CN107233789A - 一种燃煤烟气除尘脱硝一体化系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃煤烟气除尘脱硝一体化系统及其工作方法,包括锅炉、FGD脱硫装置和烟囱，其特征在于：还包括除尘脱硝一体化装置和空气预热器，锅炉和除尘脱硝一体化装置相连，除尘脱硝一体化装置和空气预热器相连，空气预热器和FGD脱硫装置相连，FGD脱硫装置和烟囱相连；所述除尘脱硝一体化装置包括多个除尘脱硝一体化模块，所有除尘脱硝一体化模块组装成为除尘脱硝一体化装置；所述除尘脱硝一体化模块包括多个陶瓷过滤器催化剂单体，所有陶瓷过滤器催化剂单体组装形成除尘脱硝一体化模块；所述陶瓷过滤器催化剂单体包括单体外层和单体内层，单体内层设置在单体外层的内侧，单体外层为微孔过滤器。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃煤烟气除尘脱硝一体化系统及其工作方法，广泛应用于燃煤锅炉、燃煤窑炉烟气的SCR脱硝工程和袋式、电除尘系统，属于废气污染治理技术，本发明属于环保技术领域。
背景技术
我国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家之一，据统计，我国90%二氧化硫、67%氮氧化物、70%烟尘排放量来自于煤炭的燃烧。燃煤烟气含有烟尘，NOx，SO2，SO3，HCl，HF，重金属等污染物，污染物浓度高，毒性大，对生态环境和人类健康有较大危害。因而，烟气在排入大气之前需要进行净化处理。目前我国工业上典型的做法是烟气从锅炉省煤器出来后进入SCR反应器，加入液氨作为还原剂脱硝后再进入电除尘器（有的还要袋式除尘）除尘，除尘后的烟气再进入FGD吸收塔进行脱硫，脱硫后的净烟气再由烟囱排入大气。
现有的除尘脱硝装备存在以下缺点：一是由于脱硝、除尘单元作为独立单元分开布置，增加了投资及占地面积，同时由于烟气阻力、电除尘增加了运行费用；二是SCR催化剂需要安装在除尘器之前，烟气中灰尘含量高，极易造成催化剂的堵塞、磨蚀和中毒，减小了催化剂的使用寿命，并使运行费用增加。围绕我国大气污染控制方面的重大需求和国际技术进步，通过关键技术研发和系统集成，开发具有除尘、脱硝一体的控制技术与设备，推动我国大气环境质量改善任务十分迫切。
在涌现出的众多脱硝技术方法中，燃煤烟气同时高效除尘、脱硝是一种新的有效的方法。它不同国内典型的烟气脱硝工程技术，是国内首创。它集除尘与脱硝于一体，可以替代目前国内烟气处理工程中的脱硝反应器和除尘器。
中国专利201510789500.2公开了一种燃煤烟气除尘脱硫脱硝一体化复合工艺系统，它是高温烟气除尘脱硫脱硝及余热利用的成套设备，主要由陶瓷多管除尘器进行粗除尘并脱硫，陶瓷过滤膜过滤器进行深度净化除尘并脱硝，换热器利用烟气余热将冷风变成热风，进入锅炉燃烧口助燃。该结构依靠填充还原剂，不能很好地保证脱硝速率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，除尘率、脱硝率高，装置投资运行费用低，特别适用燃煤烟气净化处理的燃煤烟气除尘脱硝一体化系统及其工作方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种燃煤烟气除尘脱硝一体化系统,包括锅炉、FGD脱硫装置和烟囱，其特征在于：还包括除尘脱硝一体化装置和空气预热器，锅炉和除尘脱硝一体化装置相连，除尘脱硝一体化装置和空气预热器相连，空气预热器和FGD脱硫装置相连，FGD脱硫装置和烟囱相连；所述除尘脱硝一体化装置包括多个除尘脱硝一体化模块，所有除尘脱硝一体化模块组装成为除尘脱硝一体化装置；所述除尘脱硝一体化模块包括多个陶瓷过滤器催化剂单体，所有陶瓷过滤器催化剂单体组装形成除尘脱硝一体化模块；所述陶瓷过滤器催化剂单体包括单体外层和单体内层，单体内层设置在单体外层的内侧，单体外层为微孔过滤器。微孔过滤器由高温陶瓷制成，其除尘效率达99.9%。单体内层脱硝效率>90%。陶瓷过滤器催化剂单体需要经过煅烧处理。从省煤器出来的含尘烟气混合液氨后，首先经过单体外层（过滤层）除尘，除尘后的烟气进入单体内层（催化剂表面），在催化剂的作用下NOx与氨还原剂进行SCR脱硝反应，生成无环境危害的N2和H2O，达到环保排放要求。
本发明所述微孔过滤器上设置有微孔，微孔的孔径大于或者等于10μm。
本发明所述单体内层的材质为纳米级金红石型TiO2、V2O5或上述二者的混合物。单体内层的材质还可以掺入其他活性物质。陶瓷过滤器催化剂单体具有优良的耐温性、耐腐性和耐磨蚀性。
本发明所述除尘脱硝一体化模块的形状为长方体，除尘脱硝一体化模块的纵截面的形状为150mm×150mm的正方形，除尘脱硝一体化模块的长度为1000mm～2000mm。除尘脱硝一体化模块的形状也可以根据设计需要做成各种形状。
本发明所述燃煤烟气除尘脱硝一体化系统包括反应塔，除尘脱硝一体化装置安装在反应塔中，锅炉与反应塔相连。
本发明所述燃煤烟气除尘脱硝一体化系统还包括静态混合器，锅炉与静态混合器相连，静态混合器与反应塔相连。
本发明所述除尘脱硝一体化装置上设置有固定板。
一种燃煤烟气除尘脱硝一体化系统的工作方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）烟气由锅炉进入除尘脱硝一体化装置中，然后烟气与氨气混合；
2）烟气与氨气的混合气体首先进入单体外层进行除尘，然后再进入单体内层进行脱硝反应；
3）脱硝反应结束后的烟气离开除尘脱硝一体化装置前往空气预热器进行热量回收；
4）热量回收结束后的烟气离开空气预热器前往FGD脱硫装置进行脱硫；
5）脱硫结束后的烟气离开FGD脱硫装置前往烟囱进行排放。
6）本发明步骤2）烟气与氨气的混合气体中，NOx的物质的量和NH3的物质的量相等。
相比现有技术，本发明改变了目前典型的烟气除尘、脱硝、脱硫的工艺流程，烟气经过除尘脱硝一体化装置后实现了除尘脱硝一体，不需再进行电除尘直接进行FGD脱硫后达到环保排放要求。陶瓷过滤器催化剂单体是复合层材料的产品，单体外层是由高温陶瓷做成的微孔孔径达10μ的过滤器层，单体内层是采用特殊技术处理由纳米级金红石型TiO2、V2O5等活性成分组成的催化层。本发明燃煤烟气除尘脱硝一体化系统形成了一种新型的烟气除尘、脱硝、脱硫的工程技术。从锅炉的省煤器出来的含尘烟气按比例与NH3混合后进入除尘脱硝一体化装置，含尘烟气首先由单体外层的过滤器除尘，除尘效率高达99.9%，灰尘在除尘脱硝一体化装置的底部收集。除尘后烟气进入单体内层的催化剂表面，在催化剂的作用下与NH3还原剂进行SCR脱硝反应，生成无环境危害的N2、H2O。除尘脱硝后的烟气不再需要进行电除尘和袋式除尘，直接进入FGD吸收塔进行脱硫后从烟囱排放，达到环保排放要求。此一体化装置大大简化了工艺流程，减少了投资、占地空间及运行费用。
附图说明
图1是本发明实施例除尘脱硝一体化装置的平面结构示意图。
图2是本发明实施例燃煤烟气除尘脱硝一体化系统的平面结构示意图。
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至图2。
本实施例为一种燃煤烟气除尘脱硝一体化系统,包括锅炉1、除尘脱硝一体化装置2、空气预热器3、FGD脱硫装置4和烟囱5。锅炉1和除尘脱硝一体化装置2相连，除尘脱硝一体化装置2和空气预热器3相连，空气预热器3和FGD脱硫装置4相连，FGD脱硫装置4和烟囱5相连。
作为优选，FGD脱硫装置4为FGD脱硫塔。
除尘脱硝一体化装置2包括多个除尘脱硝一体化模块，所有除尘脱硝一体化模块组装成为除尘脱硝一体化装置2。除尘脱硝一体化模块的形状可以根据设计需要做成各种形状。
作为优选，除尘脱硝一体化装置2上设置有固定板6。
作为优选，除尘脱硝一体化模块的形状为长方体，除尘脱硝一体化模块的纵截面的形状为150mm×150mm的正方形，除尘脱硝一体化模块的长度为1000mm～2000mm。
除尘脱硝一体化模块包括多个陶瓷过滤器催化剂单体，所有陶瓷过滤器催化剂单体组装形成除尘脱硝一体化模块。陶瓷过滤器催化剂单体包括单体外层和单体内层，单体内层设置在单体外层的内侧，单体外层为微孔过滤器。
作为优选，微孔过滤器上设置有微孔，微孔的孔径大于或者等于10μm，微孔过滤器作为过滤层。微孔过滤器由高温陶瓷制成，其除尘效率达99.9%。
作为优选，单体内层的材质为纳米级金红石型TiO2、V2O5或TiO2和V2O5的混合物。单体内层的材质还可以掺入其他活性物质。陶瓷过滤器催化剂单体具有优良的耐温性、耐腐性和耐磨蚀性。单体内层作为催化层，单体内层脱硝效率>90%。
作为优选，燃煤烟气除尘脱硝一体化系统包括还反应塔和静态混合器，除尘脱硝一体化装置2安装在反应塔中，锅炉1与反应塔相连，除尘脱硝一体化装置2作为SCR反应器。锅炉1与静态混合器相连，静态混合器与反应塔相连，锅炉1中安装有省煤器。
SCR脱硝反应的原理：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O（1）
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O（2）
2NO2+4NH3+O2→3N2+ 6H2O（3）。
作为优选，本实施例根据省煤器出口烟气的参数及脱硝率、NH3逃逸率等设计陶瓷过滤器催化剂单体及SCR反应器。
本实施例还包括了燃煤烟气除尘脱硝一体化系统的工作方法。
SCR 法工艺系统流程主要由贮氨、混氨、喷氨、反应塔（陶瓷过滤器催化剂）系统、烟道及控制系统等组成。首先，液氨由汽车运送到液氨储罐贮藏，液氨通过蒸发器中的蒸汽、热水，被减压蒸发输送至氨蒸发罐，通过鼓风机向氨气空气混合器中鼓入与氨气的量成一定配比的空气进行稀释。经稀释的氨气通过喷射系统中的喷嘴被注入到烟道隔栅中，与烟气混合。在喷嘴数量较少的情况下，为了获得氨和烟气的充分均匀分布，静态混合器使从锅炉1的省煤器中出来的烟气经与部分旁路高温烟气混合调温后，进入除尘脱硝一体化装置2，然后再与氨气混合。
作为优选，本实施例陶瓷过滤器催化剂单体反应过程中NOx与NH3实际的摩尔比为1：1。优于其它产品的1：1.2，降低了氨消耗量。
初始的烟气由飞灰、NOx和SO2组成。
初始的烟气混合氨气后，首先经过除尘脱硝一体化装置2中单体外层（过滤层）的表面除尘，99.9%以上的粉尘被过滤。除尘后的烟气连同氨气进入单体内层（催化层）与催化剂接触，在催化剂的作用下NOx与氨还原剂进行SCR脱硝反应，生成无环境危害的N2和H2O，残留了SO2。从除尘脱硝一体化装置2出来的烟气由于已经除去了飞灰，不需要再进行电除尘，经过空气预热器3回收热量后，直接进入FGD脱硫塔完成烟气脱硫，脱硫结束后的烟气成为干净烟气，干净烟气最后进入排放烟囱5，达到环保排放要求。
本实施例燃煤烟气除尘脱硝一体化系统部分设计参数和优点如下：
1.脱硝和除尘二合一，大大简化SCR过程，降低能耗，可降低SCR工程总造价30%以上,无需电除尘和袋式除尘，同步去除NOx和烟尘，节省大量能耗和工艺过程；
2.陶瓷过滤器催化剂单体适用温度范围广，单体内层的催化剂的适用温度范围在 180～450℃之间。耐高温可达900-1000℃，反应效率变化平稳；
3.SCR反应过程中NOx与NH3的实际摩尔比为1：1，优于其它产品的1：1.2，降低氨消耗量；
4.性能优于蜂巢/板式催化剂，实用反应面积达90%，反应速度:1.0m/min -1.5m/min,1立方米催化剂可以处理5000立方米的烟气量，效率高，除尘效率99.9%，脱硝效率>90%,氨逃逸< 1 ppm,压力损失500Pa-750Pa（视项目工况而定），吹灰采用脉冲高速气流反吹灰；除尘效率高，占地面积小，尤其适合预留空间不足的老机组改造；
5.装置维护简单，降低操作和维护费用,SCR 催化剂可再生(费用比传统方法少70%)，寿命为5-7年，运行维护费用接近零。
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)
1.一种燃煤烟气除尘脱硝一体化系统,包括锅炉、FGD脱硫装置和烟囱，其特征在于：还包括除尘脱硝一体化装置和空气预热器，锅炉和除尘脱硝一体化装置相连，除尘脱硝一体化装置和空气预热器相连，空气预热器和FGD脱硫装置相连，FGD脱硫装置和烟囱相连；所述除尘脱硝一体化装置包括多个除尘脱硝一体化模块，所有除尘脱硝一体化模块组装成为除尘脱硝一体化装置；所述除尘脱硝一体化模块包括多个陶瓷过滤器催化剂单体，所有陶瓷过滤器催化剂单体组装形成除尘脱硝一体化模块；所述陶瓷过滤器催化剂单体包括单体外层和单体内层，单体内层设置在单体外层的内侧，单体外层为微孔过滤器。
2.根据权利要求1所述的燃煤烟气除尘脱硝一体化系统，其特征在于：所述微孔过滤器上设置有微孔，微孔的孔径大于或者等于10μm。
3.根据权利要求1或2所述的燃煤烟气除尘脱硝一体化系统，其特征在于：所述单体内层的材质为纳米级金红石型TiO2、V2O5或上述二者的混合物。
4.根据权利要求1或2所述的燃煤烟气除尘脱硝一体化系统，其特征在于：所述除尘脱硝一体化模块的形状为长方体，除尘脱硝一体化模块的纵截面的形状为150mm×150mm的正方形，除尘脱硝一体化模块的长度为1000mm～2000mm。
5.根据权利要求1或2所述的燃煤烟气除尘脱硝一体化系统，其特征在于：所述燃煤烟气除尘脱硝一体化系统包括反应塔，除尘脱硝一体化装置安装在反应塔中，锅炉与反应塔相连。
6.根据权利要求5所述的燃煤烟气除尘脱硝一体化系统，其特征在于：所述燃煤烟气除尘脱硝一体化系统还包括静态混合器，锅炉与静态混合器相连，静态混合器与反应塔相连。
7.根据权利要求6所述的燃煤烟气除尘脱硝一体化系统，其特征在于：所述除尘脱硝一体化装置上设置有固定板。
8.一种如权利要求1-7任一权利要求所述的燃煤烟气除尘脱硝一体化系统的工作方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）烟气由锅炉进入除尘脱硝一体化装置中，然后烟气与氨气混合；
（2）烟气与氨气的混合气体首先进入单体外层进行除尘，然后再进入单体内层进行脱硝反应；
（3）脱硝反应结束后的烟气离开除尘脱硝一体化装置前往空气预热器进行热量回收；
（4）热量回收结束后的烟气离开空气预热器前往FGD脱硫装置进行脱硫；
（5）脱硫结束后的烟气离开FGD脱硫装置前往烟囱进行排放。
9.根据权利要求8所述的燃煤烟气除尘脱硝一体化系统的工作方法，其特征在于：步骤2）烟气与氨气的混合气体中，NOx的物质的量和NH3的物质的量相等。
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