一种SNCR‑SCR联合烟气脱硝系统工艺的设计方法技术方案

本发明专利技术公开一种SNCR‑SCR联合烟气脱硝系统工艺的设计方法，首先建立SNCR‑SCR联合脱硝工艺的还原剂体积流率计算以及催化剂体积计算的数学模型；然后通过测量仪器测量得到烟气中的NOx的浓度信息、烟气的流量和烟气的温度信息；最后结合测量得到的信息和数学模型计算得出还原剂体积流率和催化剂体积。通过本发明专利技术的SNCR‑SCR联合脱硝工艺数学模型，来求解含氨还原剂的体积流率和设计催化剂的体积，能够提高中小型锅炉的脱硝效率，减小SCR催化剂的尺寸，降低催化剂中毒的概率，降低投入成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化工领域，尤其是涉及一种SNCR-SCR联合烟气脱硝系统工艺的设计方法。
技术介绍
燃煤电厂、危险废物焚烧处理、矿物质冶炼过程中排放的烟气中含有大量的氮氧化物(NOx)，氮氧化物在一定条件下可以氨气发生化学反应，生成对环境无污染的氮气和水。SNCR和SCR技术都是采用氨或尿素等作还原剂，将其水溶液利用喷嘴喷入烟气中，与烟气中的氮氧化物发生选择性还原反应，产物是不污染环境的氮气和水。两种技术的反应温度不同，根据Muzio、Miller等学者的研究，SNCR不使用催化剂，反应窗在1000℃左右，然而SCR因为有催化剂的参与，将反应窗温度降低到了240℃～380℃，并提高了反应效率。采用单一的SNCR工艺，其安装成本较低，其特点是存在氨逃逸的问题，脱硝效率越高氨逃逸的问题越显著，将氨逃逸控制在10ppm以下时，脱硝效率往往不超过40％，适用于中小型锅炉或排放要求不高的地区的烟气脱硝处理。而SCR工艺在脱硝效率达到90％的同时还可以将氨逃逸率控制在3ppm以下，缺点是安装成本高，结构较为复杂，多种因素可能会导致催化剂中毒，影响脱硝工作的进行，普遍使用于大型锅炉脱硝处理。SNCR-SCR联合脱硝工艺并非直接将SNCR与SCR工艺组合，尽管也是通过串联的形式连接而成，但是其工作机理和直接串联是有区别的。它是将SNCR技术投入成本少、SCR技术效率高的优点集中在一起进而发展出来的一种新型烟气脱硝工艺。提高SNCR部分的还原剂流率，提高SNCR工艺的脱硝效率。经SNCR工艺初步处理后的烟气氮氧化物浓度显著降低，减少了SCR反应器的压力，可以适当减小催化剂的尺寸，降低催化剂堵塞、中毒的概率，降低因催化剂更换的成本。逃逸的氨在SCR反应器的催化剂表面与氮氧化物发生化学反应，将氮氧化物的浓度降低到限排标准，同时达到控制氨逃逸的目的。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种SNCR-SCR联合烟气脱硝系统工艺的设计方法，用以提高中小型锅炉的脱硝效率，同时减小SCR催化剂的尺寸，降低催化剂中毒的概率，降低投入成本。为达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：本方案所涉及的烟气脱硝装置包括SNCR反应区和SCR反应区，SNCR反应区设置在锅炉炉膛内，反应温度在875-1150℃之间，安装有喷枪组，喷枪的雾化喷嘴的位置与炉膛的水冷壁等高。还原剂选用的含氨溶液可以为液氨、氨水、尿素溶液。SCR反应区设置在锅炉烟道内，内部包括催化剂层。本专利技术提供的一种SNCR-SCR联合烟气脱硝系统工艺的设计方法，包括如下步骤：(1)建立SNCR-SCR联合脱硝工艺的还原剂体积流率计算以及催化剂体积计算的数学模型；(2)通过测量仪器测量得到烟气中的NOx的浓度信息、烟气的流量和烟气的温度信息；(3)结合测量得到的信息和数学模型计算得出还原剂体积流率和催化剂体积；所述数学模型中，还原剂体积流率υ的计算公式为：υ=NOxin·q·ηNOx·ASR·Mρ·1000MNOx]]>其中，ρ为还原剂溶液的密度，M为还原剂的摩尔质量，MNOx为烟气中NOx的平均摩尔质量，q为锅炉的烟气量，ηNOx为NOx的去除率，为烟气中的NOx的浓度，ASR为还原剂与NOx的实际化学当量比；所述数学模型中，催化剂体积Vcatalyst的计算公式为：Vcatalyst＝α×qSCR×ηadj×slipadj×NOxadj×Tadj÷nSCR其中，α为调整系数，经验取值范围为2.5≤α≤3.0，也可根据实验数据拟合得到具体数值，qSCR为SCR反应器中烟气量，ηadj为调整脱硝效率，slipadj为调整氨逃逸率，NOxadj为调整NOx浓度，Tadj为调整温度，nSCR为SCR反应器数量。作为优选，所述还原剂与NOx的实际化学当量比ASR＝βNSR，NSR为还原剂与NOx的化学当量比，β为经验参数，1≤β≤3。作为优选，所述调整脱硝效率ηadj为ηadj＝0.2809+(1.058×ηNOx)；所述调整氨逃逸率slipadj为slipadj＝1.2835-(0.0568×slip)，其中slip为理论氨逃逸率slip＝ASR-0.8；所述调整NOx浓度NOxadj为NOxadj＝0.1542+(0.3208×NOxin)；所述调整温度为Tadj＝15.16-(0.03937×T)+(2.74×10-5×T2)，T为入口处烟气温度，单位为°F。作为优选，所述SCR反应器数量的计算公式为：qfluegas为烟气的流动速率，通过流量计测得，或根据公式计算得到，qquel为燃料体积流量，T为入口处烟气温度，n'SCR为反应器预设个数。有益效果：本专利技术通过建立合理的“SNCR-SCR联合脱硝工艺”数学模型，来求解含氨还原剂的体积流率和设计催化剂的体积，能够提高中小型锅炉的脱硝效率，减小SCR催化剂的尺寸，降低催化剂中毒的概率，降低投入成本。附图说明图1为本专利技术的方法流程图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。本专利技术实施例公开的一种SNCR-SCR联合烟气脱硝系统工艺的设计方法，主要包含SNCR和SCR反应两个部分的工艺参数设计，分别在SNCR部分建立求解还原剂体积流率的数学模型，通过计算获得还原剂体积流率的理论值；在SCR部分，计算催化剂体积的理论值。为SNCR-SCR联合烟气脱硝系统的设计，提供理论依据和参考。如图1所示，本专利技术的工艺设计方法主要包括：首先，建立SNCR-SCR联合脱硝工艺的还原剂体积流率计算以及催化剂体积计算的数学模型；然后通过测量仪器测量得到烟气中的NOx的浓度信息、烟气的流量和烟气的温度信息；最后结合测量得到的信息和数学模型计算得出还原剂体积流率和催化剂体积。一、SNCR还原剂的体积流率设计还原剂的体积流率υ(g/h)：υ=mρ---(1)]]>式中：ρ—还原剂溶液的密度，g/L；(密度可由密度计直接测量得到)m—还原剂喷入量，g/h。还原剂喷入量m：m=NOxin·q·ηNOx·ASR·M1000MNOx---(2)]]>式中：M—还原剂的摩尔质量，kg/mol；MNOx—NOx的平均摩尔质量，kg/mol；(使用氮氧化物分析仪，得到结果根据烟气中NO、NO2等的含量进行估算)q—锅炉的烟气量；单位Nm3/h。(烟气流量计测量可得)—NOx的去除率；NOxin—烟气中的NOx的浓度，mg/m3；(氮氧化物分析仪可得)ASR—还原剂与NOx的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SNCR‑SCR联合烟气脱硝系统工艺的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立SNCR‑SCR联合脱硝工艺的还原剂体积流率计算以及催化剂体积计算的数学模型；(2)通过测量仪器测量得到烟气中的NOx的浓度信息、烟气的流量和烟气的温度信息；(3)结合测量得到的信息和数学模型计算得出还原剂体积流率和催化剂体积；所述数学模型中，还原剂体积流率υ的计算公式为：υ=NOxin·q·ηNOx·ASR·Mρ·1000MNOx]]>其中，ρ为还原剂溶液的密度，M为还原剂的摩尔质量，MNOx为烟气中NOx的平均摩尔质量，q为锅炉的烟气量，ηNOx为NOx的去除率，为烟气中的NOx的浓度，ASR为还原剂与NOx的实际化学当量比；所述数学模型中，催化剂体积Vcatalyst的计算公式为：Vcatalyst＝α×qSCR×ηadj×slipadj×NOxadj×Tadj÷nSCR其中，α为调整系数，2.5≤α≤3.0，qSCR为SCR反应器中烟气量，ηadj为调整脱硝效率，slipadj为调整氨逃逸率，NOxadj为调整NOx浓度，Tadj为调整温度，nSCR为SCR反应器数量。...

【技术特征摘要】
1.一种SNCR-SCR联合烟气脱硝系统工艺的设计方法，其特征在于，包括如
下步骤：
(1)建立SNCR-SCR联合脱硝工艺的还原剂体积流率计算以及催化剂体积计
算的数学模型；
(2)通过测量仪器测量得到烟气中的NOx的浓度信息、烟气的流量和烟气的
温度信息；
(3)结合测量得到的信息和数学模型计算得出还原剂体积流率和催化剂体
积；
所述数学模型中，还原剂体积流率υ的计算公式为：
υ=NOxin·q·ηNOx·ASR·Mρ·1000MNOx]]>其中，ρ为还原剂溶液的密度，M为还原剂的摩尔质量，MNOx为烟气中NOx
的平均摩尔质量，q为锅炉的烟气量，ηNOx为NOx的去除率，为烟气中的
NOx的浓度，ASR为还原剂与NOx的实际化学当量比；
所述数学模型中，催化剂体积Vcatalyst的计算公式为：
Vcatalyst＝α×qSCR×ηadj×slipadj×NOxadj×Tadj÷nSCR其中，α为调整系数，2.5≤α≤3.0，qSCR为SCR反应器中烟气量，ηadj为调
整脱硝效率，slipadj为调整氨逃逸率，NOxadj为调整NOx浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜军，郑喜洋，倪春亚，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32