CN107952363A - 一种低温烟气rt-scr蓄热催化还原脱硝系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低温烟气RT‑SCR蓄热催化还原脱硝系统及方法，包括RT‑SCR蓄热催化主体单元，以及与其连接的烟气输送控制单元和烟气反吹单元，所述的RT‑SCR蓄热催化主体单元包括多个蓄热催化塔，以及连接多个蓄热催化塔顶部的烟气连接通道，烟气进入蓄热催化塔，经堆滤层过滤预去除烟气中的粘结性颗粒物，然后进入蓄热层进行热交换，再经热量补偿器提高温度，然后在SCR反应层进行脱硝，多个蓄热催化塔进行串联或并联组合，进行多次脱硝处理，并通过烟气反吹单元对蓄热催化塔进行反吹清扫。与现有技术相比，本发明利用自身的结构实现废气的预热、脱硝、吸热和排气工作，具有较高的热能利用率，而且能耗低，能够对低温烟气中的氮氧化物进行有效的处理。

Description

一种低温烟气RT-SCR蓄热催化还原脱硝系统及方法
技术领域
本发明涉及一种环境保护领域的烟气氮氧化物排放控制技术，尤其是涉及一种低温烟气RT-SCR蓄热催化还原脱硝技术方法。
背景技术
近年来，氮氧化物的排放量不断增大，其带来的环境问题也日渐凸显。我国能源相关部门的氮氧化物排放量快速上升，2005年全国氮氧化物排放量为19.1×106t，随着经济的发展、人口增长和城市化进程的加快，未来我国的氮氧化物排放量将继续增长，到2030年排放量将达到35.4×106t，势必造成严重的环境影响，因此，必须切实加强氮氧化物排放控制。由于氮氧化物排放来源广泛，只有同时实行节能政策和排放控制，一方面实施清洁能源政策，另一方面加强电厂、工业和交通等重点领域的氮氧化物排放端控制，才能有效降低氮氧化物排放水平。
工业中主要使用还原剂(氨气、尿素等)与氮氧化物发生化学反应中和掉氮氧化物，工艺主要有选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)等，氨气与氮氧化物反应后生成氮气与水，从而达到无污染排放。SNCR技术是在高温段(900-1150℃)将氨水或尿素喷入烟气中还原氮氧化物。然而SNCR法受温度窗口的影响比较大，同时由于氨水或尿素用量比较大，存在比较严重的氨逃逸问题。SCR技术主要利用氨气或尿素在催化剂表面将氮氧化物还原为氮气实现烟气脱硝。SCR催化剂一般在350-420℃的温度范围内对氮氧化物有较好的去除效果。但是采用对于温度低于300℃的排放烟气SCR技术的脱硝效果将明显下降。
对于温度低、含氮氧化物高的工业烟气而言，采用常规SCR技术不太现实。因此，有必要寻求新的工艺技术解决这些特定烟气的脱硝问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低温烟气RT-SCR蓄热催化还原脱硝系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种低温烟气RT-SCR蓄热催化还原脱硝系统，其特征在于，该系统包括RT-SCR蓄热催化主体单元，以及与其连接的烟气输送控制单元和烟气反吹单元，所述的RT-SCR蓄热催化主体单元包括多个蓄热催化塔，以及连接多个蓄热催化塔顶部的烟气连接通道(1)，所述的蓄热催化塔从上到下依次包括SCR反应层、还原剂喷射层、热量补偿器、蓄热层和堆滤层，所述的烟气输送控制单元控制烟气从底部进入蓄热催化塔，经堆滤层过滤预去除烟气中的粘结性颗粒物，然后进入蓄热层进行热交换，再经热量补偿器提高温度，然后在SCR反应层与还原剂喷射层注入的还原剂进行脱硝，多个蓄热催化塔进行串联或并联组合，进行多次脱硝处理，并通过烟气反吹单元对蓄热催化塔进行反吹清扫。
所述的蓄热催化塔设有2-5个，各蓄热催化塔顶部通过烟气连接通道(1)连通。
所述的SCR反应层的最佳脱硝温度与常规SCR脱硝温度相同，即350-400℃。
所述的还原剂喷射层为网格式喷射装置，喷出的还原剂为气态氨试剂。
所述的热量补偿器为网格式电加热或燃气加热的结构单元。
所述的蓄热层填充有蓄热体，所述的蓄热体主要为陶瓷蓄热体，其材质包括堇青石质、莫来石质、铝质、刚玉莫来石质、致密堇青石、致密莫来石等。
所述的堆滤层为活性炭、分子筛、沸石等材料，并不限这几种材料，其结构为颗粒状、蜂窝状等。
所述的烟气输送控制单元包括烟气输入管道和烟气输出管道，以及设置在各管道上的阀门，所述的烟气输入管道和烟气输出管道分别连接RT-SCR蓄热催化主体单元的烟气入口和烟气出口。
所述的烟气反吹单元包括吹扫气管道和设置在吹扫气管道上的阀门，所述的吹扫气管道连接至RT-SCR蓄热催化主体单元的烟气入口。
采用上述任一所述稀土进行低温烟气RT-SCR蓄热催化还原脱硝方法，其特征在于，所述的RT-SCR蓄热催化主体单元设有三个：蓄热催化塔A、蓄热催化塔B、蓄热催化塔C，通过烟气输送控制单元及烟气反吹单元控制烟气和吹扫气进入各蓄热催化塔的时机和顺序，实现蓄热催化系统的连续脱硝处理，具体包括以下步骤：
第一步，温度为150-250℃的原烟气进入蓄热催化塔A后，经过堆滤层一(11)，过滤预去除烟气中的粘结性颗粒物；
第二步，烟气进入蓄热层一(8)，通过蓄热体储存的热量与烟气发生热交换，使烟气温度升高；
第三步，借助热量补偿器(5)提供的热量进一步提升烟气温度，使烟气温度达到350-400℃；
第四步，烟气进入SCR反应层一(2)并在还原剂喷射层一(14)注入的还原剂作用下进行一次预脱硝；
第五步，热烟气通过烟气连接通道(1)进入蓄热催化塔B，并利用SCR反应层二(3)进行二次深度脱硝处理；
第六步，脱硝后的热烟气进入蓄热层二(9)，此时高温烟气的热量通过热交换储存在蓄热体中，以供下一轮切换原烟气的升温；
第七步，吹扫气进入蓄热催化塔C中，对其进行反吹清扫，以供下一轮的SCR催化脱硝反应工序；
第八步，烟气按照1-7步工艺流程依次进入蓄热催化塔B和C进行烟气脱硝处理，吹扫气进入蓄热催化塔A进行反吹清扫；
第九步，烟气按照1-7步依次进入蓄热催化塔C和A进行烟气脱硝处理，吹扫气进入蓄热催化塔C进行反吹清扫；由此实现蓄热催化系统的连续脱硝处理。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明使用的RT-SCR蓄热催化还原法低温脱硝技术可将低温(＜300℃)烟气升温至SCR催化剂催化还原的最佳反应温度再进行脱硝处理，可将烟气中的氮氧化物高效还原；
2、本发明使用的堆滤层可将烟气中的粘结性颗粒物等杂质进行初步过滤，避免其对下游的SCR催化剂的毒害，提升催化剂的脱硝效率和使用寿命；
3、本发明使用的热量回收系统可将反应后的高温烟气进行热量回收，从而降低运行能耗；
4、本发明可根据不同烟气的特点，对烟气脱硝单元进行转换频率调节，达到最佳的脱硝效率运行条件。
附图说明
图1为发明系统的工作原理示意图；
图中：1-烟气连接通道；2-SCR反应层一；3-SCR反应层二；4-SCR反应层三；5-热量补偿器一；6-热量补偿器二；7-热量补偿器三；8-蓄热层一；9-蓄热层二；10-蓄热层三；11-堆滤层一；12-堆滤层二；13-堆滤层三、14-还原剂喷射层一、15-还原剂喷射层二、16-还原剂喷射层三。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
如图1所示，低温烟气RT-SCR蓄热催化还原脱硝系统包括RT-SCR蓄热催化主体单元、烟气输送控制单元及烟气反吹单元。
其中，RT-SCR蓄热催化主体单元设有三个：蓄热催化塔A、蓄热催化塔B、蓄热催化塔C，各蓄热催化塔顶部通过烟气连接通道1连接，每个蓄热催化塔从上到下依次包括SCR反应层、还原剂喷射层、热量补偿器、蓄热层和堆滤层，分别为：SCR反应层一(2)、SCR反应层二(3)和SCR反应层三(4)、热量补偿器一(5)、热量补偿器二(6)、热量补偿器三(7)、蓄热层一(8)、蓄热室二(9)、蓄热室三(10)、堆滤层一(11)、堆滤层二(12)、堆滤层三(13)、还原剂喷射层一(14)、还原剂喷射层二(15)、还原剂喷射层三(16)。烟气经气体输送控制装置首先经过堆滤层对粘结性颗粒物等杂质进行过滤预去除，然后进入蓄热层和热量补偿器进行升温，再经过SCR催化层进行脱硝处理，接着脱硝后的烟气进入下一组蓄热层时，烟气中的部分热量在该层蓄热储存，储蓄的热量可进行下一轮烟气的升温工序。
同时，高温烟气的热量可部分储存在蓄热层二9中，以供下一轮切换原烟气的升温，与此同时，吹扫气进入蓄热催化反应组件三进行反吹清扫，以供下一轮的SCR催化脱硝反应工序。
烟气输送控制单元包括烟气输入管道和烟气输出管道，以及设置在各管道上的阀门，所述的烟气输入管道和烟气输出管道分别连接RT-SCR蓄热催化主体单元的烟气入口和烟气出口。所述的烟气反吹单元包括吹扫气管道和设置在吹扫气管道上的阀门，所述的吹扫气管道连接至RT-SCR蓄热催化主体单元的烟气入口。
通过烟气输送控制单元及烟气反吹单元控制烟气和吹扫气进入各蓄热催化塔的时机和顺序，实现蓄热催化系统的连续脱硝处理。
下面结合本实施例的运行原理进行说明：
烟气进口温度约为250℃，烟气流量为100000m3/h的焦化烟气进入蓄热室一，堆滤层一11对烟气中的粘结性颗粒杂质(如焦化烟气中的焦油等)进行过滤预去除，蓄热层一8中蓄积的热量对进入的烟气进行预加热，使烟气温度上升，同时由热量补偿器5提供的热量可进一步提升烟气温度，使烟气温度达到350-400℃，并在SCR反应层一2进预脱硝，预脱硝后的烟气通过烟气连接通道1进入SCR反应层二3进行深度脱硝，同时热烟气中热量通过热交换储存于蓄热层二9中，烟气温度降低至270℃左右通过烟气出口排出，在进行SCR反应层二3脱硝的过程中，蓄热催化反应组件三同时进行反吹扫操作，对堆滤层三13、蓄热层三10、热量补偿器三7和SCR反应层三4进行清洗。三组RT-SCR蓄热催化主体单元交替进行从而实现烟气的连续脱硝过程。
实施例2：
采用实施例1的装置，将流量设置为50000m3/h，温度为250℃的窑炉烟气通过烟气进口进入蓄热催化系统反应区，预热烟气温度到350℃后，对烟气进行SCR脱硝处理，然后进行烟气热量回收蓄积，烟气出口温度降为280℃左右。
实施例3：
如图1所示，一种低温烟气RT-SCR蓄热催化还原脱硝技术方法，包括RT-SCR蓄热催化主体单元、烟气输送控制单元及烟气反吹单元。RT-SCR蓄热催化主体单元包括烟气连接通道1、原烟气堆滤层一11、堆滤层二12、堆滤层三13、蓄热层一8、蓄热室二9、蓄热室三10、SCR反应层一2、SCR反应层二3和SCR反应层三4、还原剂喷射层一14、还原剂喷射层二15、还原剂喷射层三16。
所述的烟气输送控制装置是由多个组合控制阀门对烟气的进气方式进行控制操作。所述的蓄热层一8、蓄热室二9、蓄热室三10是有特制的蓄热体进行填充，具有良好的蓄热功能。
本实施例中，蓄热室的内径为500mm，催化剂的有效长度为2000mm，催化剂装载区：SCR反应层一2、SCR反应层二3和SCR反应层三4中填充有颗粒状SCR催化剂，在工作状态下，将温度为600-800℃的热气流经预热室进气口进入，对预处理烟气进行升温操作，烟气流量为1000m3/h。
实施例4：
本实施例中，蓄热室的内径为1500mm，催化剂的有效长度为4000mm，催化剂装载区：SCR反应层一2、SCR反应层二3和SCR反应层三4中填充有蜂窝状SCR催化剂，其余同实施例3.
本实施例低温烟气RT-SCR蓄热催化还原脱硝技术方法系统应用于包括焦化、钢铁烧结、氧化铝焙烧、陶瓷及玻璃烧制等工业窑炉烟气的低温脱硝处理。
上述的实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和使用发明。熟悉本领域的技术人员可以容易的对实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应在本发明的的保护范围。

Claims (10)

1.一种低温烟气RT-SCR蓄热催化还原脱硝系统，其特征在于，该系统包括RT-SCR蓄热催化主体单元，以及与其连接的烟气输送控制单元和烟气反吹单元，所述的RT-SCR蓄热催化主体单元包括多个蓄热催化塔，以及连接多个蓄热催化塔顶部的烟气连接通道(1)，所述的蓄热催化塔从上到下依次包括SCR反应层、还原剂喷射层、热量补偿器、蓄热层和堆滤层，所述的烟气输送控制单元控制烟气从底部进入蓄热催化塔，经堆滤层过滤预去除烟气中的粘结性颗粒物，然后进入蓄热层进行热交换，再经热量补偿器提高温度，然后在SCR反应层与还原剂喷射层注入的还原剂进行脱硝，多个蓄热催化塔进行串联或并联组合，进行多次脱硝处理，并通过烟气反吹单元对蓄热催化塔进行反吹清扫。
2.根据权利要求1所述的一种低温烟气RT-SCR蓄热催化还原脱硝系统，其特征在于，所述的蓄热催化塔设有2-5个，各蓄热催化塔顶部通过烟气连接通道(1)连通。
3.根据权利要求1所述的一种低温烟气RT-SCR蓄热催化还原脱硝系统，其特征在于，所述的SCR反应层的最佳脱硝温度与常规SCR脱硝温度相同，即350-400℃。
4.根据权利要求1所述的一种低温烟气RT-SCR蓄热催化还原脱硝系统，其特征在于，所述的还原剂喷射层为网格式喷射装置，喷出的还原剂为气态氨试剂。
5.根据权利要求1所述的一种低温烟气RT-SCR蓄热催化还原脱硝系统，其特征在于，所述的热量补偿器为网格式电加热或燃气加热的结构单元。
6.根据权利要求1所述的一种低温烟气RT-SCR蓄热催化还原脱硝系统，其特征在于，所述的蓄热层填充有蓄热体，所述的蓄热体主要为陶瓷蓄热体，其材质包括堇青石质、莫来石质、铝质、刚玉莫来石质、致密堇青石或致密莫来石。
7.根据权利要求1所述的一种低温烟气RT-SCR蓄热催化还原脱硝系统，其特征在于，所述的堆滤层为活性炭、分子筛或沸石，其结构为颗粒状或蜂窝状。
8.根据权利要求1所述的一种低温烟气RT-SCR蓄热催化还原脱硝系统，其特征在于，所述的烟气输送控制单元包括烟气输入管道和烟气输出管道，以及设置在各管道上的阀门，所述的烟气输入管道和烟气输出管道分别连接RT-SCR蓄热催化主体单元的烟气入口和烟气出口。
9.根据权利要求1所述的一种低温烟气RT-SCR蓄热催化还原脱硝系统，其特征在于，所述的烟气反吹单元包括吹扫气管道和设置在吹扫气管道上的阀门，所述的吹扫气管道连接至RT-SCR蓄热催化主体单元的烟气入口。
10.一种采用权利要求1-9中任一所述稀土进行低温烟气RT-SCR蓄热催化还原脱硝方法，其特征在于，所述的RT-SCR蓄热催化主体单元设有三个：蓄热催化塔A、蓄热催化塔B、蓄热催化塔C，通过烟气输送控制单元及烟气反吹单元控制烟气和吹扫气进入各蓄热催化塔的时机和顺序，实现蓄热催化系统的连续脱硝处理，具体包括以下步骤：
第一步，温度为150-250℃的原烟气进入蓄热催化塔A后，经过堆滤层一(11)，过滤预去除烟气中的粘结性颗粒物；
第二步，烟气进入蓄热层一(8)，通过蓄热体储存的热量与烟气发生热交换，使烟气温度升高；
第三步，借助热量补偿器(5)提供的热量进一步提升烟气温度，使烟气温度达到350-400℃；
第四步，烟气进入SCR反应层一(2)并在还原剂喷射层一(14)注入的还原剂作用下进行一次预脱硝；
第五步，热烟气通过烟气连接通道(1)进入蓄热催化塔B，并利用SCR反应层二(3)进行二次深度脱硝处理；
第六步，脱硝后的热烟气进入蓄热层二(9)，此时高温烟气的热量通过热交换储存在蓄热体中，以供下一轮切换原烟气的升温；
第七步，吹扫气进入蓄热催化塔C中，对其进行反吹清扫，以供下一轮的SCR催化脱硝反应工序；
第八步，烟气按照1-7步工艺流程依次进入蓄热催化塔B和C进行烟气脱硝处理，吹扫气进入蓄热催化塔A进行反吹清扫；
第九步，烟气按照1-7步依次进入蓄热催化塔C和A进行烟气脱硝处理，吹扫气进入蓄热催化塔C进行反吹清扫；由此实现蓄热催化系统的连续脱硝处理。
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