CN108295657A - 一种低温分仓式脱硝反应器及烟气脱硝方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低温分仓式脱硝反应器，其依次由反应器外部框架、反应器内部支撑、反应仓和热解析系统组成，其特征在于：反应仓数量至少为两个，其安装于反应器内部支撑上；起催化剂解析作用的热解析系统安装于反应器外部框架上，其内部热风进口安装于各反应仓催化剂层上方且通过热风烟道分风阀控制。该低温分仓式脱硝反应器烟气脱硝步骤包括：前期检查、脱硝、催化剂热解析、催化剂更换、停止作业。本发明具有催化剂使用寿命长，脱硝效率高等优点。

Description

一种低温分仓式脱硝反应器及烟气脱硝方法
技术领域
本发明涉及一种选择性催化还原脱硝反应器，尤其是用于冶金焦化行业的低温分仓式脱硝反应器及烟气脱硝方法。
背景技术
为更有效治理焦炉烟气大气污染问题，我国从2015年1月1日起开始实施《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)。该标准要求焦炉烟气氮氧化物和二氧化硫排放低于500mg/Nm3和50mg/Nm3。目前新标准已实施近三年，但焦化行业实际的减排效果并不好，焦化烟气污染问题依然十分严重。焦化行业中只有少数企业安装了脱硫装置，极少数企业安装了脱硝装置。
目前，国内较为成熟的脱硝工艺为选择性催化还原技术和选择性非催化还原技术。选择性非催化还原技术需要在800～1200℃温度范围内进行，其与焦化行业实际工作条件相差甚远。目前电厂广泛使用的选择性催化还原技术温度范围为300～420℃，而焦炉废烟气温度相对较低，一般低于250℃，如果采用电厂系统中常见的催化剂进行脱硝，则脱硝效率很低，无法满足要求，由此，低温催化剂应运而生。目前，专门用于焦化行业的脱硝催化剂在200℃即具有稳定的脱硝效果。在催化剂的作用下喷入烟道中的NH3与烟气中的氮氧化物发生以下两个反应：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
然而在200～300℃的温度区间内，在同一催化剂作用下，也会有其它化学反应发生：
2SO2+O2→2SO3
NH3+H2O+SO3→NH4HSO4
反应生成物硫酸氢氨是一种粘稠状物质，其容易粘附于催化剂表面，产生两方面不良影响：其一，该粘稠物质易堵住催化剂表面的微孔，减少催化剂的反应面积，降低催化效率；其二，该粘稠物质还会吸附灰尘，增大体积，堵住催化剂的孔洞，造成烟气流通压力增大，降低系统的稳定性。
解决硫酸氢氨堵塞催化剂的方法是催化剂热解析，一般方法是隔一段时间(视实际堵塞情况每1～4个月不等)将烟气升温至340℃，硫酸氢氨在升温后会升华为气体随烟气排出，升温持续时间4～8个小时不等。然而焦化行业专用催化剂配方最佳催化温度在240～260℃左右，当温度达到300℃时，催化剂的效率开始降低，当温度到达催化剂热解析温度时，催化效率大幅降低。因而，在催化剂热解析期间，焦炉的脱硝效率大幅降低。此外，催化剂有一定使用寿命，需定期更换，若安排焦炉停产来配合催化剂的更换检修时间，则企业生产效益也会大打折扣。
因此，亟需提出一种既能提高催化剂使用效率又不牺牲焦炉生产时间的脱硝反应器及脱硝方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对普通脱硝反应器无法在线更换催化剂，低温催化剂热解析期间脱硝效率低等缺点提出一种低温新型分仓式脱销反应器及其烟气脱硝方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：
一种低温分仓式脱硝反应器，其依次由反应器外部框架、反应器内部支撑、反应仓和热解析系统组成，其中反应仓数量至少为两个，安装于反应器内部支撑上；起解析催化剂作用的热解析系统安装于反应器外部框架上，其内部热风进口安装于各反应仓催化剂层上方且通过热风烟道分风阀控制。
上述反应器外部框架和反应器内部支撑均为钢架结构，其具有较大的强度和刚度，能有效承受反应器内、外部载荷。由于脱硝反应器反应仓中的催化剂表面孔状结构容易被反应中生成的粘稠状物质硫酸氢氨堵塞，因而需定期对催化剂进行热解析，增加催化剂的使用时间。假设脱硝反应器只有单个反应仓，那么热解析催化剂或更换催化剂时，反应器脱硝效率急剧下降甚至无法脱销，因而单个反应仓存在严重弊端，有必要增加反应仓的数量，达到多用一备的效果。
上述反应仓依次由烟气进口、底部烟道导流板、下催化剂层、喷氨格栅、上催化剂层、顶部烟道导流板、反应仓入口分流装置、反应仓进口分风阀、催化剂吊具、均流格栅、反应仓出口分风阀、烟气出口组成。上述底部烟道导流板能使从烟气进气口流入的含氮烟气由水平流动转变为垂向流动；上述喷氨格栅能均匀喷射氨气，使之与含氮烟气均匀混合；上述顶部烟道导流板能使垂向流动的含氮混合烟气均匀流入反应仓；上述反应仓入口分流装置避免了含氮烟气的局部流动，而使之在反应仓顶部全方位流动；上述反应仓进口分风阀的开闭能控制含氮混合烟气的流入；上述催化剂吊具起更换催化剂的作用；上述均流格栅能使含氮混合烟气均匀垂直流向上催化剂层上表面；上述上催化剂层与下催化剂层配合作用能使含氮混合烟气充分脱硝；上述反应仓出口分风阀的开闭能控制烟气的流出，切换备用仓；上述烟气出口为烟气的排放口。
优选的，上述反应仓入口分流装置与反应仓内壁平面角度尺寸范围为70°～80°，与反应仓顶部平面角度尺寸范围为140°～150°；
优选的，反应仓数量为n(n≥2)，且当脱硝反应器工作时，n-1个反应仓处于工作状态，剩余一个反应仓处于备用状态。
当反应仓处于工作状态时，其进、出口分风阀均打开，烟气经烟气进口、底部烟道导流板、喷氨格栅、顶部烟道导流板、反应仓入口分流阀、反应仓进口分风阀、均流格栅后通过上、下催化剂层，烟气在催化剂的作用下，完成氮氧化物与氨气的氧化还原反应，实现氮氧化物的脱除后由反应仓出口分风阀与烟气出口排出；当反应仓处于备用状态时，反应仓进、出分风阀均关闭，烟气无法流通，不进行脱硝作业。
本发明还提供上述低温分仓式脱硝反应器的烟气脱硝方法，其步骤如下：
(1)前期检查：检查低温分仓式脱硝反应器中催化剂是否需要热解析，若是，转步骤(3)，若否转步骤(2)；检查低温分仓式脱硝反应器中催化剂是否需要更换，若是转步骤(4)，若否转步骤(2)；
(2)脱硝：打开n-1个反应仓的的进、出口分风阀，使其处于工作状态，剩余一个反应仓处于备用状态；
(3)催化剂热解析：随着硫酸氢氨的积累，催化剂压差不断升高，需要对运行中的催化剂进行热解析；
(4)催化剂更换：随着运行时间的增加，催化剂的物理及化学寿命不断降低，催化剂的催化效率也会慢慢降低，至催化效率无法满足脱硝工艺的设计效果，则需进行催化剂的更换；
(5)停止作业：完成烟气脱硝任务后，关闭脱硝反应器，停止作用，并检查各设备运行状况。
优选的，上述催化剂热解析具体步骤为：首先打开备用反应仓的出口分风阀，随后打开备用反应仓的进口分风阀，运行稳定后缓慢关闭其中一个工作反应仓的进口分风阀，且保留该工作反应仓出口分风阀处于打开位置；然后打开该工作反应仓的热解析系统热风烟道分风阀，将该工作反应仓内的气流温度升高至340℃，开始热解析，热解析完成后打开该工作反应仓的进口分风阀；运行稳定后，重复上述步骤，依次对上述剩余工作反应仓催化剂进行热解析；催化剂热解析完成后，再次选择其中一个反应仓作为备用反应仓，将备用反应仓进口分风阀关闭，再关闭备用反应仓出口分风阀；
优选的，上述反应仓应轮流作为备用反应仓，使每个反应仓的平均工作时间一致，其有利于催化剂的寿命管理。
优选的，上述催化剂更新具体步骤为：第一次更换周期来临时更换每个反应仓的上层催化剂，第二次更换周期来临时跟换每个反应仓的下层催化剂，如此循环；更换上层催化剂时，首先将需更换上层催化剂的反应仓切换为备用反应仓，打开该备用反应仓上催化剂层安装门进行降温，当该备用反应仓内部温度低于40℃后，采用催化剂吊具从该备用反应仓上层逐一将催化剂整块吊出，该备用反应仓上层的催化剂全部吊出后，再按照催化剂安装流程逐一将新的催化剂安装到原来位置，直至完成该备用反应仓上层全部催化剂更换；重复上述操作，更换所有反应仓上层催化剂；更换下层催化剂时，按照上层催化剂更换流程依次更换各反应仓下层催化剂。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明中的脱硝反应器具有n(n≥2)个反应仓，且n-1反应仓中处于工作状态，1个反应仓处于备用状态，其能在脱硝反应器工作的同时对催化剂进行热解析，其既保证了脱硝反应器的工作效率又延长了催化剂的使用时间。
2.本发明中烟气脱硝时，将反应仓轮流作为备用仓，因而各个反应仓平均工作时间一致，其有利于催化剂的寿命管理。
3.本发明中催化剂更新时，先更新上层催化剂，再更新下层催化剂，这种分步更换的方法不仅不影响整体脱硝效率，还能保证连续脱硝时间，提高企业生产效率。
附图说明
图1是本发明中分仓式脱硝反应器结构示意图，其中1为反应器外部框架、2为反应器内部支撑、3为反应仓、4为热解析系统。
图2是本发明中反应仓结构示意图，其中3.1为烟气进口、3.2为底部烟道导流板、3.3为下催化剂层、3.4为喷氨格栅、3.5为上催化剂层、3.6为顶部烟道导流板、3.7为反应仓入口分流装置、3.8为反应仓进口分风阀、3.9为催化剂吊具、3.10为均流格栅、3.11为反应仓出口分风阀、3.12为烟气出口。
图3是本发明反应仓入口分流装置安装角度示意图。
具体实施例
以下结合附图对本发明作进一步详细描述。本发明提出的一种低温分仓式脱硝反应器，所采取的具体技术方案为：
一种低温分仓式脱硝反应器，其依次由反应器外部框架1、反应器内部支撑2、反应仓3和热解析系统4组成，如图1所示，其中反应仓数量至少为两个，安装于反应器内部支撑上；起解析催化剂作用的热解析系统安装于反应器外部框架上，其内部热风进口安装于各反应仓催化剂层上方且通过热风烟道分风阀控制。
上述反应器外部框架和反应器内部支撑均为钢架结构，其具有较大的强度和刚度，能有效承受反应器内、外部载荷。由于脱硝反应器反应仓中的催化剂表面孔状结构容易被反应中生成的粘稠状物质硫酸氢氨堵塞，因而需定期对催化剂进行热解析，增加催化剂的使用时间。假设脱硝反应器只有单个反应仓，那么热解析催化剂或更换催化剂时，反应器脱销效率急剧下降甚至无法脱销，因而单个反应仓存在严重弊端，有必要增加反应仓的数量，达到多用一备的效果。
以四反应仓脱硝反应器为例，每个反应仓依次由烟气进口3.1、底部烟道导流板3.2、下催化剂层3.3、喷氨格栅3.4、上催化剂层3.5、顶部烟道导流板3.6、反应仓入口分流装置3.7、反应仓进口分风阀3.8、催化剂吊具3.9、均流格栅3.10、反应仓出口分风阀3.11、烟气出口3.12组成。上述底部烟道导流板3.2能使从烟气进气口3.1流入的含氮烟气由水平流动转变为垂向流动；上述喷氨格栅3.4能均匀喷射氨气，使之与含氮烟气均匀混合；上述顶部烟道导流板3.6能使垂向流动的含硝混合烟气均匀流入反应仓；上述反应仓入口分流装置3.7避免了含氮烟气的局部流动，而使之在反应仓顶部全方位流动，其中反应仓入口分流装置与反应仓内壁平面角度尺寸a＝75°，与反应仓顶部平面角度尺寸b＝150°；上述反应仓进口分风阀3.8的开闭能控制含氮混合烟气的流入；上述催化剂吊具3.9起更换催化剂的作用；上述均流格栅3.10能使含氮混合烟气均匀垂直流向上催化剂层3.5上表面；上述上催化剂层3.5与下催化剂层3.3配合作用能使含氮混合烟气充分脱硝；上述反应仓出口分风阀3.11的开闭能控制烟气的流出；上述烟气出口3.12为烟气的排放口。
当脱硝反应器工作时，四个反应仓(反应仓1、反应仓2、反应仓3、反应仓4)中三个反应仓(反应仓1、反应仓2、反应仓3)在运行，一个反应仓(反应仓4)备用。其中运行的三个反应仓(反应仓1、反应仓2、反应仓3)进、出口分风阀均打开，烟气经烟气进口、底部烟道导流板、喷氨格栅、顶部烟道导流板、反应仓入口分流阀、反应仓进口分风阀、均流格栅后通过上、下催化剂层，烟气在催化剂的作用下，完成氮氧化物与氨气的氧化还原反应，实现氮氧化物的脱除后由反应仓出口分风阀与烟气出口排出。而备用反应仓(反应仓4)进、出口分风阀均关闭，烟气无法流通，不进行脱硝作业。
运行一段时间后，随着硫酸氢氨的积累，催化剂压差不断升高，需要对运行中的催化剂进行热解析操作。首先打开反应仓4的出口分风阀，随后打开反应仓4的进口分风阀。运行稳定后缓慢关闭反应仓1的进口分风阀，且保留反应仓1的出口分风阀处于打开位置，然后打开反应仓1的热解析系统热风烟道分风阀，将反应仓1内的气流温度升高至340℃，开始热解析，热解析完成后打开反应仓1的进口分风阀。运行稳定后再关闭反应仓2的进口分风阀，对反应仓2重复反应仓1的热解析操作。随后再按前述操作完成对反应仓3的热解析操作。全部完成后再次选择其中一个反应仓继续作为备用反应仓，将备用反应仓进口分风阀关闭，再关闭备用反应仓的出口分风阀。需注意的是，四个反应仓应轮流作为备用仓，使每个反应仓的平均工作时间一致，这有利于催化剂的寿命管理。
随着运行时间的增加，催化剂的物理及化学寿命不断降低，催化剂的催化效率也会慢慢降低，至催化效率无法满足脱硝工艺的设计效果，则需进行催化剂的更换。第一次更换周期来临时更换每个反应仓的上层催化剂，第二次更换周期来临时更换每个反应仓的下层催化剂，如此循环。更换上层催化剂时，首先更换反应仓1的上层催化剂，将反应仓1切换为备用反应仓，打开反应仓1上催化剂层安装门进行降温，当反应仓1内部温度低于40℃后，采用催化剂吊具从反应仓1上层逐一将催化剂整块吊出，反应仓1上层的催化剂全部吊出后，再按照催化剂安装流程逐一将新的催化剂安装到原来位置，直至完成反应仓1上层全部催化剂更换。重复上述操作，更换反应仓2、反应仓3、反应仓4的上层催化剂。更换下层催化剂时，按照上层催化剂更换流程依次更换各反应仓下层催化剂。
上述烟气脱硝方法能使脱硝反应器始终处于工作状态，通过分批次热解析催化剂延长催化剂的使用时间、提高催化剂的催化效率，通过分批次更换催化剂能使脱硝反应器始终处于高效工作状态。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,本领域技术人员知悉,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外,在本发明的教导下,可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此,本发明不受此处所公开的具体实施例的限制,所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种低温分仓式脱硝反应器，其依次由反应器外部框架、反应器内部支撑、反应仓和热解析系统组成，其特征在于：反应仓数量至少为两个，其安装于反应器内部支撑上；起催化剂解析作用的热解析系统安装于反应器外部框架上，其内部热风进口安装于各反应仓催化剂层上方且通过热风烟道分风阀控制。
2.根据权利要求1所述的一种低温分仓式脱硝反应器，其特征在于：反应仓由烟气进口、底部烟道导流板、下催化剂层、喷氨格栅、上催化剂层、顶部烟道导流板、反应仓入口分流装置、反应仓进口分风阀、催化剂吊具、均流格栅、反应仓出口分风阀和烟气出口组成，上述底部烟道导流板能使从烟气进气口流入的含硝烟气由水平流动转变为垂向流动；上述喷氨格栅能均匀喷射氨气，使之与含硝烟气均匀混合；上述顶部烟道导流板能使垂向流动的含硝混合烟气水平流入反应仓；上述反应仓入口分流装置避免了含硝烟气的局部流动，而使之在反应仓顶部全方位流动；上述反应仓进口分风阀的开闭能控制含硝混合烟气的流入；上述催化剂吊具起更换催化剂的作用；上述均流格栅能使含硝混合烟气均匀垂直流向上催化剂层上表面；上述上催化剂层与下催化剂层配合作用能使含硝混合烟气充分脱硝；上述反应仓出口分风阀的开闭能控制烟气的流出；上述烟气出口为烟气的排放口。
3.根据权利要求2所述的一种低温分仓式脱硝反应器，其特征在于：为避免含硝烟气在反应仓顶部局部流动，上述反应仓入口分流装置与反应仓内壁平面角度尺寸范围为70°～80°，与反应仓顶部平面角度尺寸范围为140°～150°。
4.根据权利要求1或2所述的一种低温分仓式脱硝反应器，其特征在于：反应仓数量为n(n≥2)，且当脱销反应器工作时，n-1个反应仓处于工作状态，剩余一个反应仓处于备用状态。
5.根据权利要求4所述的一种低温分仓式脱硝反应器，其特征在于：当反应仓处于工作状态时，其进、出口分风阀均打开，烟气经烟气进口、底部烟道导流板、喷氨格栅、顶部烟道导流板、反应仓入口分流阀、反应仓进口分风阀、均流格栅后通过上、下催化剂层，烟气在催化剂的作用下，完成氮氧化物与氨气的氧化还原反应，实现氮氧化物的脱除后由反应仓出口分风阀与烟气出口排出；当反应仓处于备用状态时，反应仓进、出分风阀均关闭，烟气无法流通，不进行脱硝作业。
6.一种如权利要求1所述的低温分仓式脱硝反应器的烟气脱硝方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)前期检查：检查低温分仓式脱硝反应器中催化剂是否需要热解析，若是，转步骤(3)，若否转步骤(2)；检查低温分仓式脱硝反应器中催化剂是否需要更换，若是转步骤(4)，若否转步骤(2)；
(2)脱硝：打开n-1个反应仓的的进、出口分风阀，使其处于工作状态，剩余一个反应仓处于备用状态；
(3)催化剂热解析：随着硫酸氢氨的积累，催化剂压差不断升高，需要对运行中的催化剂进行热解析；
(4)催化剂更换：随着运行时间的增加，催化剂的物理及化学寿命不断降低，催化剂的催化效率也会慢慢降低，至催化效率无法满足脱硝工艺的设计效果，则需进行催化剂的更换；
(5)停止作业：完成烟气脱硝任务后，关闭脱硝反应器，停止作用，并检查各设备运行状况。
7.根据权利要求6中所述的一种低温分仓式脱硝反应器的烟气脱硝方法，其特征在于：催化剂热解析步骤包括：首先打开备用反应仓的出口分风阀，随后打开备用反应仓的进口分风阀，运行稳定后缓慢关闭其中一个工作反应仓的进口分风阀，且保留该工作反应仓出口分风阀处于打开位置；然后打开该工作反应仓的热解析系统热风烟道分风阀，将该工作反应仓内的气流温度升高至340℃，开始热解析，热解析完成后打开该工作反应仓的进口分风阀；运行稳定后，重复上述步骤，依次对上述剩余工作反应仓催化剂进行热解析；催化剂热解析完成后，再次选择其中一个反应仓作为并用反应仓，将备用反应仓进口分风阀关闭，再关闭备用反应仓出口分风阀。
8.根据权利要求7所述的一种低温分仓式脱硝反应器的烟气脱硝方法，其特征在于：上述反应仓应轮流作为备用反应仓，使每个反应仓的平均工作时间一致，其有利于催化剂的寿命管理。
9.根据权利要求6中所述的一种低温分仓式脱硝反应器的烟气脱硝方法，其特征在于：催化剂更换步骤包括：第一次更换周期来临时更换每个反应仓的上层催化剂，第二次更换周期来临时跟换每个反应仓的下层催化剂，如此循环；更换上层催化剂时，首先将需更换上层催化剂的反应仓切换为备用反应仓，打开该备用反应仓上催化剂层安装门进行降温，当该备用反应仓内部温度低于40℃后，采用催化剂吊具从该备用反应仓上层逐一将催化剂整块吊出，该备用反应仓上层的催化剂全部吊出后，再按照催化剂安装流程逐一将新的催化剂安装到原来位置，直至完成该备用反应仓上层全部催化剂更换；重复上述操作，更换所有反应仓上层催化剂；更换下层催化剂时，按照上层催化剂更换流程依次更换各反应仓下层催化剂。
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