CN101977668A - 烟道气纯化设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于纯化来自炉(2)尤其是水泥回转窑的烟道气的设备(1)，其具有至少一种选择性还原催化剂(8)用于还原存在于所述烟道气中的氮氧化物，任选地引入的还原剂(16)和除尘系统。所述除尘系统由至少一个第一和一个第二过滤器装置(7，9)形成。所述还原催化剂(8)设置在第一和第二过滤器装置(7，9)之间。
Description
本发明涉及一种设备，其用于纯化来自炉的烟道气，所述设备包括至少一种选择性还原催化剂用于还原存在于所述烟道气中的氮氧化物，和/或至少一种催化剂用于从烟道气中除去一氧化碳、烃、尤其是形成气味的烃，或者用于除去氨，以及灰尘分离装置，和本发明涉及一种方法，其用于通过用还原剂和还原催化剂选择性催化还原氮氧化物，以及通过灰尘分离，纯化来自炉的烟道气。
除去氮氧化物，或者脱氮作用，常常通过还原方法进行。在这一方面，在选择性非催化还原(SNCR)和选择性催化还原(SCR)之间是有区别的。已知这些方法用来将含在烟道气中的氧化氮(NOx)，即一氧化氮和二氧化氮，通过添加还原剂-一般而言，氨用作还原剂-而降解成元素氮和水，元素氮和水接下来会作为环境无害的物质通过烟道气烟道离开燃烧设备。
选择性非催化还原常常在900℃和1100℃之间的温度进行，其中将还原剂直接进料到炉中。
所述选择性催化还原可在显著较低的温度进行，这是因为该催化剂显著降低还原反应所需的活化能。此外，与SNCR脱氮作用(其中还原剂以超化学计量的量进行)相比，这个方法容许降低还原剂用量，这是因为实际上将不会发生副反应。
所述选择性催化还原在高灰尘配置和低灰尘配置之间有差别。对于高灰尘配置，所述烟道气的脱氮作用在除尘之前进行，由此该催化剂经受了提高的载荷。这通常导致催化剂停留时间降低，并且要求昂贵的措施，例如，使用专门的催化剂，使合适的几何形状的烟道气通道延伸通过催化剂床，例如如DE 29623503U1或者DE 19635383A1中所述，或者使用能够抵抗较高机械应力(例如通过周期性地将灰尘负载从催化剂粒子震掉而产生的机械应力)的催化剂。
对于低灰尘的设计，在烟道气脱硫之后提供选择性催化还原，从而消除SO2和灰尘产生的额外载荷，该催化剂因此具有相应地延长的停留时间。但是缺点是烟道气仅具有低于200℃的温度，从而需要再加热用于催化脱氮作用。因此需要相应地高的另外的能量需求。
在现有技术中，例如DE 19612240A1和DE 19612240A2中，也已经提出了解决方案，其中将催化剂以粉末的形式添加到烟道气流中，并在袋式过滤器上与灰尘一起分离。在那些情况下，还原反应在烟道气流向袋式过滤器流动的过程中进行。接下来将催化剂使用袋式过滤器热空气周期性地吹掉，同时使其再生。但是，这使得该过滤器上承担了另外的灰尘载荷，因此需要更经常地清洗它。
本发明的目的是提供一种设备，其用于根据选择性催化还原(SCR)技术除去烟道气的氮氧化物，和因此提供一种方法，其包括与低灰尘设计相比降低的能量消耗，和与高灰尘设备相比增加的催化剂停留时间。
本发明的目的通过本申请开始定义的设备达到，在该设备中，所述灰尘分离装置包括至少一个第一和第二过滤器装置，和还原催化剂设置在所述第一和第二过滤器装置之间，以及通过一种用于纯化来自炉的烟道气的方法达到，在该方法中将烟道气供应到第一灰尘分离，然后使其与还原催化剂接触，并在还原氮氧化物之后，进行烟道气的细灰尘纯化。
出乎意料的发现，对于使用不是专用于形成用于高灰尘操作的常规催化剂床，不必要至少接近完全地对该烟道气除尘，但是，为了操作催化剂床而不显著缩短催化剂的停留时间，在催化还原之前进行预除尘的步骤或者粗-灰尘分离是足够的。
在这个方面，应该指出：“粗-灰尘分离”和“细-灰尘分离”不必然是指粒径，而是指烟道气本身的灰尘含量，即存在于烟道气中的灰尘粒子的分率。
根据本发明的用于除去氮氧化物的催化剂构型提供了优点，即烟道气不需要另外加热用于脱氮反应，但是仍然具有固有地足够的内能，即足够高的温度，从而使得能够进行催化剂的操作。因此，与低灰尘设备相比，燃料(fuels)的还原是可行的。
第一过滤器装置可紧接着设置在炉或者热交换器单元下游的烟道气的流动方向上，，使得烟道气将会以非常高的温度进入到第一过滤器单元，由此可将在该过滤器单元中的温度降保持为低-相对低考虑-并且该烟道气将会以促进氮氧化物在催化剂上还原的温度离开该过滤器装置。
高温，应该理解为至少250℃的温度。
然而，也可预想，在第一过滤器装置和炉或者紧随其后的热交换器单元之间的烟道气的流动方向上设置脱硫设备设置，使得硫含量将至少成比例地降低，并且将会低硫化合物沉积在催化剂上的危险。
在特别优选的方式中，所述第一过滤器装置由电过滤器构成。这具有的优点是，一方面，这个过滤器能够在高温操作，另一方面，该过滤器技术已经高度成熟并且电过滤器是容易获得的，例如，在水泥生产设备中-除尘在以前常规地已经常常使用电过滤器进行，然而大多数那些电过滤器已经被布过滤器代替，这是因为严格的环境规章导致的-并且将不会发生另外的投资花费。
此外，可能的是，将至少一个原料干燥仪器或者原料干研磨仪器设置在所述第一过滤器装置和第二过滤器装置之间，尤其是在第二过滤器装置和催化剂之间的烟道气的流动方向上，，使得烟道气的残余内能能够用于干燥该原料(例如其是用于生产水泥的原料)。此外，将会达到的是，离开该催化剂床的烟道气将会甚至进一步冷却，然后进入到第二过滤器装置，该第二过滤器装置优选由布过滤器形成，所述第二过滤器装置由此经受降低的热应力，甚至是在没有施加另外的冷却装置时也是如此。
烟道气在第一灰尘分离中的灰尘含量优选分别降低至最大3g/Nm3，尤其是最大2.5g/Nm3，例如最大1g/Nm3的灰尘含量，或者最大30g/Nm3的灰尘含量，如果另一预分离的装置，即不含电过滤器，用作所述的第一过滤器装置，这是因为结果导致，设备的效率可通过烟道气的这些最大灰尘含量提高。
此外，可在至少250℃或者至多450℃(例如至多350℃)的烟道气温度进行第一灰尘分离，由此，如以上已经指出的，不需要采取专门的措施来减少第一过滤器装置中的温度降，因而后者可以以更加成本有效的方式配置。
为了更好地理解本发明，将会通过以下附图的方式更加详细地描述后者。
以图示地极其简化的方式，图1以简图的方式说明本发明的设备。
首先，应该指出，在说明书中给出的位置表示，例如上部、下部或侧面等，参考实际所述的和所说明的图，任何位置变化都应该类似地转移到新的位置。
图1描述用于生产水泥熟料的设备1。
在文章的开始已经提及的是，根据本发明的脱氮作用的设备不限于它在水泥工业中的用途，但是这是优选的实施方式变体。也可给废物焚化设备，热电站等配置脱氮作用设备。
设备1包括转窑(rotary kiln)形式的炉2，其通过煅烧装置3操作，从而从已知的原料产生水泥熟料。
将离开炉的烟道气-箭头4-引入到热交换器单元5中，其在本实施方式变体中设计为包括四个旋风分离器(cyclone)的旋风热交换器，来利用烟道气内能用于预加热填充的生料。
离开热交换器单元5的烟道气-箭头6-接着进入到气体纯化设备。该气体纯化设备包括第一过滤器装置7，还原催化剂8和第二过滤器装置9。
第一过滤器装置7配置为电过滤器。进入所述电过滤器的烟道气可任选地用水进行预调节，从而增加电过滤器的有效性。为此，可将喷雾装置11安排到补给线10中，该补给线10导向第一过滤器装置7，从而将水喷入其中。
此外，可将该烟道气用新鲜空气通过包括阀13的新鲜空气管道12稀释，从而使得通过电过滤器的粗除尘效率增加。可供选择地或者此外，可将混合气体通过混合气体管线14供应至烟道气，例如源自炉2的气体，所谓的旁路气体，其可从炉2热交换器单元5的区域中取出。
可将适当的运输设备15，例如烟道气扇，安排在混合气管线14和补给线10中。
烟道气或者原煤气(crude gas)的灰尘含量通过第一过滤器装置7分别从200g/Nm3至300g/Nm3或者60g/Nm3至70g/Nm3降低至最大为3g/Nm3，优选最大为1g/Nm3的值。如果没有电过滤器用作所述第一过滤器装置7而是另一预分离装置，也可将灰尘含量仅降低至30g/Nm3的最大值。
该第一过滤器装置7可安装有适合于这种高温的热绝缘，从而减少烟道气温度的降低。
然后，烟道气进入还原催化剂8，此处根据已知的反应进行脱氮作用，即氮氧化物反应成氮气和水。在此处设置使用还原剂进料器16将还原剂进料到预纯化的烟道气。通常，还原剂由氨构成，这是现有技术已知的。然而，也可预期使用含有氨的化合物或者还原剂在升高的温度释放氨。
如果在设备1的烟道气中存在过量的氨，那么也可省略还原剂进料器16，并且，如果存在的氨不够，也可通过还原剂进料器16补充缺少的部分。
作为催化剂，可使用例如由二氧化钛或者五氧化二钒或者氧化钛作为载体和五氧化二钒作为活性物质，任选地补充有氧化钨或者混合有其它金属氧化物。原则上，这些催化剂在现有技术中是已知的，从而在它们的几何结构或者孔结构方面，可省略任何另外的讨论。
还原剂的供应再次例如通过喷嘴进行。
还原剂本身可以在催化剂的上游与烟道气混合，然而优选将还原剂进料到催化剂床中或者催化剂床上。
催化剂床的形成本身也是现有技术中已知的，从而在这个方面，可参考相关的文献。尤其是，可将还原催化剂以几个重叠的层(level)提供，该烟道气依次通过它们流动。
通过管线17，脱氮的烟道气-应该指出，在本申请中脱氮的烟道气是指在NOx方面符合烟道气排放标准例如Austrian烟道气排放标准的烟道气-到达第二过滤器装置9。该第二过滤器装置9配置为袋式过滤器，包括滤布或者滤袋。该袋式过滤器是已经已知的，并且用于水泥工业中使得可省略任何进一步的讨论。通过这些滤布的帮助，烟道气的灰尘含量至少降低至符合烟道气排放标准的值。
如果需要，喷雾冷凝器18可安排在第二过滤器装置9的上游以在进入到第二过滤器装置9之前将该烟道气冷却至某一温度，例如最大250℃的温度，在该温度将会减少烟道气施加到该滤布上的热应力。
在第二过滤器装置9之后，由此纯化的烟道气通过烟道19离开设备1进入空气中。
为此，又可将运输装置15安排在烟道19和第二过滤器装置9之间。
但是，离开还原催化剂8的烟道气的残余内能优选用于干燥用于水泥生产的原料。为此，两个干燥磨20示于图1中，在还原催化剂8和第二过滤器装置9之间的烟道气的流动方向上设置。尤其是，将这两个干燥磨20平行地设置，从而脱氮的烟道气将会同时或者交替地流动通过这两个磨。阀21-24示于图1中，其用于烟道气的流动路径的相应切换。图中还示出，与烟道气的直接引入并联的干燥磨20也可设置为经由管线17连接至第二过滤器装置9，为此，阀25再次设置在管线17中，从而使得能够在通过管线17或者通过至少一个干燥磨20的流动方向之间进行切换。
干燥磨20本身根据现有技术配置。
另一选择是通过新鲜空气导管26将新鲜空气供应至干燥磨20的至少一个，也在这个情况下各个新鲜空气阀27设置在新鲜空气导管26中。
此外，也可将至少一部分已经离开干燥磨20的烟道气与从还原催化剂8供应至该干燥磨20的烟道气相混合，从而通过包含循环空气阀29的循环空气导管28进一步使用含在作为循环空气的这些烟道气中的能量。
借助于这个所谓的“磨操作”，在约150℃的温度的脱氮的烟道气到达第二过滤器装置9。
在本发明的上下文中，也可串联地或者并联地设置几个还原催化剂8和使用大于两个过滤器装置7，9。此外，在本发明的意义上来说，可操作大于两个，或者仅一个干燥磨20。
虽然未说明，如以上已经指出的，有一个选择是在炉2和第一过滤器装置7之间，或者在热交换器单元5和第一过滤器装置7之间设置脱硫设备，其可对应于现有技术，从而至少成比例地降低烟道气中的硫含量，即SO2含量。
在设备1的操作过程中，通过合适的传感器在各个位置获得以下测量的值：
离开炉2和/或热交换器5的烟道气的灰尘含量：60至120g/Nm3
离开电过滤器的烟道气的灰尘含量：最大3g/Nm3
在还原催化剂之后的NOx的含量：小于100mg NO2/Nm3
在电过滤器之后的烟道气温度：300℃至340℃
在还原催化剂8之后的烟道气温度：280℃至320℃
在袋式过滤器入口的烟道气温度：最大250℃
在袋式过滤器入口的烟道气的灰尘含量：分别为，直接引入时小于3g/Nm3，使用“磨操作”时为约100g/Nm3
离开袋式过滤器时烟道气的灰尘含量：最大10mg/Nm3
从以上测量值尤其明显的是，烟道气的灰尘含量实际上在还原催化剂8中没有减少。但是，如果灰尘沉淀的确在还原催化剂8中有发生，那么这可通过例如用压缩空气吹扫而周期性地清洁。
根据本发明的实施方式变体，作为从烟道气中除去氮氧化物的替换或者之外，也可从燃烧炉尤其是来自设备1的烟道气除去一氧化碳、烃尤其是形成气味的烃、和/或氨。为此，如果需要，可将单独的催化剂设置在脱氮作用催化剂的上游或者下游，包括例如可增补有钯和/或铂的钛-钒化合物。这些催化剂在现有技术中是已知的，从而可参考有关的文献。为此，可将还原催化剂8配置为分层的催化剂，其包括用于各个催化剂的几个床，或者可将几种催化剂单独设置于设备1中，或者各个烟道气纯化设备中，例如，从烟道气的流动方向看，在单独的容器中将一个设置在另一个的后面。
为了良好的次序的原因，最后应该指出，为了更好地理解设备1的结构，已经部分地说明了后者以及它的组件，它们是不合规定比例的和/或放大的和/或缩小的。
附图标记列表
1设备
2炉
3煅烧装置
4箭头
5热交换器单元
6箭头
7过滤器装置
8还原催化剂
9过滤器装置
10补给线
11喷雾装置
12新鲜空气管线
13阀
14混合气装置
15输送装置
16还原剂
17管线
18喷雾冷凝器
19烟道
20干燥磨
21阀
22阀
23阀
24阀
25阀
26新鲜空气管线
27新鲜空气阀
28循环空气管线
29循环空气阀
Claims (8)
1.一种设备(1)，其用于纯化来自炉(2)尤其是水泥回转窑的烟道气，所述设备包括至少一种选择性还原催化剂(8)用于还原存在于所述烟道气中的氮氧化物，和/或至少一种催化剂用于从烟道气中除去一氧化碳、烃、尤其是形成气味的烃，或者用于除去氨，任选地使用还原剂进料装置，以及灰尘分离装置，其特征在于所述灰尘分离装置由至少一个第一和一个第二过滤器装置(7，9)形成，和所述还原催化剂(8)设置在第一和第二过滤器装置(7，9)之间。
2.根据权利要求1的设备(1)，其特征在于，第一过滤器设备(7)紧接着设置在炉(2)或者热交换器单元(5)下游的从烟道气的流动方向上。
3.根据权利要求1的设备(1)，其特征在于，在第一过滤器装置(7)和炉(2)或者紧随其后的热交换器单元(5)之间的烟道气的流动方向上设置脱硫设备。
4.根据权利要求1至3中任一项的设备(1)，其特征在于，第一过滤器装置(7)由电过滤器构成。
5.根据权利要求1至4中任一项的设备(1)，其特征在于，在还原催化剂(8)和第二过滤器装置(9)之间的烟道气的流动方向上设置至少一个原料干燥仪器。
6.一种方法，其用于通过用还原剂和还原催化剂(8)选择性催化还原氮氧化物和/或使用至少一种催化剂从烟道气中除去一氧化碳、烃、尤其是形成气味的烃，或者用于除去氨，以及通过灰尘分离，尤其是通过使用前述权利要求中任一项的设备(1)，纯化来自炉(2)尤其是水泥回转窑的烟道气，其特征在于将所述烟道气供应至第一灰尘分离，然后与还原催化剂(8)和/或至少一种用于从烟道气中除去一氧化碳、烃、尤其是形成气味的烃，或者用于除去氨的催化剂接触，和细灰尘纯化在还原氮氧化物和/或减少来自一氧化碳、烃、尤其是形成气味的烃之后和/或在降低氨分率之后进行。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于烟道气的灰尘含量在第一灰尘分离中降低至最大30g/Nm3的灰尘含量或者最大3g/Nm3的灰尘含量，尤其是，最大2.5g/Nm3的灰尘含量。
8.根据权利要求6或7的方法，其特征在于，第一灰尘分离在至少250℃的烟道气温度进行。
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