CN107398175B - 一种炭基催化剂脱硫脱硝一体化反应器 - Google Patents

一种炭基催化剂脱硫脱硝一体化反应器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种炭基催化剂脱硫脱硝一体化反应器,按照烟气流动方向设有烟气进口联箱、脱硫区、脱硝区和烟气出口联箱,所述脱硫区和脱硝区之间设有多个人字形栅格板、喷氨支管和扰流导流板,各喷氨支管与喷氨总管连通;所述人字形栅格板由固定在反应器前后壁的入口侧栅格板、出口侧栅格板连接而成,连接处形成人字形的尖部,该尖部指向反应器的顶部,入口侧栅格板、出口侧栅格板分别对着脱硫区、脱硝区;所述人字形栅格板有多个,依次从反应器的顶部垂直分布至底部;每个人字形栅格板的腔内设有一根喷氨支管,喷氨支管的一侧设有多个喷氨方向指向脱硫区的氨气喷嘴;所述扰流导流板为设于喷氨支管垂直方向上的板,且不与人字形栅格板接触。

Description

一种炭基催化剂脱硫脱硝一体化反应器
技术领域
本发明属于环境工程领域,涉及一种炭基催化剂脱硫脱硝一体化反应器。
背景技术
炭基催化剂干法烟气污染物控制技术,是一种可实现脱硫脱硝一体化脱除、耗水少、脱硫副产品资源化利用率高的新型烟气污染物控制技术,具有广阔的应用前景。
炭基催化剂烟气脱硫脱硝的技术原理为:
脱硫过程:烟气中的SO2在110-150℃的温度下,与烟气中的氧气、水蒸气发生化学反应生成硫酸并吸附在炭基催化剂表面,反应式如下:
SO2+1/2O2+H2O=H2SO4+178.4KJ/mol
SO3+H2O→H2SO4+79.5kJ
脱硝过程:烟气中的氮氧化物与通入的氨气混合,在炭基催化剂的催化作用下发生选择性催化还原反应,将氮氧化物转化为氮气的过程。反应式如下:
NO+NH3+1/4H2O=N2+3/2H2O-407.9KJ/mol
NO2+2NH3+1/2O2=3/2N2+3H2O-699.594KJ/mol
通常,由于竞争反应的原因,脱硫脱硝过程并非同时进行,沿烟气流动方向首先发生脱硫过程,之后发生脱硝过程。在同一反应器内,如何在脱硝过程中实现氨与烟气均匀混合,提高流场均布性,是影响脱硝效率的重要因素。
发明内容
本发明的目的在于提供一种炭基催化剂脱硫脱硝一体化反应器,在脱硫后的烟气中,将氨及时均匀地混入发生脱硝反应,实现在同一反应器内同时脱硫脱硝的目的。
上述目的是通过如下技术方案实现的:
一种炭基催化剂脱硫脱硝一体化反应器,按照烟气流动方向设有烟气进口联箱、脱硫区、脱硝区和烟气出口联箱,所述脱硫区和脱硝区之间设有多个人字形栅格板、喷氨支管和扰流导流板,各喷氨支管与喷氨总管连通;所述人字形栅格板由固定在反应器前后壁的入口侧栅格板、出口侧栅格板连接而成,连接处形成人字形的尖部,该尖部指向反应器的顶部,入口侧栅格板、出口侧栅格板分别对着脱硫区、脱硝区;所述人字形栅格板有多个,依次从反应器的顶部垂直分布至底部;每个人字形栅格板的腔内设有一根喷氨支管,喷氨支管的一侧设有多个喷氨方向指向脱硫区的氨气喷嘴;所述扰流导流板为设于喷氨支管垂直方向上的板,且不与人字形栅格板接触。
优选地,所述氨气喷嘴的喷氨方向与扰流导流板的夹角范围为10°~40°。
优选地,所述喷氨总管设有总管调节阀。
优选地,所述各喷氨支管设有支路调节阀。
优选地,所述入口侧栅格板、出口侧栅格板间的夹角范围为20°~60°。
优选地,各喷氨支管的端部设有密封法兰,各喷氨支管通过固定法兰固定在塔壁上,各喷氨支管通过连接法兰与喷氨总管连接。
优选地,所述扰流导流板的长度根据入口、出口侧栅格板长度确定,安装方向与入口、出口侧栅格板夹角的中心线重合。
本发明的有益效果:
当烟气从烟气进口联箱向烟气出口联箱移动经过本发明提供的反应器时,烟气中的SO2先与炭基催化剂接触发生反应,经脱硫后的烟气与氨气喷嘴喷出来的氨气在人字形栅格板的腔体内充分均匀混合,进行脱硝反应。在人字形栅格板腔体内设置扰流导流板,显著提高了烟气扰流,延长了烟气在腔体内的停留时间,使得喷入氨与烟气充分混合均匀,有效解决了烟气经过脱硫后进入脱硝区域的沟流和偏流问题。
附图说明
图1为本发明反应器的结构示意图(扰流导流板未画出);
图2为本发明反应器的立体结构示意图(扰流导流板未画出);
图3为本发明反应器的喷氨总管、喷氨支管的结构和连接关系示意图;
图4为人字形栅格板、扰流导流板结构示意图及人字形栅格板、扰流导流板与喷氨支管的位置关系示意图;
图5为未设置扰流导流板流场模拟图,人字形栅格板出口检测发现烟气与氨气混合不均匀,混合效果受烟气经过脱硫后进入脱硝区域的沟流和偏流影响;
图6为设置扰流导流板流场模拟图,人字形栅格板出口检测发现烟气与氨气混合非常均匀,烟气经过脱硫后进入脱硝区域不易出现沟流和偏流现象;
其中,1为喷氨总管,2为喷氨支管,3为人字形栅格板,4为入口侧栅格板,5为出口侧栅格板,6为烟气进口联箱,7为烟气出口联箱,8为氨气喷嘴,9为总管调节阀,10为支路调节阀,11为密封法兰,12为固定法兰,13为连接法兰,14为扰流导流板,15为脱硫后烟气,16为含氨混合烟气。
具体实施方式
下面结合附图和实施例具体介绍本发明的技术方案。
如图1~4所示的一种炭基催化剂脱硫脱硝一体化反应器,按照烟气流动方向设有烟气进口联箱6、脱硫区、脱硝区和烟气出口联箱7,脱硫区和脱硝区之间设有多个人字形栅格板3、喷氨支管2和扰流导流板14,各喷氨支管2与喷氨总管1连通;人字形栅格板3由固定在反应器前后壁的入口侧栅格板4、出口侧栅格板5连接而成,连接处形成人字形的尖部,该尖部指向反应器的顶部,入口侧栅格板4、出口侧栅格板5分别对着脱硫区、脱硝区;人字形栅格板3有多个,依次从反应器的顶部垂直分布至底部;每个人字形栅格板3的腔内设有一根喷氨支管2,喷氨支管2的一侧设有多个喷氨方向指向脱硫区的氨气喷嘴8;扰流导流板14为设于喷氨支管2垂直方向上的板,且不与人字形栅格板3接触。其中,氨气喷嘴的喷氨方向与扰流导流板的夹角范围为10°~40°。
在喷氨支管2上方垂直方向设置扰流导流板14,脱硫后的烟气15进入人字形空腔时,与喷出的氨气进行混合,在喷氨支管2管外壁和扰流导流板14表面发生扰流,在人字形空腔内停留一定的时间,使得脱硫后烟气15与喷入氨充分混合后,含氨混合烟气16进入脱硝区,与NOx进行反应。
人字形栅格板左右对称布置,入口侧栅格板、出口侧栅格板分别与脱硫区域的催化剂料层和脱硝区域催化剂料层接触,以分隔不同反应区域。
入口侧栅格板、出口侧栅格板与反应器前后壁面焊接相连,同时入口侧栅格板、出口侧栅格板的顶部焊接相连,因此入口侧栅格板、出口侧栅格板形成人字形的伞状结构。
人字形栅格板及催化剂自然堆积形成的物料表面,在反应器内形成了四边形柱体的空腔结构。此空腔即为烟气流通通道,同时脱硝所需的氨气也是在这个空腔内注入并与烟气均匀混合。
根据烟气阻力、氨气均匀化等设计需求,入口侧栅格板、出口侧栅格板间的夹角范围为 20°~60°,栅格板的垂直分布间隔约300mm~500mm。
扰流导流板的长度根据入口、出口侧栅格板长度确定,安装方向与入口、出口侧栅格板夹角的中心线重合。喷氨管道结构由喷氨总管、总管调节阀、喷氨支管、各支管调节阀(根据实际需求选择是否设置)、各支管氨气喷嘴、固定法兰、管道连接件及密封件构成。
喷氨总管:由氨气稀释系统将浓度约为5%的稀释氨气引入喷氨总管,并由喷氨总管分配到各喷氨支管。
总管调节阀用以根据实际工况:烟气氮氧化物浓度、喷氨氨氮比、氨逃逸率等,调节喷氨总量,使烟气达到所需脱硝效率,同时控制烟气出口较低的氨逃逸量。
各喷氨支管:每个人字形栅格板空腔内布置一支喷氨支管,喷氨支管上均匀分布氨气喷嘴。氨气可由喷嘴均匀喷入栅格板空腔内,并在空腔内均匀混合,混合后的烟气进入脱硝催化剂料层进行脱硝反应。
各支路调节阀,各支路调节阀有两种技术方案:一、喷氨均匀性良好的情况下,可不调节各支路调节阀或不设置调节阀,只由总管调节阀控制氨气流量;二、若需在工况变化、或遇特殊情况下调节或关闭个别支路调节阀,以达到所需的实验或运行效果,则设置支路调节阀,实现支管喷氨量调节。
连接法兰,用于连接各喷氨支管与总管;固定法兰,用以将各支管固定在反应器壁面;密封法兰,一方面使空腔与外界环境隔离,起到反应器内外隔绝密封的作用;另一方面,在限制各支管的径向移动、固定支管的同时,给管道轴向形变留有空间余量,防止管道因热膨胀引起局部应力集中。
根据设置导流板前后流场模拟可知,未设置扰流导流板,人字形栅格板出口氨浓度相对标准偏差为19.46%(图5);设置扰流导流板后,人字形栅格板出口氨浓度相对标准偏差为 8.98%(图6)。
从上述实施例可以看出,当烟气从烟气进口联箱向烟气出口联箱移动经过本发明提供的反应器时,烟气中的SO2先与炭基催化剂接触发生反应,经脱硫后的烟气与氨气喷嘴喷出来的氨气在人字形栅格板的腔体内充分均匀混合,进行脱硝反应。在人字形栅格板腔体内设置扰流导流板,显著提高了烟气扰流,延长了烟气在腔体内的停留时间,使得喷入氨与烟气充分混合均匀,有效解决了烟气经过脱硫后进入脱硝区域的沟流和偏流问题。
上述实施例的作用仅在于说明本发明的实质性内容,但并不以此限定本发明 的保护范围。本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明 的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明 技术方案的实质和保护范围。

Claims (7)

1.一种炭基催化剂脱硫脱硝一体化反应器,按照烟气流动方向设有烟气进口联箱、脱硫区、脱硝区和烟气出口联箱,其特征在于:所述脱硫区和脱硝区之间设有多个人字形栅格板、喷氨支管和扰流导流板,各喷氨支管与喷氨总管连通;所述人字形栅格板由固定在反应器前后壁的入口侧栅格板、出口侧栅格板连接而成,连接处形成人字形的尖部,该尖部指向反应器的顶部,入口侧栅格板、出口侧栅格板分别对着脱硫区、脱硝区;所述人字形栅格板有多个,依次从反应器的顶部垂直分布至底部;每个人字形栅格板的腔内设有一根喷氨支管,喷氨支管的一侧设有多个喷氨方向指向脱硫区的氨气喷嘴;所述扰流导流板为设于喷氨支管垂直方向上的板,且不与人字形栅格板接触。
2.根据权利要求1所述的反应器,其特征在于:所述氨气喷嘴的喷氨方向与扰流导流板的夹角范围为10°~40°。
3.根据权利要求1所述的反应器,其特征在于:所述喷氨总管设有总管调节阀。
4.根据权利要求1所述的反应器,其特征在于:所述各喷氨支管设有支路调节阀。
5.根据权利要求1所述的反应器,其特征在于:所述入口侧栅格板、出口侧栅格板间的夹角范围为20°~60°。
6.根据权利要求1所述的反应器,其特征在于:各喷氨支管的端部设有密封法兰,各喷氨支管通过固定法兰固定在塔壁上,各喷氨支管通过连接法兰与喷氨总管连接。
7.根据权利要求1所述的反应器,其特征在于:所述扰流导流板的长度根据入口、出口侧栅格板长度确定,安装方向与入口、出口侧栅格板夹角的中心线重合。
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