CN109260945A - 基于在线热解析的垃圾焚烧炉烟气低温脱硝scr反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于在线热解析的垃圾焚烧炉烟气低温脱硝SCR反应器，属于工业锅炉烟气治理技术领域。本发明包括原烟道、SCR反应器、净烟道和蒸汽管道，SCR反应器均匀设置多个室，各个室的进出口设置双层挡板门，每层低温催化剂上部和下部设置在线微差压检测装置；光波加热装置为带反射层的白红外线灯管，加热管均匀安装到低温催化剂上方；吹扫干燥装置由若干均匀布置得不锈钢管组成，不锈钢管下部开设多个吹扫孔，吹扫干燥装置一路与蒸汽管道相连，另一路与净烟气旁路相连。本发明具有稳定运行、成本降低、热源再生和超低排放的效果，可广泛运用于焦炉、垃圾焚烧炉、工业窑炉等低温脱硝、脱硫除尘领域。

Description

基于在线热解析的垃圾焚烧炉烟气低温脱硝SCR反应器
技术领域
本发明涉及一种基于在线热解析的垃圾焚烧炉烟气低温脱硝SCR反应器，属于工业锅炉烟气治理技术领域。
背景技术
SCR(Selective Catalyst Reduction，选择性催化还原技术，也称作脱硝技术)脱硝技术是利用低温催化剂，在一定温度下，使烟气中的NOx与氨气供应系统注入的氨气混合后发生还原反应，生成氮气和水，从而降低NOx的排放量，减少烟气对环境的污染。
SCR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。
SCR脱硝技术主要用于燃煤锅炉烟气治理，SCR技术是在低温催化剂参与下，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SCR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，碱金属盐与低温催化剂活性成分反应，造成低温催化剂中毒，引起低温催化剂活性降低。飞灰会造成低温催化剂堵塞和磨损，所以垃圾焚烧炉不适于采用传统SCR低温催化剂。目前国内已经研制成低温催化剂，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，黏附在低温催化剂表面，造成低温催化剂堵塞和低温催化剂活性降低。硫酸铵的对低温催化剂的影响是可逆的，硫酸铵熔点是280℃，烟气温度高于280℃，可以使的硫酸氨升华，烟气温度高于316℃，可以使的硫酸氢氨升华。
国外采用对烟气进行加热到320℃以上的方法避免硫酸铵粘附到低温催化剂表明，但是运行费用非常高；发明专利(CN104258673A)公开了一种中低温烟气脱硫除尘脱硝及低温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低温催化剂表面的硫酸铵，净化低温催化剂表明。发明专利(CN104399370A)公开了一种低温烟气SCR脱硝系统及其工艺提及SCR低温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SCR低温催化剂直接或间接加热，促进低温催化剂活性。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，且对低温催化剂加热时都会影响锅炉的稳定运行。
因此，研究一种适用于基于在线热解析的垃圾焚烧炉烟气低温脱硝SCR反应器，具有非常广阔的市场应用前景。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种基于在线热解析的垃圾焚烧炉烟气低温脱硝SCR反应器。
本发明所述基于在线热解析的垃圾焚烧炉烟气低温脱硝SCR反应器，包括原烟道、SCR反应器、净烟道和蒸汽管道，SCR反应器均匀设置多个室，各个室设有均流隔栅、吹扫干燥装置、光波加热装置及低温催化剂，各个室的进出口设置双层挡板门，每层低温催化剂上部和下部设置在线微差压检测装置；
光波加热装置为带反射层的白红外线灯管，加热管均匀安装到低温催化剂上方；
吹扫干燥装置由若干均匀布置得不锈钢管组成，不锈钢管下部开设多个吹扫孔，吹扫干燥装置一路与蒸汽管道相连，另一路与净烟气旁路相连。
优选地，所述净烟气旁路由烟气旁路阀和鼓风机组成，吹扫干燥装置通过净烟气旁路阀、鼓风机与净烟道连接。
优选地，所述原烟道通过进口挡板门与SCR反应器连接，烟气与氨气混合后经原烟道、进口挡板门进入SCR反应器中，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SCR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。
优选地，所述SCR反应器各个室可独立工作，当低温催化剂上下部设置的在线微差压检测装置检测到低温催化剂阻力大于设定值，本室入口闸板阀关闭，低温催化剂进行再生；同时开启备用反应室。
优选地，所述脱硝系统SCR反应器根据锅炉运行负荷决定采用几个室进入工作状态，SCR反应器始终有一个室处于备用或再生状态。
优选地，所述光波加热装置在透明石英管外壁的半面涂上纳米镀金涂层，并进行涂层烧结处理。低温催化剂再生采用光波加热装置，对低温催化剂表面加热，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。
优选地，所述光波加热装置根据低温催化剂的阻力和二氧化硫浓度定期开启，加热温度在380～410℃范围内自行选择。通过定时对低温催化剂表面硫酸氨进行热解析，解决了二氧化硫对低温催化剂活性影响，提高了低温催化剂的寿命。
优选地，所述低温催化剂进入热解析状态时，低温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，低温催化剂解析完毕，关闭高压高温蒸汽通道，打开净烟气旁路，送入的净烟气对低温催化剂进行干燥。
优选地，所述蒸汽管道的出口设置蒸汽阀。
优选地，所述SCR反应器进口设有进口挡板门，出口设有出口挡板门。
本发明的有益效果是：(1)稳定运行：SCR反应器采用多室组合模式，满足垃圾焚烧炉不同运行负荷要求，且能进行在线检修和更换低温催化剂，确保垃圾焚烧炉长期稳定运行，不需要停炉；可在线热解析再生低温催化剂，通过光电加热装置和吹扫干燥装置加热分解低温催化剂表面的硫酸氨黏性物质、净化低温催化剂表面，不影响垃圾焚烧炉正常工作；
(2)成本降低：与传统高温SCR脱硝相比，在160-230℃的温度区间即可脱硝，由于烟气温度低，使得低温催化剂用量减少，加之脱硝SCR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；SCR脱硝系统放置到布袋除尘器后面，烟气粉尘浓度很低，减少了粉尘对低温催化剂表面的磨损，省略了传统SCR脱硝工艺中低温催化剂清灰系统；
(3)热源再生：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；
(4)超低排放：效率高达90％，采用本技术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。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
图2是SCR反应器俯视图。
图3是吹扫干燥装置开孔示意图。
图中：1、进口挡板门；2、反应器进口；3、SCR反应器；4、均流隔栅；5、吹扫干燥装置；6、光波加热装置；7、低温催化剂；8、反应器出口；9、出口挡板门；10、净烟道；11、原烟道；12、在线微差压检测装置；13、蒸汽阀；14、蒸汽管道；15、净烟气旁路阀；16、鼓风机。
具体实施方式
为了使本发明目的、技术方案更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
如图1所示，本发明所述基于在线热解析的垃圾焚烧炉烟气低温脱硝SCR反应器，其包括原烟道11、SCR反应器3、净烟道10、蒸汽管道14。所述SCR反应器3均匀设置多个室，各个室设有均流隔栅4、吹扫干燥装置5、光波加热装置6及低温催化剂7，各个室的进出口设置双层挡板门，每层低温催化剂7上部和下部设置在线微差压检测装置12。
所述原烟道11通过进口挡板门1与SCR反应器3连接，烟气与氨气混合后经原烟道11、进口挡板门1进入SCR反应器3中，经过均流隔栅4后，混合烟气进入低温催化剂7，在低温催化剂7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SCR反应器3出口烟道排出。通过垃圾焚烧炉的引风机送入烟囱排放。
所述SCR反应器3各个室可以独立工作，脱硝系统SCR反应器3根据锅炉运行负荷决定采用几个室进入工作状态，当低温催化剂7上下部设置的在线微差压检测装置12检测到低温催化剂7阻力大于设定值，本室入口闸板阀关闭，低温催化剂7进行再生。同时开启备用反应室，SCR反应器3始终有一个室处于备用或再生状态。
SCR反应器3采用多室组合模式，满足垃圾焚烧炉不同运行负荷要求，且能进行在线检修和更换低温催化剂7，确保垃圾焚烧炉长期稳定运行，不需要停炉；可在线热解析再生低温催化剂7，通过光电加热装置和吹扫干燥装置5加热分解低温催化剂7表面的硫酸氨黏性物质、净化低温催化剂7表面，不影响垃圾焚烧炉正常工作；通过定时对低温催化剂7表面硫酸氨进行热解析，解决了二氧化硫对低温催化剂7活性影响，提高了低温催化剂7的寿命；低温催化剂7再生采用光波加热装置6，对低温催化剂7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。
所述光波加热装置6为带反射层的白红外线灯管，即在透明石英管外壁的半面涂上纳米镀金涂层，并进行涂层烧结处理，防止脱落，增加反射率。加热管均匀安装到低温催化剂7上方，可迅速将低温催化剂7表层温度加热到再生温度，将低温催化剂7上层硫酸铵气化，从而避免低温催化剂7中毒。所述光波加热装置6根据低温催化剂7的阻力和二氧化硫浓度定期开启。所述光波加热装置6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。光波加热装置6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。
所述吹扫干燥装置5由若干均匀布置得不锈钢管组成，不锈钢管下部开设多个吹扫孔，吹扫干燥装置5一路与高压高温蒸汽连接，一路与净烟气旁路相连。当低温催化剂7进入热解析状态，低温催化剂7上层硫酸铵被光波加热装置6加热气化，吹扫干燥装置5与高压高温蒸汽连通，高温蒸汽将气化的硫酸铵吹走，低温催化剂7解析完毕，关闭高压高温蒸汽通道，打开净烟气旁路，送入的净烟气对低温催化剂7进行干燥，从而保证低温催化剂7的活性和使用寿命。
所述净烟气旁路由烟气旁路阀和鼓风机16组成，蒸汽管道14设有蒸汽开关阀。
所述SCR反应器3进出口设有挡板门，当低温催化剂7检修或者更换时，关闭进出口挡板门9，可以在线操作，不影响垃圾焚烧炉的运行。
本发明所述基于在线热解析的垃圾焚烧炉烟气低温脱硝SCR反应器，包括原烟道11、原烟道11通过进口挡板门1、反应器进口2连接SCR反应器3，SCR反应器3设均流隔板4、吹扫干燥装置5、光波加热装置6和低温催化剂7，SCR反应器3通过反应器出口8和出口挡板门9与净烟道10连接。SCR反应器3对称设置多个室，常规配置为二个室、四个室或六个室。低温催化剂7上下方安装在线微差压检测装置12。吹扫干燥装置5一路连接蒸汽管道14，蒸汽管道14出口设置蒸汽阀13，吹扫干燥装置5另一路通过净烟气旁路阀15、鼓风机16与净烟道10连接，所述光波加热装置6和吹扫干燥装置5均匀分布在SCR反应器3内。
实施例2：
下面结合具体实施例对本发明一种垃圾焚烧炉烟气低温SCR反应器3及在线热解析装置进一步说明。
假设现有一座500t/a垃圾焚烧炉，烟气流量为100000Nm3/h排放，布袋除尘器出口烟气温度180℃，烟气中二氧化硫浓度30mg/Nm3，氮氧化物浓度200mg/Nm3，粉尘浓度10mg/Nm3，含水率15％，脱硝还原剂为20％氨水。
如图1所示，布袋除尘器出来的180℃的垃圾焚烧炉烟气与氨气混合后通过原烟道11、进口挡板门1和反应器进口2进入SCR反应器3，烟气通过均流隔栅4时，烟气被均匀分布在SCR反应器3内，保证了系统脱硝效率。混合烟气进入低温催化剂7，在低温催化剂7作用下，烟气中的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SCR反应器3出口8、出口挡板门9和净烟道10排出，然后通过垃圾焚烧炉的引风机送入烟囱排放。
与传统高温SCR脱硝相比，在160-230℃的温度区间即可脱硝，由于烟气温度低，使得低温催化剂7用量减少，加之脱硝SCR反应器3体积减小，节省了投资费用，提高了经济效益和社会效益；SCR脱硝系统放置到布袋除尘器后面，烟气粉尘浓度很低，减少了粉尘对低温催化剂7表面的磨损，省略了传统SCR脱硝工艺中低温催化剂7清灰系统。
如图2所示，所述实施例的SCR反应器3设置A、B、C、D四个室，每个室可以独立运行，实施例脱硝系统SCR反应器3垃圾焚烧炉满负荷运行时，运行A、B、C三个室，D室处于备用状态，当低温催化剂7上下部设置的在线微差压检测装置12检测到低温催化剂7阻力大于设定值，本室入口闸板阀关闭，低温催化剂7进行再生。
在线微差压检测装置12可采用PTKR501型号的微差压检测仪器，采用OEM硅压阻式差压芯体组装而成，外壳为铝合金结构。广泛应用于锅炉送风、井下通风等电力、煤炭行业压力过程控制领域。在线微差压检测装置12为现有技术，在此不再赘述。
同时开启备用反应室，本实施例假设C室检测到低温催化剂7阻力大于设定值，C室进口挡板门17关闭，D室进口挡板门17开启，D室进入工作状态，C室内的低温催化剂7进入热解析工作状态。立即启动C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半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。加热管均匀安装到低温催化剂7上方，加热管启动后几分钟后可迅速将低温催化剂7表层温度加热到380～410℃的再生温度，将低温催化剂7表层硫酸铵气化，从而避免低温催化剂7中毒。
低温催化剂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，高温蒸汽通过蒸汽管道14进入的吹扫干燥装置5，扫干燥装置5由若干均匀布置得不锈钢管组成，不锈钢管下部开设多个吹扫孔，如图3所示，高温高压蒸汽从孔内均匀喷出，将气化的硫酸铵吹走，低温催化剂7热解析再生完毕，关闭蒸汽管道14上的蒸汽阀13，打开净烟气旁路15和鼓风机16，送入的180℃净烟气对低温催化剂7进行干燥，从而保证低温催化剂7的活性和使用寿命。当SCR反应器3某个室需要检修或者更换低温催化剂7时，关闭进口挡板门1和出口挡板门9，可以在线操作，不影响垃圾焚烧炉的运行。
由垃圾焚烧炉的烟气经过半干法脱硫和布袋除尘器过滤，烟气清洁度非常高，不会造成低温催化剂7磨损、堵塞和中毒，所以本实施例也未设置蒸汽吹灰装置。
低温催化剂7是指在170℃～300℃的温度范围内依然具有较高脱硝性能的催化剂。例如，低温催化剂7以TiO2掺杂Al2O3、SiO2或ZrO2中的一种或多种为载体，以玻璃纤维为骨架，以钒复合钨、钼、铈、锰、铌或磷中的一种或多种为活性组分。低温催化剂7为现有技术，在此不再赘述。
本发明效率高达90％，采用本技术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，可广泛运用于工业锅炉烟气治理场合，尤其适合焦炉、垃圾焚烧炉、工业窑炉等低温脱硝、脱硫除尘领域。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而己，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的均等修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的专利涵盖范围内。

Claims (10)

1.一种基于在线热解析的垃圾焚烧炉烟气低温脱硝SCR反应器，其特征在于，包括原烟道(11)、SCR反应器(3)、净烟道(10)和蒸汽管道(14)，SCR反应器(3)均匀设置多个室，各个室设有均流隔栅(4)、吹扫干燥装置(5)、光波加热装置(6)及低温催化剂(7)，各个室的进出口设置双层挡板门，每层低温催化剂(7)上部和下部设置在线微差压检测装置(12)；
光波加热装置(6)为带反射层的白红外线灯管，加热管均匀安装到低温催化剂(7)上方；
吹扫干燥装置(5)由若干均匀布置得不锈钢管组成，不锈钢管下部开设多个吹扫孔，吹扫干燥装置(5)一路与蒸汽管道(14)相连，另一路与净烟气旁路相连。
2.根据权利要求1所述基于在线热解析的垃圾焚烧炉烟气低温脱硝SCR反应器，其特征在于，所述净烟气旁路由烟气旁路阀和鼓风机(16)组成，吹扫干燥装置(5)通过净烟气旁路阀(15)、鼓风机(16)与净烟道(10)连接。
3.根据权利要求2所述基于在线热解析的垃圾焚烧炉烟气低温脱硝SCR反应器，其特征在于，所述原烟道(11)通过进口挡板门(1)与SCR反应器(3)连接，烟气与氨气混合后经原烟道(11)、进口挡板门(1)进入SCR反应器(3)中，经过均流隔栅(4)后，混合烟气进入低温催化剂(7)，在低温催化剂(7)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SCR反应器(3)出口烟道排出；通过垃圾焚烧炉的引风机送入烟囱排放。
4.根据权利要求2或3所述基于在线热解析的垃圾焚烧炉烟气低温脱硝SCR反应器，其特征在于，所述SCR反应器(3)各个室可独立工作，当低温催化剂(7)上下部设置的在线微差压检测装置(12)检测到低温催化剂(7)阻力大于设定值，本室入口闸板阀关闭，低温催化剂(7)进行再生；同时开启备用反应室。
5.根据权利要求4所述基于在线热解析的垃圾焚烧炉烟气低温脱硝SCR反应器，其特征在于，所述脱硝系统SCR反应器(3)根据锅炉运行负荷决定采用几个室进入工作状态，SCR反应器(3)始终有一个室处于备用或再生状态。
6.根据权利要求1所述基于在线热解析的垃圾焚烧炉烟气低温脱硝SCR反应器，其特征在于，所述光波加热装置(6)在透明石英管外壁的半面涂上纳米镀金涂层，并进行涂层烧结处理。
7.根据权利要求6所述基于在线热解析的垃圾焚烧炉烟气低温脱硝SCR反应器，其特征在于，所述光波加热装置(6)根据低温催化剂(7)的阻力和二氧化硫浓度定期开启，加热温度在380～410℃范围内自行选择。
8.根据权利要求7所述基于在线热解析的垃圾焚烧炉烟气低温脱硝SCR反应器，其特征在于，所述低温催化剂(7)进入热解析状态时，低温催化剂(7)上层硫酸铵被光波加热装置(6)加热气化，吹扫干燥装置(5)与高压高温蒸汽连通，高温蒸汽将气化的硫酸铵吹走，低温催化剂(7)解析完毕，关闭高压高温蒸汽通道，打开净烟气旁路，送入的净烟气对低温催化剂(7)进行干燥。
9.根据权利要求1所述基于在线热解析的垃圾焚烧炉烟气低温脱硝SCR反应器，其特征在于，所述蒸汽管道(14)的出口设置蒸汽阀(13)。
10.根据权利要求1所述基于在线热解析的垃圾焚烧炉烟气低温脱硝SCR反应器，其特征在于，所述SCR反应器(3)进口(2)设有进口挡板门(1)，出口设有出口挡板门(9)。
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