《一種用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置》是中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司於2012年6月7日申請的發明專利，該專利申請號為2012101877007，公布號為CN102688688A，公布日為2012年9月26日，發明人是高洪培、王海濤、王鵬利、張繼瑞、劉彬、肖平、蔣敏華。
《一種用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置》包括用於配製尿素溶液的溶解模組；接溶解模組出口用於存儲其所配製尿素溶液的存儲模組；接存儲模組出口用於將尿素溶液稀釋的稀釋模組；接稀釋模組出口將稀釋後尿素溶液計量分配為多路的分配計量模組；由連線於計量分配後的每一路末端的噴槍組成的噴射模組；以及，設定於計量分配後的每一路中間為噴槍提供霧化空氣的壓縮空氣模組，該發明可實現還原劑按計量穩定給入高溫煙氣並與煙氣混合均為進行脫硝反應，反應溫度窗區域停留時間長，系統穩定、高效、低耗、自動化程度高。
2021年6月24日，《一種用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置
- 申請人：中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司
- 發明人：高洪培、王海濤、王鵬利、張繼瑞、劉彬、肖平、蔣敏華
- 申請號：2012101877007
- 申請日：2012年6月7日
- 公布號：CN102688688A
- 公布日：2012年9月26日
- 地址：北京市海淀區知春路甲48號盈都大廈A座26層
- 代理機構：西安智大智慧財產權代理事務所
- 代理人：賈玉健
- Int. Cl.：B01D53/86、B01D53/78、B01D53/56
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,專利榮譽,
專利背景
21世紀以來，中國NOX排放量隨著能源消費和機動車保有量的快速增長而迅速上升。NOX已經成為主要的大氣污染物之一。鑒於NOX對大氣環境的不利影響以及火電廠NOX排放控制的嚴峻形勢，中國提出在“十二五”期間控制NOX排放的規劃和要求。新火電廠大氣污染物排放標準（GB 13223-2011）要求，新建火電機組2012年1月1日起NOX排放低於100毫克/立方米（6%O2），一般必須上脫硝裝置；現役W火焰爐、循環流化床（CFB）機組NOX排放低於200毫克/立方米（6%O2），重點地區也執行新建機組要求。因此，部分CFB鍋爐進行脫硝改造勢在必行。
SNCR是套用於煤粉鍋爐的一種比較成熟的煙氣脫硝工藝，在不添加催化劑的情況下，使用脫硝還原劑（尿素溶液或者氨水等）直接噴入850攝氏度~1150攝氏度的煙氣中，與NOX發生還原反應，生成物為水和N2，降低NOX排放。CFB鍋爐作為一種低NOX技術，其NOX排放一般在150~300毫克/立方米（6%O2），為進一步降低CFB鍋爐煙氣中NOX排放濃度，使其排放達到最新環保標準要求，需採用煙氣脫硝技術。
但截至2012年6月，SNCR套用於CFB鍋爐在中國國內尚屬空白，中國國外有少量裝置投運，且在運行中存在較多缺陷。
發明內容
專利目的
《一種用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置》的目的在於提供一種用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置，可實現還原劑按計量穩定給入高溫煙氣並與煙氣混合均為進行脫硝反應，反應溫度窗區域停留時間長，系統穩定、高效、低耗、自動化程度高。
技術方案
一種用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置，包括：用於配製尿素溶液的溶解模組1；接溶解模組1出口用於存儲其所配製尿素溶液的存儲模組2；接存儲模組2出口用於將尿素溶液稀釋的稀釋模組3；接稀釋模組3出口將稀釋後尿素溶液計量分配為多路的分配計量模組4；由連線於計量分配後的每一路末端的噴槍37組成的噴射模組6；以及，設定於計量分配後的每一路中間為噴槍37提供霧化空氣的壓縮空氣模組5。
《一種用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置》還可以包括餘熱再循環模組36，餘熱再循環模組36一端接噴槍37的冷卻水出口，另一端分別接溶解模組1和存儲模組2。
所述溶解模組1包括密閉的帶第一溢流管17和第一排空閥14的尿素溶液製備罐7，尿素溶液製備罐7連線加熱蒸汽源38和溶解水源39，尿素溶液製備罐7中設定第一溫度測量儀16、液位計12以及攪拌器8，攪拌器8連線攪拌器電機9，尿素溶液製備罐7上端接漏斗10，位於尿素溶液製備罐7底部的出口設定有第一循環泵18，經過第一循環泵18的排出液分為兩路，一路回接至尿素溶液製備罐7，另一路接至存儲模組2。
所述存儲模組2包括帶有第二溢流管23和第二排空閥24的尿素溶液存儲罐21，所述第一循環泵18的另一路連線至尿素溶液存儲罐21，尿素溶液存儲罐21連線加熱蒸汽源38，尿素溶液存儲罐21中設定第二溫度測量儀22，位於尿素溶液存儲罐21的底部的出口設定有第二循環泵26，經過第二循環泵26的排出液接至稀釋模組3。
所述稀釋模組3包括混合器27，所述經過第二循環泵26的排出液接至混合器27的一個入口，混合器27的另一個入口連線稀釋水源40，混合器27的出口連線至分配計量模組4。
所述分配計量模組4包括多組串聯的流量計31和調節閥32，根據流量需要將混合器27的出液分為多路。
所述壓縮空氣模組5包括依次連線至壓縮空氣源41的壓縮空氣總閥33和霧化空氣調節閥34，壓縮空氣源41的壓縮空氣經壓縮空氣總閥33後經每個噴槍37前的霧化空氣調節閥34輸入至對應噴槍37。
所述噴槍37包括並行的水溶液管3705和空氣管3707，內套管3702套在水溶液管3705和空氣管3707上，外套管3701套在內套管3702上，外套管3701管壁中空且帶有一層與其管壁平行的不封閉的隔層3720，隔層3720將外套管3701的中空管壁分為內層3721和外層3722，內層3721接冷卻水進水接口3704，外層3722接冷卻水出水接口3703，水溶液管3705和空氣管3707都連線至錐形的噴嘴3713。
所述噴槍37垂直設定於循環流化床鍋爐的水平煙道上。
改善效果
（1）《一種用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置》模組化、系統化、自動化程度高，所有操作只需在控制室操作即可。
（2）獨特的噴槍設計，延長了噴槍的使用壽命，保證了噴槍工作的穩定性、可靠性，同時，採用了獨有的水冷卻式噴槍，將利用過的循環冷卻水引回到溶液模組和存儲模組，為尿素溶液的製備和存儲提供加熱熱源，節約了蒸汽耗量。整個系統正常工作時，幾乎不需要額外蒸汽即可實現尿素溶液的製備和儲存。
（3）採用水冷方式代替常規的噴槍風冷方式並將熱量回收利用，可減少壓縮空氣用量約1000~3000立方米/小時，節省空壓機投資並減緩鍋爐效率下降的影響。
（4）獨有的水平煙道噴射點位置的選取，使得SNCR脫硝技術套用於CFB的改造具有了更高的可操作性，改動小、投資少、脫硝效率高。噴槍垂直布置水平煙道上，該處煙道截面積小、流速高、便於混合；煙氣在噴槍布置點之後馬上進入旋風分離器，此處湍流劇烈，加劇了還原劑溶液與煙氣的混合速度，使還原反應更快的發生，脫硝效率可達60%以上。
附圖說明
圖1為《一種用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置》結構示意圖，圖中箭頭為各種流體的流向示意。
圖1
圖2為《一種用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置》的一種噴槍結構示意圖。
圖2
技術領域
《一種用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置》屬於煙氣脫硝技術領域，尤其涉及一種用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置。
權利要求
1.《一種用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置》包括：用於配製尿素溶液的溶解模組（1）；接溶解模組（1）出口用於存儲其所配製尿素溶液的存儲模組（2）；接存儲模組（2）出口用於將尿素溶液稀釋的稀釋模組（3）；接稀釋模組（3）出口將稀釋後尿素溶液計量分配為多路的分配計量模組（4）；由連線於計量分配後的每一路末端的噴槍（37）組成的噴射模組（6）；以及，設定於計量分配後的每一路中間為噴槍（37）提供霧化空氣的壓縮空氣模組（5）；其特徵在於，還包括餘熱再循環模組（36），餘熱再循環模組（36）一端接噴槍（37）的冷卻水出口，另一端分別接溶解模組（1）和存儲模組（2）。
2.根據權利要求1所述的用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置，其特徵在於，所述溶解模組（1）包括密閉的帶第一溢流管（17）和第一排空閥（14）的尿素溶液製備罐（7），尿素溶液製備罐（7）連線加熱蒸汽源（38）和溶解水源（39），尿素溶液製備罐（7）中設定第一溫度測量儀（16）、液位計（12）以及攪拌器（8），攪拌器（8）連線攪拌器電機（9），尿素溶液製備罐（7）上端接漏斗（10），位於尿素溶液製備罐（7）底部的出口設定有第一循環泵（18），經過第一循環泵（18）的排出液分為兩路，一路回接至尿素溶液製備罐（7），另一路接至存儲模組（2）。
3.根據權利要求2所述的用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置，其特徵在於，所述存儲模組（2）包括帶有第二溢流管（23）和第二排空閥（24）的尿素溶液存儲罐（21），所述第一循環泵（18）的另一路連線至尿素溶液存儲罐（21），尿素溶液存儲罐（21）連線加熱蒸汽源（38），尿素溶液存儲罐（21）中設定第二溫度測量儀（22），位於尿素溶液存儲罐（21）的底部的出口設定有第二循環泵（26），經過第二循環泵（26）的排出液接至稀釋模組（3）。
4.根據權利要求3所述的用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置，其特徵在於，所述稀釋模組（3）包括混合器（27），所述經過第二循環泵（26）的排出液接至混合器（27）的一個入口，混合器（27）的另一個入口連線稀釋水源（40），混合器（27）的出口連線至分配計量模組（4）。
5.根據權利要求4所述的用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置，其特徵在於，所述分配計量模組（4）包括多組串聯的流量計（31）和調節閥（32），根據流量需要將混合器（27）的出液分為多路。
6.根據權利要求5所述的用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置，其特徵在於，所述壓縮空氣模組（5）包括依次連線至壓縮空氣源（41）的壓縮空氣總閥（33）和霧化空氣調節閥（34），壓縮空氣源（41）的壓縮空氣經壓縮空氣總閥（33）後經每個噴槍（37）前的霧化空氣調節閥（34）輸入至對應噴槍（37）。
7.根據權利要求6所述的用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置，其特徵在於，所述噴槍（37）包括並行的水溶液管（3705）和空氣管（3707），內套管（3702）套在水溶液管（3705）和空氣管（3707）上，外套管（3701）套在內套管（3702）上，外套管（3701）管壁中空且帶有一層與其管壁平行的不封閉的隔層（3720），隔層（3720）將外套管（3701）的中空管壁分為內層（3721）和外層（3722）（圖中無3721、3722），內層（3721）接冷卻水進水接口（3704），外層（3722）接冷卻水出水接口（3703），水溶液管（3705）和空氣管（3707）都連線至錐形的噴嘴（3713）。
8.根據權利要求7所述的用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置，其特徵在於，所述噴槍（37）垂直設定於循環流化床鍋爐的水平煙道上。
實施方式
如圖1所示，《一種用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置》包括：用於配製尿素溶液的溶解模組1：溶解模組1包括密閉的帶第一溢流管17和第一排空閥14的尿素溶液製備罐7，尿素溶液製備罐7連線加熱蒸汽源38和溶解水源39，尿素溶液製備罐7中設定第一溫度測量儀16、液位計12以及攪拌器8，攪拌器8連線攪拌器電機9，尿素溶液製備罐7上端接漏斗10，位於尿素溶液製備罐7底部的出口設定有第一循環泵18，在尿素溶液製備罐7中完成尿素溶液的製備。製備好的尿素溶液經過第一循環泵18的排出液分為兩路，一路經循環控制閥20回接至尿素溶液製備罐7，另一路經循環泵出口閥19接至存儲模組2。
接溶解模組1出口用於存儲其所配製尿素溶液的存儲模組2包括帶有第二溢流管23和第二排空閥24的尿素溶液存儲罐21，尿素溶液存儲罐21可根據實際情況設定一個或者多個，一般要求能夠保證系統連續運行5~7天。已經配置好的尿素溶液的存儲溫度只要保證溶液在此溫度下無結晶析出即可，設定溫度下限，當溫度低於下限值，加熱蒸汽閥II25利用蒸汽或利用餘熱再循環模組36自動調節。餘熱再循環模組36一端接噴槍37的冷卻水出口，另一端分別接溶解模組1和存儲模組2。第一循環泵18的另一路連線至尿素溶液存儲罐21，尿素溶液存儲罐21連線加熱蒸汽源38，尿素溶液存儲罐21中設定第二溫度測量儀22，位於尿素溶液存儲罐21的底部的出口設定有第二循環泵26，經過第二循環泵26的排出液接至稀釋模組3。
接存儲模組2出口用於將尿素溶液稀釋的稀釋模組3包括混合器27，所述經過第二循環泵26的排出液接至混合器27的一個入口，混合器27的另一個入口連線稀釋水源40，混合器27的出口連線至分配計量模組4。
接稀釋模組3出口將稀釋後尿素溶液計量分配為多路的分配計量模組4：分配計量模組4包括多組串聯的流量計31和調節閥32，根據流量需要將混合器27的出液分為多路。
由連線於計量分配後的每一路末端的噴槍37組成的噴射模組6；以及，設定於計量分配後的每一路中間為噴槍37提供霧化空氣的壓縮空氣模組5：壓縮空氣模組5包括依次連線至壓縮空氣源41的壓縮空氣總閥33和霧化空氣調節閥34，壓縮空氣源41的壓縮空氣經壓縮空氣總閥33後經每個噴槍37前的霧化空氣調節閥34輸入至對應噴槍37。
如圖2所示，《一種用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置》的噴槍37包括並行的水溶液管3705和空氣管3707，內套管3702套在水溶液管3705和空氣管3707上，外套管3701套在內套管3702上，外套管3701外有固定法蘭3719，內套管3702中有豎直的支撐結構3715進行支撐，支撐結構3715通過支撐結構密封墊3718實現與內套管3702的密閉接觸。外套管3701管壁中空且帶有一層與其管壁平行的不封閉的隔層3720，隔層3720將外套管3701的中空管壁分為內層3721和外層3722，內層3721接冷卻水進水接口3704，外層3722接冷卻水出水接口3703，水溶液管3705和空氣管3707都連線至錐形的噴嘴3713，水溶液管3705的另端有水溶液管接頭3706接到供水管道上，其上有水管封頭3716，空氣管3707的另端有空氣管接頭3708接到供氣管道上，該端位置還設定有運動連線機構3717，噴嘴3713的側面通過噴嘴接頭3710接有環形的液體帽3709，液體帽3709下方墊一個液體帽密封墊片3711進行緊固密封，噴嘴3713的端頭設定有一個空氣帽3712，空氣帽3712下方墊一個空氣帽密封墊片3714進行緊固密封，整個噴槍37垂直或者水平設定於循環流化床鍋爐的煙道上。
噴槍37的工作原理為：循環冷卻水由冷卻水進水接口3704進入內套管3702，隨槍體進入噴槍前段，最後從外套管3701的冷卻水出水接口3703返回到循環水回水母管，此種循環方式強化了換熱效果，提高了對噴槍的冷卻效果。運動連線機構3717通過與氣缸（或別的運動體）連線，帶動噴射組件伸縮，噴嘴3713可以隨之調整，也可以在不改變噴嘴3713外觀的情況下，改變噴嘴流量、工作壓力能性能參數。停止工作時，可以將噴射組件收回到水冷的內外套管內，確保噴嘴不被燒壞，解決了以往噴嘴長期暴露在高溫煙氣中易燒損的問題。
《一種用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置》的工作過程：溶解模組1在接收到指令後，溶解水閥13開啟，溶液水進入到尿素溶液製備罐7，攪拌器電機9帶動攪拌器8運轉開始製備溶液。在液位計12到達指定值時，漏斗閥門11開啟，尿素從漏斗10加入。尿素加到指定值後，開始攪拌。在攪拌過程中，加熱蒸汽閥I15根據溫度測量儀反饋值也設定值比較，利用蒸汽實現自動加熱。循環泵18在接收到尿素溶液製備好信號，開始運轉，將尿素溶液輸送到存儲罐21。存儲模組2接收到投運指令開始自動運行，壓力流量調節根據設定值進行變頻調節，之後將調好溶液送至稀釋模組3中的混合器27，利用尿素溶液閥門29控制輸送量，控制混合器27與稀釋水源40管道上的稀釋水調節閥28，根據尿素溶液流量進行自動配比調節。出混合器27的稀釋溶液由稀釋溶液調節閥30控制進入到分配計量模組4，分配計量模組4中的多組流量計31和調節閥32，根據流量需要將稀釋液分為多路，之後進入到噴射模組6，提供給各個噴槍37。噴槍37由壓縮空氣模組5提供霧化空氣，通過控制壓縮空氣總閥33和霧化空氣調節閥34，即可將壓縮空氣源41的壓縮空氣提供至噴槍37使用，噴射過程中，可以利用餘熱再循環模組36將所有噴槍冷卻水收集返送到尿素溶液製備罐7和存儲罐21，實現節能。
專利榮譽
2021年6月24日，《一種用於循環流化床鍋爐的低耗高效SNCR脫硝裝置》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
