CN109772166B - 一种燃气分布式能源脱硝系统装置及运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃气分布式能源脱硝系统装置及运行方法，为解决SCR法脱硝时，内燃机排烟温度超出催化剂应用温度范围上限值，导致催化剂易失活，影响系统正常运行的问题。本发明包括高效混合器、一体化脱硝反应器、一号烟道、一号余热回收装置、二号烟道、烟囱、控制器、流量调节装置和还原剂生产系统装置；高效混合器内设置有还原剂喷嘴装置和旋流装置，一体化脱硝反应器内设置有换热器、温度传感器和催化剂装置，还原剂生产系统装置包括还原剂存储装置、二号余热回收装置、还原剂制备装置、烟气加热器和还原剂制备原料储存装置。本发明充分结合内燃机分布式能源系统的工作特点和SCR法催化特性，实现了SCR法催化剂全工况高效、稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及燃气分布式供能系统污染物脱除，具体涉及一种燃气分布式能源脱硝系统装置及运行方法。
背景技术
近年来，国内外燃气分布式供能技术应用越来越广泛，主要类型包括燃气内燃机分布式能源供能系统，燃气轮机组分布式能源供能系统、微型燃气轮机分布式能源供能系统，其中燃气内燃机分布式能源供能系统由于自身燃烧和做功原理问题，导致烟气排放中NOX排放含量较高，此外排烟温度随系统运行负荷变化较大，且负荷越低排烟温度越高，因此，如何稳定实现燃气内燃机分布式能源供能系统NOX达标排放成为亟待解决的关键问题。
目前，燃气分布式能源供能系统的脱硝主流技术是SCR法（选择性催化还原法），如申请号为201810603944.6的中国专利，此法催化剂应用温度范围宜在300-400℃。对燃气内燃机分布式能源供能系统而言，在设计工况运行时基本可以满足SCR法工作温度条件，但是在启停、变工况和低负荷工况运行时，内燃机排烟温度一般高于400℃，超出SCR法催化剂应用温度范围上限值，导致催化剂极易失活，进而影响燃气内燃机分布式能源供能系统SCR脱硝系统正常运行，此外显著增加催化剂替换成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种燃气分布式能源脱硝系统装置及运行方法，其充分结合内燃机分布式能源系统工作特点和SCR法催化特性，实现了SCR法催化剂全工况高效、稳定运行。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种燃气分布式能源脱硝系统装置，其特征在于，包括高效混合器、一体化脱硝反应器、一号烟道、一号余热回收装置、二号烟道、烟囱、控制器、流量调节装置和还原剂生产系统装置；所述高效混合器内设置有还原剂喷嘴装置和旋流装置，所述一体化脱硝反应器内设置有换热器、温度传感器和催化剂装置，所述还原剂生产系统装置包括还原剂存储装置、二号余热回收装置、还原剂制备装置、烟气加热器和还原剂制备原料储存装置；所述高效混合器、一体化脱硝反应器、一号烟道、一号余热回收装置、二号烟道和烟囱依次连接，所述温度传感器、控制器、流量调节装置和二号烟道依次连接，所述流量调节装置还与换热器连接；所述换热器、烟气加热器、还原剂制备装置和还原剂喷嘴装置依次连接，所述还原剂制备原料储存装置也与还原剂制备装置连接，所述还原剂制备装置、二号余热回收装置、还原剂存储装置和还原剂喷嘴装置依次连接；所述高效混合器的进气口与烟气加热器连接；所述二号烟道、二号余热回收装置连接，所述二号余热回收装置与一号烟道依次连接。
优选的是，所述高效混合器内设置有混合区域，且还原剂喷嘴装置、旋流装置和混合区域沿着烟气的流动方向依次布置在高效混合器内。
优选的是，所述一体化脱硝反应器内设置有扩散区域，且扩散区域、换热器、温度传感器和催化剂装置沿着烟气的流动方向依次布置在一体化脱硝反应器内。
优选的是，所述还原剂喷嘴装置由单根母管和多排分别沿圆周方向布置的喷嘴组成，所述旋流装置为单级或多级布置。
优选的是，所述换热器采用顺排或错排布置的光管或鳍片管换热器。
优选的是，所述一号余热回收装置采用溴化锂吸收式制冷机或蒸汽（或热水）换热器等多种余热回收设备。
优选的是，所述二号余热回收装置采用管式换热器或板式换热器等多种类型换热装置。如采用管式换热器，可采用逆流布置。
燃气分布式能源脱硝系统装置的运行方法如下：
在高效混合器内，来自内燃机出口的高含量NOx高温烟气进入高效混合器，与来自还原剂喷嘴装置的还原剂混合，经过旋流装置进行充分混合，再利用旋流装置出口处混合区域、一体化脱硝反应器中的扩散区域和换热器的扰流作用实现还原剂与烟气的深度均匀混合；
在一体化脱硝反应器内，在非正常工况运行时，此时，催化剂装置的入口烟温超过催化剂正常工作温度范围上限值，通过温度传感器发送信号给控制器，从而启动流量调节装置，抽取一号余热回收装置的出口低温烟气进入换热器，通过换热使催化剂装置的入口烟温稳定在催化剂正常工作的温度范围内，保障催化剂的活性和稳定性；
在还原剂生产系统装置内，当系统在非正常工况运行时，启动换热器进行换热，低温烟气经换热器换热后再进入烟气加热器进行加热，之后进入还原剂制备装置，在还原剂制备装置内将来自还原剂制备原料储存装置的原料转化成还原剂，生成的还原剂一部分直接进入高效混合器中的还原剂喷嘴装置，使还原剂与高含量NOx高温烟气混合，另一部分还原剂进入还原剂存储装置中存储；当系统在正常工况运行时，此时，催化剂装置的入口烟温维持在正常工作温度范围内，使用还原剂存储装置内的还原剂，当还原剂存储装置储存的还原剂量不足时，抽取高效混合器进口部分的高温烟气进入烟气加热器进行加热，之后再进入还原剂制备装置制备还原剂，生产的还原剂再直接进入高效混合器与高含量NOx高温烟气混合；
在低温烟气制备还原剂的过程中，因还原剂温度较高，通过抽取低温烟气进入二号余热回收装置回收余热，并将余热回收后的高温烟气引入一号余热回收装置实现余热高品质利用，换热后的还原剂进入还原剂存储装置。
优选的是，SCR反应器的催化剂选择中温催化剂，其高效稳定工作温度宜在300-400℃。
设置高效混合器，实现了还原剂与高温烟气的充分均匀混合，解决因混合不充分，导致脱硝效率不高和氨逃逸的问题。
设置一体化脱硝反应器，利用换热器实现了SCR催化剂在300-400℃温度范围内长期稳定、高效运行，同时实现了内燃机燃气分布式能源脱硝系统全工况稳定、高效运行。
设置还原剂存储装置和二号余热回收装置，实现了机组在非正常工况条件下能量以还原剂形式储存，同时实现还原气体制备过程余热的高品质利用。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1）传统脱硝装置主要采用喷嘴实现还原剂与烟气混合，本发明采用旋流装置、混合区域、扩散区域和换热器扰流作用实现了还原剂与烟气高度混合，成功提高了脱硝效率和降低还原剂逃逸的效果；
2）传统脱硝装置直接布置或连接高温烟气，使SCR催化剂长期暴露在高于正常工作温度范围的上限值的环境中，本发明采用一体化脱硝装置的换热器有效地调节了SCR催化剂的工作温度，成功实现了内燃机燃气分布式能源脱硝系统全工况稳定、高效运行；
3）传统脱硝装置一般直接抽取常温空气经烟气加热装置升温，在还原剂制备装置内实现热交换，完成还原剂制备过程，本发明优先利用在非正常工况的入口高温烟气热量，通过抽取一号余热回收装置中余热回收后的低温烟气，在换热器实现热交换升温成高温烟气，然后再通过烟气加热器进一步升温，最终在还原剂制备装置内实现热交换，当生成的还原剂满足实时生成需求时，多余的还原剂进入二号余热回装置进行余热回收，最后再进入还原剂存储装置。在正常运行工况下，优先使用还原剂存储装置内的还原剂满足系统脱硝需要，如果还原剂存储装置内的还原剂存储量无法满足生产需要时，制备系统直接抽取高效混合器入口的高温烟气进入烟气加热器和还原剂制备装置，完成还原剂生产并满足脱硝系统对还原剂的需要。本发明的还原剂制备过程抽取一号余热回收装置出口低温烟气再加热，实现了低品位余热高品位利用，另外对还原剂制备过程的余热通过二号余热回收装置返回到一号余热回收装置，实现了高品质余热回收再利用。
附图说明
图1是本发明实施例中整体结构示意图。
图中：1-高效混合器、2-还原剂喷嘴装置、3-旋流装置、4-一体化脱硝反应器、5-换热器、6-温度传感器、7-催化剂装置、8-一号烟道、9-一号余热回收装置、10-二号烟道、11-烟囱、12-控制器、13-流量调节装置、14-还原剂生产系统装置、15-还原剂存储装置、16-二号余热回收装置、17-还原剂制备装置、18-烟气加热器、19-还原剂制备原料储存装置。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1，一种燃气分布式能源脱硝系统装置，包括高效混合器1、一体化脱硝反应器4、一号烟道8、一号余热回收装置9、二号烟道10、烟囱11、控制器12、流量调节装置13和还原剂生产系统装置14。
高效混合器1内设置有还原剂喷嘴装置2和旋流装置3，一体化脱硝反应器4内设置有换热器5、温度传感器6和催化剂装置7，还原剂生产系统装置14包括还原剂存储装置15、二号余热回收装置16、还原剂制备装置17、烟气加热器18和还原剂制备原料储存装置19；高效混合器1、一体化脱硝反应器4、一号烟道8、一号余热回收装置9、二号烟道10和烟囱11依次连接，温度传感器6、控制器12、流量调节装置13和二号烟道10依次连接，流量调节装置13还与换热器5连接；换热器5、烟气加热器18、还原剂制备装置17和还原剂喷嘴装置2依次连接，还原剂制备原料储存装置19也与还原剂制备装置17连接，还原剂制备装置17、二号余热回收装置16、还原剂存储装置15和还原剂喷嘴装置2依次连接；高效混合器1的进气口与烟气加热器18连接；二号烟道10、二号余热回收装置16连接，二号余热回收装置16与一号烟道8依次连接。
本实施例中，高效混合器1内设置有混合区域，且还原剂喷嘴装置2、旋流装置3和混合区域沿着烟气的流动方向依次布置在高效混合器1内。
本实施例中，一体化脱硝反应器4内设置有扩散区域，且扩散区域、换热器5、温度传感器6和催化剂装置7沿着烟气的流动方向依次布置在一体化脱硝反应器4内。
本实施例中，还原剂喷嘴装置2由单根母管和多排分别沿圆周方向布置的喷嘴组成，旋流装置3为单级或多级布置。
本实施例中，换热器5采用顺排或错排布置的光管或鳍片管换热器。
本实施例中，一号余热回收装置9采用溴化锂吸收式制冷机或蒸汽换热器。
本实施例中，二号余热回收装置16采用管式换热器或板式换热器。
燃气分布式能源脱硝系统装置的运行方法如下：
在高效混合器1内，来自内燃机出口的高含量NOx高温烟气进入高效混合器1，与来自还原剂喷嘴装置2的还原剂混合，经过旋流装置3进行充分混合，再利用旋流装置3出口处混合区域、一体化脱硝反应器4中的扩散区域和换热器5的扰流作用，实现了还原剂与烟气的深度均匀混合；
在一体化脱硝反应器4内，在非正常工况运行时，此时，催化剂装置7的入口烟温超过催化剂正常工作温度范围上限值，通过温度传感器6发送信号给控制器12，从而启动流量调节装置13，抽取一号余热回收装置9的出口低温烟气进入换热器5，通过换热使催化剂装置7的入口烟温稳定在催化剂正常工作的温度范围内，保障催化剂的活性和稳定性；换热后的低温烟气变成高温烟气并进入还原剂生产系统装置14；
在还原剂生产系统装置14内，当系统在非正常工况运行时，启动换热器5进行换热，低温烟气经换热器5换热后再进入烟气加热器18进行加热，之后进入还原剂制备装置17，在还原剂制备装置17内将来自还原剂制备原料储存装置19的原料转化成还原剂，生成的还原剂一部分直接进入高效混合器1中的还原剂喷嘴装置2，使还原剂与高含量NOx高温烟气混合，另一部分还原剂进入还原剂存储装置15中存储；当系统在正常工况运行时，此时，催化剂装置7的入口烟温维持在正常工作温度范围内，使用还原剂存储装置15内的还原剂，当还原剂存储装置15储存的还原剂量不足时，抽取高效混合器1进口部分的高温烟气进入烟气加热器18进行加热，之后再进入还原剂制备装置17制备还原剂，生产的还原剂再直接进入高效混合器1与高含量NOx高温烟气混合；
在低温烟气制备还原剂的过程中，因还原剂温度较高，通过抽取低温烟气进入二号余热回收装置16回收余热，并将余热回收后的高温烟气引入一号余热回收装置9实现余热高品质利用，换热后的还原剂进入还原剂存储装置15。
虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种燃气分布式能源脱硝系统装置的运行方法，其特征在于，燃气分布式能源脱硝系统装置包括高效混合器（1）、一体化脱硝反应器（4）、一号烟道（8）、一号余热回收装置（9）、二号烟道（10）、烟囱（11）、控制器（12）、流量调节装置（13）和还原剂生产系统装置（14）；所述高效混合器（1）内设置有还原剂喷嘴装置（2）和旋流装置（3），所述一体化脱硝反应器（4）内设置有换热器（5）、温度传感器（6）和催化剂装置（7），所述还原剂生产系统装置（14）包括还原剂存储装置（15）、二号余热回收装置（16）、还原剂制备装置（17）、烟气加热器（18）和还原剂制备原料储存装置（19）；所述高效混合器（1）、一体化脱硝反应器（4）、一号烟道（8）、一号余热回收装置（9）、二号烟道（10）和烟囱（11）依次连接，所述温度传感器（6）、控制器（12）、流量调节装置（13）和二号烟道（10）依次连接，所述流量调节装置（13）还与换热器（5）连接；所述换热器（5）、烟气加热器（18）、还原剂制备装置（17）和还原剂喷嘴装置（2）依次连接，所述还原剂制备原料储存装置（19）也与还原剂制备装置（17）连接，所述还原剂制备装置（17）、二号余热回收装置（16）、还原剂存储装置（15）和还原剂喷嘴装置（2）依次连接；所述高效混合器（1）的进气口与烟气加热器（18）连接；所述二号烟道（10）、二号余热回收装置（16）连接，所述二号余热回收装置（16）与一号烟道（8）依次连接；
所述高效混合器（1）内设置有混合区域，且还原剂喷嘴装置（2）、旋流装置（3）和混合区域沿着烟气的流动方向依次布置在高效混合器（1）内；
所述一体化脱硝反应器（4）内设置有扩散区域，且扩散区域、换热器（5）、温度传感器（6）和催化剂装置（7）沿着烟气的流动方向依次布置在一体化脱硝反应器（4）内；
所述还原剂喷嘴装置（2）由单根母管和多排分别沿圆周方向布置的喷嘴组成，所述旋流装置（3）为单级或多级布置；
所述换热器（5）采用顺排或错排布置的光管或鳍片管换热器；
所述运行方法如下：
在高效混合器（1）内，来自内燃机出口的高含量NOx高温烟气进入高效混合器（1），与来自还原剂喷嘴装置（2）的还原剂混合，经过旋流装置（3）进行充分混合，再利用旋流装置（3）出口处混合区域、一体化脱硝反应器（4）中的扩散区域和换热器（5）的扰流作用实现还原剂与烟气的深度均匀混合；
在一体化脱硝反应器（4）内，在非正常工况运行时，此时，催化剂装置（7）的入口烟温超过催化剂正常工作温度范围上限值，通过温度传感器（6）发送信号给控制器（12），从而启动流量调节装置（13），抽取一号余热回收装置（9）的出口低温烟气进入换热器（5），通过换热使催化剂装置（7）的入口烟温稳定在催化剂正常工作的温度范围内，保障催化剂的活性和稳定性；
在还原剂生产系统装置（14）内，当系统在非正常工况运行时，启动换热器（5）进行换热，低温烟气经换热器（5）换热后再进入烟气加热器（18）进行加热，之后进入还原剂制备装置（17），在还原剂制备装置（17）内将来自还原剂制备原料储存装置（19）的原料转化成还原剂，生成的还原剂一部分直接进入高效混合器（1）中的还原剂喷嘴装置（2），使还原剂与高含量NOx高温烟气混合，另一部分还原剂进入还原剂存储装置（15）中存储；当系统在正常工况运行时，此时，催化剂装置（7）的入口烟温维持在正常工作温度范围内，使用还原剂存储装置（15）内的还原剂，当还原剂存储装置（15）储存的还原剂量不足时，抽取高效混合器（1）进口部分的高温烟气进入烟气加热器（18）进行加热，之后再进入还原剂制备装置（17）制备还原剂，生产的还原剂再直接进入高效混合器（1）与高含量NOx高温烟气混合；
在低温烟气制备还原剂的过程中，因还原剂温度较高，通过抽取低温烟气进入二号余热回收装置（16）回收余热，并将余热回收后的高温烟气引入一号余热回收装置（9）实现余热高品质利用，换热后的还原剂进入还原剂存储装置（15）。
2.根据权利要求1所述的燃气分布式能源脱硝系统装置的运行方法，其特征在于，所述一号余热回收装置（9）采用溴化锂吸收式制冷机或蒸汽换热器。
3.根据权利要求1所述的燃气分布式能源脱硝系统装置的运行方法，其特征在于，所述二号余热回收装置（16）采用管式换热器或板式换热器。
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