0013] 在流化床锅炉密相区进行炉内一次脱硫；

[0014] 在炉膛出口进行基于SNCR的一次脱硝；

[0015] 经炉内一次脱硫和一次脱硝后的烟气进行除尘后再升温进行基于SCR的二次脱硝；

[0016] 经二次脱硝后的烟气送入脱硫系统进行二次脱硫。

[0017] 本发明还提供了一种用于流化床锅炉的洁净排放系统，包括布置于流化床锅炉密相区的炉内脱硫装置14和布置于炉膛13出口的SNCR装置12，其特征在于，所述SNCR装置12出口连接分离器11，出分离器11的烟气依次经过过热器10和省煤器9后分为两路，一路直接接入SCR装置5并在管路上设置有烟气挡板一8，另一路经空气预热器16和除尘器18后接入SCR装置5，且SCR装置5与除尘器18的连接管路上设置有烟气挡板二19，SCR装置5的烟气出口与脱硫系统1的烟气入口相连接且在连接管路上设置有引风机22和增压风机25，SCR装置5与引风机22的连接管路上设置有烟气挡板三21，引风机22与增压风机25的连接管路上设置有烟气挡板四24，出脱硫系统1的烟气排至烟囱，另外设置洁净烟气发生器7，洁净烟气发生器7的出口分为两路，一路接至SCR装置入口并设置烟气挡板七6，一路接至脱硫系统1的烟气出口并设置烟气挡板六2。

[0018] 所述炉膛13底部连接有风室15，锅炉尾部烟道连接有为锅炉提供配风的送风机17。

[0019] 所述SCR装置5并联设置有SCR旁路20，SCR旁路20连接在烟气挡板二19和烟气挡板三21之间，所述SCR旁路20、烟气挡板二19和烟气挡板三用于实现SCR装置5的投退切换；所述脱硫系统1并联设置有脱硫系统旁路23，脱硫系统旁路23设置在烟气挡板四24和烟气挡板五3之间，所述脱硫系统旁路23、烟气挡板四24和烟气挡板五3用于实现脱硫系统1的投退切换。

[0020] 所述SNCR装置12布置在炉膛13出口的800～1050℃区域。

[0021] 所述炉内脱硫装置14布置在炉膛13的下部密相区。

[0022] 所述洁净烟气发生器7采用天然气或燃油作为燃料，用于提升SCR装置5的入口烟气温度，为中高温催化剂提供工作环境；以及用于提升脱硫系统1的出口烟气温度，以保证烟气的扩散能力。

[0023] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0024] 1)本系统所述SCR装置布置在除尘器的出口区域，烟尘较少，催化剂工作环境较好，使用周期长。

[0025] 2)本系统设置的洁净烟气发生器可以提升SCR装置入口烟气温度，为中高温催化剂提供工作环境；也可以提升脱硫系统出口烟气温度，以保证烟气有较高的扩散能力。

[0026] 3)本系统采用SNCR+SCR：脱硝效率高(40～80％)、投资成本略低、运行成本略低(还原剂、少量催化剂)、氨逃逸量低、可大幅减少SCR的反应容积。逃逸的氨会随烟气流向下游的SCR系统，使其利用率反应率更为完全，还原剂可使用尿素代替较危险的液氨。

[0027] 4)本系统采用炉内脱硫与炉外脱硫相结合方式，现有脱硫系统仍可使用，同时投用时，炉外脱硫装置运行费用较低，SO2排放可得到有效控制。

[0028] 综上所述，本系统具有本系统具有脱硝效率高、脱硫效率高、系统可靠性高、工况适应性强、NOx、SO2排放可控性好、运行周期长、运行费用低等优点。

附图说明

[0029] 图1是本发明用于流化床锅炉的洁净排放系统的结构示意图。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

[0031] 本发明一种用于流化床锅炉的洁净排放方法，主要通过如下工艺环节实现：

[0032] 在流化床锅炉密相区进行炉内一次脱硫；

[0033] 在炉膛出口进行基于SNCR的一次脱硝；

[0034] 经炉内一次脱硫和一次脱硝后的烟气进行除尘后再升温进行基于SCR的二次脱硝；

[0035] 经二次脱硝后的烟气送入脱硫系统进行二次脱硫。

[0036] 为了实现上述方法，并有效适应各种不同的实际工况，本发明还提供了一种用于流化床锅炉的洁净排放系统，如图1所示，包括布置于流化床锅炉密相区的炉内脱硫装置14，炉内脱硫装置14位于炉膛13的下部，炉膛13底部连接有风室15，送风机17供风通过布置在尾部烟道内的空气预热器16预热后送至风室15。SNCR装置12布置在炉膛13出口的800～
1050℃区域。

[0037] SNCR装置12的烟气出口连接分离器11，出分离器11的烟气依次经过过热器10和省煤器9后分为两路，一路直接接入SCR装置5并在管路上设置有烟气挡板一8，烟气挡板一8用于调节SCR装置5的入口烟温。另一路经空气预热器16和除尘器18后接入SCR装置5，且SCR装置5与除尘器18的连接管路上设置有烟气挡板二19，SCR装置5的烟气出口与脱硫系统1的烟气入口相连接且在连接管路上设置有引风机22和增压风机25，SCR装置5与引风机22的连接管路上设置有烟气挡板三21，引风机22与增压风机25的连接管路上设置有烟气挡板四24。

[0038] 为适应不同工况，SCR装置5并联设置有SCR旁路20，SCR旁路20连接在烟气挡板二19和烟气挡板三21之间，SCR旁路20、烟气挡板二19和烟气挡板三用于实现SCR装置5的投退切换；脱硫系统1并联设置有脱硫系统旁路23，脱硫系统旁路23设置在烟气挡板四24和烟气挡板五3之间，脱硫系统旁路23、烟气挡板四24和烟气挡板五3用于实现脱硫系统1的投退切换。

[0039] 出脱硫系统1的烟气排至烟囱；另外设置洁净烟气发生器7，出口分为两路，一路接至SCR装置入口并设置烟气挡板七6，一路接至脱硫系统出口并设置烟气挡板六2。洁净烟气发生器7采用天然气或燃油作为燃料，用于提升SCR装置5的入口烟气温度，为中高温催化剂提供工作环境；以及用于提升脱硫系统1的出口烟气温度，以保证烟气的扩散能力。

[0040] 本发明的工作原理是：

[0041] 燃料在循环流化床锅炉中燃烧，脱硫剂由锅炉密相区炉内的脱硫装置14给入，进行炉内一次脱硫；燃烧烟气流至炉膛13的出口时，由SNCR装置12进行一次脱硝，脱去大部分NOX；经过炉内脱硫和一次脱硝后烟气经过热器10、省煤器9、空气预热器16、除尘器18到达SCR装置5，烟气在SCR装置5中进行二次脱硝，达到NOX达标工况；之后烟气进入脱硫系统1进行二次脱硫，达到SO2达标工况；洁净烟气最终由烟囱4排至大气。

[0042] 由于本系统SCR装置5布置在除尘器18出口区域，烟尘较少，催化剂工作环境较好，故而催化剂使用周期长，运行成本降低；洁净烟气发生器7可以提升SCR装置5入口烟气温度，为中高温催化剂提供工作环境；也可以提升脱硫系统1出口烟气温度，以保证烟气有较高的扩散能力；采用SNCR+SCR组合脱硝方式，脱硝效率高(40～80％)、投资成本略低、运行成本略低(还原剂、少量催化剂)、氨逃逸量低、可大幅减少SCR的反应容积。逃逸的氨会随烟气流向下游的SCR系统，使其利用率反应率更为完全，还原剂可使用尿素代替较危险的液氨；采用炉内脱硫与炉外脱硫相结合方式，现有脱硫系统仍可使用，同时投用时，炉外脱硫装置运行费用较低，SO2排放可得到有效控制。

[0043] 正常工况下，关闭SCR旁路挡板20、脱硫系统旁路23、烟气挡板七6、烟气挡板六2，打开烟气挡板一8、烟气挡板二19、烟气挡板三21、烟气挡板四24、烟气挡板五3，通过烟气挡板一8调节SCR入口烟气温度，如使用低温催化剂，甚至可关闭烟气挡板一8；

[0044] 烟气含尘量大或SO2排放要求更高时，关闭SCR旁路挡板20、脱硫系统旁路23、烟气挡板一8，打开烟气挡板七6、烟气挡板六2、烟气挡板二19、烟气挡板三21、烟气挡板四24、烟气挡板五3，通过烟气挡板七6调节SCR入口烟气温度；

[0045] 炉内脱硫、SNCR脱硝即可达到排放指标时，打开SCR旁路挡板20、脱硫系统旁路23，关闭烟气挡板二19、烟气挡板三21、烟气挡板四24、烟气挡板五3，达标烟气直接通过烟囱排放；如经炉内脱硫、SNCR后仅脱硫或脱硝达标，则相应切除脱硫系统1或SCR5运行，以节约能源；

[0046] 通过调整炉内脱硫、SNCR脱硝效率，本系统可方便调节炉内脱硫、脱硝与炉外脱硫、脱硝比例，以达到整套系统综合能效最高的最优工况。

[0047] 因而，本系统具有脱硝效率高、脱硫效率高、系统可靠性高、工况适应性强、NOX、SO2排放可控性好、运行周期长、运行费用低等优点。

[0048] 以上对本发明的一个实例进行了详细说明，但内容仅为本发明的较佳实施例，不能认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所做出的变化与改进等，均应仍归属于本发明的保护涵盖范围之内。