CN106237851A - 一种利用臭氧进行scr脱硝提效的系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用臭氧进行SCR脱硝提效的系统与方法，属于工业废气净化环保及能源领域。当前常规的SCR技术仍然存在脱硝效率低、催化剂用量较大等问题。本发明的系统包括锅炉、省煤器、脱硝反应器和空预器，锅炉、省煤器、脱硝反应器和空预器依次连接在烟道上，其结构特点在于：还包括臭氧喷射混合装置、臭氧发生器、在线监测装置和喷氨混合装置，臭氧喷射混合装置和喷氨混合装置沿烟气流动方向依次安装在位于省煤器和脱硝反应器之间的烟道内，臭氧发生器和臭氧喷射混合装置连接，在线监测装置的测点布置在臭氧喷射混合装置和喷氨混合装置之间的烟道内。本发明能有效提高脱硝效率、降低催化剂用量。

Description

一种利用臭氧进行SCR脱硝提效的系统与方法
技术领域
本发明涉及一种利用臭氧进行SCR脱硝提效的系统与方法，属于工业废气净化环保及能源领域。
背景技术
我国以煤为主的能源结构在相当长时间内不会改变，因此，控制燃煤烟气NOx排放是我国治理大气污染的一项重要工作。以NH3 为还原剂的NOx 选择催化还原（SCR）技术是近年来应用最广、最有效的燃煤烟气脱硝技术。然而，当前常规的SCR技术仍然存在脱硝效率有限、催化剂用量较大、对流场均匀性要求较高等限制，因此如何有效提高SCR脱硝装置的性能，成为当前燃煤烟气脱硝领域的重要发展方向。
由于燃煤烟气中绝大部分氮氧化物以NO形式存在，当前公认的SCR脱硝反应以NO催化还原反应为主，其化学反应式如下：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O （1）
而根据国内外相关研究报道，并经实验室实验验证，当烟气中存在NO2时，NO2将替代O2，发生“FAST SCR”反应，其化学反应式如下：
2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O （2）
且上述反应的反应速率较反应（1）要快一个数量级。
而当烟气中的NO2/NO摩尔比大于1时，多余的NO2将发生“NO2 SCR”反应，其化学反应式如下：
8NH3+6NO2→7N2+12H2O （3）
且上述反应的反应速率要远低于反应（1）。
与此同时，相关实验研究及工程应用表明通过在烟道中喷射臭氧，可将烟气中的NO有效氧化为NO2，其化学反应式如下：
O3+NO→O2+NO2 （4）
且在常规燃煤烟气烟温范围内，通过控制O3喷入量，能够做到在选择性氧化NO为NO2的同时，有效的控制其他副反应的发生。
与本申请相关的专利，如CN 100354022C——《锅炉烟气臭氧氧化脱硝方法》，是通过在烟道内喷入臭氧，将烟气中的NO氧化成易溶于水的NO2、NO3、N2O5等产物，然后使用碱液水洗锅炉烟气，脱除烟气中的氮氧化物。此方法是属于先氧化再吸收的方式，但受到氧化效率和能耗的限制，在合理的成本范围内难以达到较高的脱硝效率。
与本申请相关的专利，如CN 205007853 U——《一种改进型SCR 臭氧脱硝装置》，是将臭氧喷射混合装置布置在SCR脱硝装置后，通过将烟气中的NO氧化为NO2、N2O3、N2O5等产物并在后续脱硫装置中进行脱除，从而达到提高脱硝效率的目的。其原理是SCR脱硝和臭氧氧化脱硝两种脱硝方式的叠加，没有能够将两种方式进行有机结合，对于SCR脱硝装置本身并无提效作用。
发明内容
本发明的目的是针对当前常规SCR脱硝技术脱硝效率低、催化剂用量较大、对流场均匀性要求较高等问题，通过将臭氧氧化NO与“FAST SCR”技术有机结合，而提供一种利用臭氧进行SCR脱硝提效的系统与方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该利用臭氧进行SCR脱硝提效的系统包括锅炉、省煤器、脱硝反应器和空预器，所述锅炉、省煤器、脱硝反应器和空预器依次连接在烟道上，其结构特点在于：还包括臭氧喷射混合装置、臭氧发生器、在线监测装置和喷氨混合装置，所述臭氧喷射混合装置和喷氨混合装置沿烟气流动方向依次安装在位于省煤器和脱硝反应器之间的烟道内，所述臭氧发生器和臭氧喷射混合装置连接，所述在线监测装置的测点布置在臭氧喷射混合装置和喷氨混合装置之间的烟道内。
作为优选，本发明所述臭氧喷射混合装置为格栅型喷射装置。
作为优选，本发明所述臭氧喷射混合装置沿烟道的径向方向排布。
作为优选，本发明所述喷氨混合装置沿烟道的径向方向排布。
一种使用所述的系统来利用臭氧进行SCR脱硝提效的方法，其特点在于：所述方法的步骤如下：烟气流程为烟气从锅炉出来后，首先进入省煤器，在省煤器的出口至脱硝反应器入口之间的烟道内，烟气依次经历臭氧喷射混合装置的臭氧喷射氧化NO以及喷氨混合装置的喷射，然后进入脱硝反应器脱除NOx，再进入空预器，然后进入尾部烟气处理装置。
作为优选，本发明为保证臭氧氧化的效果以及控制能耗水平，所述省煤器2的出口烟温应控制在250-350℃之间。对于新建锅炉可通过省煤器的合理设计将烟温控制在此范围内，对于现役锅炉可通过省煤器局部改造实现上述要求，或将本方法作为低负荷脱硝的辅助提效手段。
作为优选，本发明臭氧喷射氧化NO的臭氧来源为臭氧发生器，臭氧发生器的设计出力为O3/NO的摩尔比值为0.5-1.5。具体数值应根据具体项目参数经理论分析与试验验证确定。
作为优选，本发明臭氧喷射氧化NO的臭氧喷射装置采用格栅型喷射装置，以保证臭氧能够在极短的时间内与烟气均匀混合并与烟气中的NO充分反应。
作为优选，本发明臭氧喷射氧化NO应根据在线监测装置的在线NOx监测结果来控制臭氧发生器的臭氧喷入量，以确保经过臭氧喷射混合装置后的烟气中NO2/NO的摩尔比值小于等于1，以确保“FAST SCR”的充分进行，同时避免发生“NO2 SCR”反应。
作为优选，本发明所述方法中的化学反应以如下三个反应为主：
O3+NO→O2+NO2；
2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O；
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：提出将臭氧氧化NO与“FAST SCR”反应相结合，有效提高当前常规SCR脱硝技术的性能，从而提高燃煤烟气达标排放的稳定性与可靠性，对于保护环境具有重要意义。
采用本发明的技术方案，对于臭氧氧化效率的要求明显降低，从而有效降低能耗，同时可将当前SCR技术对应的反应速率提高一个数量级，从而有效提高脱硝效率、降低催化剂用量以及对流场的要求，且不会造成环境的二次污染，对新建锅炉或现役锅炉均具有适用性，因此具有良好的环保、经济效益与广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例中利用臭氧进行SCR脱硝提效的系统的结构示意图。
图中：1为锅炉，2为省煤器，3为臭氧喷射混合装置，4为臭氧发生器，5为在线监测装置，6为喷氨混合装置，7为脱硝反应器，8为空预器。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1，本实施例中利用臭氧进行SCR脱硝提效的系统包括锅炉1、省煤器2、臭氧喷射混合装置3、臭氧发生器4、在线监测装置5、喷氨混合装置6、脱硝反应器7和空预器8。脱硝反应器7是指SCR脱硝反应器。
本实施例中的锅炉1、省煤器2、脱硝反应器7和空预器8依次连接在烟道上，臭氧喷射混合装置3和喷氨混合装置6沿烟气流动方向依次安装在位于省煤器2和脱硝反应器7之间的烟道内，臭氧发生器4和臭氧喷射混合装置3连接，在线监测装置5的测点布置在臭氧喷射混合装置3和喷氨混合装置6之间的烟道内。
本实施例中的臭氧喷射混合装置3优选为格栅型喷射装置。臭氧喷射混合装置3通常沿烟道的径向方向排布。喷氨混合装置6通常沿烟道的径向方向排布。
本实施例中利用臭氧进行SCR脱硝提效的方法的步骤如下：烟气从锅炉1出来后，首先进入省煤器2降温至250-350℃，然后经过烟道中的臭氧喷射混合装置3，臭氧发生器4产生的臭氧喷入烟道内与烟气快速混合并与烟气中的NO反应生成NO2，通过在线监测装置5监测烟气中的NO与NO2浓度，通过控制臭氧喷射量以及在线NOx监测结果确保NO2/NO摩尔比小于1，然后烟气再经过喷氨混合装置6，进入脱硝反应器7进行SCR脱硝反应，脱硝后的烟气进入空预器8进行换热后再流向尾部烟气净化装置，最终达标排放。通过上述方法，可有效提高常规SCR脱硝装置的脱硝效率、降低催化剂用量，同时对流场的要求可有效降低，具有良好的环保效益与经济效益。
为保证臭氧氧化的效果以及控制能耗水平，省煤器2的出口烟温应控制在250-350℃之间。臭氧喷射氧化NO的臭氧来源为臭氧发生器4，臭氧发生器4的设计出力为O3/NO的摩尔比值为0.5-1.5。臭氧喷射氧化NO的臭氧喷射装置采用格栅型喷射装置，以保证臭氧能够在极短的时间内与烟气均匀混合并与烟气中的NO充分反应。
方法中的化学反应以如下三个反应为主：
O3+NO→O2+NO2；
2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O；
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O。
本实施例通过将臭氧氧化NO与“FAST SCR”技术有机结合，大大提高当前SCR技术对应的反应速率，从而有效提高脱硝效率、降低催化剂用量，同时对流场的要求可有效降低，且不会造成环境的二次污染，对新建锅炉或现役锅炉均具有适用性，因此具有良好的环保、经济效益与广泛的应用前景。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种利用臭氧进行SCR脱硝提效的系统，包括锅炉、省煤器、脱硝反应器和空预器，所述锅炉、省煤器、脱硝反应器和空预器依次连接在烟道上，其特征在于：还包括臭氧喷射混合装置、臭氧发生器、在线监测装置和喷氨混合装置，所述臭氧喷射混合装置和喷氨混合装置沿烟气流动方向依次安装在位于省煤器和脱硝反应器之间的烟道内，所述臭氧发生器和臭氧喷射混合装置连接，所述在线监测装置的测点布置在臭氧喷射混合装置和喷氨混合装置之间的烟道内。
2.根据权利要求1所述的利用臭氧进行SCR脱硝提效的系统，其特征在于：所述臭氧喷射混合装置为格栅型喷射装置。
3.根据权利要求1所述的利用臭氧进行SCR脱硝提效的系统，其特征在于：所述臭氧喷射混合装置沿烟道的径向方向排布。
4.一种使用如权利要求1～3任一权利要求所述的系统来利用臭氧进行SCR脱硝提效的方法，其特征在于：所述方法的步骤如下：烟气流程为烟气从锅炉出来后，首先进入省煤器，在省煤器的出口至脱硝反应器入口之间的烟道内，烟气依次经历臭氧喷射混合装置的臭氧喷射氧化NO以及喷氨混合装置的喷射，然后进入脱硝反应器脱除NOx，再进入空预器，然后进入尾部烟气处理装置。
5.根据权利要求4所述的利用臭氧进行SCR脱硝提效的方法，其特征在于：为保证臭氧氧化的效果以及控制能耗水平，所述省煤器2的出口烟温应控制在250-350℃之间。
6.根据权利要求4所述的利用臭氧进行SCR脱硝提效的方法，其特征在于：臭氧喷射氧化NO的臭氧来源为臭氧发生器，臭氧发生器的设计出力为O3/NO的摩尔比值为0.5-1.5。
7.根据权利要求4所述的利用臭氧进行SCR脱硝提效的方法，其特征在于：臭氧喷射氧化NO的臭氧喷射装置采用格栅型喷射装置，以保证臭氧能够在极短的时间内与烟气均匀混合并与烟气中的NO充分反应。
8.根据权利要求4所述的利用臭氧进行SCR脱硝提效的方法，其特征在于：臭氧喷射氧化NO应根据在线监测装置的在线NOx监测结果来控制臭氧发生器的臭氧喷入量，以确保经过臭氧喷射混合装置后的烟气中NO2/NO的摩尔比值小于等于1，以确保“FAST SCR”的充分进行，同时避免发生“NO2 SCR”反应。
9.根据权利要求4所述的利用臭氧进行SCR脱硝提效的方法，其特征在于：所述方法中的化学反应以如下三个反应为主：
O3+NO→O2+NO2；
2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O；
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O。
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