CN102688731B - 一种流态化反应器及使用该反应器的烟气催化脱硝装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流态化反应器及使用该反应器的烟气催化脱硝装置，流态化反应器包括壳体，所述壳体的下端设有进气口，上端设有出气口，壳体内水平设有催化床层，所述催化床层包括催化反应床及设于所述催化反应床上的反应床料，所述催化反应床为用于将进入催化单元的气流引致反应床料上的导流板。本发明的流态化反应器在使用过程中，导流板可有效地引导待反应的气流至所述的反应床料上，从而使之与反应床料充分接触反应，大大地提高了脱硝反应器的催化反应效率，解决了现有的脱硝反应器的脱硝反应器的脱硝效率低的问题。

Description

一种流态化反应器及使用该反应器的烟气催化脱硝装置

技术领域

本发明涉及烟气污染控制领域，尤其是一种适用于垃圾电厂、废弃物焚烧电厂及煤电厂的流态化反应器及使用该反应器的烟气催化脱硝装置。

背景技术

随着经济的高速发展，资源有限、环境恶化和人口增长所带来的问题日益突出,合理、洁净和高效地利用有限的资源变得至关重要。城市生活垃圾焚烧技术是一种高效处理技术，相对于堆肥处理和化学处理而言，该技术具有无害化彻底、减容化显著、可资源化利用程度高等优点。但是，焚烧过程中由于操作工艺的局限极易造成二次污染，其中焚烧烟气中的NOx污染物最为直接、影响显著，该污染物不仅危害人体健康，而且会对大气、土壤及地下水造成严重的二次污染。若不进行有效的控制和治理，必将对环境造成十分严重的污染与破坏，直接或间接地破坏人类的健康与生存。开展这类焚烧烟气中NOx的有效治理，已成为当前环境治理急需解决的重大问题之一。

但垃圾焚烧厂同燃煤、燃油等发电厂一样，排入大气环境中的烟气也会含有一定量的烟尘颗粒物，HCl、HF、SO2和NOx酸性气体以及二恶英类等大气污染物。对此，生活垃圾电厂在尾部均设计并安装脱酸反应塔、布袋除尘器等烟气净化设施，成功控制了烟尘、颗粒物和易溶性酸性气体，但烟气中的NOx氮氧化物，由于绝大部分为NO，不易溶于水，通过现有的脱硝装置不能有效去除，致使高浓度排放.

申请号为201110121309.2的中国专利申请公开了一种不用氨还原剂的烧结烟气脱硝系统，该脱硝系统包括依次连接的加热器、脱硝反应器及除尘器，所述的脱硝反应器中设有催化床层。在工作过程中，烟气首先经过所述的加热器加热，然后依次经过所述的脱硝反应器及除尘器，从而完成对烟气的除尘和脱硝。上述不用氨还原剂的烧结烟气脱硝系统虽然在一定程度上解决了烟气中的不溶于水的氮氧化物高浓度排放的问题，但是其在使用过程中仍然存在以下问题；1）在使用过程中，经过所述加热器的烟气由于流速、距加热器的距离等不同，因此在加热器处受热不均，而温度是催化反应的一个至关重要的条件，因此烟气在预加热单元处的受热不均直接降低了脱硝反应器的脱硝效率；2）所述的脱硝反应器采用一般的单层式流态化反应器，虽然与固定床式反应器相比实现了对反应床料的在线更换，但是在烟气排量较高的场合，其工作效率低下，具体地说，即设置于流化床上的反应床料堆积过厚且与烟气的接触面积小、接触时间短，另一方面，堆积过厚的反应床料堆积极易被磨损且反应不完全，这则造成了对反应床料的浪费；3）由于所述的除尘器设于所述的脱硝反应器下游，脱硝反应器在工作时是与含有粉尘的烟气反应，影响了反应床料的反应效率，同时加剧了反应床料的磨损，造成了反应床料的浪费，另外，经所述加热器加热后的烟气无规律的流向脱硝反应器，不规律分布的气流从另一方面降低了反应床料的反应效率；4）所述的除尘装置采用传统的布袋式除尘器，其对烟气的流动造成阻力且正常工作的寿命短，需经常更换。

发明内容

本发明的目的在于提供一种流态化反应器，以解决现有的脱硝反应器的脱硝效率低的问题；同时本发明的目的还在于提供使用上述流态化反应器的烟气催化脱硝装置。

为了解决上述问题，所述流态化反应器采用以下技术方案：一种流态化反应器，包括壳体，所述壳体的下端设有进气口，上端设有出气口，壳体内水平设有催化床层，所述催化床层包括催化反应床及设于所述催化反应床上的反应床料，所述催化反应床为用于将进入催化单元的气流引致反应床料上的导流板，催化反应床的外周面于壳体的内壁面之间间隙配合。

所述流态化反应器包括两层以上所述的催化床层，各催化床层从上向下依次平行间隔设置且穿设有中心管，所述中心管与各催化床层的配合处于管壁上设有进气孔，中心管的上端与所述壳体的出气口相通。

所述中心管与各催化床层的配合处套设有圆柱形筛板。

所述烟气催化脱硝装置采用以下技术方案：一种及其烟气催化脱硝装置，包括壳体，所述壳体的下端设有烟气进口，上端设有洁净烟气出口，壳体内于其烟气进口和洁净烟气出口之间设有气流通道，所述气流通道内从上到下依次设有催化反应单元和颗粒物脱除装置，所述催化反应单元包括流态化反应器，所述流态化反应器包括水平设置的催化床层，所述催化床层包括催化反应床及设于所述催化反应床上的反应床料，所述催化反应床为用于将进入催化单元的气流引致反应床料上的导流板。

所述催化反应单元与颗粒物脱除装置之间隔设有筛网。

所述流态化反应器包括两层以上所述的催化床层，各催化床层从上向下依次平行间隔设置且穿设有中心管，所述中心管与各催化床层的配合处于管壁上设有进气孔，中心管的上端与所述壳体的洁净烟气出口相通，中心管的外壁面上于流态化反应器的上方处设有与壳体的内壁面密封配合的外翻沿。

所述中心管与各催化床层的配合处套设有圆柱形筛板。

由于本发明的流态化反应器的壳体的下端设有进气口，上端设有出气口，壳体内水平设有催化床层，所述催化床层包括催化反应床及设于所述催化反应床上的反应床料，所述催化反应床为用于将进入催化单元的气流引致反应床料上的导流板；因此在使用过程中，导流板可有效地按设定流向引导待反应的气流至所述的反应床料上，从而使之与反应床料充分接触反应，大大地提高了脱硝反应器的催化反应效率，解决了现有的脱硝反应塔的脱硝反应器的脱硝效率低的问题。

附图说明

图1是流态化反应器的实施例1的结构示意图；

图2是烟气催化脱硝装置的实施例1的结构示意图。 

具体实施方式

流态化反应器的实施例1，如图1所示，具有壳体51，壳体51呈圆筒形且其下端为敞口式结构，壳体51下端的敞口结构形成其进气口，壳体51的上端设有出气口51-1，壳体51内从上到下水平设置有四层（当然，在其它实施例中为一层以上皆可）催化床层52，采用多层催化床层层叠的方式使得烟气与催化床层充分接触，在保证催化床层52内部温度均匀的前提下提高催化反应速率，充分提高反应床料的利用率，避免了反应床料积淀过厚，防止了反应床料堵塞催化反应床的问题的发生；各催化床层52均包括催化反应床52-1及设于催化反应床52-1上的反应床料52-2，其中催化反应床52-1为用于将进入催化单元的气流引致反应床料52-2上的导流板（市购品），此处将所述的催化反应床52-1设为导流板结构，可有效地按设定方向引导待反应的气流至所述的反应床料52-2上，从而使之与反应床料52-2充分接触反应，大大地提高脱硝反应器的催化反应效率；壳体51内设有轴线沿上下方向延伸的中心管53，中心管53的下端位于最底层的反应床上，其上端依次穿过各催化床层后与壳体51的出气口导通，中心管53与各催化床层52的配合处于管壁上设有进气孔且套设有圆柱形的筛网54,通过该装置不仅改善了催化脱硝的脱除效率，而且简化了系统装置，还通过气固传热反应提高了烟气的温度，增强了催化剂的利用率。

在流态化反应器的其它实施例中，流态化反应器的实施例1中所述的流态化反应器的催化床层为一层以上皆可。

烟气催化脱硝装置的实施例1，如图2所示，具有壳体1，壳体呈圆筒形且分为上半段和下半段两段，所述上半段和下半段之间法兰连接，采用两段式的壳体1可方便的更换壳体1内部的各部件，其中上半段的上端设有供经过处理的洁净烟气排出的洁净烟气出口1-1，下半段的下端设有供对应烟道内的烟气进入的烟气进口，壳体1内于所述烟气进口和洁净烟气出口1-1之间设有气流通道；壳体1的下端于其烟气进口处设有预加热单元，预加热单元用于对进入所述气流通道内的烟气进行预加热以提高其催化反应效率，预加热单元包括加热器2及设于加热器2上方的预热床层，其中预热床层设于所述气流通道内，加热器2采用盘管式加热器，预热床层包括一上下透气的预热床3-1及设于预热床3-1上的预热床料3-2，预热床料3-2用于在烟气经加热器预加热后通过时达到流态化并与烟气换热，从而充分混合原本在加热器2处受热不均的烟气使其达到等温，提高其下一步的催化反应效率，该实施例中，预热床料3-2采用石英砂，预热床3-1的上表面上布设有风帽4，风帽4下端设有进气口，预热床3-1上设有与所述进气口相通的通孔，风帽4使得预热床3-1形成一布风板，用于将通过的气流均匀的分配并改变其流向，从而使得通过的烟气以设定方向流动，预热床3-1的底部连接有用于导出预热床料3-2的床料导出管10，床料导出管10上设有排料开关阀11；壳体1的气流通道内一上一下设有催化反应单元和颗粒物脱除装置，颗粒物脱除装置设于预加热单元上方以对经过预加热的烟气进行除尘，颗粒物脱除装置包括除尘座5及除尘管6，除尘座5呈上端开口、下端封口的筒形，除尘管6的整体外轮廓呈Y形，其上、下两端均为开口结构，除尘管6上端的外壁面与壳体1的内壁面密封配合，除尘管6的下端插入除尘座5内且其下端面与除尘座5的底面间隙配合，其位于除尘座5内的部分的外壁面均与除尘座5的内壁面间隙配合，除尘座的上端处的内壁面与除尘管的外壁面间隙配合，从而使得进入颗粒物脱除装置的烟气必须首先从下向上运动，被除尘管6挡止后开始在压差作用下从上向下运动进入除尘座5，进而从除尘座5内的烟气再次从下向上进入除尘管6，最终从除尘管6的上端开口处排出颗粒物脱除装置，烟气在颗粒物脱除装置中多次换向运动，同时结合重力的作用致使其中夹杂的颗粒物7得以脱除并沉积于除尘座5内，除尘座5上设有颗粒物导出管8，颗粒物导出管8的一端固连于除尘座5上并与除尘座5的内腔相通，另一端悬伸至壳体1之外并向下倾斜，颗粒物导出管8用于将沉积于除尘座5内的颗粒物7导出反应装置，颗粒物导出管8伸出壳体的部分上设有排粒开关阀9，排粒开关阀9用于根据需要开启或切断颗粒物导出管8；催化反应单元与颗粒物脱除装置之间隔设有筛网12，该筛网12采用金属筛网，筛网12一方面可进一步对烟气进行除尘处理，另一方面用于对即将进入催化反应单元内的烟气进行均匀分配；催化反应单元包括流态化反应器，本实施例中，流态化反应器包括四层催化床层，各催化床层均包括催化反应床13及设于催化反应床13上的反应床料14，催化反应床13设计为导流板，以将进入催化反应单元的烟气引致反应床料14上并使反应床料14达到流态化，从而使得烟气与反应床料充分接触，在保证催化床层内部温度均匀的前提下提高催化反应速率，充分提高反应床料的利用率，避免了反应床料的积淀，防止了反应床料堵塞催化反应床的问题的发生；各催化床层的中心处穿设有一中心管15，该中心管15的上端与壳体的洁净烟气出口1-1导通且设有外翻沿15-1，中心管15的外翻沿将壳体内的气流通道在竖向上隔断，中心管15与各催化床层的配合处分别设有供经催化反应后的烟气通过的通孔且套设有圆柱形筛板18，圆柱形筛板用于防止反应床料随烟气进入中心管15；从而使得与各催化床层反应后的烟气形成洁净烟气并从中心管15经由壳体的洁净烟气出口排出；颗粒物脱除装置和催化反应单元上各设有测温装置16，测温装置16采用热电偶并连接有控制器17，控制器17用于根据测温装置的信号调节加热器；另外，烟气进口处还设有流量监测装置（图中未示出），流量监测装置用于监测进入颗粒物脱除装置的烟气流量，使用过程中，将所述的烟气进口与锅炉燃烧后的烟气相连，锅炉中产生的烟气量由燃烧风控制，而燃烧风是根据燃料量的多少来控制的，通过观察所述流量监测装置可适时的控制锅炉的燃料量，从而使得进入所述烟气进口的烟气量控制在最佳范围内，充分发挥本发明的垃圾焚烧烟气除尘催化脱硝反应装置的脱硝性能。    

在烟气催化脱硝装置的其它实施例中，烟气催化脱硝装置的实施例1中所述的流态化反应器的催化床层为一层以上皆可。

Claims (7)

1.一种流态化反应器，其特征在于，包括壳体，所述壳体的下端设有进气口，上端设有出气口，壳体内水平设有催化床层，所述催化床层包括催化反应床及设于所述催化反应床上的反应床料，所述催化反应床为用于将进入催化单元的气流引致反应床料上的导流板，催化反应床的外周面于壳体的内壁面之间间隙配合，所述导流板按设定流向引导待反应的气流至所述的反应床料上。

2.根据权利要求1所述的流态化反应器，其特征在于，所述流态化反应器包括两层以上所述的催化床层，各催化床层从上向下依次平行间隔设置且穿设有中心管，所述中心管与各催化床层的配合处于管壁上设有进气孔，中心管的上端与所述壳体的出气口相通。

3.根据权利要求2所述的流态化反应器，其特征在于，所述中心管与各催化床层的配合处套设有圆柱形筛板。

4.一种烟气催化脱硝装置，包括壳体，所述壳体的下端设有烟气进口，上端设有洁净烟气出口，壳体内于其烟气进口和洁净烟气出口之间设有气流通道，其特征在于，所述气流通道内从上到下依次设有催化反应单元和颗粒物脱除装置，所述催化反应单元包括流态化反应器，所述流态化反应器包括水平设置的催化床层，所述催化床层包括催化反应床及设于所述催化反应床上的反应床料，催化反应床的外周面于壳体的内壁面之间间隙配合，所述催化反应床为用于将进入催化单元的气流引致反应床料上的导流板。

5.根据权利要求4所述的烟气催化脱硝装置，其特征在于，所述催化反应单元与颗粒物脱除装置之间隔设有筛网。

6.根据权利要求4所述的烟气催化脱硝装置，其特征在于，所述流态化反应器包括两层以上所述的催化床层，各催化床层从上向下依次平行间隔设置且穿设有中心管，所述中心管与各催化床层的配合处于管壁上设有进气孔，中心管的上端与所述壳体的洁净烟气出口相通，中心管的外壁面上于流态化反应器的上方处设有与壳体的内壁面密封配合的外翻沿。

7.根据权利要求6所述的烟气催化脱硝装置，其特征在于，所述中心管与各催化床层的配合处套设有圆柱形筛板。