CN215388644U - 流化床宽负荷下生物质能气化协同脱除NOx的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种流化床宽负荷下生物质能气化协同脱除NOx的系统，属于CFB燃煤生物质气化耦合利用及环保的技术领域，借助CFB锅炉高温循环灰将生物质快速热解产生富含CH4、CO、H2等还原性气体，在CFB锅炉低负荷运行时，通过在炉膛上部、旋风分离器入口等位置通入热解气进行脱氮还原降低锅炉NOx原始排放，同时热解气燃烧提高旋风分离器入口SNCR脱硝区域温度，更可在深度调峰阶段热解气燃烧以提升尾部SCR脱硝区域温度，根据机组运行负荷和分离器入口烟温来调整生物质热解气化的启停、热解气的输入位置、尿素溶液至SNCR/SCR比例，实现风煤配比调整、SNCR/SCR配比调整的动态平衡，解决了低负荷下SNCR脱硝效率大幅降低的问题，保证了CFB机组的宽负荷运行下超低排放。

Description

流化床宽负荷下生物质能气化协同脱除NOx的系统

技术领域

本实用新型属于CFB燃煤生物质气化耦合利用及环保污染物脱除的技术领域，具体而言，涉及一种流化床宽负荷下生物质能气化协同脱除NOx的系统。

背景技术

在燃煤过程中排放的NOx对环境造成了极大污染并威胁着人类健康，国家对氮氧化物控制愈来愈严格。循环流化床(CFB)锅炉因其燃料适用范围广、燃烧温度低、炉内还原性气氛较强等特点，具有NOx排放低的先天优势而得到广泛应用。一般燃煤电站的循环流化床锅炉NOx原始排放浓度在80～200mg/Nm³，通过合理的床温和配风设计SNCR脱硝系统可以满足50mg/Nm³的超低排放标准。但是近年来随着风电、广电等新能源发电装机增加，燃煤电站CFB锅炉需要在50％负荷甚至更低的30％负荷配合电网进行深度调峰，在宽负荷运行工况下，一般的SNCR非催化还原脱硝所需的反应温度——旋风分离器入口烟温＞750℃的烟温条件不能满足，此时SNCR脱硝效率快速下降，由于负荷波动和反应窗口的关闭，机组运行中往往需要加大尿素等还原剂喷入量来控制氮氧化物不超标，长此以往，由于过量喷氨的氨逃逸造成的空预器堵塞等影响了机组正常经济运行。

我国是传统农业大国，每年能够产生约9亿吨生物质资源，生物质是一种优质的燃料，秸秆、稻壳等生物质具有低硫、高挥发分、高灰焦活性、低灰分等优点。同时是一种绿色可再生资源，具备CO₂零排放的优势，但因缺乏大规模、高值化利用技术造成了各种环境污染及能源浪费。

实用新型内容

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种流化床宽负荷下生物质能气化协同脱除NOx的系统以达到提升流化床低负荷下SNCR脱硝效率，并避免氮氧化物超标的目的。

本实用新型所采用的技术方案为：一种流化床宽负荷下生物质能气化协同脱除NOx的系统，包括流化床锅炉、与该流化床锅炉相连通的给煤装置，该系统还包括：

与流化床锅炉出口相连的旋风分离器，所述旋风分离器的出口连接回料器；

外置式热解器，所述外置式热解器的循环灰进口与回料器相连，外置式热解器的生物质进口连接有生物质给料装置；

SCR催化脱硝装置，所述SCR催化脱硝装置经尾部烟道连通至旋风分离器的高温烟气出口，且SCR催化脱硝装置连通有烟气排放装置；

尿素溶液制备输送装置，所述尿素溶液制备输送装置通过脱硝管路分别连通至旋风分离器的入口烟道和SCR催化脱硝装置；

其中，所述外置式热解器通过热解气管路分别连通至流化床锅炉的炉膛、旋风分离器的入口烟道和SCR催化脱硝装置。

进一步地，该系统还包括：燃烧用风机，所述燃烧用风机连接有CFB燃烧一次风管路、CFB燃烧下二次风管路和CFB燃烧上二次风管路，且CFB燃烧一次风管路、CFB燃烧下二次风管路和CFB燃烧上二次风管路分别连接至流化床锅炉的一次风口、下二次风口和上二次风口，以实现风煤配比的调整。

进一步地，所述外置式热解器的流化风进口连接有高压流化风机，以供应足够的流化风。

进一步地，所述烟气排放装置包括：依次连通的除尘脱硫净化装置、引风机和烟囱，所述除尘脱硫净化装置的烟气入口与SCR催化脱硝装置的烟气出口连通，烟气中残存的氨气进入尾部烟道中的SCR装置进行进一步脱硝反应，降低机组氨逃逸。

进一步地，所述外置式热解器连接有热解气再燃脱氮管路、热解气再燃管路和低负荷下热解气燃烧升温管路，且热解气再燃脱氮管路、热解气再燃管路和低负荷下热解气燃烧升温管路分别连接至流化床锅炉的炉膛上部、旋风分离器的入口烟道和SCR催化脱硝装置的入口烟道；热解气通过热解气再燃脱氮管路、热解气再燃管路和低负荷下热解气燃烧升温管路分别连通至炉膛的上部、旋风分离器的入口烟道和SCR催化脱硝装置的入口烟道相连，通过还原性的热解气还原/再燃脱除氮氧化物，提升脱硝效率。

进一步地，所述SCR催化脱硝装置内安装有一层催化剂，比常规催化剂层数少一层。

实用新型的有益效果为：

1.采用本实用新型所提供的流化床宽负荷下生物质能气化协同脱除NOx的系统，其借助CFB锅炉的高温循环灰将生物质快速热解产生富含CH4、CO、H2等还原性气体，在CFB锅炉低负荷运行时，通过在炉膛上部、旋风分离器入口烟道等位置通入热解气进行脱氮还原以降低锅炉NOx原始排放，同时，通过热解气燃烧提高旋风分离器的入口烟温并提升SNCR脱硝效率，更进一步在深度调峰阶段时，通过热解气提升尾部SCR催化脱硝装置内的SCR脱硝区域温度，通过生物质热解与脱硝系统的合理匹配利用，实现了风煤配比调整、SNCR/SCR配比调整的动态平衡，更实现了流化床宽负荷下生物质热解气化协同脱除NOx，保证了CFB机组的宽负荷运行下超低排放。

附图说明

图1是本实用新型所提供的流化床宽负荷下生物质能气化协同脱除NOx的系统的整体系统示意图；

附图中标注如下：

1-给煤装置，2-流化床锅炉，3-旋风分离器，4-回料器，5-外置式热解器，6-生物质给料装置，7-尾部烟道，8-SCR催化脱硝装置，9-除尘脱硫净化装置，10-引风机，11-烟囱，12-燃烧用风机，13-高压流化风机，14-尿素溶液制备输送装置，101-CFB燃烧一次风管路，102-CFB燃烧下二次风管路，103-CFB燃烧上二次风管路，201-热解气再燃脱氮管路，202-热解气再燃管路，203-低负荷下热解气燃烧升温管路，301-SNCR脱硝管路，302-SCR脱硝管路。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义；实施例中的附图用以对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例1

如图1所示，本实施例中具体提供了一种流化床宽负荷下生物质能气化协同脱除NOx的系统，通过上述循环流化床锅炉2燃烧耦合生物质气化脱硝系统，在机组低负荷运行时，利用高温循环灰实现生物质的快速热解气化，产生富含CH4、CO、H2等还原性气体与烟气中NOx反应降低原始排放，同时通过再燃后烟气温度升高有助于提升SNCR脱硝效率，进一步的通过热解气在SCR催化脱硝装置8前燃烧确保深度调峰下SCR脱硝温度，从而保证宽负荷超低排放，实现了生物质燃煤深度耦合。

其包括流化床锅炉2，该流化床锅炉2连通有给煤装置1，燃料通过给煤装置1进入炉膛与燃烧用风机12所通入的空气进行燃烧反应；该流化床锅炉2的出口连接有旋风分离器3，旋风分离器3的出口连接有回料器4；其中，燃烧用风机12连接有CFB燃烧一次风管路101、CFB燃烧下二次风管路102和CFB燃烧上二次风管路103，且CFB燃烧一次风管路101、CFB燃烧下二次风管路102和CFB燃烧上二次风管路103分别连接至流化床锅炉2的一次风口、下二次风口和上二次风口。

外置式热解器5的循环灰进口与回料器4相连，外置式热解器5的生物质进口连接有生物质给料装置6，生物质给料装置6中所用物料一般为农林生物质，更进一步，可采用挥发分高的褐煤等高活性煤粉来替代。外置式热解器5连接有热解气再燃脱氮管路201、热解气再燃管路202和低负荷下热解气燃烧升温管路203，且热解气再燃脱氮管路201、热解气再燃管路202和低负荷下热解气燃烧升温管路203分别连接至流化床锅炉2的炉膛上部、旋风分离器3的入口烟道和SCR催化脱硝装置8的入口烟道。其中，生物质给料装置6中的生物质经给料系统进入外置式热解器5的热解炭化反应器并与高温循环灰直接混合进行热解气化，产生的热解气通过热解气再燃脱氮管路201和热解气再燃管路202分别通入炉膛的上部和旋风分离器3的入口烟道，并与烟气进行还原反应，生物质热解焦炭与循环灰通过返料装置回送炉膛参与循环燃烧。在实际应用时，外置式热解器5的流化风进口连接有高压流化风机13，且回料器4、外置式热解气的流化风均由高压流化风机13提供。

SCR催化脱硝装置8经尾部烟道7连通至旋风分离器3的高温烟气出口，且SCR催化脱硝装置8连通有烟气排放装置；其中，通过低负荷下热解气燃烧升温管路203与SCR催化脱硝装置8相连，当在深度调峰阶段且SCR脱硝烟气温度不能保证时，通过燃烧热解气提升反应温度满足脱硝要求。上述的烟气排放装置包括：依次连通的除尘脱硫净化装置9、引风机10和烟囱11，所述除尘脱硫净化装置9的烟气入口与SCR催化脱硝装置8的烟气出口连通，引风机10的进口与除尘脱硫净化装置9相连，高温烟气依次经过尾部换热、SCR脱硝、烟气除尘脱硫净化后经引风机10进入烟囱11排放。上述SCR催化脱硝装置8内安装有一层催化剂，比常规催化剂层数少一层。

将尿素溶液制备输送装置14通过脱硝管路分别连通至旋风分离器3的入口烟道和SCR催化脱硝装置8；具体的，尿素溶液制备输送装置14通过SNCR脱硝管路301和SCR脱硝管路302将尿素溶液分别喷入至旋风分离器3的入口烟道和SCR脱硝烟道进行脱硝。

借助CFB锅炉高温循环灰将生物质快速热解产生的富含CH₄、CO、H₂等还原性气体，在CFB锅炉低负荷运行时，通过热解气在炉膛的上部、旋风分离器3的入口烟道等位置通入炉膛进行脱氮还原降低锅炉NOx原始排放，同时热解气燃烧提高旋风分离器3的入口SNCR脱硝区域温度，更进一步可在深度调峰阶段提升尾部SCR脱硝区域温度，通过生物质热解与脱硝系统的合理匹配利用，实现流化床宽负荷下生物质热解气化协同脱除NOx。

在深度调峰等低负荷工况下，借助高温循环灰显热完成生物质热解气化实现气固分离，将含生物质挥发分的CH₄、CO、H₂等还原性气体引至炉膛上部/出口，通过生物质热解气再燃技术，一方面通过热解挥发分还原性气体对炉内生成的氮氧化物进行还原；另一方面通过再燃后烟气温度升高有助于提升SNCR脱硝效率，进而保证流化床锅炉2在宽负荷满足超低排放标准，同时通过生物质气化脱氮，实现生物质能与燃煤电站的深度耦合，实现生物质的高值资源化利用。

基于上述流化床宽负荷下生物质能气化协同脱除NOx的系统，在实际运行中，通过机组运行负荷、机组氮氧化物排放浓度进行生物质给料量、生物质热解气再燃量的分配调节，其运行原理主要包括以下：

情况一：当流化床机组的运行负荷>50％时，一般情况下，旋风分离器3的入口烟道温度＞750℃，生物质给料装置6不启动，入炉燃料在流化床锅炉2中与空气混合燃烧，启动对流化床锅炉2的控制，以降低流化床机组的氮氧化物原始排放；其中，对流化床锅炉2的控制包括：对流化床锅炉2的氧量控制(通过对燃气用风机的转速、功率等进行调节控制)、对流化床锅炉2的一次风和二次风比例控制(即：一次风与上二次风和下二次风的总和之间的比例)、对流化床锅炉2的上二次风和下二次风比例控制中的一种或多种组合。

更进一步的，为实现流化床机组的超低排放，可启动尿素溶液制备输送装置14将尿素溶液通过SNCR脱硝管路301输送至旋风分离器3的入口烟道区域，以进行非还原性脱硝降低烟气中氮氧化物，烟气中残存的氨气进入尾部烟道7中的SCR催化脱硝装置8作进一步脱硝反应，以降低机组氨逃逸，然后经过除尘脱硫净化装置9最终实现流化床机组的超低排放。

情况二：当流化床机组的运行负荷在30～50％时，此时旋风分离器3的入口烟温＜750℃，常规SNCR脱硝效率降低，将生物质给料装置6启动，通过生物质与循环灰直接混合接触产生富含CH4、CO、H2等还原性气体。在CFB给煤侧风煤配比方式降低氮氧化物原始排放的基础上，还将外置式热解器5经热解气化产生的热解气，一部分通过热解气再燃脱氮管路201进入炉膛的上部进行还原脱氮反应以降低NOx原始排放；另一部分通过热解气再燃管路202进入旋风分离器3的入口烟道燃烧以提高入口烟温，提升SNCR脱硝效率以降低NOx排放，烟气中残存的氨气进入尾部烟道7中的SCR催化脱硝装置8进行进一步的脱硝反应，以降低机组氨逃逸，以降低流化床机组的氮氧化物原始排放。

更进一步，根据NOx排放数值，调整尿素溶液制备输送装置14至SCR催化脱销装置的尿素溶液流量，通过SCR催化脱销装置脱硝后实现流化床机组的氮氧化物超低排放。

情况三：为满足深度调峰需求，当流化床机组的运行负荷<30％时，此时CFB的炉膛及旋风分离器3所构成的主循环回路温度降低，SNCR脱硝系统的脱硝效率大幅降低，以调整尿素溶液制备输送装置14通过SCR脱硝管路302输送至SCR催化脱销装置的尿素溶液流量，通过SCR脱硝来保证排放，以降低流化床机组的氮氧化物排放；

更进一步的，在流化床机组的运行负荷<30％时，启动生物质给料装置6，通过生物质与循环灰直接混合接触产生富含CH4、CO、H2等还原性气体，将外置式热解器5经热解气化所产生的热解气(还原性气体)通过低负荷下热解气燃烧升温管路203通入至SCR催化脱销装置燃烧，以提升SCR入口烟气温度来实现深度调峰下机组超低排放。

基于上述运行原理，根据流化床机组的运行负荷和旋风分离器3的入口烟温来调整生物质热解气化的启停、热解气的输入位置、尿素溶液至SNCR/SCR比例，实现风煤配比调整、SNCR/SCR配比调整的动态平衡，解决了低负荷下旋风分离器3的入口烟温低致使SNCR脱硝效率大幅降低的问题，保证了CFB机组的宽负荷运行下超低排放。与现有技术相比，通过小范围的优化改造，实现生物质燃煤耦合利用，充分利用生物质热解还原性气体系统脱除NOx。

本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种流化床宽负荷下生物质能气化协同脱除NOx的系统，包括流化床锅炉(2)、与该流化床锅炉(2)相连通的给煤装置(1)，其特征在于，该系统还包括：

与流化床锅炉(2)出口相连的旋风分离器(3)，所述旋风分离器(3)的出口连接回料器(4)；

外置式热解器(5)，所述外置式热解器(5)的循环灰进口与回料器(4)相连，外置式热解器(5)的生物质进口连接有生物质给料装置(6)；

SCR催化脱硝装置(8)，所述SCR催化脱硝装置(8)经尾部烟道(7)连通至旋风分离器(3)的高温烟气出口，且SCR催化脱硝装置(8)连通有烟气排放装置；

尿素溶液制备输送装置(14)，所述尿素溶液制备输送装置(14)通过脱硝管路分别连通至旋风分离器(3)的入口烟道和SCR催化脱硝装置(8)；

其中，所述外置式热解器(5)通过热解气管路分别连通至流化床锅炉(2)的炉膛、旋风分离器(3)的入口烟道和SCR催化脱硝装置(8)。

2.根据权利要求1所述的流化床宽负荷下生物质能气化协同脱除NOx的系统，其特征在于，该系统还包括：燃烧用风机(12)，所述燃烧用风机(12)连接有CFB燃烧一次风管路(101)、CFB燃烧下二次风管路(102)和CFB燃烧上二次风管路(103)，且CFB燃烧一次风管路(101)、CFB燃烧下二次风管路(102)和CFB燃烧上二次风管路(103)分别连接至流化床锅炉(2)的一次风口、下二次风口和上二次风口。

3.根据权利要求1所述的流化床宽负荷下生物质能气化协同脱除NOx的系统，其特征在于，所述外置式热解器(5)的流化风进口连接有高压流化风机(13)。

4.根据权利要求1所述的流化床宽负荷下生物质能气化协同脱除NOx的系统，其特征在于，所述烟气排放装置包括：依次连通的除尘脱硫净化装置(9)、引风机(10)和烟囱(11)，所述除尘脱硫净化装置(9)的烟气入口与SCR催化脱硝装置(8)的烟气出口连通。

5.根据权利要求1所述的流化床宽负荷下生物质能气化协同脱除NOx的系统，其特征在于，所述外置式热解器(5)连接有热解气再燃脱氮管路(201)、热解气再燃管路(202)和低负荷下热解气燃烧升温管路(203)，且热解气再燃脱氮管路(201)、热解气再燃管路(202)和低负荷下热解气燃烧升温管路(203)分别连接至流化床锅炉(2)的炉膛上部、旋风分离器(3)的入口烟道和SCR催化脱硝装置(8)的入口烟道。

6.根据权利要求1所述的流化床宽负荷下生物质能气化协同脱除NOx的系统，其特征在于，所述SCR催化脱硝装置(8)内安装有一层催化剂。

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