CN106268303B - 一种窑炉scr脱销工艺及其专用设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种窑炉SCR脱销工艺及其专用设备，属于工业隧道窑炉尾气脱硝技术领域。本发明通过引用急冷段的热量给窑头内烟气升温，又通过烟气温度给还原剂升温，提升了工业隧道窑炉排烟温度，能够满足在工业隧道窑炉上使用中温段脱硝催化剂的条件，为工业隧道窑炉尾气脱硝选用SCR脱硝工艺提供了必备条件。

Description

一种窑炉SCR脱销工艺及其专用设备
技术领域
本发明属于工业隧道窑炉尾气脱硝技术领域，具体涉及一种使用SCR方法处理工业隧道窑炉尾气中NOx的工艺技术。
背景技术
由于工业隧道窑炉排烟温度偏低，一般在工业窑炉排烟风机出口出的温度只有180-200℃，在脱硝处理方面遇到了很大的难题。这这个工况条件下，选用SCR脱硝工艺来进行脱硝，如选用低温催化剂，需要的脱硝催化剂的体积会比中温催化剂多很多，按照理论计算，在温度为180-210℃的工况下需要的低温脱硝催化剂的体积为310℃的工况下需要的中温脱硝催化剂的体积的1.6倍左右。同时现有的低温脱硝催化剂的稳定性远远不如中温脱硝催化剂，一般低温脱硝催化剂的设计化学寿命为2年（16000h），中温脱硝催化剂设计的化学寿命为3年（24000h），相比之下，选用中温脱硝催化剂相比低温脱硝催化剂具有更大的优势。
本技术方案从工业隧道窑炉急冷段处引出一定量的烟气，通过增加接力风机的方式，将高温烟气引入到隧道窑炉窑头排烟风机管道内，对隧道窑炉窑头排烟烟气进行混合后提温，在进入SCR反应器前的烟道中设计还原剂喷淋系统，将SCR脱销催化系统设计在现有的窑头引风机前，确保进入SCR脱硝反应器的温度大于310℃，确保SCR脱硝反应器内部为负压环境，从而实现使用SCR脱硝工业对工业隧道窑炉尾气进行脱硝的目的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种窑炉SCR脱销工艺及其专用设备，提升了工业隧道窑炉排烟温度，能够满足在工业隧道窑炉上使用中温段脱硝催化剂的条件，为工业隧道窑炉尾气脱硝选用SCR脱硝工艺提供了必备条件；本发明解决的第二个技术问题是，通过在SCR脱销催化系统前加装还原剂喷淋系统的方式，令烟气与还原剂充分混合均匀，再进行脱销作业，效果更佳；本发明解决的第三个技术问题是，通过对还原剂喷淋系统，尤其是双流体喷枪的结构改造，令还原剂的喷淋细度和匀度更佳，令烟气脱销效果增益明显。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种窑炉SCR脱销工艺，其特征在于包括如下步骤：
（1）提取窑炉急冷段高温烟气引至窑头处，与窑头内的烟气混合，令窑头内烟气的温度升至大于310摄氏度；
（2）将中高温烟气引入脱硝单元中进行脱销反应；
1>通过还原剂喷淋系统对烟气进行喷淋预处理；
2>将预处理过的烟气引入SCR脱销催化系统中，通过脱销催化剂进行脱销反应。
优选的，所述还原剂喷淋系统内的还原剂采用18-20%的氨水；所述还原剂在喷淋前预加热升温至200摄氏度以上。
一种窑炉SCR脱销工艺专用设备，其特征在于包括引风加热单元和脱销单元；
所述引风加热单元包括三根以上的引风管，所述引风管的一端联通窑炉急冷段，引风管的另一端通过接力风机联通窑炉窑头；
所述脱销单元包括还原剂喷淋系统和SCR脱销催化系统。
优选的，所述还原喷淋系统包括氨水储罐、供氨泵、氨水过滤器和氨水蒸发器；所述氨水储罐通过供氨泵进入氨水过滤器，再从氨水过滤器进入氨水蒸发器；所述氨水蒸发器包括螺旋加热管路、压缩气源、高压气管和双流体喷枪；所述双流体喷枪包括液流接入口和气流接入口，所述螺旋加热管盘绕设置在窑头的烟道内，螺旋加热管路一端连接氨水过滤器，另一端连接双流体喷枪的液流接入口；压缩气源通过高压气管连接双流体喷枪的气流接入口。
优选的，双流体喷枪包括气液混合器和液流加速器，气液混合器通过输液管连接液流加速器，在液流加速器上开设高压喷口。
优选的，所述气液混合器包括进气管和进液管，在进气管和进液管的交汇处设置混合腔；
所述进气管呈环形，在进气管上开设气流接入口，高压气流从气流接入口进入进气管，所述进气方向与环形进气管相切；在气流接入口两侧的进气管上分别开设液流接入口，所述两个液流接入口连接螺旋加热盘管，氨水从螺旋加热盘管中升温后由液流接入口进入进液管；
在混合腔内开设一个以上的混流插槽，在混流插槽中设置气液混合整流器，所述气液混合整流器包括前网板、混合叶轮和后网板，混合叶轮设置在前、后网板之间，气体和液体的流动力能够带动混合叶轮高速旋转；所述混流插槽通过输液管连通液流加速器。
优选的，在前后网板上分别开设前、后混流孔，混流孔的轴截面呈梯形；前后混流孔的大径端相对设置。
优选的，所述液流加速器包括环形加速腔体和通流管道，所述通流管道与环形加速腔体联通并相切设置；在环形加速腔体中设置悬磁加速块，悬磁加速块内设置内磁体；在环形加速腔体的环形中心位置设置加速电机，所述加速电机通过悬臂连接外磁体；加速电机能够通过悬臂令外磁体高速转动，外磁体通过磁吸力带动内磁体在环形加速腔体中高速旋转，给通过通流管道的气液混合体加速后，气液混合体从高压喷口雾化喷出。
优选的，SCR脱销催化系统包括钢构支撑架，在钢构支撑架内安装至少两层脱销催化剂层，每层脱销催化剂层中安装两套脱销催化剂模块；在每层脱销催化剂层之间安装吹灰系统。
优选的，所述吹灰系统为声波吹灰系统，所述声波吹灰系统连接定时器，定时器能够控制声波吹灰系统定时启动，清理脱销催化剂层上的积尘。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过引用急冷段的热量给窑头内烟气升温，又通过烟气温度给还原剂升温，提升了工业隧道窑炉排烟温度，能够满足在工业隧道窑炉上使用中温段脱硝催化剂的条件，为工业隧道窑炉尾气脱硝选用SCR脱硝工艺提供了必备条件。
2、本发明通过在SCR脱销催化系统前加装还原剂喷淋系统的方式，令烟气与还原剂充分混合均匀，再进行脱销作业，效果更佳。
3、本发明通过对还原剂喷淋系统，尤其是双流体喷枪的结构改造，令还原剂的喷淋细度和匀度更佳，令烟气脱销效果增益明显。
4、本发明通过小试、中试等实验环节，脱销效果明显，适宜在业界推广普及。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是双流体喷枪的结构示意图；
图3是气液混合器的结构示意图；
图4是气液混合整流器的结构示意图；
图5是液流加速器的结构示意图；
图中：A、急冷段；B、窑头；
1、引风管； 2、接力风机；3、压缩气源；4、双流体喷枪；5、氨水过滤器；6、氨水储罐；7、脱销单元；8、气液混合器；9、高压喷口；10、液流加速器；11、液流接入口；12、气流接入口；13、进气管；14、气液混合整流器；15、混合腔；16、进液管；17、后网板；18、后混流孔；19、混合叶轮；20、前混流孔；21、前网板；22、通流管道；23、悬磁加速块；24、输液管；25、悬臂；26、加速电机；27、环形加速腔体。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细介绍。
选择性催化剂还原脱硝技术（SCR）是指在催化剂和氧气存在的条件下，还原剂NH3有选择地将烟气中的NOx还原成为N2和H2O，因为整个反应具有选择性和催化剂，所以叫选择性催化还原。
反应方程式如下：
4NH3十4NO十O2→6H2O十4N2
4NH3十6NO→5N2十6H2O
4NH3十2NO2十O2→6H2O十3N2
8NH3十6NO2→7N2十12H2O
工业隧道窑炉烟气中含有一定量SO2，在SCR脱硝反应过程中，部分SO2会氧化成SO3，在SCR脱硝反应过程中，会有一定量的NH3逃逸出来，这样逃逸的NH3、SO3和烟气中H2O的会发生如下反应：
NH3＋SO3＋H2O⇄NH4HSO4
2NH3＋SO3＋H2O⇄（NH4）2SO4
NH4HSO4、（NH4）2SO4这两种物质一般在310℃以上以气态形式存在（工业隧道窑炉尾气中SO2浓度一般＜500mg/Nm³，在这个工况下，两种物质以其他形式存在），提高工业隧道窑炉排烟温度，就是为确保NH4HSO4、（NH4）2SO4这两种物质在这个温度工况下以气态形式存在，减少这两种物质对后部系统设备的腐蚀等影响，同时还可以确保SCR脱硝催化剂在合适的温度窗口进行工作，提高了SCR脱硝催化剂的活性。
本发明所述的一种窑炉SCR脱销工艺，通过引用急冷段的热量给窑头内烟气升温，又通过烟气温度给还原剂升温，提升了工业隧道窑炉排烟温度，能够满足在工业隧道窑炉上使用中温段脱硝催化剂的条件，为工业隧道窑炉尾气脱硝选用SCR脱硝工艺提供了必备条件。
本工艺包括如下步骤：
（1）提取窑炉急冷段高温烟气引至窑头处，与窑头内的烟气混合，令窑头内烟气的温度升至大于310摄氏度；
（2）将中高温烟气引入脱硝单元中进行脱销反应；
1>通过还原剂喷淋系统对烟气进行喷淋预处理；
2>将预处理过的烟气引入SCR脱销催化系统中，通过脱销催化剂进行脱销反应。
所述还原剂喷淋系统内的还原剂采用18-20%的氨水；所述还原剂在喷淋前预加热升温至200摄氏度以上。
如图1所示，本发明所述的一种窑炉SCR脱销工艺专用设备，包括引风加热单元和脱销单元。
所述引风加热单元包括三根以上的引风管，所述引风管的一端联通窑炉急冷段，引风管的另一端通过接力风机联通窑炉窑头。
所述脱销单元包括还原剂喷淋系统和SCR脱销催化系统。
所述还原喷淋系统包括氨水储罐、供氨泵、氨水过滤器和氨水蒸发器；所述氨水储罐通过供氨泵进入氨水过滤器，再从氨水过滤器进入氨水蒸发器；所述氨水蒸发器包括螺旋加热管路、压缩气源、高压气管和双流体喷枪；所述双流体喷枪包括液流接入口和气流接入口，所述螺旋加热管盘绕设置在窑头的烟道内，螺旋加热管路一端连接氨水过滤器，另一端连接双流体喷枪的液流接入口；压缩气源通过高压气管连接双流体喷枪的气流接入口。
如图2所示，双流体喷枪包括气液混合器和液流加速器，气液混合器通过输液管连接液流加速器，在液流加速器上开设高压喷口。
如图3所示，所述气液混合器包括进气管和进液管，在进气管和进液管的交汇处设置混合腔。
所述进气管呈环形，在进气管上开设气流接入口，高压气流从气流接入口进入进气管，所述进气方向与环形进气管相切；在气流接入口两侧的进气管上分别开设液流接入口，所述两个液流接入口连接螺旋加热盘管，氨水从螺旋加热盘管中升温后由液流接入口进入进液管；
如图3和4所示，在混合腔内开设一个以上的混流插槽，在混流插槽中设置气液混合整流器，所述气液混合整流器包括前网板、混合叶轮和后网板，混合叶轮设置在前、后网板之间，气体和液体的流动力能够带动混合叶轮高速旋转；所述混流插槽通过输液管连通液流加速器。在前后网板上分别开设前、后混流孔，混流孔的轴截面呈梯形；前后混流孔的大径端相对设置。气液混合整流器能够令氨水和高压气体充分混合均匀。
如图5所示，所述液流加速器包括环形加速腔体和通流管道，所述通流管道与环形加速腔体联通并相切设置；在环形加速腔体中设置悬磁加速块，悬磁加速块内设置内磁体；在环形加速腔体的环形中心位置设置加速电机，所述加速电机通过悬臂连接外磁体；加速电机能够通过悬臂令外磁体高速转动，外磁体通过磁吸力带动内磁体在环形加速腔体中高速旋转，给通过通流管道的气液混合体加速后，气液混合体从高压喷口雾化喷出。
经过双流体喷枪喷出的氨水，呈高压水雾状，能够直接与烟气充分混合均匀，方便后续的还原脱销反应。
SCR脱销催化系统包括钢构支撑架，在钢构支撑架内安装至少两层脱销催化剂层，每层脱销催化剂层中安装两套脱销催化剂模块；在每层脱销催化剂层之间安装吹灰系统。所述吹灰系统为声波吹灰系统，所述声波吹灰系统连接定时器，定时器能够控制声波吹灰系统定时启动，清理脱销催化剂层上的积尘。
脱硝催化剂模块选用的为孔数为22孔的蜂窝式脱硝催化剂，脱硝反应器设计3层，每层2套模块，共计6套模块，脱硝催化剂的体积为9.72m³，脱硝催化剂的具体参数如下表：
本发明在实际使用时，将从工业隧道窑炉急冷段抽取的高温烟气（600-800℃）通过接力风机引入到工业隧道窑炉窑头排烟风机管道内，与工业隧道窑炉窑头温度较低的烟气（180-200℃）进行混合，从而获得温度大于310℃的适合使用中温脱硝催化剂的烟气条件。而后将浓度为18-20%的氨水经过双流体喷枪将雾化均匀后，喷入到烟道内，与烟气进行均匀混合。混合均匀后含有氨气的烟气进入到SCR脱销催化系统进行反应，从而达到处理烟气中NOx的目的。
本发明的脱销效果的实验数据见下表：
选用中温脱硝催化剂相比于低温催化剂产生的经济效益分析如下：
1、催化剂费用
现在市场上低温催化剂的价格一般为6万元/m³，中温催化剂的价格为1.5万元/m³，以上述方案中的工况为例，如选用低温催化剂需要使用的催化剂的体积为15.55m³，选用中温催化剂需要的催化剂体积为9.72m³，折算到每年催化剂的成本为：
低温催化剂每年成本=15.55m³×6万元/m³÷2年=46.65万元
中温催化剂每年成本=9.72m³×1.5万元/m³÷3年=4.86万元
2、脱硝工程费用
选用低温催化剂体积与中温催化剂体积的比值约为1.6:1，所设计的反应器的尺寸也相应变大，这样项目初期投资的费用，低温催化剂方案相比中温催化剂方案成本理论计算也相应高出30%左右。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种窑炉SCR脱硝工艺，其特征在于包括如下步骤：
(1)提取窑炉急冷段高温烟气引至窑头处，与窑头内的烟气混合，令窑头内烟气的温度升至大于310摄氏度；
(2)将中高温烟气引入脱硝单元中进行脱硝反应；
1>通过还原剂喷淋系统对烟气进行喷淋预处理；
2>将预处理过的烟气引入SCR脱硝催化系统中，通过脱硝催化剂进行脱硝反应；
所述还原剂 喷淋系统包括氨水储罐、供氨泵、氨水过滤器和氨水蒸发器；所述氨水储罐通过供氨泵进入氨水过滤器，再从氨水过滤器进入氨水蒸发器；所述氨水蒸发器包括螺旋加热管路、压缩气源、高压气管和双流体喷枪；所述双流体喷枪包括液流接入口和气流接入口，所述螺旋加热管盘绕设置在窑头的烟道内，螺旋加热管路一端连接氨水过滤器，另一端连接双流体喷枪的液流接入口；压缩气源通过高压气管连接双流体喷枪的气流接入口；
双流体喷枪包括气液混合器和液流加速器，气液混合器通过输液管连接液流加速器，在液流加速器上开设高压喷口；
所述气液混合器包括进气管和进液管，在进气管和进液管的交汇处设置混合腔；
所述进气管呈环形，在进气管上开设气流接入口，高压气流从气流接入口进入进气管，所述进气方向与环形进气管相切；在气流接入口两侧的进气管上分别开设液流接入口，所述两个液流接入口连接螺旋加热盘管，氨水从螺旋加热盘管中升温后由液流接入口进入进液管；
在混合腔内开设一个以上的混流插槽，在混流插槽中设置气液混合整流器，所述气液混合整流器包括前网板、混合叶轮和后网板，混合叶轮设置在前、后网板之间，气体和液体的流动力能够带动混合叶轮高速旋转；所述混流插槽通过输液管连通液流加速器。
2.根据权利要求1所述的一种窑炉SCR脱硝工艺，其特征在于：
所述还原剂喷淋系统内的还原剂采用18-20％的氨水；所述还原剂在喷淋前预加热升温至200摄氏度以上。
3.根据权利要求2所述的一种窑炉SCR脱硝工艺专用设备，其特征在于包括引风加热单元和脱硝单元；
所述引风加热单元包括三根以上的引风管，所述引风管的一端联通窑炉急冷段，引风管的另一端通过接力风机联通窑炉窑头；
所述脱硝单元包括还原剂喷淋系统和SCR脱硝催化系统。
4.根据权利要求3所述的一种窑炉SCR脱硝工艺专用设备，其特征在于在前后网板上分别开设前、后混流孔，混流孔的轴截面呈梯形；前后混流孔的大径端相对设置。
5.根据权利要求4所述的一种窑炉SCR脱硝工艺专用设备，其特征在于所述液流加速器包括环形加速腔体和通流管道，所述通流管道与环形加速腔体联通并相切设置；在环形加速腔体中设置悬磁加速块，悬磁加速块内设置内磁体；在环形加速腔体的环形中心位置设置加速电机，所述加速电机通过悬臂连接外磁体；加速电机能够通过悬臂令外磁体高速转动，外磁体通过磁吸力带动内磁体在环形加速腔体中高速旋转，给通过通流管道的气液混合体加速后，气液混合体从高压喷口雾化喷出。
6.根据权利要求5所述的一种窑炉SCR脱硝工艺专用设备，其特征在于SCR脱硝催化系统包括钢构支撑架，在钢构支撑架内安装至少两层脱硝催化剂层，每层脱硝催化剂层中安装两套脱硝催化剂模块；在每层脱硝催化剂层之间安装吹灰系统。
7.根据权利要求6所述的一种窑炉SCR脱硝工艺专用设备，其特征在于所述吹灰系统为声波吹灰系统，所述声波吹灰系统连接定时器，定时器能够控制声波吹灰系统定时启动，清理脱硝催化剂层上的积尘。
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