CN106540544A - 一种烟气脱硝反应系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种烟气脱硝反应系统，属于烟气脱硝技术领域，包括第一喷氨格栅、催化剂预反应区、第二喷氨格栅和催化剂主反应区，所述第一喷氨格栅、催化剂预反应区、第二喷氨格栅和催化剂主反应区沿烟气流动方向依次设置在烟道内，所述第一喷氨格栅与入口烟道连接，所述催化剂主反应区与出口烟道连接。在保持催化剂含量和氨含量一定的情况下，通过分开布置催化剂预反应区和主反应区，且相应搭配第一喷氨格栅和第二喷氨格栅，提高了脱硝效率；减少因脱硝反应不充分、流场分布不均引起的氨逃逸量，同时提高系统的经济性。
Description
技术领域
本发明属于烟气脱硝技术领域，具体涉及一种烟气脱硝反应系统。
背景技术
目前，国内外的烟气脱硝技术中SCR脱硝技术由于技术成熟而被广泛应用。随着环保标准的提高，对烟气脱硝效率的要求也越来越苛刻。提高SCR脱硝效率的方法中除了对催化剂本身的优化之外，另一关键因素是氨气和烟气的混合与反应。目前，SCR脱硝系统需要根据烟气NOx浓度、流速分布来调整喷氨格栅各区域的喷氨量保证所需的脱硝率。然而，由于脱硝烟气量大、流场复杂多变、NOx浓度波动频繁，各区域所需喷氨量调节很难一步精准到位，导致NH3和NOx到达催化剂层时仍存在浓度偏差，使脱硝反应不充分。
中国专利CN205627632U公开了一种基于分区混合调节的高性能SCR超低排放控制系统，包括SCR入口烟道、若干入口烟道隔板、若干出口烟道隔板、SCR出口烟道、DCS控制系统、氨气输入管道及SCR反应器，各入口烟道隔板将SCR入口烟道的出口分为若干入口烟气通道，各出口烟道隔板将SCR出口烟道的入口分为若干出口烟气通道，其中，各入口烟气通道内均设有喷氨格栅，一个入口烟气通道对应一个出口烟气通道。
中国专利CN106178949A公开了一种分级混合高效SCR脱硝装置，该发明在SCR第一层催化剂与第二层催化剂之间安装第二级混合器，配合喷氨格栅上方的第一级混合器形成分级混合。在保证第一层催化剂入口氨氮比均匀性的同时，提高第二层催化剂入口氨氮比的均匀性。
上述专利都通过分区混合的措施优化流场分布，从而有效提高了烟道中氨气与氮氧化物的均匀混合程度。然而，对于上述第一件专利来说，各分区间氮氧化物及氨浓度有较大差异时，虽然可以做到各分区内的氨氮摩尔比分布均匀，氨量也可以按照各分区内实际所需量喷入，但是相应的催化剂装载量已固定，当分区NOx浓度超过脱硝催化剂的NOx负荷时，仍然会影响系统脱硝效率；而对于第二件专利来说，只单独加装第二层混合器而不对喷氨区本身进行有效控制，那么烟气到达催化剂层时NH3和NOx仍存在浓度偏差，使脱硝反应不充分，而且存在烟气通过第二层混合器后本身已较均匀的流场又重新被打破的可能。
可以看出由于脱硝烟气量大、流场复杂多变、NOx浓度波动频繁，通过上游一次调节喷氨量，在下游通过提高流场混合程度的方式提高系统脱硝效率仍存在需要改进的地方。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种烟气脱硝反应系统，以增强烟气脱硝中烟气和氨的混合反应效果，提高脱硝效率，降低氨逃逸量。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种烟气脱硝反应系统，包括第一喷氨格栅、催化剂预反应区、第二喷氨格栅和催化剂主反应区，所述第一喷氨格栅、催化剂预反应区、第二喷氨格栅和催化剂主反应区沿烟气流动方向依次设置在烟道内，所述第一喷氨格栅与入口烟道连接，所述催化剂主反应区与出口烟道连接。
优选地，所述催化剂预反应区的催化剂装填量和所述催化剂主反应区的催化剂装填量之和为定值，且所述催化剂预反应区的催化剂装填量不大于所述催化剂主反应区的催化剂装填量。
优选地，所述第一喷氨格栅的喷氨量和所述第二喷氨格栅的喷氨量之和为定值，且所述第一喷氨格栅的喷氨量不大于所述第二喷氨格栅的喷氨量。
优选地，所述烟气脱硝反应系统，还包括导流板，所述导流板设置在所述烟道的拐角处。
优选地，所述烟气脱硝反应系统，还包括整流格栅，所述整流格栅设置在所述催化剂主反应区的入口段。
优选地，所述烟气脱硝反应系统，还包括静态混合器，所述静态混合器设置在所述第二喷氨格栅与所述整流格栅之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明烟气脱硝反应系统中，在保持催化剂含量和氨含量一定的情况下，NH3与NOx反应采用分区反应，通过将催化剂分开布置在催化剂预反应区和催化剂主反应区，且相应搭配第一喷氨格栅和第二喷氨格栅，这样一方面增加了烟道内NH3和NOx的还原反应场所，使得喷氨格栅区的喷氨量调节能够快速、高效地一步精准到位，从而提高了脱硝效率；另一方面可以灵活调节催化剂预反应区和催化剂主反应区的喷氨量和催化剂布置，减少因脱硝反应不充分、流场分布不均引起的氨逃逸量，同时提高系统的经济性。
本发明中催化剂预反应区和催化剂主反应区的催化剂装填量为定值，且所述催化剂预反应区的催化剂装填量不大于所述催化剂主反应区的催化剂装填量，相比传统设置单一催化剂反应区而言，本发明催化剂总用量保持不变，仅将传统单一催化剂反应区分成两个反应区，即本发明的催化剂预反应区和催化剂主反应区，并将这两个反应区布置在烟道的不同位置，通过调节和控制两个反应区的催化剂用量，实现在成本不变的情况下，提高催化剂利用效率，提高脱硝反应效率。而且，本发明中第一喷氨格栅的喷氨量和所述第二喷氨格栅的喷氨量之和为定值，且所述第一喷氨格栅的喷氨量不大于所述第二喷氨格栅的喷氨量，相比传统设置单一喷氨格栅而言，本发明喷氨总量保持不变，结合催化剂反应区的分区布置，相应地增加了喷氨格栅量，设置为第一喷氨格栅和第二喷氨格栅，并分别对应设置在催化剂预反应区和催化剂主反应区的上游烟道内，通过调节第一喷氨格栅和第二喷氨格栅的喷氨量，实现在喷氨总量不变的条件下，提高脱硝反应效率，减少氨逃逸，从而提高系统的经济性。
本发明从SCR脱硝系统的结构出发，在不改变反应条件的情况下，特别是不改变催化剂总量及喷氨总量的情况下，相比传统无分区SCR脱硝反应系统，可以使SCR系统的脱硝效率提高5%以上，同时降低允许的氨逃逸量，使氨逃逸量低于2mg/m3。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步地详细说明。
图1：传统第一种烟气脱硝反应系统的结构示意图；
图2：本发明第一种烟气脱硝反应系统的结构示意图；
图3：传统第二种烟气脱硝反应系统的结构示意图；
图4：本发明第二种烟气脱硝反应系统的结构示意图；
其中，1-喷氨格栅，101--第一喷氨格栅1，102-第二喷氨格栅，2-导流板，3-静态混合器，4-整流格栅，5-催化剂层，501-催化剂预反应区，502-催化剂主反应区，6-入口烟道，7-出口烟道。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。
实施例1
基准条件：采用蜂窝催化剂，待处理的烟气中NOx浓度550mg/m3，O2含量3.5%，反应温度370°C，氨氮比为0.85。
参阅图1，传统烟气脱硝反应系统，包括喷氨格栅1、导流板2、静态混合器3、整流格栅4和催化剂层5，所述喷氨格栅和催化剂层沿烟气流动方向依次设置在烟道内，所述喷氨格栅与入口烟道6连接，所述催化剂层与出口烟道7连接，所述导流板设置在烟道的拐角处，所述整流格栅设置在所述催化剂层的入口段，所述静态混合器设置在所述喷氨格栅与所述整流格栅之间。
入口烟道和出口烟道均为垂直烟道；喷氨格栅和静态混合器布置在烟道中部的水平段；整流格栅和催化剂层均布置在烟道出口的垂直段。
测试系统的脱硝率为83.5%，氨逃逸量为2.4mg/m3。
参阅图2，本发明一种烟气脱硝反应系统，包括第一喷氨格栅101、催化剂预反应区501、第二喷氨格栅102和催化剂主反应区502，所述第一喷氨格栅、催化剂预反应区、第二喷氨格栅和催化剂主反应区沿烟气流动方向依次设置在烟道内，所述第一喷氨格栅与入口烟道连接，所述催化剂主反应区与出口烟道连接。
本实施例一种烟气脱硝反应系统还包括导流板2、整流格栅4和静态混合器3，所述导流板设置在烟道的拐角处，所述整流格栅设置在所述催化剂主反应区的入口段，所述静态混合器设置在所述第一喷氨格栅与所述整流格栅之间。
本实施例中，入口烟道和出口烟道均为垂直烟道；第一喷氨格栅和催化剂预反应区布置在烟道入口的垂直段；第二喷氨格栅和静态混合器布置在烟道中部的水平段；整流格栅和催化剂主反应区均布置在烟道出口的垂直段。
导流板的形状为圆弧形，并行排列呈一条直线。静态混合器的数量为1个，设置在第二喷氨格栅之后且催化剂主反应区之前；当存在整流格栅时，设置在第二喷氨格栅与所述整流格栅之间。通过导流板、整流格栅和静态混合器的配合进一步提高烟气流场的均匀分布。
催化剂预反应区设置预催化剂层，催化剂主反应区设置主催化剂层。预催化剂层中装填的蜂窝催化剂，主催化剂层中装填蜂窝催化剂，预催化剂层和主催化剂层中的催化剂装填量之和等于基准条件下的催化剂总装填量。待处理的烟气参数与基准条件相同。所述的催化剂预反应区的催化剂装填量占基准条件下的催化剂总装填量的10~30wt%，剩余催化剂装填在所述催化剂主反应区。第一喷氨格栅喷氨量和第二喷氨格栅喷氨量之和等于基准条件下的喷氨总量，所述的第一喷氨格栅的喷氨量占基准条件下的喷氨总量的10~30wt%，剩余氨气由第二喷氨格栅喷入烟道。
通过上述第一喷氨格栅、催化剂预反应、第二喷氨格栅和催化剂主反应区的有效搭配，增加了烟道内NH3和NOx的还原反应场所，并能够根据实际需要能够更加灵活地调节预反应区和主反应区的喷氨量和催化剂布置，提高系统脱硝效率，减少氨逃逸。
测试本发明系统的脱硝效率达到89.6%，氨逃逸量为1.9mg/m3。
实施例2
基准条件同实施例1。
参阅图2，本实施例所描述的烟气脱硝反应系统与实施例2不同的是：
所述的第一喷氨格栅的喷氨量占基准条件下的喷氨总量的30~50wt%，剩余氨气由第二喷氨格栅喷入烟道。
测试本发明系统的脱硝效率达到90.8%，氨逃逸量为1.8mg/m3。
实施例3
基准条件同实施例1。
参阅图2，本实施例所描述的烟气脱硝反应系统与实施例2不同的是：
所述的催化剂预反应区的催化剂装填量占基准条件下的催化剂总装填量的10~30wt%，剩余催化剂装填在所述催化剂主反应区。
测得系统的脱硝效率达到91.6%，氨逃逸量为1.7mg/m3。
实施例4
基准条件：采用板式催化剂，待处理的烟气中NOx浓度480mg/m3，O2含量3.1%，反应温度350°C，氨氮比为0.81。
参阅图3，传统烟气脱硝反应系统，与实施例1描述的传统烟气脱硝反应系统不同的是：
入口烟道为水平烟道。
测试系统的脱硝率为80.1%，氨逃逸量为2.3mg/m3。
参阅图4，一种烟气脱硝反应系统，与实施例1描述不同的是：
入口烟道为水平烟道。
测试本实施例系统的脱硝效率达到86.5%，氨逃逸量为1.9mg/m3。
实施例5
基准条件同实施例4。
参阅图4，本实施例所描述的烟气脱硝反应系统与实施例4不同的是：
所述的第一喷氨格栅的喷氨量占基准条件下的喷氨总量的30~50wt%，剩余氨气由第二喷氨格栅喷入烟道。
测试本实施例系统的脱硝效率达到88.7%，氨逃逸量为1.7mg/m3。
实施例6
基准条件同实施例4。
参阅图4，本实施例所描述的烟气脱硝反应系统与实施例4不同的是：
所述的第一喷氨格栅的喷氨量占基准条件下的喷氨总量的30~50wt%，剩余氨气由第二喷氨格栅喷入烟道。
测试本实施例系统的脱硝效率达到89.3%，氨逃逸量为1.5mg/m3。
本发明烟气脱硝反应系统中入口烟道的上游与锅炉连接。对于实施例4~6所描述的烟气脱硝反应系统，由锅炉出来的烟气由水平方向的入口烟道进入系统内部，同时第一喷氨格栅和催化剂预反应区设置在烟道入口的垂直段，能够有效避免烟气所带灰尘在喷嘴及催化剂层上的沉积，减少喷氨格栅的磨损以及催化剂层的堵塞和磨损，降低催化剂的维修及更换成本。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种烟气脱硝反应系统，其特征在于：包括第一喷氨格栅、催化剂预反应区、第二喷氨格栅和催化剂主反应区，所述第一喷氨格栅、催化剂预反应区、第二喷氨格栅和催化剂主反应区沿烟气流动方向依次设置在烟道内，所述第一喷氨格栅与入口烟道连接，所述催化剂主反应区与出口烟道连接。
2.如权利要求1所述的烟气脱硝反应系统，其特征在于：所述催化剂预反应区的催化剂装填量和所述催化剂主反应区的催化剂装填量之和为定值，且所述催化剂预反应区的催化剂装填量不大于所述催化剂主反应区的催化剂装填量。
3.如权利要求2所述的烟气脱硝反应系统，其特征在于：所述第一喷氨格栅的喷氨量和所述第二喷氨格栅的喷氨量之和为定值，且所述第一喷氨格栅的喷氨量不大于所述第二喷氨格栅的喷氨量。
4.如权利要求1所述的烟气脱硝反应系统，其特征在于：所述烟气脱硝反应系统，还包括导流板，所述导流板设置在所述烟道的拐角处。
5.如权利要求4所述的烟气脱硝反应系统，其特征在于：所述烟气脱硝反应系统，还包括整流格栅，所述整流格栅设置在所述催化剂主反应区的入口段。
6.如权利要求5所述的烟气脱硝反应系统，其特征在于：所述烟气脱硝反应系统，还包括静态混合器，所述静态混合器设置在所述第二喷氨格栅与所述整流格栅之间。
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