CN109253459B - 地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘系统及方法，其中排空气体脱硝及除尘系统，包括：微粒捕集器、SCR脱硝设备、第一支管、第一气动阀、输气管、第二气动阀、第二支管和第三气动阀；微粒捕集器进气口与燃烧器排气管路第二端相连；SCR脱硝设备进气口与微粒捕集器排气口通过连接管路相连，SCR脱硝设备排气口与放空气体管路相连；第一支管连接燃烧器进气管路和微粒捕集器排气口的连接管路；第一气动阀设置在第一支管上；输气管与第一支管相连；第二气动阀设置在输气管上；第二支管连接放空气体管路和燃烧器；第三气动阀设置在第二支管上。本公开有效降低NOx的排放量和生产成本，实现废气的有效利用。

Description

地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘系统及方法
技术领域
本公开涉及燃烧器废气处理领域，尤其涉及一种地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘系统及方法。
背景技术
随着全球环境的日益恶化和人们环保意识的逐渐加强，由化工厂排放废气中的NOx和PM等对大气环境造成的污染已引起国际社会广泛的关注。在石化行业迅猛发展的今天，炼油、化工、塑料等石化及其后续生产装置，由于这些生产装置的规模化和相互之间的联系，在开停车、正常生产和事故排放时，都会有大量的火炬气排出。火炬气是石油化工行业生产过程中产生的废气，属于易燃易爆有毒有害的气体，例如CH4、CH3OH、NH3、O2、H2S、H2等。由于其极具危害性，为保证生产装置的系统稳定和安全，不能采用直接放空的方式，应设置火炬系统将其进行及时、安全的燃烧处理，处理方式广泛采用的是高架火炬系统或者是地面火炬系统。
随着温室气体减排和二氧化碳国际交易进程的发展，现在国内已经开始使用地面火炬将可燃废气进行燃烧处理，以满足高效燃烧、燃烧状态可监控的目的。相对高架火炬，地面火炬具有占地面积小、燃尽率高、检修方便、无光污染、噪音低、热辐射小等特性。废气排放成分复杂，既有高压火炬气又有超低压火炬气，既有常规烃类气体又有腐蚀性气体，单筒地面火炬处理量一般小于等于100t/h。火炬气是在燃烧器内分级燃烧的，采用高能火花式点火，而地面封闭燃烧器的本体为圆柱形，可实现完全封闭燃烧过程，从而避免燃烧时的火焰外泄，外部无火光，因此其避免了光污染，降低了热福射。地面燃烧器呈圆柱形，不受温度和雨水的影响，同时有较好降噪吸音性能。因此火炬气的在一个密闭的空间中燃烧，且兼防雨、隔热、降噪等效果将燃烧过程对环境的影响降到最低。在地面火炬封闭燃烧器中，燃烧器燃烧中心温度最高可达到1850℃以上。
由于废气处理量大以及燃烧气体的多样性，当前的地面火炬燃烧器中燃烧之后会二次产生其他的有毒有害气体，包括碳烟，NOx等等。在高温和富氧条件下，燃烧器中的N2会和O2在燃烧室内反应生成NO，且NO会迅速氧化为NO2，NOx是致酸气体，是造成光化学烟雾发生的重要前体物，其形成的细微颗粒物(PM10/PM2.5)会导致雾霾天气的发生，因此必须严格控制NOx的排放。此外，目前国内化工厂中也出现了利用地面火炬燃烧器处理废气氨排放，火炬气中只包含了氨气，在燃烧器中，直接进行氨气的燃烧。目前国内涉及到地面火炬排空气体处理的技术还很少，因此还需要对燃烧器燃烧之后的排空气体进行脱硝处理做更加深入的研究。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘系统及方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
根据本公开的一个方面，提供了一种地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘系统，地面火炬封闭式燃烧器设置有燃烧器进气口和燃烧器排气口；火炬气通过燃烧器进气口进入燃烧器；燃烧器进气口与燃烧器进气管路相连；燃烧器排气口与燃烧器排气管路第一端相连；其中，地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘系统包括：微粒捕集器，设置有微粒捕集器进气口和微粒捕集器排气口，微粒捕集器进气口与燃烧器排气管路第二端相连；SCR脱硝设备，设置有SCR脱硝设备进气口和SCR脱硝设备排气口；SCR脱硝设备进气口与微粒捕集器排气口通过连接管路相连，SCR脱硝设备排气口与放空气体管路相连；第一支管，第一支管第一端与燃烧器进气管路相连，第一支管第二端与微粒捕集器排气口的连接管路相连；第一气动阀，设置在第一支管上，控制第一支管中火炬气的输入；输气管，与第一支管相连；第二气动阀，设置在输气管上，控制NH3通过输气管向第一支管的输入；第二支管，第二支管第一端与放空气体管路相连，第二支管第二端与燃烧器相连；第三气动阀，设置在第二支管上。
在本公开的一些实施例中，SCR脱硝设备包括：整流格栅、第一级催化层和第二级催化层；整流格栅、第一级催化层和第二级催化层设置在SCR脱硝设备内，且自SCR脱硝设备进气口至SCR脱硝设备排气口顺次设置。
在本公开的一些实施例中，SCR脱硝设备还包括：备用催化层，设置在第二级催化层和SCR脱硝设备排气口之间。
在本公开的一些实施例中，还包括：导流板，分别设置在燃烧器排气管路上和微粒捕集器排气口的连接管路上。
在本公开的一些实施例中，第一气动阀、第二气动阀和第三气动阀为气动蝶阀。
根据本公开的一个方面，提供了一种地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘方法，包括：火炬气通入燃烧器中进行燃烧后进入微粒捕集器，捕集烟气中的颗粒物；第一气动阀关闭，第二气动阀开启，通过输气管通入的NH3通过第一支管与微粒捕集器排气口连接的连接管路排出的烟气相汇合形成混合气体；混合气体进入SCR脱硝设备进行脱硝，通过放空气体管路排空。
根据本公开的一个方面，提供了一种地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘方法，包括：火炬气通入燃烧器中进行燃烧后进入微粒捕集器，捕集烟气中的颗粒物；第一气动阀开启，第二气动阀开启，火炬气进入第一支管；火炬气通过第一支管与通过微粒捕集器排出的烟气相混合形成混合气体；混合气体进入SCR脱硝设备进行脱硝，第三气动阀门开启，混合气体通过第二支路回流至燃烧器中燃尽。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘系统及方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)本公开能够有效处理火炬燃烧的NOx排放物，进而改善化工厂及周围的空气环境。
(2)SCR脱硝设备易于改装，反应温度低，催化剂不含贵金属，使用寿命长，可适用于多种工况和多种类废气排放。
(3)地面火炬封闭式燃烧器，可以有效利用废气中的NH3，采用化工厂生产的NH3作为还原剂，原料充足且方便易得，成本低廉，能够实现减少火炬气处理量提高效率的同时脱硝减排。
(4)选用气动蝶阀进行控制，动作反应迅速，可靠性好，不易泄露。
(5)导流板，能够使得烟气在纵向上的分布更加均匀，同时还可以通过改变导流板尺寸和形状来引导烟气的运动。
(6)喷淋系统对烟气进行喷淋降尘，更加利于排空气体的脱硝及颗粒物采集。
附图说明
图1为本公开实施例地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘系统的结构示意图。
图2为本公开第一实施例地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘方法的流程示意图。
图3为本公开第二实施例地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘方法的流程示意图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
10-燃烧器；
11-燃烧器进气口；
12-燃烧器排气口；
20-燃烧器进气管路；
30-燃烧器排气管路；
31-导流板；
32-喷淋系统；
40-第一支管；
41-第一气动阀；
50-输气管；
51-第二气动阀
60-SCR脱硝设备；
61-整流格栅；
62-第二级催化层；
63-备用催化层；
64-第一级催化层；
70-第二支管；
71-第三气动阀；
80-放空气体管路；
90-微粒捕集器。
具体实施方式
本公开提供了一种地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘系统及方法，其中地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘系统，包括：燃烧器、燃烧器进气管路、燃烧器排气管路、第一支管、SCR脱硝设备、第一气动阀、输气管和第二气动阀；燃烧器设置有燃烧器进气口和燃烧器排气口；火炬气通过燃烧器进气口进入燃烧器；燃烧器进气管路与燃烧器进气口相连；燃烧器排气管路第一端与燃烧器排气口相连；第一支管第一端与燃烧器进气管路相连，第一支管第二端与燃烧器排气管路相连；SCR脱硝设备设置有SCR脱硝设备进气口和SCR脱硝设备排气口；SCR脱硝设备进气口与燃烧器排气管路第二端相连，SCR脱硝设备排气口与放空气体管路相连；第一气动阀设置在第一支管上，控制第一支管中火炬气的输入；输气管与第一支管相连；第二气动阀设置在输气管上，控制第一支管中火炬气的输入。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘系统。图1为本公开实施例火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及颗粒物采集系统的结构示意图。如图1所示，地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝系统，包括：燃烧器10、燃烧器进气管路20、燃烧器排气管路30、第一支管40、微粒捕集器90、SCR脱硝设备60、第一气动阀41、输气管50、第二气动阀51、第二支管70和第三气动阀71；燃烧器10设置有燃烧器进气口11和燃烧器排气口12；火炬气通过燃烧器进气口11进入燃烧器10；燃烧器进气管路20与燃烧器进气口11相连；燃烧器排气管路30第一端与燃烧器排气口12相连；第一支管40第一端与燃烧器进气管路20相连，第一支管40第二端与微粒捕集器90排气口的连接管路相连；微粒捕集器90设置有微粒捕集器进气口和微粒捕集器排气口，微粒捕集器进气口与燃烧器排气管路30第二端相连；SCR脱硝设备60设置有SCR脱硝设备进气口和SCR脱硝设备排气口；SCR脱硝设备进气口与微粒捕集器排气口通过连接管路相连，SCR脱硝设备排气口与放空气体管路80相连；第一气动阀41设置在第一支管40上，控制第一支管40中火炬气的输入；输气管50与第一支管40相连；第二气动阀51设置在输气管50上，控制NH3通过输气管50向第一支管40的输入。第二支管70第一端与放空气体管路80相连，第二支管70第二端与燃烧器10相连；第三气动阀71设置在第二支管70上。
本公开使用的微粒捕集器90，用于捕集烟气中的颗粒物，其中微粒捕集器的入口与出口处均密布着形状规则的小孔，各小孔沿轴向方向为一个个相互平行的狭小孔道，它们之间通过多孔介质壁相连，相邻孔道封堵，因而气体只能从多孔壁面穿过，进入与之相邻的孔道，然后排出。若进入孔道内的尾气中含有碳烟颗粒，由于其直径较大，无法穿过相邻孔道之间的介质壁，因此被截留在多孔壁面上。微粒捕集器90作为控制微粒排放的后处理设备，捕集效率能达到95％以上。
本公开中使用的SCR脱硝设备60，包括：整流格栅61、第一级催化层64、第二级催化层62和备用催化层63；整流格栅61、第一级催化层64、第二级催化层62和备用催化层63设置在SCR脱硝设备60内，且自SCR脱硝设备进气口至SCR脱硝设备排气口顺次设置。选择性催化还原后处理器(SCR)，以尿素水溶液为还原剂的选择性催化还原技术，能在富氧且流量、温度和组分多变的反应环境下有效降低NOx排放，目前效率高达95％。广泛应用于汽车、船舶、燃煤锅炉、垃圾焚烧炉的脱硝。常用的SCR催化剂有钒基催化剂和沸石型催化剂，并普遍采用32.5％的尿素水溶液为还原剂，通过空气辅助喷射的形式喷入排气。由于在催化剂中与NOx反应的实际还原剂为尿素水解生成的氨气(NH3)，所以，此处选择直接在第一支管40中直接通入NH3作为还原剂。在SCR脱硝设备60中设置两个催化剂层和一个备用催化剂层以保证催化充分，催化剂选择钒基催化剂。一般情况下，整流格栅61上游的NOx分布和喷氨流量分配及混合距离等参数，会影响到第一催化剂层表面NOx与NH3的分布均匀性。
其中，燃烧器排气管路30上还设置有导流板31和喷淋系统32，导流板31使得烟气在纵向上的分布更加均匀，在具体实施中还可以通过改变导流板31的尺寸和形状来引导烟气的运动。喷淋系统32设置在燃烧器排气管路30上，对从燃烧器中排出的烟气进行喷淋降尘，更加利于排空气体的脱硝及颗粒物采集。与微粒捕集器90排气口相连的连接管路上还可设置有导流板31。
燃烧器10为地面火炬封闭式燃烧器，火炬气的燃烧完全在一个圆筒形的燃烧室内完成，火焰完全封闭，外界看不见火光，没有光污染，降低热辐射和热传导，降低燃烧噪音。一般实施例中燃烧室筒体的直径为6000mm，壁厚为8mm。
本公开中第一气动阀41、第二气动阀51和第三气动阀71选用的气动蝶阀，具有动作快、可靠性好、不易泄露和费用低的特点。
在本公开的第一个实施例中，提供了一种地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝方法。图2为本公开第一实施例地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘方法的流程示意图。如图2所示，包括：火炬气通入燃烧器中进行燃烧后进入微粒捕集器，捕集烟气中的颗粒物；第一气动阀关闭，第二气动阀开启，通过输气管通入的NH3通过第一支管与微粒捕集器排气口连接的连接管路排出的烟气相汇合形成混合气体；混合气体进入SCR脱硝设备进行脱硝，通过放空气体管路排空。本实施例主要适用于火炬气中为烃类及其他排放物时。
在本公开的第二个实施例中，一种地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝方法。图3为本公开第二实施例地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘方法的流程示意图。如图3所示，包括：火炬气通入燃烧器中进行燃烧后进入微粒捕集器，捕集烟气中的颗粒物；第一气动阀开启，第二气动阀开启，火炬气进入第一支管；火炬气通过第一支管与通过微粒捕集器排出的烟气相混合形成混合气体；混合气体进入SCR脱硝设备进行脱硝，第三气动阀门开启，混合气体通过第二支路回流至燃烧器中燃尽。在本实施例中利用火炬气本身的氨气作为还原剂，完成脱硝的同时还做到废气利用，以达到降低成本的效果。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘系统及方法有了清楚的认识。
综上所述，本公开提供一种大大降低了NOx的排放量，并且还可降低成本和实现废气利用的地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘系统及方法。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘系统，所述地面火炬封闭式燃烧器设置有燃烧器进气口和燃烧器排气口；火炬气通过燃烧器进气口进入燃烧器；燃烧器进气口与燃烧器进气管路相连；燃烧器排气口与燃烧器排气管路第一端相连；其中，地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘系统包括：
微粒捕集器，设置有微粒捕集器进气口和微粒捕集器排气口，所述微粒捕集器进气口与燃烧器排气管路第二端相连；
SCR脱硝设备，设置有SCR脱硝设备进气口和SCR脱硝设备排气口；所述SCR脱硝设备进气口与所述微粒捕集器排气口通过连接管路相连，所述SCR脱硝设备排气口与放空气体管路相连；
第一支管，所述第一支管第一端与所述燃烧器进气管路相连，所述第一支管第二端与所述微粒捕集器排气口的连接管路相连；
第一气动阀，设置在所述第一支管上，控制所述第一支管中火炬气的输入；
输气管，与所述第一支管相连；
第二气动阀，设置在所述输气管上，控制NH3通过所述输气管向所述第一支管的输入；
第二支管，所述第二支管第一端与所述放空气体管路相连，所述第二支管第二端与所述燃烧器相连；
第三气动阀，设置在所述第二支管上。
2.根据权利要求1所述的地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘系统，所述SCR脱硝设备包括：整流格栅、第一级催化层和第二级催化层；
所述整流格栅、所述第一级催化层和所述第二级催化层设置在所述SCR脱硝设备内，且自所述SCR脱硝设备进气口至所述SCR脱硝设备排气口顺次设置。
3.根据权利要求2所述的地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘系统，所述SCR脱硝设备还包括：备用催化层，设置在所述第二级催化层和所述SCR脱硝设备排气口之间。
4.根据权利要求1所述的地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘系统，还包括：导流板，分别设置在所述燃烧器排气管路上和所述微粒捕集器排气口的连接管路上。
5.根据权利要求1所述的地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘系统，所述第一气动阀、所述第二气动阀和所述第三气动阀为气动蝶阀。
6.一种应用根据权利要求1-5中任一项所述的地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘系统的排空气体脱硝及除尘方法，包括：
火炬气通入燃烧器中进行燃烧后进入微粒捕集器，捕集烟气中的颗粒物；
第一气动阀关闭，第二气动阀开启，通过输气管通入的NH3通过第一支管与微粒捕集器排气口连接的连接管路排出的烟气相汇合形成混合气体；
混合气体进入SCR脱硝设备进行脱硝，通过放空气体管路排空。
7.一种应用根据权利要求1-5中任一项所述的地面火炬封闭式燃烧器排空气体脱硝及除尘系统的排空气体脱硝及除尘方法，包括：
火炬气通入燃烧器中进行燃烧后进入微粒捕集器，捕集烟气中的颗粒物；
第一气动阀开启，第二气动阀开启，火炬气进入第一支管；
火炬气通过第一支管与通过微粒捕集器排出的烟气相混合形成混合气体；
混合气体进入SCR脱硝设备进行脱硝，第三气动阀门开启，混合气体通过第二支路回流至燃烧器中燃尽。
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