基于烟气余热梯级利用的SCR系统和SCR脱硝方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于烟气余热梯级利用的SCR系统和SCR脱硝方法，其结构包括锅炉和设置在锅炉烟道中的脱硝装置，所述脱硝装置包括SCR第一催化剂层和SCR后续催化剂层，所述SCR第一催化剂层和SCR后续催化剂层延锅炉烟道中的烟气流向依次设置；还包括SCR脱硝换热器系统，所述SCR脱硝换热器系统设置在SCR第一催化剂层和SCR后续催化剂层之间用于降低烟道中的烟气温度。实现了锅炉尾部烟气余热按“温度对口、梯级利用”的原理，降低了整体的供电煤耗；同时实现了SCR系统的高效运行，优化了SCR系统内部的流场，大大的减轻空气预热器堵塞的风险。

【技术实现步骤摘要】
基于烟气余热梯级利用的SCR系统和SCR脱硝方法
本专利技术涉及一种烟气脱硝系统和方法，特别是一种基于烟气余热梯级利用的SCR系统和SCR脱硝方法。
技术介绍
随着电力行业的发展，燃煤火电机组的节能减排要求日益迫切，针对锅炉尾部烟气余热利用技术，有大量的专利技术形成，部分技术已工程应用，但现有的方案未能实现能量的温度对口、梯级利用，尾部烟气余热利用的节能量有进一步提升的空间；近年随着国家环保政策的严格要求，大批燃煤火电机组超低排放改造的实施，改造后部分燃煤火电机组出现了氨逃逸量偏大、SO3转化率偏高、SCR脱硝系统效率低等问题，硫酸氢氨在空气预热器蓄热元件表面沉积，导致空气预热器蓄热元件堵塞，空气预热器阻力大幅增加，严重影响了机组的安全、经济运行。在上述背景下，本专利技术专利结合燃煤火电机组超低能耗、超低排放改造背景，结合前期项目改造后出现的问题，综合考虑锅炉尾部烟气余热利用以及SCR脱硝系统高效运行，提出了系统性的解决方案，形成了本专利技术专利技术。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种SCR系统和SCR脱硝方法，通过本专利技术专利在工程项目的实施应用，实现了锅炉尾部烟气余热按“温度对口、梯级利用”的原理，最大限度的提高了锅炉尾部烟气余热利用的效果，降低了整体的供电煤耗；同时实现了SCR系统的高效运行，优化了SCR系统内部的流场，减少了氨逃逸量，从SO3生成机理角度降低了SO3的生成量，减少了硫酸氢氨在空气预热器蓄热元件表面的沉积，大大的减轻空气预热器堵塞的风险。通过本专利技术专利实施可以改变烟气中粉尘的比电阻，提高电除尘的除尘效率；通过降低温度，增强烟气中飞灰对SO3的吸附，减少烟气中SO3的排放；降低尾部温度，降低烟气流速，提高除尘、脱硫系统脱硫效率，同时降低引风机耗电率。本专利技术专利技术，结合烟气余热利用机理、热力系统等效焓降机理、环保岛一体化脱除技术机理，充分考虑三部分系统之间的耦合，高效解决了现影响机组安全、经济运行的问题。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于烟气余热梯级利用的SCR系统，其结构包括锅炉和设置在锅炉烟道中的脱硝装置，所述脱硝装置包括SCR第一催化剂层和SCR后续催化剂层，所述SCR第一催化剂层和SCR后续催化剂层延锅炉烟道中的烟气流向依次设置；还包括SCR脱硝换热器系统，所述SCR脱硝换热器系统设置在SCR第一催化剂层和SCR后续催化剂层之间用于降低烟道中的烟气温度。SCR系统的机理为，第一层催化剂的主要作用为完成脱硝反应，第二层及以上催化剂层的主要作用是消除消除第一层催化剂未反应的氨，但经研究发现，在第一层催化剂后，SCR系统流场偏差较大，氨逃逸量增加，烟气中氨氮摩尔比进一步增加，导致SCR效率偏低；同时SCR第一层催化剂中，由于氨浓度较高，抑制了SO2转化为SO3的效率，通过系统研究表明，SO2转化为SO3主要在脱硝系统的第二层及第三层催化剂进行，温度对SO2转化为SO3起着决定性的作用。因此通过布置SCR换热器系统不仅降低了第二层催化剂入口温度，降低了SO2转化为SO3的效率，通过流场模拟分析表明SO2转化为SO3转化率降低约60-70％，而且通过该受热面布置，优化了第二层催化剂入口的流场，通过模拟结果表明，流场浓度偏差降低20％以上，优化了氨氮的浓度分布，降低了氨逃逸量，提高了SCR系统反应效率，效率提高约3％-5％。通过上述方案减少SCR脱硝系统的氨逃逸及SO3的生成后，直接减少了烟气中硫酸氢氨的生成，直接的减少了硫酸氢氨在空气预热器蓄热元件表面的沉积，避免空气预热器堵塞，保证了机组安全、可靠、经济运行。进一步地，还包括加热器系统，所述SCR脱硝换热器系统连接加热器系统。在降低SO2转化为SO3的效率和提高SCR系统反应效率的同时，通过脱硝SCR换热器系统，将加热器系统凝结水引入，加热该凝结水，减少抽汽量，提高了高温蒸汽的做功能力，高效降低机组供电煤耗，实现能量的梯级利用。更进一步，所述脱硝装置后的烟道分为主路烟道和旁路烟道，所述主路烟道上设置有为锅炉进气加热的空气预热器；所述旁路烟道上设置有旁路换热器系统，所述旁路换热器系统连接加热器系统。脱硝装置后的烟气仍具有较高的温度适合于加热锅炉进气但转化效率不高会出现热交换不充分的情况，为进一步提高能量的有效利用，将烟道分出旁路后用于加热加热器系统。作为优选，所述旁路换热器系统包括第一旁路换热器和第二旁路换热器，所述第一旁路换热器和第二旁路换热器延锅炉烟道中的烟气流向依次设置；所述加热器系统包括一号高压加热器、二号高压加热器和三号高压加热器，所述一号高压加热器、二号高压加热器和三号高压加热器中的加热温度依次降低；所述SCR脱硝换热器系统和第一旁路换热器分别连接二号高压加热器，所述第二旁路换热器连接三号高压加热器。按温度对口原理，SCR脱硝换热器系统和第一旁路换热器适合加热二号高压加热器的凝结水，而第一旁路换热器在交换热量后烟气温度仍适合加热三号高压加热器的凝结水，因此在第一旁路换热器后设置第二旁路换热器进一步进行热交换。作为优选，还包括低低温换热器和冷风换热器系统，所述低低温换热器设置在空气预热器和旁路换热器系统后，所述低低温换热器连接冷风换热器系统，所述冷风换热器系统和空气预热器延锅炉进气流向依次设置。经空气预热器和旁路换热器系统后烟气温度进一步降低，但仍可以预加热进入空气预热器前的气流，进一步实现能量的梯级利用。作为优选，所述冷风换热器系统包括冷一次风换热器和冷二次风换热器，所述冷一次风换热器和冷二次风换热器分别连接低低温换热器和空气预热器。烟气的热量在低低温换热器进行交换，并分别通过冷一次风换热器、冷二次风换热器对冷一次风和冷二次风进行加热，提高热交换效率和能源利用效率，同时提高空气预热器蓄热元件冷端温度，进一步减轻空气预热器蓄热原件堵塞问题。作为优选，还包括电除尘器，所述电除尘器设置在低低温换热器后。在经过低低温换热器后烟气温度降低到95℃左右，在该温度下降低电除尘系统飞灰比电阻，提高电除尘器的除尘效率，另外由于烟气温度接近烟气酸露点温度，呈液态的SO3易被烟气中的粉尘颗粒吸附，从而被电除尘器脱除，达到协同脱除SO3的效果。作为优选，所述低低温换热器采用水介质，所述水介质流向与烟道中的烟气流向相反。为在最后的低低温换热器最大化利用烟气热量，采用逆流布置方式。一种SCR脱硝方法，其步骤在于：S1)锅炉烟气通过脱硝喷氨装置和SCR脱硝混合装置后与SCR第一层催化剂层反应；S2)经S1反应后的烟气进行降温处理；S3)经S2处理后的烟气与SCR后续催化剂层反应。作为优选，所述步骤S1和S2中烟气在与SCR第一层催化剂层反应前后的温度范围均为330℃至400℃，所述步骤S2中降温处理的降温范围为20℃至50℃。在该温度范围条件下SO2转化为SO3转化率能够降低达到70％而SCR系统反应效率提高到5％。本专利技术同现有技术相比具有以下优点及效果：1、通过设置脱硝系统换热器、第一旁路换热器、第二旁路换热器、低低温换热器系统，根据热力学中等效焓降理论基础，遵循能量梯级利用原理，将锅炉烟气按照其温度分布趋势，分四部分进行余热利用，深度回收了烟气余热，降低了排烟温度，减少了排烟热损失，高效回收烟气余热，提高锅炉效率，实现了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于烟气余热梯级利用的SCR系统，包括锅炉和设置在锅炉烟道中的脱硝装置，其特征在于：所述脱硝装置包括SCR第一催化剂层和SCR后续催化剂层，所述SCR第一催化剂层和SCR后续催化剂层延锅炉烟道中的烟气流向依次设置；还包括SCR脱硝换热器系统，所述SCR脱硝换热器系统设置在SCR第一催化剂层和SCR后续催化剂层之间用于降低烟道中的烟气温度。

【技术特征摘要】
1.一种基于烟气余热梯级利用的SCR系统，包括锅炉和设置在锅炉烟道中的脱硝装置，其特征在于：所述脱硝装置包括SCR第一催化剂层和SCR后续催化剂层，所述SCR第一催化剂层和SCR后续催化剂层延锅炉烟道中的烟气流向依次设置；还包括SCR脱硝换热器系统，所述SCR脱硝换热器系统设置在SCR第一催化剂层和SCR后续催化剂层之间用于降低烟道中的烟气温度。2.根据权利要求1所述的基于烟气余热梯级利用的SCR系统，其特征在于：还包括加热器系统，所述SCR脱硝换热器系统连接加热器系统。3.根据权利要求2所述的基于烟气余热梯级利用的SCR系统，其特征在于：所述脱硝装置后的烟道分为主路烟道和旁路烟道，所述主路烟道上设置有为锅炉进气加热的空气预热器；所述旁路烟道上设置有旁路换热器系统，所述旁路换热器系统连接加热器系统。4.根据权利要求3所述的基于烟气余热梯级利用的SCR系统，其特征在于：所述旁路换热器系统包括第一旁路换热器和第二旁路换热器，所述第一旁路换热器和第二旁路换热器延锅炉烟道中的烟气流向依次设置；所述加热器系统包括一号高压加热器、二号高压加热器和三号高压加热器，所述一号高压加热器、二号高压加热器和三号高压加热器中的加热温度依次降低；所述SCR脱硝换热器系统和第一旁路换热器分别连接二号高压加热器，所述第二旁路换热器连接三...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑文广，何胜，李乾坤，刘沛奇，邹阳军，
申请(专利权)人：华电电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：浙江,33