CN109647193A - 一种氨气分段供给的scr脱硝方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氨气分段供给的SCR脱硝方法及装置，方法包括：烟气由SCR脱硝装置顶部的水平烟道进入SCR脱硝装置，向下依次通过至少两层催化剂单元；在SCR脱硝装置顶部的水平烟道内以及除顶层催化剂单元外的其他催化剂单元上方分段喷氨。本发明的分段供氨保证催化剂在高效脱硝的同时，降低氨的用量，有效抑制硫铵盐生成，提高催化剂的使用寿命，从而大大降低脱硝设备的运行成本。该方法在低温高湿高硫的恶劣烟气条件下能表现出更大的优势。
Description
技术领域
本申请属于SCR脱硝技术领域，涉及一种SCR脱硝系统的氨气分段供给方法。
背景技术
NOx是主要的大气污染物之一，工业生产过程中排放的NOx是主要的人为排放源之一。随着我国环保事业的发展，国家对电力、钢铁、水泥、玻璃等行业的污染物排放标准日益严格，多个行业逐步开展氮氧化物深度减排。企业为了达标排放，经常采用过量喷氨的手段，提高催化剂的脱硝效率，但同时由于过量使用还原剂，运行成本也大幅提高。而氨气本身就是一种污染物，氨是PM2.5中绝大多数二次颗粒物形成的根本原因。氨气容易转化五氧化二氮、硝酸等(NOx)，从而大气中聚合生成气溶胶和PM2.5等物质。因此，控制SCR系统的逃逸氨，不仅能降低运行成本，而且能减少二次污染。
SCR脱硝技术是目前技术最成熟、应用最广泛的脱硝技术。随着近几年中高/中低温脱硝技术在工业锅炉、工业炉窑的推广应用，中高/中低温脱硝催化剂在含硫条件下易产生硫铵盐中毒的问题也日益凸显。不少企业采用间断性加热再生的方式，每隔一段时间采用高温烟气持续吹扫催化剂，将沉积在催化剂表面的硫铵盐分解掉，以实现催化剂再生。但是，这种方法导致运行成本上升，且容易引起一段时间的超标排放。
目前的脱硝设备普遍采用一次喷氨技术，将氨气喷入喷氨格栅，经静态混合器等混合均匀后，进入SCR催化剂进行反应。但是，现有SCR脱硝反应器一般采用2-3层布置，一次喷氨会导致第一层催化剂氨气过量，局部催化剂氨氮比过量，从而产生大量硫铵盐覆盖催化剂。催化剂被覆盖后，整体活性下降，企业增大喷氨量来实现达标排放，因此局部氨气过量问题更为严重，硫铵盐的生成进一步加剧。
中国发明专利CN201610284211公开了一种差异化喷氨反应器及喷氨方法，将喷嘴分为边缘区域和中心区域两个区域，并采用不同喷射速度，改善烟气与还原剂氨气的混合度，避免氨逃逸。中国发明专利CN201610143114公开了一种SCR脱硝装置及方法，设置至少一个喷氨管道层，且相邻的管道层之间设有间隙，穿设在烟道中。该脱硝方法可以优化烟气和氨气的混合效果，缩短混合距离，降低烟气处理成本。目前的技术和专利均不能解决不同催化剂床层氨气浓度分配不合理，局部氨气过量等问题，从而导致脱硝效率低，运行成本高，氨逃逸严重等问题。
发明内容
本发明提供一种氨气分段供给的脱硝方法，系统的分段供氨保证催化剂在高效脱硝的同时，降低氨的用量，有效抑制硫铵盐生成，提高催化剂的使用寿命，从而大大降低脱硝设备的运行成本。该方法在低温高湿高硫的恶劣烟气条件下能表现出更大的优势。
一种氨气分段供给的SCR脱硝方法，包括如下步骤：
烟气由SCR脱硝装置顶部的水平烟道进入SCR脱硝装置，向下依次通过至少两层催化剂单元；在SCR脱硝装置顶部的水平烟道内以及除顶层催化剂单元外的其他催化剂单元上方分段喷氨。
硫铵盐在催化剂表面的形成主要取决于温度、NH3浓度和SO3浓度。SO3浓度主要是由于烟气中的SO2被催化剂氧化形成了SO3。为了控制硫铵盐的形成，一般要求催化剂的SO2氧化率低于1％。但高硫条件下，形成的SO3浓度依旧可观。本发明的分段喷氨供给技术，通过多次分段供给氨气，显著减小了局部的氨浓度，从而有效抑制了硫铵盐的形成。
其次，常规技术中，催化剂表面硫铵盐的产生会消耗部分氨气，导致参与SCR反应的氨气不足，因此企业只能通过进一步提高喷氨量来实现达标。喷氨量越大，局部氨气过剩情况更加严重，硫铵盐更易形成，从而进入恶性循环。由于本发明能有效抑制硫铵盐的形成，氨气与SO3的反应的量更少，参与SCR反应的氨气更多，氨气的利用率更高，从而有效减少氨用量，显著降低运行成本。同时，本发明改善了常规技术中，上游催化剂氨气浓度过高、下游催化剂氨气量不足的问题，催化剂的效率也更高。
优选地，SCR脱硝装置顶部水平烟道内的喷氨量为脱硝系统总喷氨量的50％-80％。脱硝系统总喷氨量由烟气原始氮氧化物浓度和出口指标决定，氨逃逸率控制在3ppm以内。
优选地，除顶层催化剂单元的其他催化剂单元上方的喷氨总量为脱硝系统总喷氨量的20％-50％。
进一步优选地，位于较下一层喷氨单元的喷氨量与与之相邻的上层喷氨单元喷氨量的比例为0.6:1-0.8:1。
更进一步优选地，催化剂层设置为三层，SCR脱硝装置的顶部水平烟道处的喷氨量为总喷氨量的50％-80％；第二层和第三层催化剂上方的喷氨量总和为总喷氨量的20％-50％，第二层与第三层上方喷氨量的比例为1:0.6-1:0.8。
更进一步优选地，催化剂层设置为两层时，SCR脱硝装置的顶部水平烟道处的喷氨量为总喷氨量的75％；第二层催化剂单元上方的喷氨量为喷氨重量的25％。催化剂层设置为三层时，SCR脱硝装置的顶部水平烟道处的喷氨量为总喷氨量的70％；第二层催化剂单元上方的喷氨量为喷氨重量的18％，第三层催化剂单元上方的喷氨量为喷氨总量的12％。
本发明还提供一种氨气分段供给的SCR脱硝装置，包括SCR塔体，所述塔体顶部连接水平进气烟道、底部连接出气烟道，塔体内沿气体流向设置至少两层催化剂单元；所述水平进气烟道内以及除顶层催化剂单元外的其他催化剂单元上方均设置喷氨单元。
优选地，所有所述的喷氨单元下游均设置喷氨均布装置。沿烟气流向依次设置喷氨单元和喷氨均布装置。
优选地，水平进气烟道内的喷氨单元设置距离第一层催化剂单元烟气路径为4-6米或至少2个弯头；除顶层催化剂单元外的其他喷氨单元距离相应的催化剂单元1-3米。进一步优选，水平进气烟道内的喷氨单元设置距离第一层催化剂单元烟气路径为6米或2个弯头；除顶层催化剂单元外的其他喷氨单元距离相应的催化剂单元3米。
优选地，所述喷氨单元包括设置在垂直于气流截面上的若干喷射管以及分布于各喷射管上的若干喷嘴；喷嘴的喷射方向顺烟气流向；所述喷射管外接氨/空混合气管道。
每一级喷氨单元包括若干个喷射管，设置于垂直于烟气流向的截面，分别连接氨/空混合气管道；每个喷射管与若干个喷嘴相连，氨气从喷射管通过喷嘴扩散进入烟道。
进一步优选地，喷射管的管径为15-40mm，更优选地，喷射管的管径为20-30mm。
进一步优选地，喷射管的间距为100-400mm，更优选地，喷射管的间距为200-300mm。
进一步优选地，喷嘴的口径为10-20mm，更优选地，喷嘴的口径为10mm。相邻喷射管上的喷嘴交错布置。
优选地，所述喷氨均布装置为静态混合器；喷氨单元与对应的喷氨均布装置之间的间距为400-500mm。
本发明具有如下有益效果：
(1)通过分段喷氨，有效提高氨气利用率，整个SCR脱硝系统中的氨分布更均匀，在保证催化剂高效脱硝的同时，降低氨的使用量，降低运行成本。
(2)多级供给氨气，每一级供给的氨用量均不高于当量氮氧化物浓度，解决了局部氨过量的问题，显著缓解了催化剂表面硫铵盐的生成和沉积问题，从而提高系统稳定性，延长催化剂寿命。
附图说明
图1是本发明的SCR脱硝装置结构示意图。
图2是喷嘴分布图。
图中所示附图标记如下：
1-1：SCR入口水平烟道
1-2：一级喷氨单元
1-3：一级喷氨均布装置
1-4：第一层催化剂单元
1-5：二级喷氨单元
1-6：二级喷氨均布装置
1-7：第二层催化剂单元
1-8：SCR出口烟道
2-1：喷嘴
2-2：SCR脱硝系统外壳
具体实施方式
如图1-图2所示，一种分段喷氨的SCR脱硝装置，包括塔体，塔体顶部设置烟气进口、底部设置烟气出口，烟气进口连接SCR入口水平烟道1-1，烟气出口连接出口烟道1-8，塔体内沿气体流向设置若干层催化剂单元，本实施方式中，以设置两层催化剂单元为例进行说明。
催化剂单元本身为常规脱硝催化剂及常规布置方式，塔体内由上至下依次为第一层催化剂单元1-4和第二层催化剂单元1-7；SCR入口水平烟道内设置一级喷氨单元1-2，一级喷氨单元1-2下游400～500mm处设置一级喷氨均布装置1-3；第二层催化剂单元1-7上方1～3m处设置二级喷氨单元1-5，二级喷氨单元下方400～500mm处设置二级喷氨均布装置1-6。
一级喷氨单元和二级喷氨单元包括若干个喷射管，设置于垂直于烟气流向的截面，分别连接氨/空混合气管道；每个喷射管与若干个喷嘴2-1相连，氨气从喷射管通过喷嘴扩散进入烟道。喷氨单元的喷嘴分布示意图如图2所示。喷射管的管径为15-40mm；喷射管的间距为100-400mm；喷嘴的口径为10-20mm；相邻喷射管上的喷嘴交错布置。喷氨均布装置采用静态混合器，垂直于SCR脱硝系统外壳设置。
设置三层催化剂单元时，在第二层催化剂单元下方再增加一层催化剂单元，对应的喷氨单元和喷氨均布装置参照第二层催化剂单元上方设置。
本装置的工艺流程如下：
烟气通过水平烟道进入SCR脱硝装置，在水平烟道处通过第一层喷氨单元喷氨，第一层喷氨单元的喷氨量为系统总喷氨量50％-80％，烟气与氨气混合后进入喷氨均布装置，将混合不均匀的烟气进行再均分，之后进入第一层催化剂单元，对烟气中的NOx进行第一段催化还原。由于氨氮比远低于1，氨与SO3的反应被显著抑制，硫铵盐形成显著减少。第一段SCR脱硝之后的烟气进入第二段喷氨单元，第二段喷氨单元的喷氨量为系统总喷氨量减去第一段喷氨量所得的值。烟气经喷氨后进入第二段喷氨均布装置进行均分，之后进入第二段催化剂单元，对余下的NOx进行催化还原。
如设置三层催化剂，第二段与第三段喷氨单元的喷氨总和为系统总喷氨量减去第一段喷氨量所得的值，第二段与第三段喷氨量的比例为1:0.6-1:0.8。经分段喷氨脱硝后的烟气进入下一段烟气处理系统。
实例1
某自备电厂，烟气量为300000Nm3/h，烟气的氮氧化物浓度为600mg/Nm3，SO2浓度为1000mg/Nm3，烟气湿度10％，烟温320℃。电厂要求出口氮氧化物浓度≤50mg/Nm3，经核算脱硝系统的理论耗氨量(以20％氨水计)为330L/h。设置2层催化剂，进口水平烟道处的喷氨量为系统总喷氨量的75％。第二层催化剂上方设置二级喷氨单元，喷氨量为系统总喷氨量的25％。喷氨单元后400mm处设置静态混合器。二级喷氨单元距离下一层催化剂3米。经核算，采用分段喷氨技术后，还原剂消耗量可比常规技术降低10-15％。通过实验室对比测试，采用分段喷氨技术后，催化剂表面硫铵盐的沉积速度降低了约20％，催化剂的化学寿命得到了显著的延长。
实例2
某印染厂，烟气量为80,000Nm3/h，烟气的氮氧化物浓度为300mg/Nm3，二氧化硫浓度为400mg/Nm3，烟气湿度18％，烟温260℃。该厂要求出口氮氧化物浓度≤100mg/Nm3，经核算脱硝系统的理论耗氨量(以20％氨水计)为32L/h。设置3层催化剂，进口水平烟道处的喷氨量为系统总喷氨量的70％。第二层催化剂上方设置一个喷氨单元，喷氨量为系统总喷氨量的18％。第三层催化剂上方设置一个喷氨单元，喷氨量为系统总喷氨量的12％。喷氨单元后400mm处设置静态混合器。催化剂层上方的喷氨单元距离该催化剂层2米。经核算，采用分段喷氨技术后，还原剂消耗量可比常规技术降低15-20％。通过实验室对比测试，采用分段喷氨技术后，表面硫铵盐的沉积速度降低了约35％，催化剂的化学寿命得到了显著的延长。
以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (9)
1.一种氨气分段供给的SCR脱硝方法，其特征在于，包括如下步骤：
烟气由SCR脱硝装置顶部的水平烟道进入SCR脱硝装置，向下依次通过至少两层催化剂单元；在SCR脱硝装置顶部的水平烟道内以及除顶层催化剂单元外的其他催化剂单元上方分段喷氨。
2.根据权利要求1所述SCR脱硝方法，其特征在于，SCR脱硝装置顶部水平烟道内的喷氨量为脱硝系统总喷氨量的50％-80％。
3.根据权利要求1所述SCR脱硝方法，其特征在于，除顶层催化剂单元的其他催化剂单元上方的喷氨总量为脱硝系统总喷氨量的20％-50％。
4.根据权利要求3所述SCR脱硝方法，其特征在于，位于较下一层喷氨单元的喷氨量与与之相邻的上层喷氨单元喷氨量的比例为0.6:1-0.8:1。
5.一种氨气分段供给的SCR脱硝装置，包括SCR塔体，所述塔体顶部连接水平进气烟道、底部连接出气烟道，塔体内沿气体流向设置至少两层催化剂单元；其特征在于，所述水平进气烟道内以及除顶层催化剂单元外的其他催化剂单元上方均设置喷氨单元。
6.根据权利要求5所述SCR脱硝装置，其特征在于，所有所述的喷氨单元下游均设置喷氨均布装置。
7.根据权利要求5所述SCR脱硝装置，其特征在于，水平进气烟道内的喷氨单元设置距离第一层催化剂单元烟气路径为4-6米或至少2个弯头；除顶层催化剂单元外的其他喷氨单元距离下游的催化剂单元1-3米。
8.根据权利要求5所述SCR脱硝装置，其特征在于，所述喷氨单元包括设置在垂直于气流截面上的若干喷射管以及分布于各喷射管上的若干喷嘴；喷嘴的喷射方向顺烟气流向；所述喷射管外接氨/空混合气管道。
9.根据权利要求5所述SCR脱硝装置，其特征在于，所述喷氨均布装置为静态混合器；喷氨单元与对应的喷氨均布装置之间的间距为400-500mm。
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2018
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