CN105854537B - 一种工业炉窑预脱除三氧化硫和脱硝装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业炉窑预脱除三氧化硫和脱硝装置及方法，在脱硝之前先进行预脱除三氧化硫，再进行低温脱硝；所述装置由管道、三氧化硫脱除塔、脱硝反应塔、引风机、氨喷射装置、工艺水喷头、整流器以及烟气检测设备、阀门、流量计等组成；本发明的优点是：在脱硝反应塔前面加装一个三氧化硫脱除塔，延长了催化剂的寿命，同时，该装置还可达到部分除尘的效果，此外，取消了脱硝反应塔内的喷氨装置，优化了脱硝反应塔结构设计，根据工况条件、催化剂的活性、用量进行脱硝反应塔内催化剂层数、种类和结构型式的设计；本装置的脱硝效率达到90％以上，氨逃逸量小于3.8mg/m3，运行时间超过20个月时，仍然稳定高效。

Description

一种工业炉窑预脱除三氧化硫和脱硝装置及方法
技术领域
本发明属于环保技术领域中氮氧化物的净化处理，涉及工业炉窑中氮氧化物的净化，具体涉及一种工业炉窑预脱除三氧化硫和脱硝装置及方法。
背景技术
在工业炉窑生产过程中，燃料燃烧产生的污染物包括烟尘、SO2、NOx、HCl以及HF及少量重金属等。以玻璃炉窑为例，平板玻璃工业属于基础原材料行业，与国民经济的发展密切相关。2011年，我国平板玻璃的产量达到7.38亿箱，占世界产量的一半左右。平板玻璃工业属于高能耗、高排放的行业，是我国重点工业污染控制行业之一。2011年4月2日，环境保护部和国家质量监督检验检疫总局发布的《平板玻璃工业大气污染物排放标准》规定，自2014年1月1日起，现有玻璃企业按新建线标准执行，即：玻璃熔窑颗粒物50mg/m3，二氧化硫400mg/m3，氯化氢30mg/m3，氟化物5mg/m3，氮氧化物700mg/m3。因此，对于烟气量较小的工业炉窑来说，必须进一步优化和改善减排技术。目前采用的烟气治理技术主要有两类：一类是先除尘和脱硫，再脱硝；另外一类是先脱硝，再除尘和脱硫。
对于第一类烟气治理技术来说，经过除尘和脱硫后的烟气温度一般低于200℃，而目前工业上应用的钒基脱硝催化剂的最佳操作温度窗口在300～400℃之间，所以必须研发出更加高效的低温脱硝催化剂来满足氮氧化物排放要求。但是，短期之内开发出可以工业化的低温脱硝催化剂难度较大。
对于第二类烟气治理技术来说，主要的问题是进入脱硝催化剂之前的烟气中含有一定量的三氧化硫，而三氧化硫容易与还原剂氨反应生成白色粘稠状的硫酸氢铵，使得脱硝催化剂很快中毒失活。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种工业炉窑预脱除三氧化硫和脱硝装置及方法，在进入脱硝反应塔之前，预先脱除烟气中的三氧化硫，可延长催化剂的寿命，同时，还可达到部分除尘的效果，此外，取消了脱硝反应塔内的喷氨装置，优化了脱硝反应塔结构设计，根据工况条件、催化剂的活性、用量进行脱硝反应塔内催化剂层数、种类和结构型式的设计；本装置的脱硝效率达到90％以上，氨逃逸量小于3.8mg/m3，运行时间超过20个月时，仍然稳定高效。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种工业炉窑预脱除三氧化硫和脱硝装置，包括脱硝反应塔和三氧化硫脱除塔，三氧化硫脱除塔底部设置有用于喷送氨的喷枪6以及与工业炉窑烟气连接的烟气进口，三氧化硫脱除塔的顶部设置有与脱硝反应塔顶部烟气进口通过管道连接的烟气出口，脱硝反应塔底部的烟气出口与除尘脱硫装置连接。
所述三氧化硫脱除塔内安装有若干斜置的挡流板9，可以使得烟气和氨混合更加均匀，在挡流板9的上方安装一层填料层8，可使得氨和三氧化硫充分反应。填料层8可采用泡沫陶瓷填料，规整布置，厚度一般在20～60cm之间，孔隙率90％-92％左右。
所述三氧化硫脱除塔内的顶部安装有工艺水喷头7，以清洗附着在三氧化硫脱除塔内部的硫酸氢铵，清洗的废水由三氧化硫脱除塔底部排出。
所述三氧化硫脱除塔的烟气进口为水平进口，所述喷枪6位于烟气进口的上方。
所述脱硝反应塔内的顶部设置有用于对进入烟气进行气流分布的整流器11，烟气由顶部竖直向下流动，在整流器11的下方设置催化剂床层12。催化剂床层12可设置有多个，相邻催化剂床层12之间设置吹灰器10进行定期清灰。
脱硝反应塔中，可根据工业烟气温度选择钒基或者铈基氧化物催化剂，催化剂采用模块化设计以减少更换催化剂的时间，成型的催化剂为蜂窝状，可根据工业烟气飞灰的特性合理选择催化剂孔径大小，以确保催化剂不堵灰，同时，催化剂设计尽可能的降低压力损失。催化剂各层模块规格统一、具有互换性。
所述工业炉窑烟气同时与三氧化硫脱除塔的烟气进口、脱硝反应塔的烟气进口以及除尘脱硫装置连接，并在各连接管道上设置温度探头及表1、流量计2、NOx及O2传感器3以及阀门5。
本发明一种工业炉窑预脱除三氧化硫和脱硝方法，先利用氨去除烟气中的三氧化硫，然后将烟气进行脱硝，最后再进行除尘并脱除烟气中的其它类型硫。具体地，在脱硝反应器前面加装一个三氧化硫脱除塔，烟气经过其中时，通过喷射氨气，使烟气中的三氧化硫与氨反应生成硫酸氢铵，而粘性的硫酸氢铵会附着在挡流板或者填料层上，这样就会消除烟气中三氧化硫。当烟气到达脱硝反应塔时，由于其中不含有三氧化硫，脱硝催化剂上生成硫酸氢铵的量会大大降低，从而减少了催化剂中毒的机率，延长了脱硝催化剂的寿命。此外，根据工况条件、催化剂的活性、用量进行脱硝反应塔内催化剂层数、种类和结构型式的设计。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、在脱硝反应塔前面加装一个三氧化硫脱除塔，通过预先脱除烟气中的三氧化硫，减少硫酸氢铵在脱硝反应塔内的生成量，从而降低脱硝催化剂的中毒机率，最终延长了催化剂的寿命；2、三氧化硫脱除塔内生成的硫酸氢铵粘性较大，可吸附烟气中的灰尘，这样起到部分除尘的效果；3、三氧化硫脱除塔内的喷氨量是过量的，未与三氧化硫反应的氨随烟气进入脱硝反应塔内，最终在催化剂的表面与氮氧化物生成N2，这样就可以不用再在脱硝反应塔内安装喷氨装置，优化了脱硝反应塔结构设计；4、可根据工况条件、催化剂的活性、用量进行脱硝反应塔内催化剂层数、种类和结构型式的设计。
附图说明
图1为本发明工业炉窑预脱除三氧化硫和脱硝装置的结构示意图。
图中各标记为：1、温度探头及表；2、流量计；3、NOx及O2传感器；4、检测口；5、阀门；6、喷枪；7、工艺水喷头；8、填料层；9、挡流板；10、吹灰器；11、整流器；12、催化剂床层；13、引风机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，本发明一种工业炉窑预脱除三氧化硫和脱硝装置，包括脱硝反应塔和三氧化硫脱除塔，三氧化硫脱除塔底部设置有用于喷送氨的喷枪6以及与工业炉窑烟气连接的烟气进口，三氧化硫脱除塔的顶部设置有与脱硝反应塔顶部烟气进口通过管道连接的烟气出口，脱硝反应塔底部的烟气出口与除尘脱硫装置连接。
在三氧化硫脱除塔中，工业炉窑烟气由反应塔底部进入，同时，脱除三氧化硫用的氨由喷枪6从反应塔底部喷出。为了使两种气体混合更加均匀，首先在三氧化硫脱除塔下部安装一定量的挡流板9。此外，为了使氨和三氧化硫充分反应，在挡流板的上方安装一层填料层8。为了定期清洗附着在三氧化硫脱除塔内部的硫酸氢铵，在反应塔的顶部安装了一个工艺水喷头7，清洗的废水由反应塔底部排出。随后，脱除了三氧化硫的烟气由管道进入脱硝反应塔。在脱硝反应塔中，进入的烟气首先通过整流器11进行气流均布。脱硝反应塔中的催化剂有三个床层12，两个床层之间安装了吹灰器10进行定期清灰。最后，净化后的烟气由引风机13进入除尘脱硫装置后排放。
以下给出采用图1所述的装置和方法的实施例。
(1)烟气来源：工业炉窑。燃料：重油或焦炭粉。处理工业烟气量：10000m3/h；NOx浓度：2000-4000mg/m3；SO2浓度：2000-5000mg/m3；颗粒物：500-2000mg/m3；烟气温度：180℃-270℃；氯化氢:163.57mg/m3；氟化物(以总F计)：26.09mg/m3。
(2)脱硝反应器内部的催化剂，采用稀土铈改性的低钒催化剂。催化剂设置为3层，2用1备。根据工况条件、催化剂的活性、用量进行SCR反应器内催化剂层数、种类和结构型式的设计，使其在任何工况条件下将氨的逃逸率控制在5ppm以内。根据玻璃烟气飞灰的特性合理选择孔径大小并设计有防堵灰措施，以确保催化剂不堵灰，同时，催化剂设计尽可能的降低压力损失。催化剂模块设计有效防止烟气短路的密封系统，密封装置的寿命不低于催化剂的寿命。催化剂各层模块规格统一、具有互换性。催化剂设计考虑工业炉窑烟气中含有的任何微量元素可能导致的催化剂中毒。在加装新的催化剂之前，催化剂体积满足性能保证中关于脱硝效率和氨的逃逸率等的要求。同时，全面考虑预留加装催化剂的空间。催化剂采用模块化设计以减少更换催化剂的时间。催化剂模块采用钢结构框架，并便于运输、安装、起吊。
(3)烟气中NOx及O2的浓度通过传感器3进行实时监测。
(4)烟气是否通过三氧化硫预除塔及脱硝反应塔可通过阀门5进行控制。
(5)最后一级除尘脱硫装置中，脱硫采用的是常规的石灰石-石膏湿法脱硫法，除尘采用的是常规的湿式电除尘法。
(6)净化后的烟气：脱硝效率92％，氨逃逸3.31mg/m3。本装置运行时间超过20个月，仍然稳定高效。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明装置各种附件的等效替换及添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (7)

1.一种工业炉窑预脱除三氧化硫和脱硝装置，其特征在于，包括脱硝反应塔和三氧化硫脱除塔，三氧化硫脱除塔底部设置有用于喷送氨的喷枪(6)以及与工业炉窑烟气连接的烟气进口，三氧化硫脱除塔的顶部设置有与脱硝反应塔顶部烟气进口通过管道连接的烟气出口，三氧化硫脱除塔内安装有若干斜置的挡流板(9)，在挡流板(9)的上方安装一层填料层(8)；所述脱硝反应塔内不设置喷氨装置，其底部的烟气出口与除尘脱硫装置连接，所述三氧化硫脱除塔内的顶部安装有工艺水喷头(7)，以清洗附着在三氧化硫脱除塔内部的硫酸氢铵，清洗的废水由三氧化硫脱除塔底部排出。
2.根据权利要求1所述工业炉窑预脱除三氧化硫和脱硝装置，其特征在于，所述填料层(8)采用泡沫陶瓷填料，厚度在20～60cm之间，孔隙率90％-92％。
3.根据权利要求1所述工业炉窑预脱除三氧化硫和脱硝装置，其特征在于，所述三氧化硫脱除塔的烟气进口为水平进口，所述喷枪(6)位于烟气进口的上方。
4.根据权利要求1所述工业炉窑预脱除三氧化硫和脱硝装置，其特征在于，所述脱硝反应塔内的顶部设置有用于对进入烟气进行气流分布的整流器(11)，烟气由顶部竖直向下流动，在整流器(11)的下方设置催化剂床层(12)。
5.根据权利要求4所述工业炉窑预脱除三氧化硫和脱硝装置，其特征在于，所述催化剂床层(12)有多个，相邻催化剂床层(12)之间设置吹灰器(10)进行定期清灰。
6.根据权利要求4所述工业炉窑预脱除三氧化硫和脱硝装置，其特征在于，脱硝反应塔中，根据工业烟气温度选择钒基或者铈基氧化物催化剂，催化剂采用模块化设计以减少更换催化剂的时间，成型的催化剂为蜂窝状，各层模块规格统一、具有互换性。
7.根据权利要求1所述工业炉窑预脱除三氧化硫和脱硝装置，其特征在于，所述工业炉窑烟气同时与三氧化硫脱除塔的烟气进口、脱硝反应塔的烟气进口以及除尘脱硫装置连接，并在各连接管道上设置温度探头及表(1)、流量计(2)、NOx及O2传感器(3)以及阀门(5)。
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