CN109351181A - 一种集成式宽温scr烟气脱硝的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成式宽温SCR烟气脱硝的方法及系统，属于烟气净化领域。将待处理的烟气自入口连接烟道进入集成式宽温SCR烟气脱硝反应器，其中入口烟道上设置有温度检测装置。SCR烟气脱硝反应器采用双反应器并联设计，以同时满足工业尾气温度波动范围大和脱硝催化剂对反应温度窗口的要求。本发明不同反应温度窗口催化剂之间设置合理的反应温度窗口重叠区，衔接保证反应平稳过渡。
Description
技术领域
本发明属于烟气净化领域，具体涉及一种集成式宽温SCR烟气脱硝的方法及系统。
背景技术
烟气脱硝是指把已生成的NOx还原为N2，从而脱除烟气中的NOx的过程，按治理工艺可分为湿法脱硝和干法脱硝。由于从燃烧系统排放的烟气中的NOx，90％以上是NO，而NO难溶于水，因此对NOx的湿法处理不能用简单的洗涤法。烟气脱硝的原理是用氧化剂将NO氧化成NO2，生成的NO2再用水或碱性溶液吸收，从而实现脱硝。影响脱硝效率的因素包括反应温度、停留时间、还原剂与烟气的混合均匀度、还原剂与NOx的化学当量比、催化剂性能等。在反应温度一定的情况下，氨和NOx的混合程度对SCR工艺的脱硝效率具有极大的影响，如能提高催化剂的催化效果，亦能较大的提高SCR工艺的脱硝效果。
传统的烟气脱硝主要采用选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)。其中，被广泛采用的SCR技术是一种从尾气上治理NOx排放的有效方法，其还原剂有尿素、氨水和纯氨，通常是利用NH3作为还原剂在催化剂的作用下将NOx还原为无害的N2，从而脱除烟气中的NOx。催化剂的合理选取和使用是SCR技术的核心。催化剂的结构主要有蜂窝式、平板式和波纹板式三种。其中，平板式或波纹板式催化剂比蜂窝式催化剂具有更好的防积尘和堵塞能力，但气固接触比表面积小，催化效果差。研究表明，国内外的脱硝设备，由于受气固接触面积的影响，塔体内烟气的流场分布不均，烟气与还原剂、催化剂接触的时间有限，其催化还原反应效率低，并且广泛存在NH3的逃逸、催化剂堵塞、催化剂失效等问题。不仅影响脱硝效率的提高，而且造成脱硝成本增高，出现二次污染等问题。研发高效的SCR方法及装置十分紧迫与必要。
现有技术中也出现了一些SCR脱硝的技术方案，如申请号为201510768338.6的一项中国专利公开了一种双旋式SCR脱硝方法及其装置：包括脱硝塔本体和沿脱硝塔本体的内圆周面设置的第一板式催化剂层，在第一板式催化剂层内设有第二板式催化剂层；第一板式催化剂层与第二板式催化剂层之间的空腔为第一旋流催化反应腔，第二板式催化剂层内的空腔为第二旋流催化反应腔；第二旋流催化反应腔底端设有旋流器；所述第一旋流催化反应腔的顶部密封，并在脱硝塔本体的上侧壁沿脱硝塔本体内圆周切向方向设置烟气通入管道；沿烟气通入管道的内圆周面以及第一旋流催化反应腔顶部的内圆周面分别布置有多个旋流雾化喷嘴；该技术方案能够实现高效脱硝，技术手段简便易行，与现有技术相比不仅脱硝塔结构简单、造价低廉，使脱硝成本大幅降低，显著提高了经济效益；但是该方案中的旋流雾化喷嘴和旋流器生成的螺旋气流都会逐渐减弱，相应带动氨气与烟气的混合程度也在逐渐减弱，因此影响氨气与烟气的混合比例不一致，最终影响脱硝反应的效果。
发明内容
为了弥补现有技术的不足和满足工业烟气脱硝的新需求，本发明提出一种集成式宽温SCR烟气脱硝的方法及系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种集成式宽温SCR烟气脱硝系统，该系统包括锅炉，喷氨混合系统，高温SCR反应器，低温SCR反应器，所述锅炉的烟气输出管道和氨/空气混合器的输出管道均与喷氨混合系统相连，所述的喷氨混合系统输出端通过入口烟道分别与高温SCR反应器和低温SCR反应器相连，所述的高温SCR反应器和低温SCR反应器的输出端分别通过出口烟道与空气预热器相连；所述的空气预热器的一个输出端与锅炉相连，另一个输出端与除尘器或FGD系统相连。
本发明技术方案中：所述锅炉的尾部依次设有省煤器及灰斗。
本发明技术方案中：稀释风机的输出管道和来自氨制备的氨气输出管道均与氨/空气混合器相连。
本发明技术方案中：入口烟道上设有温度检测装置。
本发明技术方案中：高温SCR反应器和低温SCR反应器出入口均设有挡板门。
本发明技术方案中：高温SCR反应器和低温SCR反应器输出端管道上均设有膨胀节。
一种利用上述的系统实现集成式宽温SCR烟气脱硝的方法，该方法是待处理的烟气、氨气以及空气的混合气体在喷氨混合系统充分混合整流，随后经入口烟道上的温度检测装置进行温度检测后，若混合气体温度在320℃-400℃范围内，则进入高温SCR反应器中进行烟气脱硝处理；若混合气体温度在200℃-350℃范围内，则进入低温SCR反应器进行烟气脱硝处理，处理后的烟气通过出口烟道经空气预热器去到除尘器或FGD系统。
本发明技术方案中：高温SCR反应器和低温SCR反应器的催化剂反应窗口之间设置反应温度窗口重叠区(320℃-350℃)，当烟气温度下降至330℃时启动高、低温旁路切换(通过挡板门开关实现)，保证烟气降至320℃时烟气完全进入低温SCR反应器，而当烟气温度上升至320℃时启动高、低温旁路切换(通过挡板门开关实现)，保证烟气升至330℃时烟气完全进入高温SCR反应器，以保证反应平稳过渡。
本发明技术方案中：高温SCR反应器和低温SCR反应器中设有至少一层催化剂床层，所述的高温SCR反应器中所用的催化剂为V2O5/WO3/TiO2催化剂，所述的低温SCR反应器中所用的催化剂为锰基催化剂。
本发明技术方案中：经高温SCR反应器和低温SCR反应器的烟气，在第一层催化剂入口表面处的流速偏差应小于10％，氨浓度偏差应小于5％，出入口温度变化应小于5℃。本发明的有益效果：
1、低温(200℃-320℃)和高温(320℃-400℃)催化剂反应窗口之间设置合理的反应温度窗口重叠区(320℃-350℃)，衔接保证反应平稳过渡。
2、上游设置温度检测装置，高低温反应器挡板门联动程序设计，保证烟气平稳切换。
3、在高温反应器和低温反应器输出管道上分别设置膨胀节以消除应力，保证装置结构稳定。
4、某300t/h蒸发量的燃煤锅炉，经本方法进行烟气脱硝处理后烟气中NOx浓度由350mg/Nm3降至50mg/Nm3以下，实现了85.7％的NOx脱除效率。
5、某60t/h蒸发量的链条锅炉，经本方法进行烟气脱硝处理后烟气中NOx浓度由300mg/Nm3降至50mg/Nm3以下，实现了83.3％以上的NOx脱除效率。
附图说明
图1为集成式宽温SCR烟气脱硝系统的示意图。
其中，1为入口烟道，2为灰斗，3为省煤器，4为锅炉，5为稀释风机，6为氨/空气混合器，7为喷氨混合系统，8为催化剂，9为高温SCR反应器，10为空气预热器，11为出口烟道，12为温度检测装置，13为挡板门，14为膨胀节，15为低温SCR反应器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
一种集成式宽温SCR烟气脱硝系统，该系统包括锅炉(4)，喷氨混合系统(7)，高温SCR反应器(9)，所述锅炉(4)的烟气输出管道和氨/空气混合器(6)的输出管道均与喷氨混合系统(7)相连，所述的喷氨混合系统(7)输出端通过入口烟道(1)分别与高温SCR反应器(9)和低温SCR反应器(15)相连，所述的高温SCR反应器(9)和低温SCR反应器(15)的输出端分别通过出口烟道(11)与空气预热器(10)相连；所述的空气预热器(10)的一个输出端与锅炉(4)相连，另一个输出端与除尘器或FGD系统相连。所述锅炉(4)的尾部依次设有省煤器(3)及灰斗(2)。
稀释风机(5)的输出管道和来自氨制备的氨气输出管道均与氨/空气混合器(6)相连。入口烟道(1)上设有温度检测装置(12)。高温SCR反应器(9)和低温SCR反应器(15)的出入口分别设有挡板门(13)。高温SCR反应器(9)和低温SCR反应器(15)的输出端管道上均设有膨胀节(14)。
一种利用上述装置实现集成式宽温SCR烟气脱硝的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：待处理的烟气与氨气空气混合气体在喷氨混合系统(7)充分混合整流，随后经入口连接烟道(1)上的温度检测装置(12)进行温度检测后，若烟气温度在330℃-400℃范围内，则通过联动程序打开高温SCR反应器出入口的挡板门，烟气由此进入高温SCR反应器(9)进行脱硝处理；若烟气温度在200℃-320℃范围内，则通过联动程序打开低温SCR反应器出入口的挡板门，烟气由此进入低温SCR反应器(15)进行脱硝处理；
当烟气温度下降至330℃时启动高、低温旁路切换，保证烟气降至320℃时烟气完全进入低温SCR反应器，而当烟气温度上升至320℃时启动高、低温旁路切换，保证烟气升至330℃时烟气完全进入高温SCR反应器，以保证反应平稳过渡。
步骤2：混合气体进入高温SCR反应器(9)或低温SCR反应器(15)后，在还原剂和催化剂的协同作用下进行烟气脱硝处理；
步骤3：处理后的烟气通过出口连接烟道(11)经空气预热器(10)去到除尘器或FGD系统。
步骤4：经SCR反应器处理后的烟气，第一层催化剂入口表面处的流速偏差应小于10％，入口氨浓度偏差应小于5％，出入口温度差应小于5℃。
本实施例中：高温SCR反应器(9)和低温SCR反应器(15)中设有一层催化剂床层，所述的高温SCR反应器(9)中所用的催化剂为V2O5/WO3/TiO2催化剂，所述的低温SCR反应器(15)中所用的催化剂为锰基催化剂。
本实施例中：经高温SCR反应器(9)和低温SCR反应器(15)的烟气，在第一层催化剂入口表面处的流速偏差应小于10％，氨浓度偏差应小于5％，出入口温度变化应小于5℃。
以下表1及表2分别列出了某300t/h蒸发量燃煤锅炉及某80t/h蒸发量链条锅炉经本方法处理前后烟气中NOx浓度的变化情况。
表1某300t/h蒸发量燃煤锅炉出入口烟气组分及浓度
| 项目 | 单位 | 数据 | 备注 |
| 入口烟气量 | Nm<sup>3</sup>/h | 350000 | 标态，干基，6％O<sub>2</sub> |
| 入口烟气NOx浓度 | mg/Nm<sup>3</sup> | 350 | |
| 出口烟气NOx浓度 | mg/Nm<sup>3</sup> | <50 |
从上表可以看出：某300t/h蒸发量燃煤锅炉满负荷时烟气量为35万标立方/小时，60％以上负荷时，烟气温度为310℃-400℃，此时高温SCR反应器挡板门打开，烟气进入高温SCR反应器进行脱硝处理；40％负荷时，烟气温度为280℃左右，此时低温SCR反应器挡板门打开，烟气进入低温SCR反应器进行脱硝处理。实施该集成式宽温SCR烟气脱硝系统后，烟气中NOx浓度由最初的350mg/Nm3降低至小于50mg/Nm3，实现了85.7％的NOx脱除效率。
表2某60t/h蒸发量链条锅炉出入口烟气组分及浓度
| 项目 | 单位 | 数据 | 备注 |
| 入口烟气量 | Nm<sup>3</sup>/h | 80000 | 标态，干基，6％O<sub>2</sub> |
| 入口烟气NOx浓度 | mg/Nm<sup>3</sup> | 30 | |
| 出口烟气NOx浓度 | mg/Nm<sup>3</sup> | <50 |
从上表可以看出：某60t/h蒸发量链条锅炉满负荷时烟气量为8万标立方/小时，70％以上负荷时，烟气温度为320℃-380℃，此时高温SCR反应器挡板门打开，烟气进入高温SCR反应器进行脱硝处理；50％负荷时，烟气温度为255℃左右，此时低温SCR反应器挡板门打开，烟气进入低温SCR反应器进行脱硝处理。实施该集成式宽温SCR烟气脱硝系统后，烟气中NOx浓度由最初的300mg/Nm3降低至小于50mg/Nm3，实现了83.3％以上的NOx脱除效率。
Claims (10)
1.一种集成式宽温SCR烟气脱硝系统，其特征在于：该系统包括锅炉(4)，喷氨混合系统(7)，高温SCR反应器(9)，低温SCR反应器(15)，所述锅炉(4)的烟气输出管道和氨/空气混合器(6)的输出管道均与喷氨混合系统(7)相连，所述的喷氨混合系统(7)输出端通过入口烟道(1)分别与高温SCR反应器(9)和低温SCR反应器(15)相连，所述的高温SCR反应器(9)和低温SCR反应器(15)的输出端分别通过出口烟道(11)与空气预热器(10)相连；所述的空气预热器(10)的一个输出端与锅炉(4)相连，另一个输出端与除尘器或FGD系统相连。
2.根据权利要求1所述的集成式宽温SCR烟气脱硝系统，其特征在于：所述锅炉(4)的尾部依次设有省煤器(3)及灰斗(2)。
3.根据权利要求1所述的集成式宽温SCR烟气脱硝系统，其特征在于：稀释风机(5)的输出管道和来自氨制备的氨气输出管道均与氨/空气混合器(6)相连。
4.根据权利要求1所述的集成式宽温SCR烟气脱硝系统，其特征在于：入口烟道(1)上设有温度检测装置(12)。
5.根据权利要求1所述的集成式宽温SCR烟气脱硝系统，其特征在于：高温SCR反应器(9)和低温SCR反应器(15)出入口均设有挡板门(13)。
6.根据权利要求1所述的集成式宽温SCR烟气脱硝系统，其特征在于：高温SCR反应器(9)和低温SCR反应器(15)的输出端管道上分别设有膨胀节(14)。
7.一种利用权利要求1所述的系统实现集成式宽温SCR烟气脱硝的方法，其特征在于：该方法是待处理的烟气、氨气以及空气的混合气体在喷氨混合系统(7)充分混合整流，随后经入口烟道(1)上的温度检测装置(12)进行温度检测后，若混合气体温度在320℃-400℃范围内，则进入高温SCR反应器(9)中进行烟气脱硝处理；若混合气体温度在200℃-350℃范围内，则进入低温SCR反应器(15)进行烟气脱硝处理，处理后的烟气通过出口烟道(11)经空气预热器(10)去到除尘器或FGD系统。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：高温SCR反应器(9)和低温SCR反应器(15)中设有至少一层催化剂床层，所述的高温SCR反应器(9)中所用的催化剂为V2O5/WO3/TiO2催化剂，所述的低温SCR反应器(15)中所用的催化剂为锰基催化剂。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：经高温SCR反应器(9)和低温SCR反应器(15)的烟气，在第一层催化剂入口表面处的流速偏差应小于10％，氨浓度偏差应小于5％，出入口温度变化应小于5℃。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：高温SCR反应器和低温SCR反应器的催化剂反应窗口之间设置反应温度窗口重叠区320℃～350℃，当烟气温度下降至330℃时启动高、低温旁路切换，保证烟气降至320℃时烟气完全进入低温SCR反应器，而当烟气温度上升至320℃时启动高、低温旁路切换，保证烟气升至330℃时烟气完全进入高温SCR反应器，以保证反应平稳过渡。
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2018
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