CN109569296A - 一种用于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燃气内燃机烟气中温型脱硝系统，包括燃气内燃机排烟口、余热锅炉、SCR反应器、催化剂、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、调节阀、风机、旁路烟道、烟道和溴化锂设备。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。该系统可采用的中温催化剂，中温催化剂市场上产品较充盈，市场价格较低，这样就可以降低燃气内燃机烟气脱硝工程的建设成本及长期的运营费用，本发明还涉及一种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
随着社会经济尤其是工业经济发展，大气污染越来越严重。大气污染物中主 要的一种组分为氮氧化物，氮氧化物不仅刺激人的呼吸系统，损害动植物，破坏 臭氧层，而且也是引起温室效应、酸雨和光化学反应的主要物质之一。燃气内燃 机，因其灵活、高效、低排等特点，可通过冷、热、电三种能源联合供应的方式 实现能源的梯级利用，广泛应用于能源密集型设施，如市政、工业园区、商业地 产、楼宇、医院和学校等。特殊的应用场合也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。
目前氮氧化物减少排放技术方案主要有：(1)低氮燃烧技术，即在燃烧过程 中控制氮氧化物的生成，主要适用于大型燃煤锅炉等；低氮氧化物燃烧技术只能 降低氮氧化物排放值的30～50％；(2)选择性催化还原技术(SCR，Selective Catalytic Reduction)，主要用于大型燃煤锅炉，是目前我国烟气脱硝技术中的主 流应用技术；(3)选择性非催化还原技术(SNCR，Selective Non-Catalytic Reduction)，主要用于垃圾焚烧厂等中、小型锅炉，技术成熟，但其效率低于SCR 法；(4)选择性催化还原技术(SCR)+选择性非催化还原技术(SNCR)，主要 用于大型燃煤锅炉低氮氧化物排放和场地受限情况，也比较适合于旧锅炉改造项 目。
在燃气内燃机烟气之中氮氧化物的治理技术里，选择性催化还原工艺技术 (SCR脱硝技术)是目前主流的处理技术，其原理是利用还原剂(如NH3和CO 等)在催化剂表面通过催化作用将氮氧化物转为无害的氮气，达到氮氧化物减量 排放的目的。所采用催化剂可以为高温催化剂或中温催化剂，高温催化剂一般适 用温度为330～550℃的，短时可耐600℃，中温催化剂一般适用温度为320～450℃。 内燃机烟气出口处烟气温度与SCR反应器入口处基本相同，一般为430～550℃， 最高可达600℃，此种烟气条件下需要采用高温催化剂，这种催化剂适用温度为 330～550℃的，短时可耐600℃，但这种高温催化剂市场上产品较少、市场价格较 高，约为中温催化剂的20倍左右。
若能将SCR反应器入口出的烟气温度降低100℃，就可采用的中温催化剂， 中温催化剂市场上产品较充盈，市场价格较低，这样就可以降低燃气内燃机烟气 脱硝工程的建设成本及长期的运营费用。
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，采用的 是高温催化剂，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燃气内燃 机脱硝的还原剂氨气的生成问题。
CN108744970A和CN106762064A分别用于燃气内燃机的脱硝， CN108744970A中采用的是高温催化剂建设及运营成本较高，并未设置余热锅 炉、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。
为解决燃气内燃机烟气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燃气内燃机烟气中温型脱硝系统，该 系统可采用的中温催化剂，中温催化剂市场上产品较充盈，市场价格较低，这样 就可以降低燃气内燃机烟气脱硝工程的建设成本及长期的运营费用，本发明还涉 及一种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燃气内燃机烟气脱硝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。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种用于燃气内燃机烟气中温型 脱硝系统，包括燃气内燃机排烟口1、余热锅炉2、SCR反应器3、催化剂4、 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、调节阀12、风机13、旁路烟道14、烟道15和溴化锂设备16。
燃气内燃机排烟口1通过烟道15与余热锅炉2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与溴化锂设备16连接；溴化锂设备16通过烟道15与烟囱5连接。
旁路烟道14的一端设置在燃气内燃机排烟口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。
燃气内燃机排烟口1通过烟道15、旁路烟道14与风机13连接；风机13通 过旁路烟道14，经过调节阀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、换热器16入口处烟气温度 基本为320～450℃，烟气通过换热器16后温度为50～120℃，通过烟囱5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℃。
所述的风机13为高温变频风机。
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燃气内燃机烟气中温型脱硝系统，该系统可采用的中 温催化剂，中温催化剂市场上产品较充盈，市场价格较低，这样就可以降低燃气 内燃机烟气脱硝工程的建设成本及长期的运营费用，本发明还涉及一种氨气生成 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、 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、调节阀，13、风机，14、旁路烟道，15、烟道，16、 溴化锂设备。
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3一种尾部增加换热器的用于燃气内燃机烟气中温型脱硝系统结构示意 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；溴化锂设备16的烟气出口温度为 145℃；催化剂4适宜温度范围为320～450℃。
烟气通过余热锅炉2后温度将为400℃，烟气在SCR反应器3入口温度基 本也为400℃，该温度在中温催化剂的适用温度范围320～450℃之内，通过高温 变频风机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 烟气温度在450℃之内；SCR反应器3出口处烟气温度基本在450℃之内，烟气 通过溴化锂设备16后温度降为145℃，然后通过烟囱5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；溴化锂设备16的烟气出口温度为 145℃；催化剂4适宜温度范围为320～450℃；在溴化锂设备16和烟囱5之间增 设换热器17。
烟气通过余热锅炉2后温度将为400℃，烟气在SCR反应器3入口温度基 本也为400℃，该温度在中温催化剂的适用温度范围320～450℃之内，通过高温 变频风机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 烟气温度在450℃之内；SCR反应器3出口和溴化锂设备16处烟气温度基本在 450℃之内，烟气通过溴化锂设备16后温度降为145℃，烟气换热器17后温度 从145℃降为72℃然后通过烟囱5排空。
在SCR反应器3和烟囱5之间增设换热器17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。
本发明提出了一种用于燃气内燃机烟气中温型脱硝系统，该系统可采用的中 温催化剂，中温催化剂市场上产品较充盈，市场价格较低，这样就可以降低燃气 内燃机烟气脱硝工程的建设成本及长期的运营费用，本发明还涉及一种氨气生成 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。
Claims (4)
1.一种用于燃气内燃机烟气中温型脱硝系统，其特征在于：包括燃气内燃机排烟口(1)、余热锅炉(2)、SCR反应器(3)、催化剂(4)、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)、调节阀(12)、风机(13)、旁路烟道(14)、烟道(15)和溴化锂设备(16)；
燃气内燃机排烟口(1)通过烟道(15)与余热锅炉(2)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)与溴化锂设备(16)连接；溴化锂设备(16)通过烟道(15)与烟囱(5)连接；
旁路烟道(14)的一端设置在燃气内燃机排烟口(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；
燃气内燃机排烟口(1)通过烟道(15)、旁路烟道(14)与风机(13)连接；风机(13)通过旁路烟道(14)，经过调节阀(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.根据权利要求1所述的一种用于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.根据权利要求1所述的一种用于燃气内燃机烟气中温型脱硝系统，其特征在于：通过风机(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、换热器(16)入口处烟气温度基本为320～450℃，烟气通过换热器(16)后温度为50～120℃，通过烟囱(5)排空。
4.根据权利要求1所述的一种用于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，所述的低温范围为320～450℃。
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