CN102698594B - 一种垃圾焚烧烟气预热催化脱硝反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种垃圾焚烧烟气预热催化脱硝反应装置，包括壳体，壳体的下端设有烟气进口，上端设有洁净烟气出口，壳体内设有气流通道，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，烟气入口处设有预加热单元，预加热单元包括加热器及设于所述加热器上方的预热床层，预热床层包括预热床，预热床上设有用于在烟气通过时达到流态化并与烟气换热的预热床料；在工作过程中，经加热器加热后待进入催化反应单元反应的烟气首先经过预热床层并使得预热床层的预热床料达到流态化，从而使得原本在加热器处受热不均的烟气充分混合并达到等温，从而解决现有的脱硝反应塔由于对烟气预热不均而引起的脱硝效率低的问题。

Description

一种垃圾焚烧烟气预热催化脱硝反应装置

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、废弃物焚烧电厂及燃煤电厂的垃圾焚烧烟气预热催化脱硝反应装置。

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垃圾焚烧烟气预热催化脱硝反应装置，以解决现有的脱硝反应塔由于对烟气预热不均而引起的脱硝效率低的问题。

为了解决上述问题，所述垃圾焚烧烟气预热催化脱硝反应装置采用以下技术方案：一种垃圾焚烧烟气预热催化脱硝反应装置，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，所述烟气入口处设有预加热单元，所述预加热单元包括加热器及设于所述加热器上方的预热床层，所述预热床层包括上下透气的预热床，所述预热床上设有用于在烟气通过时达到流态化并与烟气换热的预热床料。

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。

所述颗粒物脱除装置包括除尘座及除尘管，所述除尘座呈上端开口、下端封口的筒形，所述除尘管的上、下两端均为开口结构且其上端的外壁面与壳体的内壁面密封配合，除尘管的下端插入除尘座内且其下端面与除尘座间隙配合，除尘座的上端内壁面与除尘管的外壁面间隙配合。

所述烟气进口处设有用于监测进入颗粒物脱除装置的烟气流量的流量监测装置。

所述颗粒物脱除装置和催化反应单元上各设有测温装置，所述测温装置连接有用于根据测温装置的信号调节所述加热器的控制器。

所述预热床的底部连接有用于导出所述预热床料的床料导出管，所述床料导出管上设有排料开关阀。

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且套设有圆柱形筛板，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。

所述预热床的上表面上布设有风帽，预热床上设有与风帽的进气口相通的通孔。

所述催化反应单元与颗粒物脱除装置之间隔设有筛网。

所述除尘座上连接有用于导出沉积于除尘座内的粉尘颗粒的颗粒物导出管，所述颗粒物导出管远离除尘座的一端延伸至壳体之外且设有排粒开关阀。

由于本发明的垃圾焚烧烟气预热催化脱硝反应装置的预加热单元在其加热器的上方设有所述预热床层，所述预热床层包括上下透气的预热床，所述预热床上设有用于在烟气通过时达到流态化并与烟气换热的预热床料；因此，在工作过程中，经所述加热器加热后待进入所述催化反应单元反应的烟气首先经过所述的预热床层并使得预热床层的预热床料达到流态化，从而使得原本在加热器处受热不均的烟气充分混合并达到等温，从而解决现有的脱硝反应塔由于对烟气预热不均而引起的脱硝效率低的问题；另外，所述预热床料的流态化同时使得从所述预加热单元流出的烟气均匀的流向颗粒物脱除装置，这则优化了颗粒物脱除装置对烟气的除尘过滤性能，减小了烟气中的粉尘对催化反应单元的影响，从另一方面提高了垃圾焚烧烟气预热催化脱硝反应装置的脱硝效率。

附图说明

图1是垃圾焚烧烟气预热催化脱硝反应装置的实施例1的结构示意图。 

具体实施方式

垃圾焚烧烟气预热催化脱硝反应装置的实施例1，如图1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。，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，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。    

在垃圾焚烧烟气预热催化脱硝反应装置的其它实施例中，垃圾焚烧烟气预热催化脱硝反应装置的实施例1中所述的流态化反应器的催化床层为一层以上皆可；所述流态化反应器还可以通过其它类型的反应器来替代；所述预热床料还可以采用石英砂、氧化铁或氧化铝颗粒等材料。

Claims (10)

1.一种垃圾焚烧烟气预热催化脱硝反应装置，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，所述烟气入口处设有预加热单元，所述预加热单元包括加热器及设于所述加热器上方的预热床层，所述预热床层包括上下透气的预热床，所述预热床上设有用于在烟气通过时达到流态化并与烟气换热的预热床料。

2.根据权利要求1所述的垃圾焚烧烟气预热催化脱硝反应装置，其特征在于，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。

3.根据权利要求1所述的垃圾焚烧烟气预热催化脱硝反应装置，其特征在于，所述颗粒物脱除装置包括除尘座及除尘管，所述除尘座呈上端开口、下端封口的筒形，所述除尘管的上、下两端均为开口结构且其上端的外壁面与壳体的内壁面密封配合，除尘管的下端插入除尘座内且其下端面与除尘座间隙配合，除尘座的上端内壁面与除尘管的外壁面间隙配合。

4.根据权利要求1所述的垃圾焚烧烟气预热催化脱硝反应装置，其特征在于，所述烟气进口处设有用于监测进入颗粒物脱除装置的烟气流量的流量监测装置。

5.根据权利要求1所述的垃圾焚烧烟气预热催化脱硝反应装置，其特征在于，所述颗粒物脱除装置和催化反应单元上各设有测温装置，所述测温装置连接有用于根据测温装置的信号调节所述加热器的控制器。

6.根据权利要求1所述的垃圾焚烧烟气预热催化脱硝反应装置，其特征在于，所述预热床的底部连接有用于导出所述预热床料的床料导出管，所述床料导出管上设有排料开关阀。

7.根据权利要求2所述的垃圾焚烧烟气预热催化脱硝反应装置，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且套设有圆柱形筛板，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。

8.根据权利要求3所述的垃圾焚烧烟气预热催化脱硝反应装置，其特征在于，所述预热床的上表面上布设有风帽，预热床上设有与风帽的进气口相通的通孔。

9.根据权利要求3所述的垃圾焚烧烟气预热催化脱硝反应装置，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。

10.根据权利要求3所述的垃圾焚烧烟气预热催化脱硝反应装置，其特征在于，所述除尘座上连接有用于导出沉积于除尘座内的粉尘颗粒的颗粒物导出管，所述颗粒物导出管远离除尘座的一端延伸至壳体之外且设有排粒开关阀。

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