基于尿素直喷热解的烟气脱硝分区喷氨系统及方法与流程

1.本发明涉及烟气脱硝系统技术领域，具体为基于尿素直喷热解的烟气脱硝分区喷氨系统及方法。


背景技术：

2.目前燃煤机组烟气脱硝scr还原剂基本都集中在液氨，其工艺简单、初期投资和运行成本低且系统稳定，但由于液氨是一种有毒危险化学品，燃煤电厂液氨储存量大，已形成重大危险源，安全风险高。介于液氨安全风险性，以尿素制备还原剂的scr脱硝技术获得广泛的应用，其还原剂制备技术主要有尿素热解、尿素直喷及尿素水解。尿素热解常采用热一次风加电加热器或者气气换热器对尿素溶液进行加热，运行成本高，系统复杂易造成结晶；尿素水解系统利用低品质的蒸汽(0.8～1.0、160～200度)使反应器内的尿素溶液发生水解反应产生含氨气的混合气体，系统复杂，附属管道对保温及伴热要求高，易产生管道结晶堵塞及阀门腐蚀。上述两种制氨技术都需要大量的热源，系统运行和维护成本高，在一定程度上制约了其技术的工程应用。尿素直喷热解技术是将尿素溶液雾化喷入烟道中，利用烟道中高温烟气(300～600度)将尿素溶液热解生成含氨气的混合气体供下游scr反应器使用，系统简单，操作方便。
3.传统喷氨系统根据反应器出口单测点氮氧化物和氨逃逸的大小，通过调氨阀调节各反应器母管氨量，进而调节连接在母管的各支管手动阀门调节各支管氨量，从而达到烟道横截面烟气和氨量均匀混合。但负荷的变化、燃烧方式的不同(煤种、磨组合方式、燃尽风比率等)均会导致反应器入口氮氧化物浓度方式变化，通常只能定期调节各支管的手动阀门调节氨量(喷氨调平实验)，使反应器出口烟道截面氮氧化物和氨逃逸均匀。传统的反应器出口单点及多点取样测量，测量值不能代表整个烟道截面的平均浓度以及浓度分布，通过其值反馈调氨阀就会导致反应器内氮氧化物浓度和氨量不匹配，局部脱硝效率差异性较大，从而致使局部氨逃逸较大，不利于下游设备的正常运行。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于尿素直喷热解的烟气脱硝分区喷氨系统及方法，结构简单，设计合理，测量值具有代表性，且能有效检测及减少氨逃逸，实现燃煤机组稳定脱硝。
5.本发明是通过以下技术方案来实现：
6.基于尿素直喷热解的烟气脱硝分区喷氨系统，包括尿素直喷模块a、入口脱硝测量装置b和出口脱硝测量装置c；
7.所述的尿素直喷模块a包括若干个喷枪和用于分别控制喷枪的计量分配单元；所述的喷枪均匀布置在省煤器出口烟道的烟道分区中；
8.所述的入口脱硝测量装置b和出口脱硝测量装置c均包括控制测量部件和若干个取样探头；
9.所述的入口脱硝测量装置b的各个取样探头按照网格法布置在脱硝入口烟道截面内；所述的出口脱硝测量装置c的各个取样探头按照网格法布置在脱硝出口烟道截面内；
10.所述的控制测量部件的数据输入端分别连接各个取样探头，数据输出端连接计量分配单元。
11.进一步的，所述的计量分配单元包括尿素溶液计量模块和尿素溶液分配模块、除盐水计量模块和除盐水分配模块、压缩空气计量模块和压缩空气分配模块；
12.所述的尿素溶液计量模块的输入端通过尿素溶液母管连接尿素溶液供给装置，输出端连接尿素溶液分配模块的输入端；尿素溶液分配模块的输出端分别连接各个喷枪；
13.所述的除盐水计量模块的输入端通过除盐水母管连接除盐水供给装置，输出端连接除盐水分配模块的输入端；除盐水分配模块的输出端分别连接各个喷枪；
14.所述的压缩空气计量模块的输入端通过压缩空气母管连接压缩空气供给装置，输出端连接压缩空气分配模块的输入端；压缩空气分配模块的输出端分别连接各个喷枪。
15.更进一步的，所述的计量分配单元还包括混合器和混合液流量计；所述的混合器分别设置在尿素溶液分配模块和除盐水分配模块的输出端；所述的混合液流量计分别设置在混合器与各个喷枪连接的管路上。
16.进一步的，所述的控制测量部件包括高温伴热管、稀硫酸吸收液池组、分析测量系统和若干个采样管；
17.所述的高温伴热管为三通管，主管的一端连接稀硫酸吸收液池，另一端通过接头转换器连接采样管，支管连接分析测量系统；
18.所述的若干个采样管分别与按照网格法布置的取样探头一一对应连接。
19.更进一步的，所述的分析测量系统包括依次连接在高温伴热管支管上的烟气预处理和烟气分析装置，以及与上位机连接的信号处理模块和无线传送设备；所述的烟气分析装置包括氧气测量仪和一氧化氮测量仪，其通过控制电缆依次连接信号处理模块和无线传送设备。
20.更进一步的，所述的分析测量系统与高温伴热管连接的管段上设置有测量手动阀门。
21.更进一步的，所述的采样管上沿气体流向依次设置有高温过滤器和采样手动阀门；所述的采样管与高温伴热管的连接处设置有高温抽气泵。
22.更进一步的，所述的稀硫酸吸收液池组包括设置在冰水槽内的第一稀硫酸吸收液池和第二稀硫酸吸收液池；所述的第一稀硫酸吸收液池的入口管段上依次设置有稀硫酸溶液手动阀门和流量计；所述的第二稀硫酸吸收液池的出口管段上连接有废水池。
23.基于尿素直喷热解的烟气脱硝分区喷氨方法，包括，
24.步骤一、将脱硝出口烟道的no
x
浓度场和速度场通过cfd数值模拟软件模拟计算出模拟结果，然后根据该模拟结果将省煤器出口烟道划分成若干个烟道分区；
25.步骤二、在省煤器出口烟道中，对应烟道分区中根据cfd数值模拟结果布置尿素直喷模块a的喷枪，一一对应形成尿素直喷系统分区；同时在脱硝入口烟道和脱硝出口烟道处分别均匀布置取样探头，通过布置的各个取样探头和其相应的控制测量部件获得脱硝出口烟道和脱硝入口烟道不同截面处的no/o2和nh3的分布情况；
26.步骤三、根据获取的no/o2和nh3分布情况，通过计量控制单元调节各个尿素直喷系
统分区内每个喷枪的混合溶液的浓度、流量及压缩空气的压力参数，完成对烟道内烟气的喷氨脱硝。
27.进一步的，所述的不同截面处烟气取样点的布置数量根据各尿素直喷系统分区内喷枪的数量和位置确定；取样探头按照网格法分别均匀布置在脱硝入口烟道和脱硝出口烟道的截面内，出入口各烟道分区内同一宽度方向至少均匀布置三个取样探头。
28.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
29.本发明系统采用在省煤器出口烟道处设置尿素直喷模块，在脱硝出、入口烟道截面处分别设置出、入口脱硝测量装置的方式，将尿素直喷模块的各个喷枪根据对应烟道分区位置分布在省煤器出口烟道内，同时按照网格法将各个取样探头布置在脱硝出、入口烟道截面处，通过分别与各个取样探头和喷枪的计量分配单元连接的控制测量部件，能同步且较快的测量整个烟道截面脱硝出入口no/o2和nh3分布，可以实时反映机组低、中、高负荷以及不同磨组和情况下脱硝入口氨氮摩尔比及脱硝出入no/o2和nh3分布，快速诊断脱硝系统装置存在问题及缺陷，并根据现场采集数据及各系统运行方式提出解决方案，测量值具有代表性，且能有效检测及减少氨逃逸；同时，通过对燃煤机组低、中、高负荷下脱硝出入口no/o2和nh3分布的测试，找出各负荷运行工况下尿素直喷热解最大产氨的合理运行参数，实现尿素直喷热解系统经济性、协调性下产氨，实现燃煤机组稳定下脱硝。
30.进一步，本发明系统通过采用尿素溶液计量模块和分配模块、除盐水计量模块和分配模块、压缩空气计量模块和分配模块，来对不同的物质进行单独调节和控制，从而能根据实际需求达到烟道横截面烟气和氨量反应浓度匹配，有效避免氮氧化物超标和氨逃逸过大。
31.进一步，本发明系统采用混合器将尿素溶液和除盐水在进入喷枪前混合均匀，有效提高处理效率，合理调配尿素溶液浓度；同时在管路上设置了混合液流量计，提高用量精确度。
32.进一步，本发明系统通过将不同管长的采样管和取样探头一一对应连接，可以实现在不同的烟道截面采样，保证整个系统的处理准确和完整性。
33.进一步，本发明系统采用分析测量系统对取样探头采集的样本进行准确可靠的分析，从而保证处理效果。
34.进一步，本发明系统通过设置高温过滤器和高温抽气泵，进一步确保采样作业顺利可靠。
35.进一步，本发明系统通过设置稀硫酸吸收液池组，能将烟气充分吸收于稀硫酸溶液中，然后通过取少量吸收液，将氨气敏电极置于吸收液中测量出相应数据，可靠高效。
36.进一步，本发明系统通过设置手动阀门控制烟气流入量，精确可靠。
附图说明
37.图1为本发明在实施例中所述的喷枪和计量分配单元的连接示意图。
38.图2为本发明在实施例中所述的尿素直喷系统分区示意图。
39.图3为本发明系统的安装布置位置示意图。
40.图4为本发明在实施例中所述的入口脱硝测量装置和出口脱硝测量装置的结构示意图。
41.图中：a
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尿素直喷模块，b
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入口脱硝测量装置，c
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出口脱硝测量装置，1
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采样管手动阀门，2
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高温抽气泵，3
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高温伴热管，4
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稀硫酸溶液手动阀门，5
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流量计，6
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第一稀硫酸吸收液，7
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第二稀硫酸吸收液，8
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废水池，9
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冰水槽，10
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手动阀门，11
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烟气预处理，12
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烟气分析装置，13
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氧气测量仪，14
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一氧化氮测量仪，15
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控制电缆，16
‑
信号处理模块，17
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无线传送设备，18
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上位机，19
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取样探头，20
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高温过滤器，21
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采样管，22
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喷枪，23
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脱硝入口烟道，24
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脱硝出口烟道，25
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尿素溶液计量模块，26
‑
尿素溶液分配模块，27
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除盐水计量模块，28
‑
除盐水分配模块，29
‑
压缩空气计量模块，30
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压缩空气分配模块，31
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混合器，32
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混合液流量计，33
‑
scr反应器。
具体实施方式
42.下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
43.本发明基于尿素直喷热解的烟气脱硝分区喷氨系统，如图3和图4所示，包括由若干个喷枪22和用于分别控制喷枪22的计量分配单元组成的尿素直喷模块a，由控制测量部件和若干个取样探头19组成的入口脱硝测量装置b和出口脱硝测量装置c；
44.如图1所示，所述的计量分配单元包括尿素溶液计量模块25、尿素溶液分配模块26、除盐水计量模块27、除盐水分配模块28、压缩空气计量模块29、压缩空气分配模块30、混合器31和混合液流量计32；所述的计量分配单元用于控制喷枪22，如图2所示，所述的喷枪22根据烟道分区位置采用cfd数值模拟结果布置在省煤器出口烟道内；
45.其中，所述的尿素溶液计量模块25、除盐水计量模块27、压缩空气计量模块29的输入端分别通过尿素溶液母管、除盐水母管、压缩空气母管连接尿素溶液供给装置、除盐水供给装置、压缩空气供给装置，其输出端分别连接尿素溶液分配模块26、除盐水分配模块28、压缩空气分配模块30的输入端；所述的尿素溶液分配模块26和除盐水分配模块28的输出端通过连接混合器31后再与各个喷枪22连通，其连通管路上分别设置有流量计32；所述的压缩空气分配模块30的输出端分别直接与各个喷枪22连通。
46.如图4所示，所述的控制测量部件的数据输入端分别连接各个取样探头19，数据输出端连接计量分配单元；所述的控制测量部件包括高温伴热管3、稀硫酸吸收液池组、分析测量系统、连接在高温伴热管3上的若干个采样管21；所述的高温伴热管3为三通管，主管的一端连接稀硫酸吸收液池，另一端连接采样管21，支管连接分析测量系统；所述的若干个采样管21的管长不同，分别与取样探头19一一对应连接。
47.其中，所述的分析测量系统包括依次连接在高温伴热管3支管上的烟气预处理11和烟气分析装置12，以及与上位机18连接的信号处理模块16和无线传送设备17；所述的烟气分析装置12包括氧气测量仪13和一氧化氮测量仪14，其通过控制电缆15依次连接信号处理模块16和无线传送设备17。
48.其中，所述的采样管21上沿气体流向依次设置有高温过滤器20和采样手动阀门1；所述的采样管21与高温伴热管3的连接处设置有高温抽气泵2。
49.其中，所述的稀硫酸吸收液池组包括设置在冰水槽9内的第一稀硫酸吸收液池6和第二稀硫酸吸收液池7；所述的第一稀硫酸吸收液池6的入口管段上依次设置有稀硫酸溶液手动阀门4和流量计5；所述的第二稀硫酸吸收液池7的出口管段上连接有废水池8。
50.其中，所述的分析测量系统与高温伴热管3连接的管段上设置有测量手动阀门10。
51.如图3所示，所述的各个取样探头19按照网格法分别布置在脱硝入口烟道23和脱硝出口烟道24截面内。
52.本发明系统通过cfd数值模拟软件模拟脱硝出口no
x
浓度场、速度场，然后根据脱硝出口模拟结果划分尿素直喷系统分区；将尿素溶液和除盐水混合配比成一定浓度的尿素，经混合器31与一定压力的压缩空气汇入喷枪22喷嘴雾化进入烟道；取样探头19、高温过滤器20、采样管21经接头转化器进入高温伴热管道3的主管入口端，高温伴热管道3主管入口端连接高温抽气泵2入口，烟气经采样管21进入连接在高温伴热管道3支管出口端的烟气预处理11入口，烟气预处理11出口又连接烟气分析装置12，烟气分析装置12通过控制电缆将测量数据传输给信号处理模块16，再经无线传输设备17将数据输入上位机18进行汇总分析；高温伴热管道3主管的出口端连接稀硫酸溶液手动阀门4和流量计5，将烟气依次充分吸收于第一稀硫酸溶液池6和第二稀硫酸溶液池7中，然后取少量吸收液，将氨气敏电极置于吸收液中测量相应数据，同时将采样时间及流量通过无线传输设备17传至上位机18。
53.本实施例中，假定将省煤器出口烟道分为4个区，如图2所示，同一宽度方向布置三个喷枪22组成一组喷氨系统，一个分区布置两组喷氨系统，省煤器出口烟道4共布置八组喷氨系统；
54.一组尿素喷氨系统中，与尿素溶液供给装置连接的尿素溶液母管经过尿素溶液计量模块25进入尿素溶液分配模块26，从尿素溶液分配模块26引出三只尿素支管进入混合器31；同样，与除盐水供给装置连接的除盐水母管经除盐水计量模块27进入除盐水分配模块28，引出三只除盐水支管进入混合器31，在混合器31中尿素溶液与除盐水配制混合成一定的浓度的混合液，然后混合液进入流量计32中，经调节送入各个喷枪22中，经喷枪22喷入烟道；喷枪22的另一个入口通过压缩空气母管与压缩空气分配模块30、缩空气计量模块29和压缩空气供应装置相连，调节压缩空气压力，从而使喷枪22中混合溶液的雾化效果达到最佳。喷入烟道的尿素混合溶液经高温烟气加热分解为氨气等混合气体，经导流板、分区混合器及静态混合器的作用，进入脱硝入口烟道23后经过scr反应器后进入脱硝出口烟道24；
55.其中，将出口脱硝测量装置c和入口脱硝测量装置b中的各个取样探头19按照网格法布置于脱硝出口烟道24和脱硝入口烟道23内，取样管21中布置高温过滤器20，各截面烟气取样点的布置数根据分区喷枪22的数量和位置合理分布确定。经过高温过滤器20的烟气由采样管21的采样管手动阀门1至烟道外侧软连接高温伴热管3，高温伴热管3连接高温抽气泵2入口，出口一路连接稀硫酸溶液手动阀门4和流量计5；
56.烟气依次进入第一稀硫酸吸收液池6和第二稀硫酸吸收液池7，两次吸收液池充分吸收烟气中的氨量，剩余尾气排入废水池8；随后将氨气敏电极置于吸收液中得到氨根离子，根据采用时间及流量得到此点的氨量；高温伴热管3一路连接采样管21，其出口连接烟气预处理11入口，烟气预处理11出口连接烟气分析仪12入口，烟气分析仪12中分布氧气测量仪13和一氧化氮测量仪14，依次测量烟气中o2、no浓度，测量仪测量信号通过控制电缆15传送至信号处理模块16，随后将信号处理模块16的数据通过无线传送设备17上传至上位机18；
57.通过上位机18系统展现脱硝出口烟道24和脱硝入口烟道23截面no/o2和nh3的分布，随后调节各个尿素直喷系统分区内喷枪22的混合溶液的浓度、流量及压缩空气的压力
等参数，尽可能在保证脱硝入口烟道23氨氮摩尔相对标准偏差小，脱硝出口烟道24no/o2和nh3分布均匀的情况下，尿素直喷热解系统经济性、协调性下的产氨，达到燃煤机组稳定性的烟气脱硝。
58.基于上述的系统，本发明还提供基于尿素直喷热解的烟气脱硝分区喷氨方法，包括，
59.步骤一、将脱硝出口烟道24的no
x
浓度场、速度场通过cfd数值模拟软件模拟计算出模拟结果，然后根据该模拟结果将省煤器出口烟道划分成若干个烟道分区；
60.步骤二、在省煤器出口烟道中，对应烟道分区中采用cfd数值模拟结果布置尿素直喷模块a的喷枪22,，一一对应形成尿素直喷系统分区；同时在脱硝入口烟道23和脱硝出口烟道24处分别均匀布置取样探头19，通过布置的各个取样探头19和其相应的控制测量部件获得脱硝出口烟道24和脱硝入口烟道23不同截面处的no/o2和nh3的分布情况；
61.步骤三、根据获取的no/o2和nh3分布情况，通过计量控制单元调节各个直喷系统分区内每个喷枪22的混合溶液的浓度、流量及压缩空气的压力参数，完成对烟道内烟气的分区喷氨脱硝。
62.其中，所述的不同截面处烟气取样点的布置数量根据各尿素直喷系统分区内喷枪22的数量和位置确定；取样探头19按照网格法分别均匀布置在脱硝入口烟道23和脱硝出口烟道24的截面内，出入口各烟道分区内同一宽度方向至少均匀布置三个取样探头19。
63.本发明克服了现有燃煤机组脱硝技术问题，根据反应器入口各个尿素直喷系统分区氮氧化物和氨量以及反应器出口各个分区氮氧化物和氨逃逸大小调节各个烟道区域内喷枪各参数以达到入口各分区区内烟气与氨量的均匀混合，使反应器入口各分区尿素直喷热解系统各参数经济、协调下产氨，实现反应器出口烟道内氮氧化物分布均匀。同时根据各分区脱硝效率、氨逃逸大小等参数可检测现行催化剂的性能。