CN101279186B

CN101279186B - 一种烟气干式同时脱硫脱硝方法

Info

Publication number: CN101279186B
Application number: CN2008101126228A
Authority: CN
Inventors: 吴宁; 宋蔷; 姚强
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2028-05-23
Also published as: CN101279186A

Abstract

一种烟气干式同时脱硫脱硝方法，以铁基金属氧化物和粉煤灰制备的模块作为选择性催化还原脱硝反应催化剂和脱硫剂，利用一个反应器实现同时脱硫脱硝功能，吸附饱和的模块可以通过热再生方式反复使用。本发明的工艺流程是将锅炉烟气从省煤器后引出，通过一级导流板分配烟气气流，然后和喷入的氨气充分混合，经过二级导流板后使得气流分布更为均匀，顺次通过固定床反应器中的各层催化剂模块，发生催化氧化-还原反应和化合反应。本发明床层压降小，可同时脱硫脱硝，工作温度窗口宽，采用多层催化剂时脱硫和脱硝效率均可超过80％，硫容达4～17wt％。

Description

一种烟气干式同时脱硫脱硝方法

技术领域

本发明涉及一种烟气干式同时脱硫脱硝技术，具体说是一种飞灰基同时脱硫脱硝催化剂及其工业应用方法，属于烟气净化技术领域。

背景技术

SO₂和NO_x是引起酸雨的主要污染物之一，严重影响和破坏着土壤和水的生态系统，损害着人类的健康。在所有人类生产活动中，燃煤排放的SO₂和NOx占主要部分。因此，控制燃煤产生SO₂和NO_x的排放具有非常重要的意义。

为了实现较高的SO₂和NO_x脱除率，国内外广泛采用的烟气脱硫和脱硝技术主要包括炉内的燃烧控制和针对烟气的燃烧后控制，炉内的燃烧控制成本相对较低，但是效率也偏低；针对烟气的燃烧后控制方法的脱除效率则更高。其中烟气脱硫(FGD)技术以湿法石灰石-石膏工艺较为成熟。而烟气脱硝技术中以选择性催化还原(SCR)技术最为成熟，其超过90％的脱硝效率和大量工业应用实例，成为当前世界的主流脱硝技术，2005年在日本及欧美国家的总装机容量已经超过266,000MW。然而上述两种技术因为技术和工艺条件的限制，往往分为两个独立的系统，造成系统复杂、占地面积大、设备投资与运行费用较高等缺点。当前可用于同时脱硫脱硝的技术主要有电子束辐射、脉冲电晕、活性炭、CuO/Al₂O₃法等，但是分别在运行成本、反应活性、操作温度等方面存在限制，难以直接应用于我国大部分锅炉设备。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种烟气干式同时脱硫脱硝方法。该方法运行成本低、占地面积小、可以同时脱硫脱硝。

本发明的技术方案如下：

一种烟气干式同时脱硫脱硝方法，其特征在于该方法如下：

将锅炉烟气从省煤器1后引出，经一级导流板2对烟气气流分配后，与逆向喷入的氨气对冲混合，然后再经过二级导流板4和滤网5，使烟气气流分布均匀；之后经过催化剂床层6，在该催化剂床层中发生催化氧化-还原反应和化合反应，反应温度为250℃-420℃；再通过空气预热器7，经除尘器8除尘后从烟囱9排出；所述的催化剂床层由多个催化剂模块串联叠加而成，每个催化剂模块中由圆管型催化剂按矩阵排列紧密填充；烟气通过圆管型催化剂中的孔道以及管与管之间的空隙流过；所述圆管型催化剂的组分由61～80wt％SiO₂、5～30wt％Al₂O₃、0.2～5wt％CaO、5～20wt％Fe₂O₃和0.0～1.0wt％Fe₂(SO₄)₃组成；氨气喷入量与烟气中氮氧化物含量摩尔比为0.8～1.2；催化剂空速为2000～20000h^-1。

上述技术方案中，烟气湿度为2～10％；相邻模块间隔为50～1000mm；组成催化剂模块的圆管型催化剂尺寸为：圆管外径10～30mm，圆管内径5～15mm，圆管长度50～200mm；所述滤网的网格宽度10～50mm。

上述技术方案中，当催化剂模块丧失催化性能、已经吸收饱和时，将上层催化剂模块取出再生，将下层催化剂模块依次上移，新添催化剂模块放置在空出的最下层，取出的上层催化剂模块再生条件为：450℃-500℃条件下，通风煅烧2～5h。

为了重复利用催化剂模块，在省煤器之后和空气预热器之间设置烟气旁路及切换阀12，当更换催化剂模块时打开切换阀使烟气从旁路流过而不经过催化剂床层。

与现有技术相比，本发明的烟气干式同时脱硫脱硝方法具有如下优点：①本发明提供的催化剂，相比传统SCR催化剂以V₂O₅/WO₃为活性组分，催化剂活性相近，成本下降，而且无毒。②同时脱硫脱硝的装置结构简单，体积紧凑，占地面积小。③可根据需要方便地增加或减少催化剂床层数目，实现脱除率和效益的最佳平衡。④催化剂再生方法简单，浓缩的SO₂便于回收利用。

附图说明

图1是本发明方法的工艺流程图。

图2是本发明方法的催化剂床层布置原理图。

图中各标号表示如下：1-省煤器；2-一级导流板；3-氨喷射口；4-二级导流板；5-滤网；6-催化剂床层；7-空气预热器；8-除尘器；9-烟囱；10-储氨罐；11-泵；12-烟气旁路阀；13-单层催化剂模块；14-管状催化剂排列矩阵。

具体实施方式

如图1所示，本发明的工艺方法是将锅炉烟气从省煤器1后引出，经一级导流板2对烟气气流分配后，与逆向喷入的氨气对冲混合，然后再经过二级导流板4和滤网5，使烟气气流分布均匀；之后经过催化剂床层6，在该催化剂床层中发生催化氧化-还原反应和化合反应，反应温度为250℃-420℃；再通过空气预热器7，经除尘器8除尘后从烟囱9排出；其主要化学反应为：

2SO₂+O₂＝2SO₃

Fe₂O₃+3SO₃＝Fe₂(SO₄)₃

4NH₃+4NO+O₂＝4N₂+6H₂O

8NH₃+6NO₂＝7N₂+12H₂O

所述的催化剂床层由多个催化剂模块串联叠加而成，每个催化剂模块中由圆管型催化剂按矩阵排列紧密填充；烟气通过圆管型催化剂中的孔道以及管与管之间的空隙流过；所述圆管型催化剂的组分由61～80wt％SiO₂、5～30wt％Al₂O₃、0.2～5wt％CaO、5～20wt％Fe₂O₃和0.0～1.0wt％Fe₂(SO₄)₃组成；氨气喷入量与烟气中氮氧化物含量摩尔比为0.8～1.2；催化剂空速为2000～20000h^-1；烟气湿度为2～10％；相邻模块间隔为50～1000mm；组成催化剂模块的圆管型催化剂尺寸为：圆管外径10～30mm，圆管内径5～15mm，圆管长度50～200mm；所述滤网的网格宽度10～50mm。

实际运行中，当催化剂模块丧失催化性能、已经吸收饱和时，将上层催化剂模块取出再生，将下层催化剂模块依次上移，新添催化剂模块放置在空出的最下层，取出的上层催化剂模块再生条件为：450℃-500℃条件下，通风煅烧2～5h。在省煤器之后和空气预热器之间设置烟气旁路及切换阀12，当更换催化剂模块时打开切换阀使烟气从旁路流过而不经过催化剂床层。

下面给出几个实施例：

实施例1：

将一种成分为：64wt％SiO₂，29wt％Al₂O₃，5wt％Fe₂O₃，1wt％Fe₂(SO₄)₃，1wt％CaO的圆管型催化剂按矩阵紧密排列成长、宽、高分别为150mm×144mm×100mm的模块，以4个模块串联垂直放置，相邻模块间隔50mm；催化剂床层之前布置有滤网，网格宽度10mm。

按上述方法获得的催化剂床层，在1050ppm SO₂、5％O₂、500ppm NO、湿度为2％，其余为N₂的气氛中，空速为5000h^-1，NH₃喷入量与烟气中NO含量摩尔比为1的测试条件下，在290℃～420℃的烟气温度区间内脱硝率均高于80％，脱硫率均高于60％，硫容达到4％(重量)。

催化剂硫吸收饱和后，在450℃条件下通风煅烧5h，再于上述同样条件下测试，在280℃~400℃的烟气温度区间内脱硝率均高于80％，脱硫率均高于60％。

实施例2：

将一种成分为：80wt％SiO₂，8wt％Al₂O₃，8wt％Fe₂O₃，1wt％Fe₂(SO₄)₃，3wt％CaO的圆管型催化剂按矩阵紧密排列成长、宽、高分别为150mm×144mm×50mm的模块，以2个模块串联垂直放置，相邻模块间隔1000mm；催化剂床层之前布置有滤网，网格宽度50mm。

按上述方法获得的催化剂床层，在1050ppm SO₂、5％O₂、500ppm NO、10％H₂O(体积浓度，其余为N₂)的气氛中，空速为2000h^-1，NH₃喷入量与烟气中NO含量摩尔比为1.2的测试条件下，在270℃～410℃的烟气温度区间内脱硝率均高于80％，脱硫率均高于60％，硫容达到6％(重量)。

催化剂硫吸收饱和后，在500℃条件下通风煅烧2h，再于上述同样条件下测试，在265℃~400℃的烟气温度区间内脱硝率均高于80％，脱硫率均高于60％。

实施例3：

将一种成分为：61wt％SiO₂，18.8wt％Al₂O₃，20wt％Fe₂O₃，0wt％Fe₂(SO₄)₃，0.2wt％CaO的圆管型催化剂按矩阵紧密排列成长、宽、高分别为150mm×144mm×200mm的模块，以3个模块串联垂直放置，相邻模块间隔50mm；催化剂床层之前布置有滤网，网格宽度50mm。

按上述方法获得的催化剂床层，在1050ppm SO₂、5％O₂、500ppm NO、2％H₂O(体积浓度，其余为N₂)的气氛中，空速为20000h^-1，NH₃喷入量与烟气中NO含量摩尔比为1.2的测试条件下，在310℃~400℃的烟气温度区间内脱硝率均高于75％，脱硫率均高于50％，硫容达到17wt％。

实施例4：

将一种成分为：50wt％SiO₂，34wt％Al₂O₃，14.5wt％Fe₂O₃，1wt％Fe₂(SO₄)₃，0.5wt％CaO的圆管型催化剂按矩阵紧密排列成长、宽、高分别为150mm×144mm×50mm的模块，以6个模块串联垂直放置，相邻模块间隔50mm。

催化剂床层之前布置有滤网，网格宽度50mm，

按上述方法获得的催化剂床层，在1050ppm SO₂、5％O₂、500ppm NO、2％H₂O(体积浓度，其余为N₂)的气氛中，空速为2000h^-1，NH₃喷入量与烟气中NO含量摩尔比为0.8的测试条件下，在275℃~410℃的烟气温度区间内脱硝率均高于75％，脱硫率均高于80％，硫容达到11wt％。

Claims

1.一种烟气干式同时脱硫脱硝方法，其特征在于该方法如下：

将锅炉烟气从省煤器(1)后引出，经一级导流板(2)对烟气气流分配后，与逆向喷入的氨气对冲混合，然后再经过二级导流板(4)和滤网(5)，使烟气气流分布均匀；之后经过催化剂床层(6)，在该催化剂床层中发生催化氧化-还原反应和化合反应，反应温度为250℃-420℃；再通过空气预热器(7)，经除尘器(8)除尘后从烟囱(9)排出；所述的催化剂床层由多个催化剂模块串联叠加而成，每个催化剂模块中由圆管型催化剂按矩阵排列紧密填充；烟气通过圆管型催化剂中的孔道以及管与管之间的空隙流过；所述圆管型催化剂的组分由61～80wt％SiO₂、5～30wt％Al₂O₃、0.2～5wt％CaO、5～20wt％Fe₂O₃和0.0～1.0wt％Fe₂(SO₄)₃组成；氨气喷入量与烟气中氮氧化物含量摩尔比为0.8～1.2；催化剂空速为2000～20000h^-1。

2.按照权利要求1所述的一种烟气干式同时脱硫脱硝方法，其特征在于：烟气湿度为2～10％。

3.按照权利要求1所述的一种烟气干式同时脱硫脱硝方法，其特征在于：相邻催化剂模块间隔为50～1000mm。

4.按照权利要求1或3所述的一种烟气干式同时脱硫脱硝方法，其特征在于：组成催化剂模块的圆管型催化剂尺寸为：圆管外径10～30mm，圆管内径5～15mm，圆管长度50～200mm。

5.按照权利要求1所述的一种烟气干式同时脱硫脱硝方法，其特征在于：所述滤网的网格宽度10～50mm。

6.按照权利要求1所述的一种烟气干式同时脱硫脱硝方法，其特征在于：当催化剂模块丧失催化性能、已经吸收饱和时，将上层催化剂模块取出再生，将下层催化剂模块依次上移，新添催化剂模块放置在空出的最下层，取出的上层催化剂模块再生条件为：450℃-500℃条件下，通风煅烧2～5h。

7.根据权利要求1所述的一种烟气干式同时脱硫脱硝方法，其特征在于：在省煤器之后和空气预热器之间设置烟气旁路及切换阀(12)，当更换催化剂模块时打开切换阀使烟气从旁路流过而不经过催化剂床层。