CN109550398A - 一种用于多台燃气内燃机烟气中温型脱硝系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于多台燃气内燃机烟气中温型脱硝系统，包括燃气锅炉、多台燃气内燃机、余热锅炉、SCR反应器、催化剂、第一烟囱、氨气生成器、尿素溶液罐、压缩空气罐、尿素溶液管、压缩空气管、喷枪、多个调节阀、多台风机、旁路烟道、烟道和多台溴化锂设备。布置一氨气生成器，包括氨气生成器内壁、第一提效环、第一扰流锥、第二提效环、第三提效环和第二扰流锥。该系统将多台燃气内燃机烟气汇合后采用一套余热锅炉和SCR反应成套装置进行氮氧化物治理，该系统能效高、简洁、紧凑，节省大量面积和空间，节约了建设成本和运营成本，本发明还涉及了一个氨气生成器来制备氨气，并通过对氨气生成器结构的优化设计来提高尿素的氨气转化率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于多台燃气内燃机烟气中温型脱硝系统，属于燃气内燃机烟气脱硝领域。
背景技术
燃气内燃机在市政、工业园区、商业地产、楼宇、医院和学校等能源密集区域应用广泛，其通过热、电、冷三种能源方式联合供应实现能源的梯级高效利用，具有灵活、高效、低排放等特点。以上特殊的应用场合为燃气内燃机烟气之中氮氧化物的达标排放提出了较高的要求。
应对燃气内燃机烟气之中氮氧化物的达标排放标准要求较高，选择一般的脱硝工艺技术如选择性非催化还原工艺(SNCR脱硝工艺技术)不能满足要求，需要采用选择性催化还原工艺技术(SCR脱硝工艺技术)，该工艺技术也是目前主流的氮氧化物处理技术，其利用还原剂(如NH3、CO等)在催化剂表面上借助其催化作用把氮氧化物转化成氮气，达到氮氧化物减排的目的。
现有涉及燃气内燃机烟气脱硝技术方案中，专利号CN108744970A公开了一种燃气锅炉与沼气内燃机的联合脱硝系统，该技术虽涉及燃气锅炉与沼气内燃机的联合脱硝问题，但该技术没提到对内燃机和燃气锅炉烟气余热的利用，也未涉及还原剂氨气的生成问题；专利号CN106762064A公开了一种燃气内燃机分布式能源脱硝及消音一体化装置，虽涉及燃气内燃机烟气余热的利用，但该技术未涉及还原剂氨气的生成问题。上面两技术方案均未涉及多台燃气内燃机联合脱硝的问题。
CN108744970A和CN106762064A分别用于燃气内燃机的脱硝， CN108744970A中并未设置溴化锂设备和换热器，其能效低，不能实现同时供冷和供热，以及不能实现节能。CN106762064A采用的是分布式结构，其功能比较单一，同时也未涉及氨气生成相关设备。
为解决多台燃气内燃机或燃气锅炉烟气联合脱硝的问题及燃气内燃机烟气脱硝系统中所需还原剂氨气的生成问题，本发明提出了一种用于多台燃气内燃机烟气中温型脱硝系统，该系统将多台燃气内燃机烟气汇合后采用一套余热锅炉和 SCR反应成套装置进行氮氧化物治理，该系统能效高、简洁、紧凑，节省大量面积和空间，节约了建设成本和运营成本，本发明还涉及了一个氨气生成器来制备氨气，并通过对氨气生成器结构的优化设计来提高尿素的氨气转化率。
发明内容
本发明的主要目的在于解决多台燃气内燃机或燃气锅炉烟气脱硝问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种用于多台燃气内燃机烟气中温型脱硝系统，包括燃气锅炉排烟口1、余热锅炉2、SCR反应器3、催化剂4、第一烟囱5、氨气生成器6、尿素溶液罐7、压缩空气罐8、尿素溶液管9、压缩空气管10、喷枪11、第一调节阀12、第一风机13、旁路烟道14、烟道15、第一燃气内燃机排烟口16、第二燃气内燃机排烟口17、第M台燃气内燃机排烟口 18、第一溴化锂设备19、第二溴化锂设备20、第三溴化锂设备21、第N台溴化锂设备22、第二风机23、第三风机24、第四风机25、第N台风机26、第二调节阀27、第三调节阀28、第四调节阀29、第N个调节阀30、第二烟囱31、第三烟囱32和第L个烟囱33；M、N和L取正整数，三个正整数可以不相同。
燃气锅炉排烟口1通过烟道15与余热锅炉2连接；第一燃气内燃机排烟口 16通过烟道15与余热锅炉2连接；第二燃气内燃机排烟口17通过烟道15与余热锅炉2连接；第M台燃气内燃机排烟口18通过烟道15与余热锅炉2连接；燃气锅炉排烟口1、第一燃机内燃机排烟口16、第二台燃机内燃机排烟口17和第M台燃机内燃机排烟口18为并联连接。
余热锅炉2通过烟道15与SCR反应器3连接；催化剂4安装于SCR反应器3内；SCR反应器3通过烟道15与第二风机23连接；SCR反应器3通过烟道15与第三风机24连接；SCR反应器3通过烟道15与第四风机25连接；SCR 反应器3通过烟道15与第N风机26连接；第二风机23、第三风机24、第四风机25和第N风机26为并联连接；
第二风机23通过烟道15与第二调节阀27连接；第二调节阀27通过烟道 15与第一溴化锂设备19连接；第一溴化锂设备19通过烟道15与第一烟囱5连接；
第三风机24通过烟道15与第三调节阀28连接；第三调节阀28通过烟道 15与第二溴化锂设备20连接；第二溴化锂设备20通过烟道15与第二烟囱31 连接；
第四风机25通过烟道15与第四调节阀29连接；第四调节阀29通过烟道 15与第三溴化锂设备21连接；第三溴化锂设备21通过烟道15与第三烟囱32 连接；
第N台风机26通过烟道15与第N个调节阀30连接；第四调节阀29通过烟道15与第N台溴化锂设备22连接；第N溴化锂设备22通过烟道15与第L 烟囱31连接。
旁路烟道14的一端设置在燃气锅炉排烟口1与余热锅炉2之间烟道15上，旁路烟道14的另一端设置在SCR反应器3前的烟道15上。
燃气锅炉排烟口1通过烟道15、旁路烟道14与第一风机13连接；第一风机13通过旁路烟道14，经过第一调节阀12与氨气生成器6连接；氨气生成器6 通过旁路烟道14、烟道15与SCR反应器3连接；尿素溶液罐7通过尿素溶液管9与喷枪11连接；压缩空气罐8通过压缩空气管10与喷枪11连接；喷枪11 沿垂直轴向插入氨气生成器6中。
进一步，布置一氨气生成器6，包括氨气生成器内壁6-1、第一提效环6-2、第一扰流锥6-3、第二提效环6-4、第三提效环6-5和第二扰流锥6-6；氨气生成器内壁6-1为圆筒状；第一提效环6-2的截面为斜扇形面，通过支撑结构与氨气生成器内壁6-1连接；第二提效环6-4和第三提效环6-5的截面为斜扇形分别固定于氨气生成器内壁6-1，第一扰流锥6-3和第二扰流锥6-6均为圆锥形斜面，通过支撑结构与氨气生成器内壁6-1连接；第一提效环6-2、第一扰流锥6-3、第二提效环6-4、第三提效环6-5和第二扰流锥6-6沿氨气生成器6的轴线方向顺次布设。
通过第一风机13和调节阀12调节旁路烟道14中的烟气量，使SCR反应器 3入口处烟气温度为320～450℃；SCR反应器3出口处、各溴化锂设备入口处烟气温度基本为320～450℃，烟气通过各溴化锂设备后温度为145℃，然后通过各烟囱排空。
所述的催化剂4为中温催化剂，所述的中温范围为320～450℃。
与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果。
本发明提出了一种用于多台燃气内燃机烟气中温型脱硝系统，该系统将多台燃气内燃机烟气汇合后采用一套余热锅炉和SCR反应成套装置进行氮氧化物治理，该系统能效高、简洁、紧凑，节省大量面积和空间，节约了建设成本和运营成本，本发明还涉及了一个氨气生成器来制备氨气，并通过对氨气生成器结构的优化设计来提高尿素的氨气转化率。
附图说明
图1一种用于多台燃气内燃机烟气中温型脱硝系统结构示意图。
图中：1、燃气锅炉排烟口，2、余热锅炉，3、SCR反应器，4、催化剂， 5、第一烟囱，6、氨气生成器，7、尿素溶液罐，8、压缩空气罐，9、尿素溶液管，10、压缩空气管，11、喷枪，12、第一调节阀，13、第一风机，14、旁路烟道，15、烟道，16、第一燃气内燃机排烟口，17、第二燃气内燃机排烟口，18、第M台燃气内燃机排烟口，19、第一溴化锂设备，20、第二溴化锂设备，21、第三溴化锂设备，22、第N台溴化锂设备，23、第二风机，24、第三风机，25、第四风机，26、第N台风机，27、第二调节阀，28、第三调节阀，29、第四调节阀，30、第N个调节阀，31、第二烟囱，32第三烟囱，和第L个烟囱33；M、 N和L取正整数，三个正整数可以不相同。
图2氨气生成器结构示意图。
图中：6-1、氨气生成器内壁，6-2、第一提效环，6-3、第一扰流锥，6-4、第二提效环，6-5、第三提效环，6-6、第二扰流锥。
图3一种用于多台燃气内燃机烟气中温型脱硝系统2结构示意图。
图中：34、第一换热器，35、第二换热器，36、第三换热器，37第N台换热器。
图4一种用于多台燃气内燃机烟气中温型脱硝系统3结构示意图。
图5一种用于多台燃气内燃机烟气中温型脱硝系统3结构示意图。
具体实施方式一
以下结合图，以某分布式能源站4.4MW燃气内燃机机组烟气脱硝系统为例，对本发明作进一步说明。
某分布式能源站4.4MW燃气内燃机机组SCR烟气脱硝系统，如图1和图2，燃气内燃机排烟口1处烟气温度为430～550℃，最高可达600℃，发电出力均为 4.4MW，在燃气内燃机负荷率为100％时烟气量均为干态19888Nm3/h，在标态、干基5％O2条件下NOx均为500mg/Nm3；各溴化锂设备的烟气出口温度均为 145℃；催化剂4适宜温度范围为320～450℃。
烟气通过余热锅炉2后温度降为350℃，烟气在SCR反应器3入口温度基本也为350℃，该温度在中温催化剂适用温度范围320～450℃之内；通过第一风机13和第一调节阀12调节旁路烟道14中的烟气量，使SCR反应器3入口处烟气温度为350～400℃；SCR反应器3出口处、第一溴化锂19入口处烟气温度基本为350～400℃；烟气通过第一溴化锂设备19后降为145℃；烟气通过第二风机 23、第二调节阀27，经第一溴化锂设备19通过烟囱5排空；烟气通过第N台风机26、第N个调节阀30，经第N台溴化锂设备22通过第L个烟囱排空；
尿素溶液罐7中浓度为30～50％的尿素溶液通过尿素溶液管9进入喷枪11，压缩空气罐8中压力为0.3～0.8公斤的压缩空气通过压缩空气管10进入喷枪11，喷枪11垂直轴向插入氨气生成器6，尿素溶液在压缩空气和喷枪11喷嘴的作用下在氨气生成器6中雾化，如图2，三个提效环的作用可使雾化后的尿素微液滴与烟气充分混合，混合后的烟气速度提高被加速冲向两个扰流锥，两个扰流锥的作用可使混合后的烟气形成回流，延长尿素微液滴在氨气生成器6中生成氨气的时间，雾化后的尿素微液滴在氨气生成器6中烟气温度400℃条件下分解生成氨气，通过对氨气生成器6如图2的结构优化设计提高了尿素的氨气转化率。
所生成的氨气随烟气进入SCR反应器3，烟气中的氮氧化物与所生成氨气在催化剂4的表面进行催化反应生成氮气，SCR反应器3出口处NOx在标态、干基5％O2条件浓度下为30mg/Nm3。
具体实施方式二
以下结合图，以某分布式能源站4.4MW燃气内燃机机组烟气脱硝系统为例，对本发明作进一步说明。
某分布式能源站4.4MW燃气内燃机机组SCR烟气脱硝系统，如图2和图3，燃气内燃机排烟口1处烟气温度为430～550℃，最高可达600℃，发电出力均为 4.4MW，在燃气内燃机负荷率为100％时烟气量均为干态19888Nm3/h，在标态、干基5％O2条件下NOx均为500mg/Nm3；各溴化锂设备的烟气出口温度为145℃；催化剂4适宜温度范围为320～450℃；在各溴化锂设备和烟囱5之间均增设换热器。
烟气通过余热锅炉2后温度降为350℃，烟气在SCR反应器3入口温度基本也为350℃，该温度在中温催化剂的适用温度范围320～450℃之内；通过第一风机13和第一调节阀12调节旁路烟道14中的烟气量，使SCR反应器3入口处烟气温度为350～400℃；SCR反应器3出口处、第一溴化锂19入口处烟气温度基本为350～400℃；烟气通过第一溴化锂设备19后降为145℃；烟气通过第二风机23、第二调节阀27、第一溴化锂设备19，经换热器34后烟温降为72℃，然后通过烟囱5排空；烟气通过第N台风机26、第N个调节阀30，经第N台溴化锂设备22，经第N台换热器37后烟温降为72℃，然后通过第L个烟囱排空；
烟气通过各溴化锂设备后温度均降为145℃，经过各换热器后温度从145℃降为72℃，然后通过各烟囱排空。
在各溴化锂设备与各烟囱之间增设各换热器后一种用于燃气内燃机烟气中温型脱硝系统的能效更高。
尿素溶液罐7中浓度为30～50％的尿素溶液通过尿素溶液管9进入喷枪11，压缩空气罐8中压力为0.3～0.8公斤的压缩空气通过压缩空气管10进入喷枪11，喷枪11垂直轴向插入氨气生成器6，尿素溶液在压缩空气和喷枪11喷嘴的作用下在氨气生成器6中雾化，如图2，三个提效环的作用可使雾化后的尿素微液滴与烟气充分混合，混合后的烟气速度提高被加速冲向两个扰流锥，两个扰流锥的作用可使混合后的烟气形成回流，延长尿素微液滴在氨气生成器6中生成氨气的时间，雾化后的尿素微液滴在氨气生成器6中烟气温度400℃条件下分解生成氨气，通过对氨气生成器6如图2的结构优化设计提高了尿素的氨气转化率。
所生成的氨气随烟气进入SCR反应器3，烟气中的氮氧化物与所生成氨气在催化剂4的表面进行催化反应生成氮气，SCR反应器3出口处NOx在标态、干基5％O2条件浓度下为30mg/Nm3。
具体实施方式三
本发明还可以采用如图4的布置方式。
具体实施方式四
本发明还可以采用如图5的布置方式。
Claims (6)
1.一种用于多台燃气内燃机烟气中温型脱硝系统，其特征在于：包括燃气锅炉排烟口(1)、余热锅炉(2)、SCR反应器(3)、催化剂(4)、第一烟囱(5)、氨气生成器(6)、尿素溶液罐(7)、压缩空气罐(8)、尿素溶液管(9)、压缩空气管(10)、喷枪(11)、第一调节阀(12)、第一风机(13)、旁路烟道(14)、烟道(15)、第一燃气内燃机排烟口(16)、第二燃气内燃机排烟口(17)、第M台燃气内燃机排烟口(18)、第一溴化锂设备(19)、第二溴化锂设备(20)、第三溴化锂设备(21)、第N台溴化锂设备(22)、第二风机(23)、第三风机(24)、第四风机(25)、第N台风机(26)、第二调节阀(27)、第三调节阀(28)、第四调节阀(29)、第N个调节阀(30)、第二烟囱(31)、第三烟囱(32)和第L个烟囱(33)；M、N和L取正整数，三个正整数可以不相同；
燃气锅炉排烟口(1)通过烟道(15)与余热锅炉(2)连接；第一燃气内燃机排烟口(16)通过烟道(15)与余热锅炉(2)连接；第二燃气内燃机排烟口(17)通过烟道(15)与余热锅炉(2)连接；第M台燃气内燃机排烟口(18)通过烟道(15)与余热锅炉(2)连接；燃气锅炉排烟口(1)、第一燃机内燃机排烟口(16)、第二台燃机内燃机排烟口(17)和第M台燃机内燃机排烟口(18)为并联连接；
余热锅炉(2)通过烟道(15)与SCR反应器(3)连接；催化剂(4)安装于SCR反应器(3)内；SCR反应器(3)通过烟道(15)与第二风机(23)连接；SCR反应器(3)通过烟道(15)与第三风机(24)连接；SCR反应器(3)通过烟道(15)与第四风机(25)连接；SCR反应器(3)通过烟道(15)与第N风机(26)连接；第二风机(23)、第三风机(24)、第四风机(25)和第N风机(26)为并联连接；
第二风机(23)通过烟道(15)与第二调节阀(27)连接；第二调节阀(27)通过烟道(15)与第一溴化锂设备(19)连接；第一溴化锂设备(19)通过烟道(15)与第一烟囱(5)连接；
第三风机(24)通过烟道(15)与第三调节阀(28)连接；第三调节阀(28)通过烟道(15)与第二溴化锂设备(20)连接；第二溴化锂设备(20)通过烟道(15)与第二烟囱(31)连接；
第四风机(25)通过烟道(15)与第四调节阀(29)连接；第四调节阀(29)通过烟道(15)与第三溴化锂设备(21)连接；第三溴化锂设备(21)通过烟道(15)与第三烟囱(32)连接；
第N台风机(26)通过烟道(15)与第N个调节阀(30)连接；第N个调节阀(30)通过烟道(15)与第N台溴化锂设备(22)连接；第N溴化锂设备(22)通过烟道(15)与第L烟囱(31)连接；
旁路烟道(14)的一端设置在燃气锅炉排烟口(1)与余热锅炉(2)之间烟道(15)上，旁路烟道(14)的另一端设置在SCR反应器(3)前的烟道(15)上；
燃气锅炉排烟口(1)通过烟道(15)、旁路烟道(14)与第一风机(13)连接；第一风机(13)通过旁路烟道(14)，经过第一调节阀(12)与氨气生成器(6)连接；氨气生成器(6)通过旁路烟道(14)、烟道(15)与SCR反应器(3)连接；尿素溶液罐(7)通过尿素溶液管(9)与喷枪(11)连接；压缩空气罐(8)通过压缩空气管(10)与喷枪(11)连接；喷枪(11)沿垂直轴向插入氨气生成器(6)中。
2.权利要求书1所述的一种用于多台燃气内燃机烟气中温型脱硝系统，其特征在于：布置一氨气生成器(6)，包括氨气生成器内壁(6-1)、第一提效环(6-2)、第一扰流锥(6-3)、第二提效环(6-4)、第三提效环(6-5)和第二扰流锥(6-6)；氨气生成器内壁(6-1)为圆筒状；第一提效环(6-2)的截面为斜扇形面，通过支撑结构与氨气生成器内壁(6-1)连接；第二提效环(6-4)和第三提效环(6-5)的截面为斜扇形分别固定于氨气生成器内壁(6-1)，第一扰流锥(6-3)和第二扰流锥(6-6)均为圆锥形斜面，通过支撑结构与氨气生成器内壁(6-1)连接；第一提效环(6-2)、第一扰流锥(6-3)、第二提效环(6-4)、第三提效环(6-5)和第二扰流锥(6-6)沿氨气生成器(6)的轴线方向顺次布设。
3.权利要求书1所述的一种用于多台燃气内燃机烟气中温型脱硝系统，其特征在于：从燃气锅炉排烟口(1)所抽取的部分烟气，通过烟道(15)、旁路烟道(14)、第一风机(13)，经过第一调节阀(12)进入氨气生成器(6)，是用于制备氨气，该部分烟气的量由需要制备的氨气量计算得出。
4.权利要求书1所述的一种用于多台燃气内燃机烟气中温型脱硝系统，其特征在于：溴化锂设备与烟囱之间可以布置换热器；烟气通过各溴化锂设备后温度均降为145℃，经过各换热器后温度从145℃降为72℃，然后通过各烟囱排空。
5.权利要求书1所述的一种用于多台燃气内燃机烟气中温型脱硝系统，其特征在于：通过第一风机(13)和第一调节阀(12)调节旁路烟道(14)中的烟气量，使SCR反应器(3)入口处烟气温度为320～450℃；SCR反应器(3)出口处、第一溴化锂设备入口处烟气温度基本为320～450℃，烟气通过第一溴化锂设备后温度为145℃，然后通过烟囱(6)排空。
6.权利要求书1所述的一种用于多台燃气内燃机烟气中温型脱硝系统，其特征在于：所述的催化剂(4)为中温催化剂，所述的中温范围为320～450℃。
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2019
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