CN109173704A - 一种选择性催化还原脱硝反应器 - Google Patents

一种选择性催化还原脱硝反应器 Download PDF

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    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0283—Flue gases

Abstract

本发明公开了一种选择性催化还原脱硝反应器，包括反应器本体，反应器本体顶部与进气管路连接，底部与出气管路连接；反应器本体内设有均流格栅、吹扫干燥装置、光波加热装置和催化剂层；均流格栅位于反应器本体内上部，反应器本体内设有多层催化剂层，每层催化剂层上方设有光波加热装置，光波加热装置上方安装吹扫干燥装置；每层催化剂层上部和下部均设置在线微差压检测装置；吹扫干燥装置通过蒸汽管道分别与高压高温蒸汽管道和出气旁路连通，出气旁路与出气管路连通。本发明脱硝效率高，NOx排放浓度可控制在极低的排放值，低于国家超低排放标准。

Description

一种选择性催化还原脱硝反应器
技术领域
本发明涉及适用于垃圾焚烧行业的烟气净化脱硝处理，具体涉及一种选择性催化还原脱硝反应器。
背景技术
城市生活垃圾常规处理方法有填埋、焚烧和堆肥等。垃圾焚烧因其无害化较彻底、减容量大、处理时间短、可以回收热能、占地面积较小等优点而倍受关注。焚烧处理技术的核心是燃烧的合理组织和二次污染的防治。垃圾焚烧对环境的二次污染物主要源于焚烧过程中产生的烟气。焚烧烟气中含有大量酸性气体(HCl、SO2、HF、HBr、NOx等)、有机类污染物(PCDDs、PCDFs等)、颗粒物及重金属等。焚烧烟气中的酸性气体主要由SOX、NOX、HCl、HF组成，均来源于相应垃圾组分的燃烧。SOX主要由SO2构成，产生于含硫化合物焚烧氧化所致。NOX包括NO、NO2、N2O3等，主要由垃圾中含氮化合物分解转换或由空气中的氮在燃烧过程中高温氧化生成。HCl来源于氯化物，如PVC、像胶、皮革，厨余中的NaCl以及KCl等。
目前国内垃圾焚烧发电行业采用的“SNCR脱硝+旋转喷雾半干法脱酸+活性炭喷射+布袋除尘器”烟气治理技术除NOx外，其他污染物排放浓度已经达到超低排放要求。因此对垃圾焚烧炉烟气中的NOx进行深度治理是一项紧迫的任务。
选择性催化还原脱硝技术是目前国际上应用最为广泛的烟气脱硝技术，它没有副产物，不形成二次污染，装置结构简单，并且脱除效率高（可达90%以上），运行可靠，便于维护等优点。选择性催化还原脱硝技术主要用于燃煤锅炉烟气治理，选择性催化还原技术是在催化剂参与下，在320-400℃温度窗口内，用还原剂NH3将NOx还原成N2和H2O。传统燃煤锅炉的选择性催化还原布置于锅炉省煤器后段高温高尘段，但由于垃圾焚烧烟气成分复杂，烟气中含有碱金属、重金属、二恶英和大量飞灰等，且水分含量高，碱金属盐与催化剂活性成分反应，造成催化剂中毒，引起催化剂活性降低。飞灰会造成催化剂堵塞和磨损，所以垃圾焚烧炉不适于采用传统选择性催化还原催化剂。目前国内已经研制出低温催化剂，但是由于低温催化剂抗硫型比较差，当烟气温度降低到280℃以下且有水蒸气存在时，SO3会与喷入的NH3反应生成硫酸铵，黏附在催化剂表面，造成催化剂堵塞和催化剂活性降低。硫酸铵对催化剂的影响是可逆的，硫酸铵熔点是280℃，烟气温度高于280℃，可以使硫酸氨升华，烟气温度高于316℃，可以使硫酸氢氨升华。
国外采用对烟气加热到320℃以上的方法避免硫酸铵粘附到催化剂表面，但是运行费用非常高；中国专利公开号CN104258673A公开了一种中低温烟气脱硫除尘脱硝及催化剂热解析一体化装置，提及采用380-400℃高温解析气体分解粘附到催化剂表面的硫酸铵，净化催化剂表明。中国专利公开号CN 104399370A公开了一种低温烟气选择性催化还原脱硝系统及其工艺提及选择性催化还原催化剂直接连接加热装置，加热装置采用燃料或非燃料热源对选择性催化还原催化剂直接或间接加热，促进催化剂活性。上述专利提及的加热装置如果采用燃料作为热源（如天然气炉、燃煤热风炉），将会产生二次污染，且需要的高温烟气量非常大；如果采用电加热把空气加热成高温解析气体，也需要功率非常大的电加热器。其投资成本和运行成本都非常高，且对催化剂加热时都会影响锅炉的稳定运行。
发明内容
为弥补现有技术的不足，本发明提供一种脱销效率高的选择性催化还原脱硝反应器。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种选择性催化还原脱硝反应器，其特殊之处在于：包括反应器本体，所述反应器本体顶部与进气管路连接，底部与出气管路连接；反应器本体内设有均流格栅、吹扫干燥装置、光波加热装置和催化剂层；所述均流格栅位于反应器本体内上部，反应器本体内设有多层催化剂层，每层催化剂层上方设有光波加热装置，光波加热装置上方安装吹扫干燥装置；每层催化剂层上部和下部均设置在线微差压检测装置；所述吹扫干燥装置通过蒸汽管道分别与高压高温蒸汽管道和出气旁路连通，出气旁路与出气管路连通。
本发明的选择性催化还原脱硝反应器，所述反应器本体包括若干独立的反应室，各个反应室可以独立工作，脱硝系统选择性催化还原反应器根据锅炉运行负荷决定采用几个反应室进入工作状态，当某反应室内催化剂上下部设置的在线微差压检测装置检测到催化剂阻力大于设定值时，该反应室入口闸板阀关闭，催化剂进行再生。同时开启备用反应室，选择性催化还原反应器始终有一个反应室处于备用或再生状态。
作为优选方案，所述反应器本体的每个反应室的顶部和底部均设有反应器进口和反应器出口，反应器进口和反应器出口上设有进口挡板门和出口挡板门。
进一步的，所述反应器进口通过斜坡进口管路与进气管路联通，反应器出口通过斜坡出口管路与出气管路联通，烟气与氨气混合后经原烟道、进口挡板门进入反应器本体中，经过均流隔栅后，混合烟气进入低温催化剂，在低温催化剂作用下，NOx与氨气发生还原反，生成N2和H2O后，经过净化反应的烟气从反应器出口烟道排出，通过垃圾焚烧炉的引风机送入烟囱排放。
作为优选方案，所述高压高温蒸汽管道上设有蒸汽阀。
作为优选方案，所述出气旁路上设有出气旁路阀和鼓风机。
作为优选方案，所述光波加热装置为带反射层的白红外线灯管，即在透明石英管外壁的表面涂上纳米镀金涂层，并进行特殊的涂层烧结处理，防止脱落，增加反射率。白红外线灯管均匀安装到催化剂上方，可迅速将催化剂表层温度加热到再生温度，将催化剂上层硫酸铵气化，从而避免催化剂中毒。所述的光波加热装置根据催化剂的阻力和二氧化硫浓度定期开启。所述的光波加热装置是以纳米镀金石英玻璃管为红外辐射源，没有污染，没有有害辐射，化学稳定性极好，耐高温，长久使用不变形，加热温度可自行选择。
作为优选方案，所述吹扫干燥装置由若干均匀分布的不锈钢管组成，不锈钢管下部开设多个吹扫孔，当催化剂进入热解析状态，催化剂上层硫酸铵被光波加热装置加热气化，吹扫干燥装置与高压高温蒸汽连通，高温蒸汽将气化的硫酸铵吹走，催化剂解析完毕，关闭高压高温蒸汽通道，打开净烟气旁路，送入的净烟气对催化剂进行干燥，从而保证催化剂的活性和使用寿命。
本发明的有益效果是：本发明可在线热解析再生催化剂，在不影响垃圾焚烧炉正常工作的情况下，通过光电加热装置和吹扫干燥装置加热分解催化剂表面的硫酸氨黏性物质，净化催化剂表面，通过定时对催化剂表面硫酸氨进行热解析，解决了二氧化硫对催化剂活性影响，提高了低温催化剂的寿命。催化剂再生采用光波加热装置，比传统的热风炉作为热源再生装置简单灵活，投资费用低，占地面积小，光波加热装置对催化剂表面加热，升温快、加热时间短、能耗低，无二次污染，加热管采用透明纳米半镀金石英管，耐磨、耐高温使用寿命长。本工艺装置真正实现了低温脱硝，在160-230℃的温度区间即实现了对垃圾焚烧炉烟气低温脱硝。与传统高温选择性催化还原脱硝相比，由于烟气温度低，使得催化剂用量减少，脱硝选择性催化还原反应器体积减小，节省了投资费用，提高了经济效益和社会效益。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图。
附图2是本发明反应器本体的俯视示意图。
图中，1反应器本体，2反应器进口，3反应器出口，4均流格栅，5吹扫干燥装置，6光波加热装置，7催化剂层，8在线微差压检测装置，9进口挡板门，10出口挡板门，11斜坡进口管路，12斜坡出口管路，13进气管路，14出气管路，15蒸汽管道，16出气旁路，17出气旁路阀，18鼓风机，19蒸汽阀，20高压高温蒸汽管道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，本发明的保护范围包括但不限于以下实施例，在不偏离本申请的精神和范围的前提下任何对本发明的技术方案的细节和形式所做出的修改均落入本发明的保护范围内。
附图是本发明的一种具体实施方式。该实施例包括反应器本体1，所述反应器本体1包括若干独立的反应室，所述反应器本体1的每个反应室的顶部和底部均设有反应器进口2和反应器出口3，反应器进口2和反应器出口3上设有进口挡板门9和出口挡板门10；所述反应器进口2通过斜坡进口管路11与进气管路13联通，反应器出口3通过斜坡出口管路12与出气管路14联通。
反应器本体1内设有均流格栅4、吹扫干燥装置5、光波加热装置6和催化剂层7；所述均流格栅4位于反应器本体1内上部，反应器本体1内设有多层催化剂层7，每层催化剂层7上方设有光波加热装置6，光波加热装置6为带反射层的白红外线灯管，光波加热装置6上方安装吹扫干燥装置5；每层催化剂层7上部和下部均设置在线微差压检测装置8；所述吹扫干燥装置5通过蒸汽管道15分别与高压高温蒸汽管道20和出气旁路16连通，所述高压高温蒸汽管道20上设有蒸汽阀19，出气旁路16与出气管路14连通，出气旁路16上设有出气旁路阀17和鼓风机18。
本实施例在具体实施时，垃圾焚烧炉烟气与氨气混合后通过进气管路13、斜坡进口管路11、进口挡板门9和反应器进口2进入反应器本体1内，烟气通过均流隔栅4时，烟气被均匀分布在反应器本体1内，保证了系统脱硝效率。混合烟气进入低温催化剂层7，在低温催化剂层7作用下，烟气中的NOx与氨气发生还原反应，生成N2和H2O后，经过净化反应的烟气从反应器出口3、出口挡板门10、斜坡出口管路12和出气管路14排出，然后通过垃圾焚烧炉的引风机送入烟囱排放。
如附图2所示，本实施例的反应器本体1设置四个反应室，如图2所示，每个反应室可以独立运行，本实施例的选择性催化还原脱硝反应器垃圾焚烧炉满负荷运行时，运行三个反应室，第四个反应室处于备用状态，当低温催化剂层7上下部设置的在线微差压检测装置8检测到低温催化剂层7的催化剂阻力大于设定值时，该反应室入口闸板阀关闭，催化剂进行再生，同时开启备用反应室。假设其中一个反应室检测到催化剂阻力大于设定值，该反应室的进口挡板门9关闭，备用反应室进口挡板门9开启，备用反应室进入工作状态，另一个反应室内的催化剂进入热解析工作状态，并立即启动该反应室内的光波加热装置6，光波加热装置6为带反射层的白红外线灯管，即在透明石英管外壁的表面涂上纳米镀金涂层，并进行特殊的涂层烧结处理，防止脱落，增加反射率。白红外线灯管均匀安装到催化剂层上方，加热管启动几分钟后可迅速将低温催化剂层7表层温度加热到380-410℃的再生温度，将低温催化剂层7表层硫酸铵气化，从而避免催化剂中毒。低温催化剂层7表层温度加热到380℃以上时，启动吹扫干燥装置5；首先打开蒸汽阀13，高温蒸汽通过高压高温蒸汽管道14进入吹扫干燥装置5，吹扫干燥装置5由若干均匀布置的不锈钢管组成，不锈钢管下部开设多个吹扫孔，如附图1所示，高温高压蒸汽从吹扫孔内均匀喷出，将气化的硫酸铵吹走，低温催化剂层7热解析再生完毕，关闭高压高温蒸汽管道14上的蒸汽阀19，打开出气旁路16上的出气旁路阀17和鼓风机18，送入的180℃净烟气对低温催化剂层7进行干燥，从而保证低温催化剂层7的活性和使用寿命。

Claims (8)

1.一种选择性催化还原脱硝反应器，其特征在于：包括反应器本体（1），所述反应器本体（1）顶部与进气管路（13）连接，底部与出气管路（14）连接；反应器本体（1）内设有均流格栅（4）、吹扫干燥装置（5）、光波加热装置（6）和催化剂层（7）；所述均流格栅（4）位于反应器本体（1）内上部，反应器本体（1）内设有多层催化剂层（7），每层催化剂层（7）上方设有光波加热装置（6），光波加热装置（6）上方安装吹扫干燥装置（5）；每层催化剂层（7）上部和下部均设置在线微差压检测装置（8）；所述吹扫干燥装置（5）通过蒸汽管道（15）分别与高压高温蒸汽管道（20）和出气旁路（16）连通，出气旁路（16）与出气管路（14）连通。
2.根据权利要求1所述的一种选择性催化还原脱硝反应器，其特征在于：所述反应器本体（1）包括若干独立的反应室。
3.根据权利要求2所述的一种选择性催化还原脱硝反应器，其特征在于：所述反应器本体（1）的每个反应室的顶部和底部均设有反应器进口（2）和反应器出口（3），反应器进口（2）和反应器出口（3）上设有进口挡板门（9）和出口挡板门（10）。
4.根据权利要求3所述的一种选择性催化还原脱硝反应器，其特征在于：所述反应器进口（2）通过斜坡进口管路（11）与进气管路（13）联通，反应器出口（3）通过斜坡出口管路（12）与出气管路（14）联通。
5.根据权利要求1所述的一种选择性催化还原脱硝反应器，其特征在于：所述高压高温蒸汽管道（20）上设有蒸汽阀（19）。
6.根据权利要求1所述的一种选择性催化还原脱硝反应器，其特征在于：所述出气旁路（16）上设有出气旁路阀（17）和鼓风机（18）。
7.根据权利要求1所述的一种选择性催化还原脱硝反应器，其特征在于：所述光波加热装置（6）为带反射层的白红外线灯管。
8.根据权利要求1所述的一种选择性催化还原脱硝反应器，其特征在于：所述吹扫干燥装置（5）由若干均匀分布的不锈钢管组成，不锈钢管下部开设多个吹扫孔。
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