CN109603544A - 一种烟气脱硝装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种烟气脱硝装置及方法，该装置包括SCR反应器，所述SCR反应器上设有烟气进口，其特征在于，所述烟气进口的下游侧依次设有燃烧器和尾气管路；还包括气化单元和活化炉，气化单元的燃气出口与所述燃烧器连通，所述气化单元的出料口与活化炉连通，活化炉的出气口与尾气管路连通。本发明利用活化尾气中的CO或烟气中的未反应完全的CO作为还原剂，低温条件下实现烟气中氮氧化物的催化还原，生成CO2和N2，脱硝效率高，同时避免催化剂硫中毒等。

Description

一种烟气脱硝装置及方法
技术领域
本发明涉及一种烟气脱硝装置及方法，属于大气污染治理领域，尤其适用于排烟温度较低的工业锅炉或炉窑（如烧结机、焦化炉等）的烟气的脱硝处理。
背景技术
氮氧化物（NOx）是我国的主要大气污染物之一，目前我国目燃煤机组或工业窑炉烟气脱硝主要采用SCR技术，SCR技术以氨水、液氨或尿素作为还原剂，将NO或NO2还原成N2。催化剂活性成分主要为钒钨，载体为TiO2，反应温度在300~400℃之间。但大量的工业锅炉，如焦炉烟气、钢铁、水泥、玻璃、石化等行业，由于锅炉或窑炉排烟温度较低，传统的钒钛催化剂难以适应。目前，国内开发的低温脱硝催化技术，反应温度要求大于200℃，当烟气温度低于200℃时，容易出现硫氨结晶，导致催化剂失活等问题。
申请号为CN106311213 A的中国发明专利文献公开了一种抗硫抗水的低温脱硝催化剂及其制备方法，所述低温脱硝催化剂的分子式为MV2O4，其中，M为Fe、Cu、Mn、Co和Cr中的任意一种，该低温脱硝催化剂是由金属硝酸盐与五氧化二钒经球磨、酸化、煅烧等处理制得，经检测，在120~250℃的温度范围内的脱硝效率达90%以上，而且具有较强的抗水抗硫能力。但该专利依然以NH3作为还原剂，存在硝酸铵结晶，影响催化剂使用寿命。
申请号为CN105289272 A的中国发明专利文献公开了一种低温脱硝装置及利用其脱硝的方法，包括加粉装置、加氨装置、混合装置及反应装置，与现有技术相比，利用该发明所述装置脱硝的方法，消除了催化剂运行时严重的不利干扰，实现催化剂的正常运行，从而提高脱硝装置的低温脱硝能力。但该专利中的加粉装置，喷粉量较大，且对烟气中SO2吸收效果有限，催化剂依然为钒钛催化剂，催化效果有限。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种烟气脱硝装置及方法，实现温度较低的锅炉或窑炉烟气的脱硝。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种烟气脱硝装置，包括SCR反应器，所述SCR反应器上设有烟气进口，所述烟气进口的下游侧依次设有燃烧器和尾气管路；
还包括气化单元和活化炉，气化单元的燃气出口与所述燃烧器连通，所述气化单元的出料口与活化炉连通，活化炉的出气口与尾气管路连通。
如此，气化单元可以煤、生物质为原料，产生低热值燃气和炭化料，燃气可输入SCR反应器，燃烧供热，将烟气加热至脱硝反应所需温度；炭化料可输入活化炉，产生含CO的活化尾气和活性炭，活性炭可作为产品出售，活化尾气输入SCR反应器，用作脱硝反应所需的还原剂。这样，烟气的整个脱硝处理过程中，还原剂和能源均来自于气化单元，气化单元可以低质量煤或农林废弃物作为原料生产燃气和炭化料，易取材且价格低廉，可实现烟气和农林废弃物/低质量煤的联合处理。
进一步地，所述燃烧器与燃气出口之间连通有第一引风机。
进一步地，所述活化炉与尾气管路之间连通有第二引风机。
进一步地，活化炉可以是斯列普活化炉或回转式活化炉。
进一步地，所述SCR反应器包括中空的反应器壳体，所述烟气进口设置于反应器壳体顶侧，反应器壳体内由上至下依次设有气流均布板和若干催化剂层；反应器壳体的底部设有烟气出口，烟气出口上安装有第三引风机。
进一步地，所述烟气进口水平布置。
进一步地，烟气出口为倒锥形。
进一步的，反应器壳体可以为方形或圆柱形，优选为方形。
进一步地，催化剂层的层数为多层，每个催化剂层的上方设有至少1个吹灰机构。
进一步地，催化剂层的数量为1-4层。
进一步地，每层催化剂层高度在0.5~2米，优选地，设置三层催化剂层，脱硝效率可达80%以上。
进一步地，每个催化剂层上方的吹灰机构与相应催化剂层的距离为0.5-2m。
可选地，催化剂层中，催化剂主要活性成分为改性锰钾石、铜基或铁基金属骨架化合物，载体为钛或铝的氧化物，形状为蜂窝状。
可选地，每隔20~30分钟启动吹灰机构10~20s，清楚催化剂中的粉尘，保持催化剂活性。
进一步地，气化单元包括中空的炉体，炉体顶部设有进料口，气化单元的出料口设置于炉体底部，炉体侧壁上设有空气入口，炉体内侧壁上设有缩口机构，所述缩口机构位于空气入口下方，所述燃气出口设置于出料口与缩口机构之间。
进一步地，所述炉体的横截面为方形或圆柱型，优选为圆柱形，直径1~3米，高6~10米。
进一步地，进料口位于气化炉顶部中间，采用间歇加料方式，加料时开启，不加料时关闭。
进一步地，所述燃气出口的下方设有炉排；炉排与气化单元出料口之间设有若干雾化喷嘴。
进一步地，燃气出口与炉排的距离为0.3-1m，优选为0.5m。
进一步地，所述炉排可以是旋转炉排或往复炉排，优选为往复炉排。
进一步地，所述缩口机构与炉排的距离为1-3m。
进一步地，空气入口与缩口机构的距离＜1米，优选为0.5米。
进一步地，炉排下部空间作为炭化料冷却区，炭化料冷却区上段为圆柱形，与炉体一致，炭化料冷却区下段为锥形，雾化喷嘴设置于中部，炭化料冷却区与卸料阀连接，炭化料经过初步冷却后，由卸料阀排出，输送至活化炉。
可选地，在炉体内预先堆积一定量的炭化料，炭化料堆积高度高于燃气出口约0.2~1.0m，优选为0.5m，煤或生物质由进料口进入气化炉炉体内，启动第一引风机，点火，空气由空气入口进入炉体，在缩口机构所在区段，煤或生物质与空气中的氧气发生燃烧反应。反应的主要化学方程式为：
C＋O2→CO2
2C+O2→2CO
C＋CO2→2CO
C+H2O→CO+H2
C+2H2→CH4
煤或生物质燃烧后，生成低热值燃气和炭化料，炭化料主要成分为单质炭，及少量灰分。炭化料输送至活化炉内，进一步活化生成活性炭产品。低热值燃气经过第一引风机进入燃烧器燃烧提升烟气温度。
进一步地，煤或生物质粒径＜40mm，含水率低于10wt%，炭化料含碳量＞80%，产生的低热值燃气主要成分为CO、CO2、H2、CH4、N2等，其中CO含量＞20%，H2含量＞10%，燃气热值＞5000KJ/m3。
进一步的，通过控制第一引风机的频率，调节气化单元内燃烧反应速度，调节燃气产生量。
进一步的，雾化喷嘴形成的水雾平均粒径＜30μm。
进一步地，燃烧器的数量为2-6个，均匀地分布于烟气进口内。
一种烟气脱硝方法，利用如上所述的烟气脱硝装置进行，包括如下步骤：
将煤或生物质送入气化单元内，反应，获得炭化料和燃气；
将炭化料输入活化炉内，同时向活化炉内输入活化气，获得活性炭和含有CO的活化尾气；
将燃气输入燃烧器并引燃，同时将待处理烟气输入SCR反应器内，将待处理烟气加热至150-200℃；
将活化尾气通过尾气管路输入SCR反应器内，获得混合气；
混合气穿过催化剂层，发生CO-SCR反应，实现脱硝。
进一步地，烟气经过脱硝处理后，由烟气出口排入后续脱硫工序，进行脱硫处理。
混合气进入催化剂层，在催化剂的作用下，烟气中的氮氧化物与活化尾气中的CO或烟气中的CO发生反应，主要的化学反应方程式为：
CO+NO→CO2+N2
烟气中的氮氧化物被还原成氮气和二氧化碳，从而达到去除烟气中氮氧化物的目的。由于本方案中CO取代氨作为还原剂，因此不存在硫铵接近堵塞催化剂孔道，导致催化剂硫中毒的现象发生。脱除氮氧化物后的烟气可送入脱硫系统。
进一步的，活化气可以是水蒸气、烟气或空气，优选为烟气。
进一步的，活化尾气中CO含量＞4%。
进一步的，生成的活性炭产品，碘吸附值＞800mg/g，亚甲基兰＞8mg/g得率2~3:1。
本发明的装置或方法尤其适用于温度较低的锅炉或窑炉烟气的脱硝。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）利用活化尾气中的CO或烟气中的未反应完全的CO作为还原剂，低温条件下（150~200℃）实现烟气中氮氧化物的催化还原，生成CO2和N2，脱硝效率高，同时避免催化剂硫中毒等。
（2）煤或生物质炭化、活化过程与烟气脱硝过程相结合，解决炭化、活化过程尾气污染，同时燃烧炭化过程低热值燃气，提升锅炉或炉窑烟气温度到催化反应所需要的温度区间（150~200℃），节省燃料费用。
（3）解决锅炉或炉窑低温烟气氮氧化物污染的同时，获得活性炭产品，经济效益明显。
附图说明
图1是本发明第一种实施方式的烟气脱硝装置结构示意图。
具体实施方式
以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
如图1所示，一种烟气脱硝装置，包括SCR反应器，所述SCR反应器上设有烟气进口1-1，所述烟气进口的下游侧依次设有燃烧器1-2和尾气管路1-3；
还包括气化单元3和活化炉4，气化单元3的燃气出口3-9与所述燃烧器1-2连通，所述气化单元3的出料口与活化炉连通，活化炉的出气口与尾气管路1-3连通。
所述燃烧器与燃气出口之间连通有第一引风机5。
所述活化炉与尾气管路之间连通有第二引风机6。
所述SCR反应器包括中空的反应器壳体1-5，所述烟气进口1-1设置于反应器壳体顶侧，反应器壳体内由上至下依次设有气流均布板1-4和若干催化剂层1-7；反应器壳体的底部设有烟气出口1-8，烟气出口上安装有第三引风机2。
反应器壳体内设有多个由上至下依次分布的催化剂层，每个催化剂层的上方设有至少1个吹灰机构1-6。
气化单元包括中空的炉体3-2，炉体顶部设有进料口3-1，气化单元的出料口设置于炉体底部，炉体侧壁上设有空气入口3-3，炉体内侧壁上设有缩口机构3-4，所述缩口机构位于空气入口下方，所述燃气出口设置于出料口与缩口机构之间。
所述燃气出口的下方设有炉排3-5；炉排与气化单元出料口之间设有若干雾化喷嘴3-8。
以下结合两个实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1：
某生物质锅炉，烟气量22万m3/h（工况），除尘后烟气温度125℃，SO2浓度800mg/Nm3，氮氧化物浓度320mg/Nm3。
（1）如图1所示，烟气在第三引风机2作用下，经烟气进口1-1进入SCR反应器1中，经过燃烧器1-2加热至170℃，与尾气管路1-3喷入的活化尾气混合，经过气流均布器1-4分布后，进入催化剂层1-7，在催化剂的作用下，烟气中的氮氧化物与活化尾气中的CO或烟气中的CO发生反应。催化剂层数为三层，每层厚度1米，主要活性成分为改性锰钾石。烟气中的氮氧化物被还原成氮气和二氧化碳，从而达到去除烟气中氮氧化物的目的。脱除氮氧化物后的烟气进入脱硫系统。
（2）炉体直径2.5米，炉体内预先堆积一定量的炭化料，炭化料堆积高度高于燃气出为0.5m，生物质（主要为竹木加工边角料）由进料口3-1进入气化炉3炉体3-2内，启动燃气引风机5，点火，空气由空气入口3-3进入炉体，在缩口机构3-4所在区段，煤或生物质与空气中的氧气发生燃烧反应。产生的炭化料C含量80%，低热值燃气主要成分及占比为：CO占22.5%，CO2占12.5%，H2占12.3%，CH4占2.32%，N2占48.5%，燃气热值5200kJ/m3。
（3）炭化料输送至活化炉4，以生物质锅炉烟气为活化气（活化剂），产生的活化后尾气通过第二引风机6及尾气管路1-3输送至SCR反应器1的烟气进气。对尾气中的污染物进行处理，尾气中的CO作为氮氧化物催化反应的还原剂。尾气中CO占比5%。
经过本装置后，烟气中氮氧化物浓度为69mg/Nm3，脱硝效率＞80%。制得的活性炭碘吸附值1000mg/g，亚甲基兰9mg/g 得率3:1。
实施例2：
某钢铁厂烧结机排烟量32万m3/h，经过除尘后，排烟温度130℃，烟气中NOx含量305mg/Nm3。经过如图1所示的一种锅炉或炉窑低温烟气催化脱硝装置后，其中催化剂层数为3层，每层高度1米，烟气升温至160℃；气化炉原料为生物质（主要为竹木加工边角料），其产生低热值燃气参数同实施例1。
经过本装置后，烟气中氮氧化物浓度为72mg/Nm3，脱硝效率＞80%。制得的活性炭碘吸附值950mg/g，亚甲基兰8.5mg/g 得率2.8:1。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种烟气脱硝装置，包括SCR反应器，所述SCR反应器上设有烟气进口（1-1），其特征在于，所述烟气进口的下游侧依次设有燃烧器（1-2）和尾气管路（1-3）；
还包括气化单元（3）和活化炉（4），气化单元（3）的燃气出口（3-9）与所述燃烧器（1-2）连通，所述气化单元（3）的出料口与活化炉连通，活化炉的出气口与尾气管路（1-3）连通。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硝装置，其特征在于，所述燃烧器与燃气出口之间连通有第一引风机（5）。
3.根据权利要求1所述的烟气脱硝装置，其特征在于，所述活化炉与尾气管路之间连通有第二引风机（6）。
4.根据权利要求1所述的烟气脱硝装置，其特征在于，所述SCR反应器包括中空的反应器壳体（1-5），所述烟气进口（1-1）设置于反应器壳体顶侧，反应器壳体内由上至下依次设有气流均布板（1-4）和若干催化剂层（1-7）；反应器壳体的底部设有烟气出口（1-8），烟气出口上安装有第三引风机（2）。
5.根据权利要求4所述的烟气脱硝装置，其特征在于，催化剂层的层数为多层，每个催化剂层的上方设有至少1个吹灰机构（1-6）。
6.根据权利要求1所述的烟气脱硝装置，其特征在于，气化单元包括中空的炉体（3-2），炉体顶部设有进料口（3-1），气化单元的出料口设置于炉体底部，炉体侧壁上设有空气入口（3-3），炉体内侧壁上设有缩口机构（3-4），所述缩口机构位于空气入口下方，所述燃气出口设置于出料口与缩口机构之间。
7.根据权利要求6所述的烟气脱硝装置，其特征在于，所述燃气出口的下方设有炉排（3-5）；炉排与气化单元出料口之间设有若干雾化喷嘴（3-8）。
8.一种烟气脱硝方法，其特征在于，利用如权利要求1-7任一项所述的烟气脱硝装置进行，包括如下步骤：
将煤或生物质送入气化单元内，反应，获得炭化料和燃气；
将炭化料输入活化炉内，同时向活化炉内输入活化气，获得活性炭和含有CO的活化尾气；
将燃气输入燃烧器并引燃，同时将待处理烟气输入SCR反应器内，将待处理烟气加热至150-200℃；
将活化尾气通过尾气管路输入SCR反应器内，获得混合气；
混合气穿过催化剂层，发生CO-SCR反应，实现脱硝。
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