一种干法脱硝剂的喷射方法及其应用和锅炉烟气的干法脱硝工艺与流程

本发明涉及烟气脱硝，具体涉及一种干法脱硝剂的喷射方法及其应用和锅炉烟气的干法脱硝工艺。

背景技术：

1、在火电热电厂煤法炉烟气scr法脱硝中，主要采用液氨、氨水或尿素制氨作为脱硝还原剂。因液氨(氨水)属于危险化学品，且腐蚀性强、易燃易爆，属于重大危险源；而尿素制氨能耗高且存在易结晶堵管隐患。另外，在现有的scr法脱硝工艺中，还存在格栅喷氨不均和烟气流场不匀的问题，导致了在scr反应器入口处，氨与烟气混合不均匀，从而使scr反应器出口氨逃逸较高，氨逃逸与烟气中的三氧化硫形成硫酸氢铵（abs）并沉积在空气预热器内和除尘器电极板上，使空气预热器压差升高、堵塞、换热效率下降，并影响电除尘效率。这严重制约了火电机组的长期安全稳定运行。尤其是当火电厂面临进一步的氮氧化物减排和排放提标要求时，以及在当前因风光电波动而要求火电机组必须进行灵活深度调峰（注：深度调峰带来scr反应器入口烟气温度低于设计值和scr脱硝效率下降），已成行业常态的情况下，为使氮氧化物达标排放，必须适当过量喷氨，这进一步加快了abs的形成和空气预热器压差升高和堵塞，从而导致空预器排烟温度高和煤耗增加、引风机能耗加大，甚至导致非正常停机等重大损失问题。这些问题早已成为困扰国内外火电厂的棘手问题并成为业界关注的焦点。

2、为了解决scr法脱硝过程中存在氨逃逸高、空气预热器压差增加、堵塞等问题，人们采用格栅精准喷氨、空气预热器热风吹扫、增加烟道旁路而提高scr烟气温度、加装scr催化剂等方法，虽然使得上述问题在一定程度上有所缓解，但是并未从根本上得到解决。另外，上述各项改造不仅投资大，而且增加机组煤电消耗，不利于节能降碳。如因烟气流场不匀，使精准喷氨仍然无法实现100%精准；空气预热器热风吹扫效果不佳且热风量大和能耗高；加装scr催化剂虽能提高脱硝率，但增加了风阻和能耗，且在深度减排要求下，氨逃逸仍然偏高；增加烟道旁路提升scr烟气温度，导致机组煤耗增加等。因此，如何很好地解决氨逃逸和空气预热器堵塞等问题，至今仍然是火电行业几十年来悬而未决的重要课题。

3、专利文献cn 211316226 u公开了一种新型高效的联合协同脱硝装置。该方案采用干粉反应系统，整体上的脱硝效果较好，该方案通过喷枪来喷射干粉脱硝剂，与炉膛底部燃烧产生的烟气充分混合发生脱硝反应，使烟气中的氮氧化物选择性还原为无害气体。该方案仅仅是在炉膛的某一位置设置有喷枪，仅适用于负荷稳定的炉膛烟气脱硝。随着“双碳”目标的推进和能源结构的深刻变革，风电、光伏等间歇性、波动性的绿色发电方式在电网中的占比迅速提高。为确保电网的稳定与安全，作为传统主力电源的燃煤电厂，其角色正从提供稳定的基本电力，转变为承担调峰任务的灵活性调节电源。这意味着火电机组需要升降负荷，以适应可再生能源发电的波动，长期满负荷运行已成为例外，而变负荷、低负荷、高负荷运行则成为新常态。当前风光电、机组灵活调峰、提标减排、节能降碳等，给火电厂的长期稳定运行带来了前所未有的矛盾和问题。然而，面对当前这些问题，火电行业几十年来发展起来的多种升级改造方法，虽然进行了高投入和高运行成本，但在实际工程应用中却收效不佳。在我国进行能源结构调整，已成国家长期发展战略。解决电厂烟气脱硝中提高脱硝效率、降低氨逃逸、防治空预器堵塞，是促进国家能源结构调整和稳定发展战略重要保障措施，因此迫切需要创新的思想和工艺技术，解决多年来悬而未决的棘手问。

技术实现思路

1、本发明解决了现有技术存在的问题，提供一种干法脱硝剂的喷射方法及其应用和锅炉烟气的干法脱硝工艺。本发明通过在炉膛内壁、水平烟道内壁或尾部烟道等不同位置设置喷射装置，根据锅炉运行不同负荷值，决定干法脱硝剂从不同位置喷射，从而保证不同温度区域的烟气与脱硝剂发生脱硝反应，使脱硝剂能充分与烟气混合反应，减少物料的浪费、降低氨逃逸等，以满足燃煤电厂高负荷、中负荷以及低负荷当中的一种或多种场景下的灵活调峰和深度高效脱硝。

2、本发明的第一个目的是提供一种烟气脱硝处理系统，包括炉膛、水平烟道、尾部烟道以及scr反应器，所述炉膛产生的烟气通过所述水平烟道和尾部烟道流向所述scr反应器，在所述炉膛内壁的不同位置上，设置有喷射装置和/或在所述水平烟道内壁上设置有喷射装置和/或在所述尾部烟道内壁上设置有喷射装置；所述喷射装置用于喷射干法脱硝剂。

3、优选地，所述炉膛包括折焰角部；所述在炉膛内壁的不同位置设置有喷射装置包括：在所述折焰角部标高处的上下三米范围内的炉膛内壁设置有第一层喷射装置，在所述第一层喷射装置的上方设置有第二层喷射装置，在所述第二层喷射装置的上方设置有第三层喷射装置，在所述水平烟道内壁上所设置的喷射装置为第四层喷射装置，在所述尾部烟道的内壁上所设置的喷射装置为第五层喷射装置。

4、优选地，第一层喷射装置与炉膛顶部的距离为d，所述第二层喷射装置与第一层喷射装置的距离为1/4~1/3 d，所述第三层喷射装置与第一层喷射装置的距离为2/3~3/4 d。如果第一层喷射装置与炉膛顶部的距离为15 m，所述第二层喷射装置与第一层喷射装置的距离为4~6 m，所述第三层喷射装置与第一层喷射装置的距离为8~12 m。

5、优选地，所述第一层喷射装置、第二层喷射装置、第三层喷射装置、第四层喷射装置以及第五层喷射装置均为喷枪且成排布置。

6、进一步优选，所述第一层喷射装置、第二层喷射装置、第三层喷射装置、第四层喷射装置以及第五层喷射装置根据需求进行选择性启动；每一层喷射装置不同方位的喷枪根据需求进行选择性启动。

7、本发明的第二个目的是提供一种干法脱硝剂的喷射方法，通过所述烟气脱硝处理系统来实现。根据机组锅炉运行负荷值，决定干法脱硝剂从第一层喷射装置、第二层喷射装置、第三层喷射装置、第四层喷射装置或第五层喷射装置喷射，保证烟气与炉膛、水平烟道或尾部烟道所喷射的干法脱硝剂混合发生充分脱硝反应。

8、优选地，当机组锅炉运行负荷值为额定负荷的20%-40%时，第一层喷射装置喷射干法脱硝剂，当锅炉运行负荷值为额定负荷的40%-60%时，第二层喷射装置喷射干法脱硝剂，当锅炉运行负荷值为额定负荷的60%-80%时，第三层喷射装置喷射干法脱硝剂，当锅炉运行负荷值为额定负荷的80%-100%时，第四层喷射装置喷射干法脱硝剂，当锅炉超负荷运行时，第五层喷射装置喷射干法脱硝剂。

9、本发明的第三个目的是提供所述的喷射方法在干法脱硝工艺中的应用。

10、本发明的第四个目的是提供一种锅炉烟气的干法脱硝工艺，包括如下步骤：

11、s1、将干法脱硝剂通过所述第一层喷射装置、第二层喷射装置、第三层喷射装置、第四层喷射装置或第五层喷射装置喷入炉膛、水平烟道或尾部烟道内，与锅炉本体的炉膛燃烧产生的烟气混合发生充分脱硝反应，使烟气中的氮氧化物被选择性还原为无害气体，剩余未被充分反应的脱硝剂与烟气混合均匀后进入scr反应器内；

12、s2、在scr反应器内催化剂的作用下，使烟气的氮氧化物浓度达到排放标准，无害气体与烟气的混合物通过除尘器进行除尘后最终经过烟气出口烟囱排出。

13、优选地，所述炉膛内的温度为500℃-1200℃。

14、本发明提出的第一层喷射装置、第二层喷射装置、第三层喷射装置、第四层喷射装置、第五层喷射装置均包括若干个平行设置的喷射口和监测各层喷射口温度的测温点，各个喷射口设置有控制干法脱硝剂输送量的控制阀。

15、步骤s2中，所述无害气体包括氮气、水和二氧化碳。

16、本发明提出的scr反应器内的入口设置有检测氮氧化物浓度的第一气体流量计，出口设置有检测氮氧化物浓度、氨逃逸浓度的第二气体流量计。scr反应器内设置有若干层催化剂，催化剂包括载体和负载在载体上的scr脱硝活性物质，载体为空心蜂窝状，scr脱硝活性物质包括v2o5、wo3和moo3中的一种以上。

17、本发明与现有技术相比，具有如下优点：

18、1、本发明提出的干法脱硝工艺不仅实现了安全节能和高效脱硝，同时还显著减少氨逃逸，防止或减缓空预器堵塞，减少风阻和提高换热效率。

19、2、本发明通过在烟气流向scr反应器的路径范围内设置有若干喷射装置，从而能够适应不同机组负荷、不同温度区域的烟气，以保证喷射装置所喷射出来的干法脱硝剂与烟气充分混合，干法脱硝剂立即裂解为氨和氨自由基等，与烟气中氮氧化合物发生脱硝反应，将nox高效选择性还原脱除。

20、3、本发明通过在烟气流向scr反应器的路径范围内设置有若干喷射装置，在不同负荷下启动不同位置不同数量的喷射装置，从而能够满足燃煤电厂高负荷、中负荷以及低负荷当中的一种或多种场景下的灵活调峰和深度脱硝，并均能达超低排放，甚至达到超超低排放要求。同时，干法脱硝具有使用安全、无腐蚀、不燃不爆、无废水产生、节能降碳效果显著，显著降低氨逃逸、防止空气预热器堵塞，提高机组锅炉能效等显著优势。

21、4、采用本发明的工艺技术用于烟气脱硝，可以取消或减少原有scr脱硝系统的格栅喷氨，由于液氨属于重大危险源，取消后可以显著降低企业的安全隐患，减少scr脱硝系统装置的初始投资和运行费用。此外，采用发明工艺技术用于烟气脱硝，还可以减少原有scr脱硝系统的催化剂数量，催化剂层数可以在原设计的基础上减少1层以上，从而减少scr脱硝系统固定资产投资和系统风阻，实现节能降耗增效。