CN107899411A - 一种用于水泥熟料生产线窑尾烟气处理的scr反应装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水泥熟料生产线窑尾烟气处理的SCR反应装置及方法，包括SCR反应器、设于SCR反应器顶部且竖向设置的入口烟道，还包括：设于入口烟道内的氨蒸发器；氨/烟气混合器，包括卧式设置的筒体，筒体一端带有作为烟气进口的第一接口、另一端带有作为混合气出口的第二接口、筒壁上带有连接汽化氨水混合气出口的第三接口，筒体内设有与第三接口连接的穿孔管以及位于穿孔管下游的至少一块均流孔板；氨喷射器，设于入口烟道内且位于氨蒸发器下游，第二接口接入该氨喷射器中。本发明利用预热器下游中温烟气实现SCR脱硝段的氨水蒸发，与自窑尾烟囱的低温烟气混合后送入SCR反应器中，实现SCR脱硝的高效节能，应用于水泥熟料生产线中。

Description

一种用于水泥熟料生产线窑尾烟气处理的SCR反应装置及 方法

技术领域

本发明涉及水泥熟料生产线要为烟气处理技术领域，具体涉及一种用于水泥熟料生产线窑尾烟气处理的SCR反应装置。

背景技术

SCR烟气脱硝技术是指在合适的温度窗口内喷入还原剂，烟气中的氮氧化物和还原剂在催化剂的作用下，选择性地还原为没有危害的水和氮气，是国内外水泥炉窑、热电锅炉、燃煤电厂烟气脱硝工程中的运用最为广泛、脱硝率高、系统稳定可靠的技术。

目前针对燃煤锅炉，随着超低排放技术的推进，SCR脱硝技术为其主流技术，但多采用液氨作为还原剂，液氨蒸发和喷射技术为独立于烟道的系统，且较为成熟；针对热电锅炉，由于早期较多采用SNCR脱硝技术，由于标准的提升，单纯的SNCR脱硝不能满足要求，SNCR-SCR联合脱硝及单纯的SCR脱硝技术发展成熟，针对水泥熟料线，由于标准相对宽松，SNCR是目前的主流技术，使用氨水作为还原剂。出于深化研究的需求，提出了在末端进一步耦合SCR脱硝的技术。

SCR脱硝技术虽然成熟，但是在国内水泥行业尚无应用，使用氨水的SCR技术无需另外配置液氨系统、安全性便利性都可以大大提升，有必要寻求满足SCR脱硝的高效节能的氨水蒸发技术。

发明内容

本发明提供一种用于水泥熟料生产线窑尾烟气处理的SCR反应装置，利用预热器下游中温烟气(340-360℃)实现SCR脱硝段的氨水蒸发，与自窑尾烟囱经由稀释风机引入的低温烟气(90-110℃)混合后送入SCR反应器中，实现SCR脱硝的高效节能，应用于水泥熟料生产线中。

一种用于水泥熟料生产线窑尾烟气处理的SCR反应装置，包括SCR反应器、设于SCR反应器顶部且竖向设置的入口烟道以及位于SCR反应器底部的出口烟道，还包括：

氨蒸发器，包括设于所述入口烟道内供氨水流经的盘管或列管，所述盘管或列管的氨水进口贯穿入口烟道壁连接氨水供给管路、汽化氨水混合气出口贯穿入口烟道壁；

氨/烟气混合器，包括卧式设置的筒体，筒体一端带有作为烟气进口的第一接口、另一端带有作为混合气出口的第二接口、筒壁上带有连接所述汽化氨水混合气出口的第三接口，筒体内设有与所述第三接口连接的穿孔管以及位于穿孔管下游的至少一块均流孔板；

氨喷射器，设于入口烟道内且位于氨蒸发器下游，所述第二接口接入该氨喷射器中。

盘管/列管结构，是氨蒸发器的主体设备，布置在SCR反应器入口烟道内部，氨水走管程，通过外部320-360℃的区段烟道气将盘管/列管内部的氨水加热至气化状态。

优选地，所述氨蒸发器的氨水进口处及汽化氨水混合气出口处均设置压力表。

进一步优选，所述盘管或列管的氨水进口贯穿入口烟道壁连接第二管段、汽化氨水混合气体出口贯穿入口烟道壁连接第三管段，所述第二管段通过渐扩管连接第一管段，第二管段与渐扩管的扩口端相连，第一管段连接所述氨水供给管路，所述压力表分别设置在第一管段和第三管段上。

更进一步优选地，所述第一管段上设有止回阀，所述第三管段上设有疏放管及放流阀。

所述列管可采用水平列管，也可采用竖向列管，优选地，所述列管包括若干相互平行且沿入口烟道轴线布置的水平管段，相邻水平管段之间通过弧形管衔接。

氨水在盘管或列管内上进下出；氨水进口处和气水混合出口处均为法兰连接。便于烟道内外部设备的安装和拆卸。

所述第一管段及管件的管径以保证氨水流速2-3m/s计算确定；所述盘管或列管的管径以保证氨水完全气化并加热至烟道温度后流速在15-15m/s计算确定。

第一管段为氨水输送管道对接段，止回阀避免氨水气化后压力过大形成回流，压力表可用于判断运行状态是否正常，渐扩管是为了满足氨水气化后容积扩大压力平衡用，疏放管及放流阀用于故障状态排放废液。

氨/烟气混合器用于氨水气化后的混合气体与烟气的混合，烟气由第一接口送入筒体内，氨水气化后的混合气体由第三接口、经穿孔管送入筒体内，与烟气混合，进一步在均流孔板作用下混合均匀，最后由第二接口输出，喷入入口烟道内。

第一接口、第二接口为法兰接口，实现烟气的引入和氨/烟气混合气体的导出，便于安装和拆卸维修；第三接口为法兰接口，便于安装和拆卸维修，实现氨水气化后的混合气体的引入。

优选地，所述第一接口与筒体之间由渐扩管衔接，所述筒体与第二接口之间通过渐缩管衔接。

渐扩管为由小到大异径管结构，小头与第一接口法兰规格保持一致，大头与混合均流区管径保持一致，用于将烟气导入混合/均流区；渐缩管为由大到小异径管结构，其形貌特征与渐扩管一致，成镜面安装在筒体接头另一端，用于导出分散均匀的氨/烟气混合气体。

优选地，所述第三接口位于顶部筒壁上，所述穿孔管的轴线与筒体轴线相垂直布置。

更进一步优选地，穿孔管伸入筒体内的一端与筒体内表面之间的间距为50～150mm。最优选为100mm。

在筒体顶部开孔，并装设穿孔管，筒体外部管段长350mm，断面配置法兰，作为第三接口；筒体内部管段沿管道轴线方向深入到筒体内部表面100mm处，端面不封，管道上均匀开孔；外部通过管道与氨水气化后的混合气体对接，内部穿孔管将氨气分散到混合区，实现与烟气的第一次混合。

优选地，所述均流孔板包括顺烟气流向依次设置的第一均流孔板和第二均流孔板，第一均流孔板与第一接口之间的区域为混合区，两块均流孔板之间的区域为第一均流区，第二均流孔板与第二接口之间的区域为第二均流区。

进一步优选地，第一均流区与第二均流区沿筒体轴向的长度均为均流孔板直径的1.5-2倍。

进一步优选地，所述第一均流孔板和第二均流孔板均为开孔圆盘结构，开孔率为20-30％。

筒体为卧式圆筒结构，空速15-20m/s；开孔率20％-30％，呈环状均布，过孔速率不低于50m/s。

首先依氨气需用量确定第三接口氨气接入管道管径；随后根据控制氨浓度低于5vol％确定需要引入的烟气量，并确定第一接口管径；再依据氨和烟气总气量确定筒体管径。

作为优选，第一接口、第二接口、第三接口外部连接管道均设置温度计，保证温度高于100℃。

优选地，所述氨喷射器由母管和支管组成，支管上开孔作为喷嘴，喷嘴孔径大小为3-5mm，开孔数目以保证单孔喷射的气流速度不小于100m/s。

氨蒸发器出口至氨/烟气混合器管道系统、氨/烟气混合器系统、氨/烟气混合系统至氨喷射系统母管、窑尾烟道气系统均需设置保温，采用岩棉+白铁皮，保证保温层外部温度低于50℃。

本发明还提供一种利用所述SCR反应装置处理水泥炉窑分解炉窑尾烟气的方法，包括如下步骤：来自预热器且温度为320-360℃的烟气引入入口烟道内，氨水由氨水供给管路送入列管或盘管内，入口烟道内的烟气将流经列管或盘管内的氨水安全汽化，汽化氨水由第三接口引入氨/烟气混合器的筒体中，同时由第一接口引入来自窑尾烟囱且温度为100-150℃的烟气混合，在筒体内进行充分混合后的混合气由第二接口引出，送入入口烟道内且位于氨蒸发器下游的氨喷射器中，由氨喷射器喷入入口烟道内，与烟气一起进入SCR反应器内，进行SCR反应，净化后的烟气由底部的出口烟道排除。

优选地，氨蒸发器内氨水的流速为2-5m/s，并在蒸发过程中逐步扩大至15-20m/s。

优选地，氨/烟气混合器中空速15-20m/s。

优选地，氨/烟气混合器中穿孔管流速不低于50m/s。

优选地，氨/烟气混合器中均流孔板过孔流速35-100m/s。

优选地，氨喷射器喷射孔流速不低于200m/s。

从窑尾烟囱引入的烟气量以保证将气相氨浓度稀释到爆炸下限(5vol％)以下。

本发明在水泥熟料线SCR反应器入口烟道内布置氨蒸发器，利用入口烟道内部温度约为320-360℃的烟道气将盘管内氨水加热至气化状态，然后引入氨/烟气混合器与来自窑尾烟囱的烟气混合，氨/烟气混合器中引入的烟气为窑尾烟囱的洁净烟气，解决了中国水泥炉窑SCR脱硝使用氨水作为还原剂时，氨水蒸发气化后，若采用低温稀释风予以稀释，温降导致回复到液态水的问题。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)相较于直接将氨水喷入SCR反应器入口烟道，将氨水蒸发气化后喷入，保证喷入烟道的氨分布更加均匀，符合SCR脱硝所需的流场均布性要求，另一方面喷入气相氨比喷入氨水能提升反应速率；

(3)气相氨送入氨/烟气混合器，通过烟气的稀释作用，可以保证系统中气相氨的浓度在爆炸极限下限以下，提升了脱硝系统的安全性；

(4)利用烟气本身的热量使氨水挥发，无需额外增加热源，减少了设备冗余和能量消耗。

附图说明

图1是本发明SCR反应装置的结构示意图。

图2是本发明氨蒸器一种实施方式(列管)结构示意图。

图3是本发明氨蒸器一种实施方式(盘管)结构示意图。

图4是本发明氨/烟气混合器的结构示意图。

图5是均流孔板结构示意图。

图中所示附图标记如下：

1-SCR反应器 2-入口烟道 3-氨蒸发器

4-氨喷射器 5-氨/烟气混合器

31-第一管段 32-止回阀 33-压力表

34-渐扩管 35-第二管段 36-氨水进口接口

37-列管 38-汽化氨水混合气出 39-疏放管及疏放阀

口接口

310-第三管段 311-盘管

51-第一接口 52-渐扩衔接管 53-第三接口

54-穿孔管 55-第一均流孔板 56-第二均流孔板

57-渐缩衔接管 58-第二接口 59-混合区

510-第一均流区 511-第二均流区 512-筒体

具体实施方式

如图1所示，一种应用于水泥炉窑窑尾烟气处理的-SCR反应装置，包括SCR反应器1，该反应器采用常规SCR反应器，SCR反应器顶部连接入口烟道2，入口烟道2选320-360℃范围内的竖向烟道，顶部与预热器出口烟道相连、底部与SCR反应器烟气入口相连，入口烟道内顺烟气流向依次设置氨蒸发器3和氨喷射器4，入口烟道外部设置氨/烟气混合器5，氨/烟气混合器5的进气口通过烟道与窑尾烟囱相连、汽化氨水混合气出口与氨喷射器4相连、氨进口与氨蒸发器3的出口相连。

氨蒸发器3的结构如图2和图3所示，蒸发器主体为列管37(图2)或盘管311(图3)，列管由若干相互平行的水平管段组成，且沿烟道的轴线布置，相邻水平管段之间通过第四管段及弧形管段衔接。

位于最上层的水平管段一端端口贯穿烟道壁带有氨水进口接口36，该接口为法兰，通过法兰连接一段第二管段35，第二管段35通过一段渐扩管34与第一管段31连接，第二管段与渐扩管的扩口端连接，第一管段34上顺水流向依次设置止回阀32和压力表33；位于最下层水平管段一端口贯穿烟道壁带有汽化氨水混合气出口接口38，该接口为法兰，通过法兰连接一段第三管段310，第三管段310上设置疏放管及疏放阀39。

本实施方式中，第一管段实现与氨水输送系统的对接，第一管段31及管件其管径根据氨水流速2-3m/s确定，第二管段及管件，其管径与列管保持一致，列管管径根据氨水完全气化并加热至烟道温度(320-360℃)后流速在15-15m/s计算确定，疏放管及疏放阀39其管径及规格与第三管段保持一致，第三管段管道及管件其管径与列管保持一致。为保证管段的气密性，除阀门外，均采用焊接方式连接。

氨水在列管内走管程，上进下出，烟气流向为竖直向下，通过烟气的温度使管程中氨水蒸发成气态。

蒸发器主体结构采用盘管时如图4所示，将位于烟道内的主体管段替换成盘管311，汽化氨水混合气出口接口38连接一段与出口管等管径的管段，再通过一段渐扩管连接大管径的第三管段310，疏放管及疏放阀39设置在于出口管等管径的管段上，压力表设置在大管径的第三管段上，其他设置于图2中一致。

氨/烟气混合器5的结构如图4和图5所示，包括卧式的筒体512，筒体512的一端设置第一接口51、另一端设置第二接口58，第一接口与筒体之间通过渐扩衔接管52衔接、筒体与第二接口58之间通过渐缩衔接管57衔接，第一接口和第二接口处均为法兰，第一接口作为烟气进口，连接来自来自窑尾烟囱的烟道，第二接口作为混合气出口，混合气出口连接氨喷射器4。

筒体512内沿烟气流向设置两块均流孔板(第一均流孔板55和第二均流孔板56)，两款均流孔板的板面与筒体的轴向相垂直布置，渐扩管扩口与第一均流孔板之间为混合区59、第一均流孔板55和第二均流孔板56之间为第一均流区510、第二均流孔板56与渐缩管扩口之间为第二均流区511，三个区域的沿筒体轴线的长度比例大致为1.3～1.4:1.3～1.4:1。

混合区的顶部筒壁开孔，穿孔管54竖直插入混合区内，即穿孔管的轴线与筒体的轴线相垂直，穿孔管底部不封闭，与混合区底部筒壁之间的间距为100mm，穿孔管关闭上均匀开孔，用于将气化氨水均匀送入混合区。穿孔管位于同体外的管段长350mm左右，端口为第三接口53，第三接口处设置法兰，连接氨蒸发器的汽化氨水混合气出口接口38。穿孔管靠近渐扩管的扩口处设置。

两块均流孔板如图5所示，为圆形孔板，圆周处于筒壁内壁密封连接。

氨喷射器由母管和支管组成，支管上开孔作为喷嘴，喷嘴孔径大小为3-5mm，开孔数目以保证单孔喷射的气流速度不小于100m/s。

第一接口51与引自窑尾烟囱的100-150℃的烟气管道对接，经渐扩衔接管52送入到混合区59，从第三接口引入经完全气化的氨水(氨气+水蒸气)，从穿孔管54分散到混合区59，氨与烟气进行初次混合。随后，经第一均流孔板55进行均化，进入第一均流区510，再经第二均流孔板56进行均化后进入第二均流区511，经渐缩衔接管53和第二接口55导出，送至氨喷射器4中。

氨水经由氨水入口送入氨蒸发器内，来自预热器且温度范围在320-360℃内的烟气将氨水完全气化，气化后氨引入氨/烟气混合其中，与来自窑尾烟囱温度在100-150℃范围内的烟气混合并稀释至设定浓度后送入氨喷射器，再由氨喷射器喷入入口烟道内，在SCR反应器催化反应。

以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (10)

1.一种用于水泥熟料生产线窑尾烟气处理的SCR反应装置，包括SCR反应器、设于SCR反应器顶部且竖向设置的入口烟道以及位于SCR反应器底部的出口烟道，其特征在于，还包括：

氨蒸发器，包括设于所述入口烟道内供氨水流经的盘管或列管，所述盘管或列管的氨水进口贯穿入口烟道壁连接氨水供给管路、汽化氨水混合气出口贯穿入口烟道壁；

氨/烟气混合器，包括卧式设置的筒体，筒体一端带有作为烟气进口的第一接口、另一端带有作为混合气出口的第二接口、筒壁上带有连接所述汽化氨水混合气出口的第三接口，筒体内设有与所述第三接口连接的穿孔管以及位于穿孔管下游的至少一块均流孔板；

氨喷射器，设于入口烟道内且位于氨蒸发器下游，所述第二接口接入该氨喷射器中。

2.根据权利要求1所述SCR反应装置，其特征在于，所述氨蒸发器的氨水进口处及汽化氨水混合气出口处均设置压力表。

3.根据权利要求2所述SCR反应装置，其特征在于，所述盘管或列管的氨水进口贯穿入口烟道壁连接第二管段、汽化氨水混合气体出口贯穿入口烟道壁连接第三管段，所述第二管段通过渐扩管连接第一管段，第二管段与渐扩管的扩口端相连，第一管段连接所述氨水供给管路，所述压力表分别设置在第一管段和第三管段上。

4.根据权利要求3所述SCR反应装置，其特征在于，所述第一管段上设有止回阀，所述第三管段上设有疏放管及放流阀。

5.根据权利要求1所述SCR反应装置，其特征在于，所述第三接口位于顶部筒壁上，所述穿孔管的轴线与筒体轴线相垂直布置。

6.根据权利要求5所述SCR反应装置，其特征在于，穿孔管伸入筒体内的一端与筒体内表面之间的间距为50～150mm。

7.根据权利要求1所述SCR反应装置，其特征在于，所述均流孔板包括顺烟气流向依次设置的第一均流孔板和第二均流孔板，第一均流孔板与第一接口之间的区域为混合区，两块均流孔板之间的区域为第一均流区，第二均流孔板与第二接口之间的区域为第二均流区。

8.根据权利要求7所述SCR反应装置，其特征在于，第一均流区与第二均流区沿筒体轴向的长度均为均流孔板直径的1.5-2倍。

9.根据权利要求1所述SCR反应装置，其特征在于，所述氨喷射器由母管和支管组成，支管上开孔作为喷嘴，喷嘴孔径大小为3-5mm，开孔数目以保证单孔喷射的气流速度不小于100m/s。

10.一种利用权利要求1所述SCR反应装置处理水泥炉窑分解炉窑尾烟气的方法，包括如下步骤：来自预热器且温度为320-360℃的烟气引入入口烟道内，氨水由氨水供给管路送入列管或盘管内，入口烟道内的烟气将流经列管或盘管内的氨水安全汽化，汽化氨水由第三接口引入氨/烟气混合器的筒体中，同时由第一接口引入来自窑尾烟囱且温度为100-150℃的烟气混合，在筒体内进行充分混合后的混合气由第二接口引出，送入入口烟道内且位于氨蒸发器下游的氨喷射器中，由氨喷射器喷入入口烟道内，与烟气一起进入SCR反应器内，进行SCR反应，净化后的烟气由底部的出口烟道排除。