CN102614779B - 一种除尘脱硝一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种除尘脱硝一体化装置，所述装置包括烟气通道，混合烟气入口，由外筒和内筒构成的壳体，壳体底部的灰斗，内筒主要用来除尘和混氨，外筒主要用来放置脱硝催化剂床层，所述烟气通道横截面为环状，烟气通道中设有辐射状分布的喷氨格栅，使得更易于实现所需的NH3/NO比。本发明的装置能实现先除尘再脱硝，可有效防止催化剂磨损、中毒和堵塞，延长催化剂寿命。在不延长装置长度的情况下，延长了混氨时间，使混氨更加充分。内筒和外筒中分别装有吸热螺旋板和散热整流板来分摊入口烟气的热量，既可以降低烟气热量损失，提高脱硝效率，又可有效防止烟温过热导致催化剂烧结失活。
Description
技术领域
本发明属于环境保护领域，适应于锅炉烟气以及工业尾气的净化，具体涉及一种烟气除尘脱硝一体化装置。
背景技术
NOx是直接导致酸雨,臭氧层空洞以及光化学烟雾的重要原因之一，肆意排放NOx将对人类健康以及生态环境造成严重的危害，因此对NOx 的治理一直是世界环境保护领域的重点。世界各国对NOx的排放制定了越来越严格的标准，我国2011年7月最新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223－2011）对NOx的排放也开始执行比过去更严格的标准，这无疑对烟气脱硝技术有了更高的要求，因此，烟气脱硝技术必须不断提高。
对于烟气中NOx的脱除，国内外普遍使用选择性催化还原法（即SCR法）。该方法脱除效率高，无二次污染，可广泛应用于燃煤烟气以及工业尾气的净化中。其主要是利用氨气作为还原剂来还原烟气中的NOx，生成H2O和N2，从而达到去除NOx的目的。
在SCR脱硝工艺中，混氨技术一直是决定脱硝效率和氨逃逸率的关键技术之一。目前常见的混氨的方法主要有喷氨格栅、静态混合器和涡流混合器等，其中喷氨格栅由于易于调节和混合效果好，较多的应用于SCR 法脱硝工艺。现行工艺中，普遍采用的喷氨格栅是将烟道截面分成20 ~ 40 个等面积的控制区域，每个区域有若干个喷嘴，每个分区的流量可根据烟气中NOx 浓度分布单独调节，从而实现均匀喷氨。但是，当烟道横截面积较大时，控制区域将变多或变大，造成操作系统变复杂或者物料输送距离增加，从而影响所需NH3/NO比的实现。如果烟道的形状为圆形或者其他特殊形状，可能还存在喷氨死角，从而严重影响NOx的整体去除效率。同时，普通SCR脱硝装置，混氨行程较短，不利于NH3与NOx充分混合，若混氨行程较长，则一方面占据空间，另一方面烟气热量损失较大。此外，传统的SCR脱硝工艺主要采用高温高尘布置，烟气含尘较大，容易造成SCR催化剂床层磨损，堵塞和中毒，且高温烟气直接进入催化剂还可能使得催化剂烧结失活，从而使得催化剂寿命降低，设备维修率增高，成本增加。近年来，由于省煤器和余热锅炉等的使用，导致某些工况下烟气温度可能不高，因此，在SCR脱硝装置中还需要根据实际情况使用中低温型SCR催化剂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是如上所述传统脱硝反应装置的不足，提供一种不仅脱硝效率高，氨逃逸率低，而且可实现除尘脱硝一体化，装置结构紧凑，能有效保障系统安全运行，减少维修，延长催化剂使用寿命，降低运行成本，适用范围广，便于推广的除尘脱硝一体化装置。
为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：所述除尘脱硝一体化装置包括烟气通道21，混合烟气入口3，由外筒4和内筒5构成的壳体，壳体底部的灰斗11，烟气通道21与混合烟气入口3连接，混合烟气入口3与壳体连通，外筒壁15和内筒壁7之间有环隙，外筒4与内筒5通过文丘里通道9连通，所述烟气通道21横截面为环状，烟气通道21中设有辐射状分布的喷氨格栅1，喷氨格栅1包括输氨管道17和沿输氨管道17呈辐射状分布于烟气通道21内的喷氨嘴20，所述环隙内设有脱硝催化剂床层14。
另外，所述混合烟气入口3设置于内筒5上部，使烟气沿切线方向进入内筒5。在所述内筒壁7内侧，沿烟气流动方向，并排安装有成螺旋状盘绕于内筒壁7上的吸热螺旋板6。所述吸热热螺旋板6之间间隔为0.1m~0.3m，吸热螺旋板6边缘向内筒5中心伸出0.1R~0.3R（R为内筒5半径，单位为m），伸出部分与竖直方向成45°~70°夹角α。所述文丘里通道9的通道口向内筒5中心伸出0.15R~0.4R（R为内筒5半径，单位为m），文丘里通道9的入口和出口按气流流动方向设计成流线型。所述文丘里通道9与内筒5的直径方向成10°~40°夹角β，与水平面成15°~55°夹角γ。所述文丘里通道9向内筒5中心伸出的部分与水平面平行且顶部呈拱状。脱硝催化剂床层14下方设有环形散热整流板8。所述脱硝催化剂床层14中催化剂可为通道式整体催化剂、填充床式催化剂、高温型催化剂或中低温催化剂。所述内筒壁7底部与竖直方向成20°~ 45°角φ，所述外筒壁15底部与竖直方向成20°~ 45°角θ。在灰斗11和除尘脱硝壳体内筒5以及外筒4之间有灰斗风门12，在灰斗11底部有清灰口门10。
下面对本发明及其设计原理作进一步说明：
参见图1至图5，所述除尘脱硝一体化装置包括烟气通道21，混合烟气入口3，由外筒4和内筒5构成的壳体，壳体底部的灰斗11，烟气通道21与混合烟气入口3连接，混合烟气入口3与壳体连通，外筒壁15和内筒壁7之间设有环隙，所述环隙内设有呈辐射状均匀分布的脱硝催化剂床层14，外筒4与内筒5通过文丘里通道9连通。烟气通道21横截面为环状，烟气通道21中设有辐射状分布的喷氨格栅1，喷氨格栅1包括输氨管道17和喷氨嘴20，喷氨嘴20沿输氨管道17呈辐射状均匀分布于环形烟道外壁18和环形烟道内壁19之间的烟气通道21内。混合烟气入口3设置于内筒5上部，且使烟气沿切线方向进入内筒5，从而利用旋风除尘的原理实现除尘。在所述内筒壁7内侧，沿烟气流动方向，并排安装有成螺旋状盘绕于内筒壁7上的吸热螺旋板6，根据烟气流向设为右旋或左旋，每两块吸热热螺旋板6之间间隔为0.1m~0.3m，吸热螺旋板6边缘向内筒5中心伸出0.1R~0.3R（R为内筒5半径，单位为m），伸出部分与竖直方向成45°~70°夹角α。所述文丘里通道9的通道口向内筒5中心伸出0.15R~0.4R （R为内筒5半径，单位为m），文丘里通道9的入口和出口按气流流动方向设计成流线型；文丘里通道9与内筒5的直径方向成10°~40°夹角β，与水平面成15°~55°夹角γ；文丘里通道9向内筒5中心伸出的部分与水平面平行且顶部呈拱状。脱硝催化剂床层14中催化剂可为通道式整体催化剂、填充床式催化剂、高温型催化剂或中低温催化剂，脱硝催化剂床层14层数为三到四层，每层脱硝催化剂床层14下方设有环形散热整流板8，散热整流板8网格的密度可根据压降和散热要求灵活设计。吸热螺旋板6、散热整流板8和内筒壁7均由导热性能良好的材料构成，三者之间可实现很好的热传导。所述内筒壁7底部与竖直方向成20°~ 45°角φ，外筒壁15底部与竖直方向成20°~ 45°角θ。另外，除尘脱销壳体外筒壁15上，可根据需要设置观察孔、烟气监测孔以及检修孔。在灰斗11和除尘脱硝壳体内筒5以及外筒4之间有灰斗风门12，在灰斗11底部有清灰口门10。
本发明的工作原理如下：
含粉尘和NOx的烟气，经烟气管道输送到新型喷氨格栅1处，此时烟气通道横截面由圆形变成环形，氨气通过氨气入口2输入，经喷氨之后，混合烟气从烟气入口3处沿切线方向进入内筒5，在筒内形成旋转气流，一方面使得NH3和NOx混合均匀，另一方面，由于离心力的原因，烟气中大部分的粉尘将沿壳体内筒壁7向下滑落而除去。壳体内筒壁7上装有吸热螺旋板6，一方面其平行排列的结构类似于板式除尘器可以提高除尘效率，另一方面，吸热螺旋板6可以吸收烟气热量，并结合内筒壁7和散热整流板8分摊热量，实现在整个烟气处理过程中烟气温度均匀分布，减少热量损失，提高总体脱硝效率，并有效防止催化剂烧结。烟气到达内筒5底部后，经文丘里通道9进入外筒4。由于文丘里通道9横截面积相对较小，导致烟气流速增加，从而烟气紊流程度增加，进一步促进了NH3和NOx的混合，当烟气从文丘里通道9流出后，进入外筒4，流速大大降低，在导流板13的作用下，通过散热整流板8整流并加热后，烟气在整个横截面上实现浓度和流速均匀分布，烟气温度也保持在稳定的范围内。最后，混合均匀，速度平均，NH3/NO比适宜，温度合适，含尘较少的混合烟气从脱硝催化剂床层14底部进入，在脱硝催化剂的作用下实现选择性催化还原反应，生成N2和H2O，气体从烟气出口16排出，脱硝催化剂床层14中催化剂可为通道式整体催化剂、填充床式催化剂、高温型催化剂或中低温催化剂，脱硝反应使用的还原剂可为NH3，也可为尿素、有机烃类、乙醇等。由于烟气在整个横截面上浓度和速度分布较为均匀，且脱硝催化剂床层14横截面的跨度较小，脱硝反应进行较为均匀，能充分利用所有的催化剂，从而使得氨逃逸率将大大降低。由于烟气已经过除尘处理，含尘量较少，从而可以降低对催化剂的磨损，堵塞以及污染。与此同时，由于从脱硝催化剂床层14底部进入，烟气中粉尘将不易于累积在脱硝催化剂床层14之上，且清灰方便。另外，该装置可以通过两个或多个并联后实现大规模烟气处理。
本发明的有益效果体现在：
（1）使用辐射状分布的新型喷氨格栅结合横截面为环状的烟气通道，相对于同等规模的传统型圆形或者方形分布的喷氨格栅，最边缘的喷氨嘴距最中间的喷氨嘴的距离变小，使得这两点之间NOx的绝对浓度差大大降低，使得喷氨格栅的结构以及控制系统较传统的简单，使所需的NH3/NO比更易于实现。与此同时，该结构使得NH3输送距离变短且无喷氨死角，更有利于喷氨。
（2）混合烟气入口与壳体内筒组成除尘器，运用旋风除尘原理，结构简单，运行可靠，可除去大部分粉尘，防止其对后续脱硝催化剂床层的磨损，污染和堵塞。
（3）壳体内筒壁内侧上设置有吸热螺旋板，一方面，螺旋板平行排列，可辅助除尘，提高除尘效率，另一方面，螺旋板可吸收入口烟气中的热量，并结合内筒壁和散热整流板分摊热量，实现在整个烟气处理过程中烟气温度均匀分布，减少热量损失，提高总体脱硝效率，有效防止催化剂烧结。
（4）本发明在不增加装置长度的情况下，大大延长了混氨时间，不但结构紧凑，而且可有效提高NOx的去除率和降低氨逃逸率。
（5）当混合烟气经过文丘里通道时，由于烟道面积突然缩小，烟气流速增加，湍流增强，进一步强化了反应物的混合程度与分布的均匀性。当烟气从文丘里通道中出来，烟道面积突然扩大，烟气流速降低，便于反应物在脱硝催化剂床层上充分反应。
（6）文丘里通道与壳体内筒的直径方向成10°~40°角，且与水平面成15°~55°角，可使烟气以较低阻力进入壳体外筒。文丘里通道入口处向壳体内筒中心方向伸出一定距离，伸出部分呈水平布置，背面光滑且成拱形，可有效防止落下的灰尘被烟气带入壳体外筒。文丘里通道入口和出口设计成流线型，可以大大降低设备压损，节约运行成本。
（7）烟气从脱硝催化剂床层底部进入，灰尘不易于累积在催化剂床层之上，同时使得催化剂床层清灰变得更容易。
（8）脱硝催化剂床层呈辐射状分布于外筒壁和内筒壁之间的环隙内，相对于等体积的柱形催化剂，烟气分布的跨度减小，反应物绝对浓度差将大大降低，从而能充分利用全部催化剂，提高去NOx除效率，降低氨逃逸率。
（9）除尘脱销壳体外筒壁上可根据需要设置观察孔、烟气监测孔以及检修孔，从而可方便对脱硝催化剂床层进行观测和检修，同时对烟气各项指标进行监测。
附图说明
图1为本发明除尘脱硝一体化装置的正剖视图；
图2为图1所示除尘脱硝一体化装置沿A-A的剖视图；
图3为图1所示除尘脱硝一体化装置沿B-B的剖视图；
图4为图1所示除尘脱硝一体化装置沿C-C的剖视图；
图5为图1所示除尘脱硝一体化装置沿D-D的剖视图。
图中：1、新型喷氨格栅；2、氨气入口；3、混合烟气入口；4、外筒；5、内筒；6、吸热螺旋板、7、内筒壁；8、散热整流板；9、文丘里通道；10、清灰口门；11、灰斗；12、灰斗风门；13、导流板；14、脱硝催化剂床层；15、外筒壁；16、烟气出口；17、输氨管道；18、环形烟道外壁；19、环形烟道内壁；20、喷氨嘴；21、烟气通道。
具体实施方式
如图1至图5所示，所述除尘脱硝一体化装置包括烟气通道21，混合烟气入口3，由外筒4和内筒5构成的壳体，壳体底部的灰斗11，烟气通道21与混合烟气入口3连接，混合烟气入口3与壳体连通，外筒壁15和内筒壁7之间有环隙，所述环隙内设有呈辐射状均匀分布的脱硝催化剂床层14，外筒4与内筒5通过文丘里通道9连通，所述烟气通道21横截面为环状，烟气通道21中设有辐射状分布的喷氨格栅1，喷氨格栅1包括输氨管道17和沿输氨管道17呈辐射状分布于烟气通道21内的喷氨嘴20。所述混合烟气入口3设置于内筒5上部，使烟气沿切线方向进入内筒5。在所述内筒壁7内侧，沿烟气流动方向，并排安装有成螺旋状盘绕于内筒壁7上的吸热螺旋板6。所述吸热热螺旋板6之间间隔为0.1m~0.3m，吸热螺旋板6边缘向内筒5中心伸出0.1R~0.3R（R为内筒5半径，单位为m），伸出部分与竖直方向成45°~70°夹角α。所述文丘里通道9的通道口向内筒5中心伸出0.15R~0.4R （R为内筒5半径，单位为m），文丘里通道9的入口和出口按气流流动方向设计成流线型。所述文丘里通道9与内筒5的直径方向成10°~40°夹角β，与水平面成15°~55°夹角γ。所述文丘里通道9向内筒5中心伸出的部分与水平面平行且顶部呈拱状。脱硝催化剂床层14下方设有环形散热整流板8。所述脱硝催化剂床层14中催化剂可为通道式整体催化剂、填充床式催化剂、高温型催化剂或中低温催化剂。所述内筒壁7底部与竖直方向成20°~ 45°角φ，外筒壁15底部与竖直方向成20°~ 45°角θ。在灰斗11和除尘脱硝壳体内筒5以及外筒4之间有灰斗风门12，在灰斗11底部有清灰口门10。
Claims (6)
1.一种除尘脱硝一体化装置，包括烟气通道（21），混合烟气入口（3），由外筒（4）和内筒（5）构成的壳体，壳体底部的灰斗（11），烟气通道（21）与混合烟气入口（3）连接，混合烟气入口（3）与壳体连通，外筒壁（15）和内筒壁（7）之间有环隙，外筒（4）与内筒（5）通过文丘里通道（9）连通，其特征在于，所述烟气通道（21）横截面为环状，烟气通道（21）中设有辐射状分布的喷氨格栅（1），喷氨格栅（1）包括输氨管道（17）和沿输氨管道（17）呈辐射状分布于烟气通道（21）内的喷氨嘴（20）；所述环隙内设有脱硝催化剂床层（14）；
在所述内筒壁（7）内侧，沿烟气流动方向，并排安装有成螺旋状盘绕于内筒壁（7）上的吸热螺旋板（6）；
所述吸热螺旋板（6）之间间隔为0.1m~0.3m，吸热螺旋板（6）边缘向内筒（5）中心伸出0.1R~0.3R，其中，R为内筒（5）的半径，单位为m，伸出部分与竖直方向成45°~70°夹角（α）；
所述文丘里通道（9）的通道口向内筒（5）中心伸出0.15R~0.4R，其中，R为内筒（5）的半径，单位为m，文丘里通道（9）的入口和出口按气流流动方向设计成流线型；
所述文丘里通道（9）与内筒（5）的直径方向成10°~40°夹角（β），与水平面成15°~55°夹角（γ）。
2.如权利要求1所述的除尘脱硝一体化装置，其特征在于，所述混合烟气入口（3）设置于内筒（5）上部，使烟气沿切线方向进入内筒（5）。
3.如权利要求1所述的除尘脱硝一体化装置，其特征在于，所述文丘里通道（9）向内筒（5）中心伸出的部分与水平面平行且顶部呈拱状。
4.如权利要求1所述的除尘脱硝一体化装置，其特征在于，所述脱硝催化剂床层（14）下方设有环形散热整流板（8）。
5.如权利要求4所述的除尘脱硝一体化装置，其特征在于，所述脱硝催化剂床层（14）中催化剂为通道式整体催化剂、填充床式催化剂、高温型催化剂或中低温催化剂。
6.如权利要求1所述的除尘脱硝一体化装置，其特征在于，所述内筒壁（7）底部与竖直方向成20°~ 45°角（φ），外筒壁（15）底部与竖直方向成20°~ 45°角（θ）。
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