CN106170331A - 用于去除可见排放物的选择性催化还原(scr)脱nox设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及选择性催化还原脱氮设备，其用于通过使用选择性催化还原有效地去除可见排放物(黄烟羽；黄烟)以在启动热电联供等中的燃气轮机的过程中去除所述黄烟。为此，在使用选择性催化还原法的现有的氮氧化物还原装置中改善还原剂供给条件，并且精确地调整NO2/NOX的比率，从而产生在130℃或更低的低温下从废气中去除黄烟的优异的效果。

Description

用于去除可见排放物的选择性催化还原(SCR)脱NOX设备
技术领域
本发明涉及用于通过选择性催化还原(SCR)从低于或等于130℃的低温废气中有效地去除在启动燃气轮机时生成的可见排放物(黄烟羽或黄烟)的脱氮设备。
背景技术
从电站锅炉、燃气轮机、工业锅炉、焚化炉、柴油机等排放的氮氧化物(NOx)是污染的主要原因。已经将低级的NOx燃烧器、选择性非催化还原或选择性催化还原用作防止或减少氮氧化物的方法。
其中，选择性催化还原是将废气中包含的氮氧化物经以下化学方程式通过在脱氮催化剂的前端处喷射氨或尿素使得氮氧化物与氨经过催化剂而转化成无害的物质：氮和水的方法。
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
以上反应被称为标准选择性催化还原(SCR)并且还已知其在约300℃至400℃的反应温度下表现出最高的反应效率。因此，已经通过在余热锅炉内的300℃至400℃的部分装配催化剂驱使热电联供机组实现最佳的脱氮效率以去除在燃气轮机中生成的NOx。
脱氮催化剂的最佳反应温度为300℃至400℃，但是在燃气轮机的初始启动时不能达到该温度。一般而言，由于废气的温度低，即，在热电联供机组中的燃气轮机的初始启动时低于或等于200℃，在初始启动时排放大量的NO2从而生成可见排放物。由于废气的低的温度，使得下式中NO2与NH3之间的反应速率大大减慢。
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
当废气的温度低时，可以考虑增加催化剂的量以提高脱氮效率。然而，存在用于脱氮的催化剂的所需量随着温度的降低而迅速增加的技术限制。此外，脱氮催化剂的量的增加引起燃气轮机中的压力损失的增加，从而燃气轮机的效率迅速降低。压力的重大损失会导致燃气轮机的意外停工。
最近，已经在进行可见排放物的去除，其通过用乙醇等喷射废气以去除在各种热电联供领域引起可见排放物的NO2。然而，通过此类方法不能从根本上去除NO2，反而另外生成了甲醛，从而进一步增加了环境污染。
根据最近的研究，已经报道了快速的SCR反应，其在相同量的催化剂下脱氮效率随废气中NO2的浓度的增加而增加；并且当NO2/NOx的比率接近0.5时，在低于或等于300℃的低温下发生脱氮效率最大化。
2NO+2NO2+4NH3→4N2+6H2O
已知在低于或等于200℃的温度下，快速SCR的反应速率是标准SCR的10倍之快。
由Geesco Co.,LTD.转让的第10-1057342号韩国专利公开了用于通过在低于一般SCR的反应温度的温度下使用快速SCR有效地去除可见排放物和NOx的方法。然而，根据不久前公布的驱动燃气轮机的分析结果，本发明人确定在燃气轮机的出口处生成的NOx的量已经大量减少但是仍然生成大量的可见排放物。
本发明人分析了原因并且发现通过降低燃气轮机燃烧器的燃烧温度并驱动它可以大大减少NOx的总量以尽可能多地减少排放量，但是可见排放物没有很好地去除，因为如图1所示，在燃气轮机启动时废气的温度太低，所以使在余热锅炉的后端处的废气的温度降低至约130℃。
具体而言，因为减少了NOx的总量从而NO2/NOx的比率与之前相比接近于0.5，所以改善了快速SCR条件。然而，因为废气的温度降低太多，现有的还原供应器不能充分地为催化剂反应供给需要的NH3。因此，可见排放物没有很好地去除。
一般而言，催化剂反应所需的还原剂NH3是作为氨气或者通过加热氨的水溶液或尿素水溶液以使其汽化而提供。如图2所示，通过使用余热锅炉的高温废气或辅助蒸汽进行加热。
第10-1312994号韩国专利公开了用作还原剂的氨的水溶液的最低汽化温度为200℃至250℃，尿素水溶液的最低汽化温度为280℃至300℃，以及使用余热锅炉的高温废气和低温废气汽化还原剂的方法。然而，由于通过在启动燃气轮机后使用废气或辅助蒸汽向催化剂层提供还原剂需要花费30分钟至1小时，所以通过第10-1312994号韩国专利的方法难以去除在启动燃气轮机后的30分钟之内密集地生成的可见排放物。
[相关技术的引用]
[专利文献1]
第10-1312994号韩国专利
发明内容
技术问题
如上所述，本公开内容提供了能够允许还原剂在启动燃气轮机时有效地到达催化剂层以有效地去除在接近低温(130℃)下生成的可见排放物的选择性催化还原(SCR)脱NOx设备。
此外，本公开内容提供了选择性催化还原(SCR)脱NOx设备，其中在还原剂汽化器的前面安装有辅助加热器，并在脱氮设备内安装有氧化催化剂和等离子体发生器、臭氧发生器或氧化剂喷雾器，以有效地去除在接近低温(130℃)下生成的可见排放物、CO和挥发性有机化合物(VOC)，并且克服催化剂的量和压力损失的限制。
技术方案
在完成上述目的的本发明的一个方面，提供了以下选择性催化还原(SCR)脱氮设备：包括余热锅炉和还原剂供应器的选择性催化还原(SCR)脱氮设备，其中所述余热锅炉包括脱氮催化剂和安装在所述脱氮催化剂的前端处的喷嘴单元，并且其中所述还原剂供应器包括还原剂储存罐和与所述还原剂储存罐连接的汽化器，所述汽化器将从所述还原剂储存罐提供的还原剂汽化，随后将汽化的还原剂转移至所述喷嘴单元。
所述选择性催化还原(SCR)脱氮设备可以包括布置在所述汽化器的前端处的辅助加热器。
如图3所示，使辅助加热器在启动燃气轮机时运行并使其充分地向催化剂层提供还原剂。本文中，可以通过电燃烧器、石油燃烧器或气体燃烧器方式进行加热。当燃气轮机的输出正常化时，辅助加热器停止并用高温废气或辅助蒸汽将还原剂汽化，从而降低能量消耗。
此外，本发明的选择性催化还原(SCR)脱氮设备可以进一步包括安装在所述喷嘴单元的前端处的氧化催化剂以调整NO2/NOx的比率。
此外，本发明的选择性催化还原(SCR)脱氮设备可以进一步包括安装在喷嘴单元的前端处的等离子体发生器、臭氧发生器或氧化剂喷雾器以调整NO2/NOx的比率。
此外，本发明的选择性催化还原(SCR)脱氮设备可以进一步包括安装在所述喷嘴单元的前端处的氧化催化剂以调整NO2/NOx的比率，并且可以将等离子体发生器、臭氧发生器或氧化剂喷雾器安装在所述氧化催化剂与所述喷嘴单元之间。
此外，本发明的选择性催化还原(SCR)脱氮设备可以进一步包括安装在所述喷嘴单元的前端处的氧化催化剂以调整NO2/NOx的比率，并且可以将等离子体发生器、臭氧发生器或氧化剂喷雾器装配在所述喷嘴单元的前端处。
此外，本发明的选择性催化还原(SCR)脱氮设备的特征在于NO2/NOX的比率为0.1至0.5。优选地，NO2/NOx的比率可以为0.15至0.5。进一步优选地，NO2/NOx的比率可以为0.2至0.5。
有益效果
从以上描述可明显看出，根据本发明，在燃气轮机的压力损失的允许的范围内适当地调整催化剂的量并且将NO2/NOX的比率调整至接近0.5，以通过使用选择性催化还原(SCR)在接近130℃下去除可见排放物，从而可使在低温下的催化剂的脱氮效率最大化。
本发明的选择性催化还原(SCR)脱氮设备可以通过在还原剂供应器处安装辅助加热器，或在余热锅炉处安装氧化催化剂或氧化剂喷雾器而有效地去除在接近130℃的低温下生成的可见排放物、CO和VOC。此外，最后，使氮氧化物的生成最小化的脱氮设备可以广泛地用于各种领域，诸如电站锅炉、燃气轮机、工业锅炉、熔炉、柴油机等。
附图说明
图1示出在燃气轮机的后端的余热锅炉的过热器的后端处的废气的温度随燃气轮机的输出而波动的图表。
图2示出包括常规的还原剂供应器的热电联供SCR设备；
图3示出包括安装至还原剂供应器的辅助加热器的热电联供SCR设备；
图4示出包括安装至还原剂供应器的辅助加热器以及安装在余热锅炉中的氧化催化剂的热电联供SCR设备；
图5示出包括安装至还原剂供应器的辅助加热器以及安装在余热锅炉中的脱氮催化剂的前端处的等离子体发生器、臭氧发生器或氧化剂喷雾器的热电联供SCR设备；
图6示出包括安装至还原剂供应器的辅助加热器，安装在余热锅炉中的氧化催化剂，以及安装在氧化催化剂的前端处的等离子体发生器、臭氧发生器或氧化剂喷雾器的热电联供SCR设备；以及
图7示出包括安装至还原剂供应器的辅助加热器，安装在余热锅炉中的氧化催化剂，以及安装在氧化催化剂的后端处的等离子体发生器、臭氧发生器或氧化剂喷雾器的热电联供SCR设备。
主要元件的详细描述
1:燃气轮机 2:旁路烟囱
3:余热锅炉的过热器 4:脱氮催化剂
5:余热锅炉的再热器 6:主烟囱
7:氧化催化剂
8:等离子体发生器、臭氧发生器或氧化剂喷雾器
最佳实施方式
下文中，将参考附图详细地描述本公开内容的实施方案。
在常规的联合动力中，如图2所示驱动SCR设备。此处，还原剂汽化器使用高温废气或辅助蒸汽加热并汽化还原剂。
根据本发明，将辅助加热器安装在还原剂汽化器的前端处，如图3所示，从而使还原剂NH3在启动燃气轮机的同时立即到达脱氮催化剂，因此，即使在启动燃气轮机时的低温下，也可以有效地去除可见排放物和NOx。
期望通过运行辅助加热器使还原剂NH3汽化，随后在启动燃气轮机的同时喷射脱氮催化剂和NH3。
同时，已经根据正常运行条件提供SCR设备中包含的催化剂的量。当然，可以提供足够量的催化剂，但是大量的催化剂引起压力损失的增加和燃气轮机的效率的降低。此外如果严重的话，可能引起燃气轮机的意外停工。因此，已经提供了最小量的催化剂。
然而，如果提供最小量的催化剂，其可能不足以去除当燃气轮机启动时生成的低温可见排放物。在这种情况下，如图4所示，如果在燃气轮机的后端处的高温区安装氧化催化剂并在余热锅炉中安装脱氮催化剂，则可以发生快速SCR反应，从而可以从低温废气中去除可见排放物和NOx。此外，当在燃气轮机的后面安装氧化催化剂时，也可以去除在燃气轮机的运行过程中生成的CO和VOC。
此外，如图5所示，可以在余热锅炉的前端处安装等离子体发生器、臭氧发生器或氧化剂喷雾器。如图4所示，当在燃气轮机的后端处安装氧化催化剂时，燃气轮机的效率可能由于压力损失的增加而降低。在这种情况下，如果安装了等离子体发生器、臭氧发生器或氧化剂喷雾器，则当燃气轮机启动时，可以通过喷射等离子体、臭氧或氧化剂而精密地调整NO2/NOx的比率，从而可以容易地去除可见排放物或其类似物。
优选地，可以在本发明的脱氮设备中安装氧化催化剂；以及等离子体发生器、臭氧发生器或氧化剂喷雾器，以去除可见排放物、CO或VOC同时使燃气轮机的压力损失最小化。
更优选地，在本发明的脱氮设备中，可以在汽化器处安装辅助加热器以去除在起初运行时生成的可见排放物，可以安装氧化催化剂以发生快速SCR，并且进一步可以安装等离子体发生器、臭氧发生器或氧化剂喷雾器以补偿压力损失。
可以在脱氮设备的喷嘴单元的前端处安装氧化催化剂，并且在所述氧化催化剂与所述喷嘴单元之间安装等离子体发生器、臭氧发生器或氧化剂喷雾器(参见图6)。可选地，可以在脱氮设备的喷嘴单元的前端处安装氧化催化剂，并且可以在所述氧化催化剂的前端处安装等离子体发生器、臭氧发生器或氧化剂喷雾器(参见图7)。
在一方面，图6示出能够在低温下使脱氮的效率最大化且去除作为可见排放物的NO2的系统的示意图。详细地，用氧化催化剂将NO氧化成NO2。为了补充NO2的不足，插入诸如臭氧或过氧化物的氧化剂将NO氧化成NO2。所生成的适量的NO2经过脱氮催化剂。结果，NO2/NOx的比率接近0.5，这适合于在启动燃气轮机时的低温下去除可见排放物。
在图6的情况下，如果废气的温度降低，氧化催化剂的反应效率可能迅速降低并因此可能难以去除可见排放物。在这种情况下，作为另一当面，如图7所示，如果在用诸如臭氧的氧化剂将NO氧化成NO2后，NO2经过氧化催化剂，则可以将氧化催化剂的反应温度从300℃-350℃降低至120℃-200℃。因此，可以使脱氮效率在废气的低温下最大化且可以去除作为可见排放物的NO2。

Claims (6)

1.选择性催化还原脱氮设备，其包括余热锅炉和还原剂供应器，
其中所述余热锅炉包括脱氮催化剂和安装在所述脱氮催化剂的前端处的喷嘴单元，并且所述还原剂供应器包括还原剂储存罐和与所述还原剂储存罐连接的汽化器，所述汽化器将从所述还原剂储存罐提供的还原剂汽化并将汽化的还原剂转移至所述喷嘴单元；以及
其中在所述汽化器的前面提供辅助加热器。
2.如权利要求1所述的选择性催化还原脱氮设备，其中在所述喷嘴单元的前端处安装有氧化催化剂以调整NO2/NOx的比率。
3.如权利要求1所述的选择性催化还原脱氮设备，其中在所述喷嘴单元的前端处安装有等离子体发生器或氧化剂喷雾器以调整NO2/NOx的比率。
4.如权利要求1所述的选择性催化还原脱氮设备，其中在所述喷嘴单元的前端处安装有氧化催化剂，并且在所述氧化催化剂与所述喷嘴单元之间安装有等离子体发生器或氧化剂喷雾器以调整NO2/NOx的比率。
5.如权利要求1所述的选择性催化还原脱氮设备，其中在所述喷嘴单元的前端处安装有氧化催化剂，并且在所述氧化催化剂的前端处安装有等离子体发生器或氧化剂喷雾器以调整NO2/NOx的比率。
6.如权利要求3或4所述的选择性催化还原脱氮设备，其中所述NO2/NOx的比率为0.1至0.5。
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