本發(fā)明涉及一種煙氣脫硝系統(tǒng)，尤其是涉及一種選擇性非催化還原（SNCR）和選擇性催化還原（SCR）聯(lián)合煙氣脫硝系統(tǒng)。
背景技術：
目前，火電廠燃煤鍋爐的尾氣脫硝技術包括SNCR技術和SCR技術。
SNCR脫硝技術是將氨氣、氨水或尿素等還原劑噴入鍋爐或管道內，與氮氧化物（NOx）進行選擇性反應，不用催化劑，因此必須在高溫區(qū)加入還原劑。一般其工作在溫度為850～1100℃的區(qū)域，在此溫度下還原劑迅速熱分解成氨氣，與煙氣中的NOx反應生成氮氣和水蒸氣。當溫度低于800℃時，氨氣的反應速率下降，NOx還原率較低，同時氨的逃逸量增加；但當溫度高于1200℃時，大部分氨氣不是用來還原NOx而是被氧化成NO，氨氣的氧化反應開始起主導作用，可能造成NO濃度升高。SNCR煙氣脫硝技術的脫硝效率一般為30%～80%，受鍋爐結構尺寸影響很大。
SCR脫硝技術的原理是將氨氣作為脫硝劑噴入高溫煙氣脫硝裝置中，在催化劑的作用下將煙氣中NOx分解成為氮氣和水蒸氣。一般通過使用適當的催化劑，反應可以在200℃～450℃的溫度范圍內有效進行，在NH3/NO = 1的情況下,可以達到80～90%的脫硝效率。但是，當反應溫度不在這個溫度范圍內時，催化劑的性能將降低，尤其是在高溫區(qū)域使用時，由于過熱促使催化劑的表面被燒結,使催化劑壽命降低。
隨著我國工業(yè)生產的發(fā)展和生活水平的提高，人們對大氣污染的問題日益關注。環(huán)保部最新發(fā)布的《火電廠大氣污染物排放標準》中規(guī)定氮氧化物的排放限值定為100mg/立方米。因此，單獨采用一種脫硝技術已經很難滿足日趨嚴格的環(huán)保要求，運用SNCR/SCR聯(lián)合煙氣脫硝系統(tǒng)將勢在必行。
中國專利201310188611.9公開了一種SNCR與SCR聯(lián)合法煙氣脫硝系統(tǒng)，其包括爐膛、旋風分離器和尾部煙道。SNCR還原劑噴射裝置設置在爐膛出口和/或旋風分離器入口，SCR脫硝裝置設置在尾部煙道中。爐膛出口的煙氣經SNCR和SCR的兩級脫硝裝置能有效地降低氮氧化物的排放濃度和NH3的逃逸濃度。
然而，在以供熱為主供電為輔的小型循環(huán)流化床上，因鍋爐負荷受到供熱用戶用熱量的限制，白天和晚上的負荷量差異較大，同時鍋爐負荷也受制于季節(jié)的變化。在供熱量需求較多的白天以及冬季，供熱鍋爐為了滿足供熱量，常常處于高負荷甚至超負荷工作狀態(tài)；在供熱量需求較少的晚上以及夏季，供熱鍋爐負荷將處于60-70%甚至低于50%的狀態(tài)。供熱鍋爐的這種特性，導致了鍋爐煙溫波動較大，而鍋爐煙溫的大小直接影響了SNCR與SCR脫硝效率的高低。當爐膛高負荷運作時，爐膛出口的煙氣將高于SNCR有效脫硝的反應溫度區(qū)間（850℃~1100℃），此時大部分的還原劑被氧化成NO，脫硝效率降低，且造成NO濃度的提高。同時，當高溫煙氣經過SCR反應裝置時，其溫度仍可能高于SCR裝置的最佳反應溫度，從而促使催化劑的表面被燒結，使催化劑壽命降低。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的旨在克服上述技術中的缺陷，提供了一種能夠調節(jié)煙氣流向的SNCR-SCR聯(lián)合煙氣脫硝系統(tǒng)，當爐膛高負荷運行時，能夠降低SNCR以及SCR區(qū)域的煙氣溫度，從而提高脫硝效率，降低氮氧化物的排放。
本發(fā)明的目的通過以下的技術方案得以實現(xiàn)：
一種SNCR-SCR聯(lián)合煙氣脫硝系統(tǒng)，包括水平煙道、水平煙道相連的主煙道、與主煙道的出口相連接的煙囪，其中，所述水平煙道中設置有噴氨格柵，所述主煙道中設置有SCR反應裝置，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括煙氣返回裝置，設置在所述主煙道和所述煙囪之間，用于選擇性地把流出主煙道的煙氣返回至所述水平煙道。
進一步地，煙氣返回裝置包括返回管道和返回擋板，所述返回管道的一端連接在主煙道和煙囪之間，另一端和噴氨格柵之前的水平煙道相連，所述返回擋板設置在返回管道的入口, 當進入水平煙道的煙氣溫度高于1100℃時，打開所述返回擋板，以便于主煙道排出的煙氣返回到水平煙道。
進一步地，返回管道與水平煙道的連接處設有噴煙格柵，返回的煙氣通過噴煙格柵進入水平煙道。
進一步地，返回管道中設置有增壓風機。
進一步地，在主煙道中設有省煤器和空預器，其中，所述省煤器位于SCR反應裝置之前，所述空預器位于SCR反應裝置之后。
進一步地，在省煤器（12）之前的主煙道（6）中，設置有高溫換熱器（9）和低溫換熱器（11）。
進一步地，在主煙道的出口和返回管道入口之間設有除塵器。
進一步地，系統(tǒng)還包括煙氣分流裝置，用于分流水平煙道中的部分煙氣。
進一步地，煙氣分流裝置包括至少一個輔助煙道、至少一個煙氣擋板和至少一個盾體，在主煙道內設置隔板以構成輔助煙道，所述隔板從主煙道入口處延伸至省煤器后端，煙氣擋板設置在輔助煙道的入口處，所述輔助煙道的入口和水平煙道的輔助出口相連，主煙道的入口和水平煙道的主出口相連，所述盾體設置在主煙道的內壁上且位于所述輔助煙道的末端。
進一步地，煙氣分流裝置包括至少一個輔助煙道和至少一個煙氣擋板，所述煙氣擋板設置在輔助煙道的入口處，輔助煙道的入口和水平煙道的輔助出口相連，輔助煙道的出口和主煙道相連且位于省煤器和SCR反應裝置之間，主煙道的入口和水平煙道的主出口相連。
本發(fā)明在對現(xiàn)有的SNCR-SCR聯(lián)合脫硝系統(tǒng)的基礎上增加了煙氣返回裝置，當爐膛正常運行時，關閉該返回裝置，主煙道的煙氣經煙囪排除。而當爐膛高負荷工作時，進入水平煙道的煙氣溫度超過SNCR的最佳反應溫度區(qū)域，此時打開煙氣返回裝置，將主煙道出口的低溫煙氣返回水平煙道，以降低SNCR反應區(qū)域的溫度，從而提高脫硝效率。同時，下游的SCR脫硝裝置的溫度也隨著煙溫的降低而降低，確保SCR反應處于最佳溫度窗口內，避免催化劑出現(xiàn)結焦、燒損等現(xiàn)象，以及降低氮氧化物的排放量和氨氣的逃逸量。
此外，當爐膛低負荷運行時，爐膛出口的煙氣溫度過低，經過省煤器后，煙氣溫度進一步降低，在SCR區(qū)域的反應效率將很不理想。而輔助煙道的設置使煙氣避開省煤器或其他換熱器的熱交換，將部分高溫煙氣直接傳送到SCR反應裝置區(qū)域，以提高SCR反應區(qū)域的溫度。
本發(fā)明通過改變煙道內部通道，便可實現(xiàn)SNCR和SCR區(qū)域煙氣溫度的升降，無需利用其它設備對煙氣進行再加熱，節(jié)約能源，降低能耗，也便于改造。同時，在煙道內部的煙氣調節(jié)，具有及時性，操縱性強等特點。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
圖中：1-爐膛、2-噴煙格柵、3-噴氨格柵、4-水平煙道、5-一號煙氣擋板、6-主煙道、7-二號煙氣擋板、8-一號輔助煙道、9-高溫換熱器、10-二號輔助煙道、11-低溫換熱器、12-省煤器、13-盾體、14-SCR反應裝置、15-空預器、16-除塵器、17-增壓風機、18-煙囪、19-返回管道、20-返回擋板、21-氨水管道。
具體實施方式
應理解的是，上述附圖并非真實比例，而僅僅是用于說明本發(fā)明基本原理的多種優(yōu)選特征的簡圖。本發(fā)明所公開的設計特征，例如尺寸、方向、定位和形狀根據具體應用和使用環(huán)境確定。此外，在下面的描述中，術語如“前”、“后”、“之前”、“之后”、“前端”、“后端”等描述都被限定為相對于煙氣流向而言。
下面結合圖1對本發(fā)明的具體實施例進行詳細說明。
火電廠的鍋爐用于燃燒煤料，該鍋爐例如可以是流化床鍋爐。燃煤中的煙氣從爐膛1的出口進入水平煙道4。在水平煙道4中垂直設置噴氨格柵3，其與氨水管道21連通。噴氨格柵3由網狀結構的管道組成，每個網狀節(jié)點處具有一個噴嘴，用來向水平煙道中噴射氨水，噴射的氨水迅速熱分解成氨氣，與煙氣中的氮氧化物反應生成氮氣和水蒸氣。噴氨格柵3能保證氨和煙氣的均勻混合，以及氨水和氮氧化物之比沿煙道截面均勻分布。因此，SNCR的反應區(qū)域是在噴氨格柵3之后的水平煙道4區(qū)域。此外，噴氨格柵3也可以布置在爐膛1上部側墻上。隨后，煙氣經水平煙道4進入主煙道6。在主煙道6中，依次設置有省煤器12、SCR反應裝置14和空預器15。SCR反應裝置14中具有脫銷催化劑層，其形式可為本領域中常見的蜂窩式、板式或波紋板式等。省煤器12是利用高溫煙氣和管道內的水進行換熱，降低煙氣溫度，溫降約為220℃左右，同時提高鍋爐進水溫度。空預器15是利用煙氣與空氣進行換熱，加熱后的空氣經過送粉系統(tǒng)進入爐膛。這兩個裝置的作用都是利用尾部煙氣的余熱，提高進入鍋爐的水和空氣的溫度，從而提高鍋爐效率，達到節(jié)能減排的效果。主煙道6的出口和煙囪18相連，已脫硝的煙氣通過煙囪18排入大氣中。
根據本發(fā)明的煙氣脫硝系統(tǒng)還包括煙氣返回裝置，其包括返回管道19，用于將進入煙囪之前的煙氣返回至水平煙道4中，優(yōu)選地，將煙氣返回至噴氨格柵3之前的水平煙道4中。煙氣返回裝置還包括設置在返回管道19的入口的返回擋板20。
在另一個實施例中，返回管道19與水平煙道4的連接處設有噴煙格柵2，噴煙格柵2垂直設置在水平煙道4中，返回的煙氣通過噴煙格柵2進入水平煙道4。噴煙格柵2的結構與噴氨格柵3相似，以保證返回煙氣在水平煙道4中的均勻分布。
在另一個實施例中，煙氣返回管道19中設置有增壓風機17以加速煙氣的流速，同時加快熱交換以降低返回煙氣的溫度。
在另一個實施例中，主煙道6的入口和省煤器12之間設置有高溫換熱器9和低溫換熱器11，高溫換熱器9可在低溫換熱器11之前或之后。煙氣經過高溫換熱器9和低溫換熱器11的溫降分別約為70℃和230℃。
當爐膛正常運行時，煙氣在爐膛1出口處的溫度大約為980℃，處于SNCR的理想反應溫度區(qū)間900℃-1100℃內，因此，SNCR區(qū)域的反應效率較高。煙氣經過省煤器12后，溫度進一步下降至SCR反應裝置14的理想溫度區(qū)域300℃-400℃。經過兩級有效脫硝，可使煙氣中的氮氧化物濃度符合國家排放標準。此時，無需使用本煙氣脫硝系統(tǒng)中的煙氣返回裝置。
然而，當爐膛1高負荷運行時，煙氣在爐膛出口處的溫度可達1150℃-1200℃，該溫度已經超過SNCR的理想反應溫度區(qū)間，SNCR的脫硝效率將大幅降低，此時，可打開返回擋板20，將空預器15之后的溫度較低的煙氣返回至水平煙道4，并與該煙道中的高溫煙氣混合，以降低SNCR反應區(qū)域的煙氣溫度，從而有效提高SNCR的脫硝效率。
在另一個實施例中，本發(fā)明的煙氣脫硝系統(tǒng)還包括除塵器16，設置于主煙道6的出口和返回管道19入口之間。除塵器16能降低已脫硝煙氣的微?；蚍蹓m，還具有保溫措施，溫降約在10℃以內，進一步利于低溫煙氣的返回。
在另一個實施例中，本發(fā)明的煙氣脫硝系統(tǒng)還包括用于分流水平煙道4中的部分煙氣的煙氣分流裝置。所述煙氣分流裝置包括至少一個輔助煙道（圖1中示出的是一號輔助煙道8和二號輔助煙道10）、至少一個煙氣擋板（圖1中示出的是一號煙氣擋板5和二號煙氣擋板7）和至少一個盾體13，在主煙道6內設置隔板以構成輔助煙道，隔板從主煙道6入口處延伸至省煤器12后端，煙氣擋板設置在輔助煙道的入口處，所述輔助煙道的入口和水平煙道4的輔助出口相連，主煙道6的入口和水平煙道4的主出口相連，所述盾體13設置在主煙道6的內壁上且位于所述輔助煙道的末端，用來將輔助煙道中的高溫煙氣引導入主煙道6中，并和主煙道6中的低溫煙氣混合，以提高SCR反應區(qū)域的溫度。
在另一個實施例中，所述煙氣分流裝置包括至少一個輔助煙道（圖1中示出的是一號輔助煙道8和二號輔助煙道10）和至少一個煙氣擋板（圖1中示出的是一號煙氣擋板5和二號煙氣擋板7），煙氣擋板設置在輔助煙道的入口處，輔助煙道的入口和水平煙道4的輔助出口相連，輔助煙道的出口和主煙道相連且位于省煤器12和SCR反應裝置14之間，主煙道6的入口和水平煙道4的主出口相連。
當爐膛1低負荷運行時，煙氣在爐膛1出口處的溫度僅為780℃-810℃，低于SNCR的理想反應溫度區(qū)間。因此，煙氣脫硝主要依靠SCR反應裝置14。然而，當這些低溫煙氣經過省煤器12后，溫度會進一步降低，甚至低于SCR的理想反應溫度區(qū)間（300℃～400℃）。因此，輔助煙道的作用是為了避開省煤器的煙氣換熱，將部分高溫煙氣直接傳遞到SCR反應裝置14前，與經過換熱后的煙氣混合，升高SCR反應區(qū)域的溫度，從而提高其脫硝效率?，F(xiàn)有技術的輔助煙道在主煙道的外部，用以隔離SCR段煙氣，而本發(fā)明的輔助煙道在主煙道內部，可有效防止未脫硝煙氣的偷排。
以上實施例僅作為實例，不對本發(fā)明的范圍起到限定作用。本領域技術人員在此基礎上，可以在本發(fā)明的權利要求的保護范圍內，預想到能實現(xiàn)相同功能的其它實施方式。
本領域技術人員掌握多種實施例及多種變形及改進。尤其是，需明確的是，除明顯矛盾或不兼容的情況外，本發(fā)明的上述特征、變形方式和/或具體實施例可以相互結合。所有這些實施例及變形及改進都屬于本發(fā)明的保護范圍。