CN110052162A - Scr脱硝反应器中的脱硝催化剂系统及其脱硝方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及SCR脱硝技术领域，公开了一种SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统及其脱硝方法。本发明包括奇数催化剂层和偶数催化剂层，奇数催化剂层和偶数催化剂层的数量均不少于1层，且沿烟气流动方向间隔交错排布，奇数催化剂层包括多个沿脱硝反应器横截面、呈矩阵式水平排布的催化剂模块A，催化剂模块A通过连接导向件与隔层的催化剂模块A连通形成第一烟气通道；偶数催化剂层包括多个沿脱硝反应器横截面、呈矩阵式水平排布的催化剂模块B，催化剂模块B的排间距与催化剂模块A一致且上下对应设置，同排对应设置的催化剂模块B与上方的催化剂模块A上下错位设置。本发明增大了与烟气的流通接触面积，可有效降低烟气流速和阻力，脱硝效率高，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及SCR脱硝技术领域，特别是涉及一种SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统及其脱硝方法。
背景技术
烟气脱硝系统一般用于各种锅炉烟气及其他工业废气，涉及燃煤、燃气、燃油发电厂、船舶，以及钢铁、水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料等生产行业。煤燃烧所释放的烟气是NOX主要来源，燃煤锅炉烟气中含有大量的NO、NO2和少量的N2O，控制NOX排放对环境保护具有十分重要的意义。目前,电厂应用最多、最成熟的烟气脱硝技术是选择性催化还原法，其核心技术是SCR脱硝系统。
现有不少脱硝系统为后装，早期很多锅炉设计时未考虑未来上脱硝系统，所以未留足阻力余量和反应脱硝截面。现有常规的催化剂模块大多采用平铺的布置方法，多层叠合设置，使烟气依次通过第一层、第二层、第三层催化剂模块，完成脱硝过程，但是这种催化剂模块的布置方式，存在几个明显的缺陷：1）烟气速度过高，导致催化剂模块内的催化剂磨损严重，直接影响脱硝效率；2）因反应截面太小，脱硝催化剂总体积不变的情况下，催化剂设计必须加长，导致阻力大于设计阻力余量，会影响其他设备的正常运行。
发明内容
本发明提供一种增大了与烟气的流通接触面积，可有效降低烟气流速和阻力，脱硝效率高，使用寿命长的SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统及其脱硝方法。
解决的技术问题是：传统平铺排布、多层叠合设置的催化剂模块，因烟气流速过高，磨损严重，使用寿命短；催化剂模块与烟气的接触面积小，加长催化剂会增大烟气流通的阻力，对其他设备的安全运行造成直接影响。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统，包括奇数催化剂层和偶数催化剂层，奇数催化剂层和偶数催化剂层的数量均不少于1层，且沿烟气流动方向间隔交错排布，其特征在于：所述奇数催化剂层包括多个沿脱硝反应器横截面、呈矩阵式水平排布的催化剂模块A，催化剂模块A通过连接导向件与隔层的催化剂模块A连通形成第一烟气通道；偶数催化剂层包括多个沿脱硝反应器横截面、呈矩阵式水平排布的催化剂模块B，催化剂模块B的排间距与催化剂模块A一致且上下对应设置，同排对应设置的催化剂模块B与上方的催化剂模块A上下错位设置。
本发明SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统，进一步的，所述催化剂模块A和催化剂模块B均为长方体模块，催化剂模块B的宽度为催化剂模块A宽度的0.5~1.0倍。
本发明SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统，进一步的，所述同排相邻催化剂模块A之间的最小距离小于催化剂模块A的宽度设置。
本发明SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统，进一步的，同排相邻所述催化剂模块A之间的最小距离为催化剂模块A宽度的0.1~1倍，催化剂模块A的排间距不大于催化剂模块A的宽度。
本发明SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统，进一步的，所述奇数催化剂层与偶数催化剂层之间的最小层间距小于催化剂模块B的高度设置。
本发明SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统，进一步的，所述连接导向件为由平面板或弧面板围合而成的斗状结构，所述连接导向件的大口径边沿与催化剂模块A的上边沿或下边沿相配合并密封连接，小口径端与相邻偶数催化剂层的催化剂模块B之间的空隙处对齐，且小口径边沿与相邻催化剂模块B的相对边沿连接。
本发明SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统，进一步的，所述催化剂模块A的竖向中轴线与相邻两个催化剂模块B的几何中心连线的中点重叠设置。
本发明SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统，进一步的，所述催化剂模块A和催化剂模块B均包括模块框架和内部填充的催化剂，所述连接导向件与模块框架可拆卸固定。
本发明SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统的脱硝方法，包括以下步骤：
步骤一、高温烟气进入SCR脱硝反应器后，与NH3混合；
步骤二、混合气分流，部分进入第一个奇数催化剂层的催化剂模块A内，通过催化剂模块A后经由连接导向件直接进入第二个奇数催化剂层的催化剂模块A内，在相对封闭的第一烟气通道内进行脱硝反应；
步骤三、同时，部分混合气直接进入第一个偶数催化剂层的催化剂模块B内，通过催化剂模块B后沿连接导向件的外侧直接进入第二个偶数催化剂层的催化剂模块B内，仅在催化剂模块B内进行脱硝反应；
步骤四、在不同烟气通道内完成脱硝的净化烟气在催化剂层下方混合后，排出SCR脱硝反应器。
本发明SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统及其脱硝方法与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统通过合理设置催化剂模块的排布方式，将通过反应器横截面的烟气经由不同的、相对独立的通道进行有效分流，大大降低了烟气在通过催化剂时受到的阻力，降低了烟气流速，有效解决了烟气脱硝改造对原设备预留阻力小、反应截面小的要求高的问题，大大降低了脱硝改造实现的难度，应用范围广泛，并且减少了烟气脱硝系统改造的成本和工作量，提高了改造效率。同时，通过催化剂孔的烟气流速的降低，大大减小了对催化剂的磨损量，提高了脱硝系统的使用寿命，降低了生产的运行成本。
本发明脱硝方法烟气与NH3混合后经过分流，在各自相对独立的小环境内进行脱硝催化，大大简化了烟气脱硝反应的发生环境，不同通道内的烟气彼此之间没有任何影响，不仅降低了烟气的流速，而且提高了脱硝效率。
下面结合附图对本发明的SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统及其脱硝方法作进一步说明。
附图说明
图1为本发明SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统的结构示意图；
图2为脱硝催化剂系统的主视图；
图3为脱硝催化剂系统的俯视图。
附图标记：
1-奇数催化剂层；11-催化剂模块A；2-偶数催化剂层；21-催化剂模块B；3-连接导向件。
具体实施方式
如图1至图3所示，本发明SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统包括奇数催化剂层1和偶数催化剂层2，奇数催化剂层1和偶数催化剂层2的数量均不少于1层，且沿烟气流动方向间隔交错排布。
奇数催化剂层1包括多个沿脱硝反应器横截面、呈矩阵式水平排布的催化剂模块A11，催化剂模块A11为由钛基脱硝催化剂填制而成的长方体模块，同排相邻催化剂模块A11之间的最小距离小于催化剂模块A11的宽度设置，优选的，相邻催化剂模块A11之间的最小距离为催化剂模块A11宽度的0.1~1倍；催化剂模块A11的排间距即相邻排的催化剂模块A11之间的最小距离不大于催化剂模块A11的宽度。
催化剂模块A11通过连接导向件3与隔层的催化剂模块A11连通形成第一烟气通道，进入第一层催化剂模块A11内的烟气，经由第一烟气通道，仅在奇数催化剂层1的作用下催化脱硝。
偶数催化剂层2包括多个沿脱硝反应器横截面、呈矩阵式水平排布的催化剂模块B21，催化剂模块B21为由钛基脱硝催化剂，宽度为催化剂模块A11宽度的0.1~1倍，催化剂模块A11和催化剂模块B21内的流通通道均与烟气流动方向平行设置；催化剂模块B21的排间距与催化剂模块A11一致且上下对应设置，同排对应设置的催化剂模块B21与上方的催化剂模块A11上下错位设置，催化剂模块A11的竖向中轴线与相邻两个催化剂模块B21的几何中心连线的中点重叠设置。催化剂模块A11的底部边沿与下方相邻的催化剂模块B21通过连接导向件3连接，奇数催化剂层1与偶数催化剂层2之间的最小层间距小于催化剂模块B21的高度设置，优选的，奇数催化剂层1与偶数催化剂层2之间的最小层间距为催化剂模块B21高度的0.2~0.8倍。
连接导向件3为由平面板或弧面板围合而成的斗状结构，采用厚度不小于3mm的碳钢板或不锈钢板制成，连接导向件3的大口径边沿与催化剂模块A11的上边沿或下边沿相配合并密封连接，小口径端与相邻偶数催化剂层2的催化剂模块B21之间的空隙处对齐，且小口径边沿与相邻催化剂模块B21的相对边沿连接，确保形成的第一烟气通道独立于催化剂模块B21而存在。
具体的，催化剂模块A11和催化剂模块B21均包括模块框架和内部填充的催化剂，连接导向件3与模块框架可拆卸固定，便于后期维护和再次改装；同样的，连接导向件3与模块框架之间还可焊接进行密封固定。
本发明SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统的脱硝方法，包括以下步骤：
步骤一、高温烟气进入SCR脱硝反应器后，与NH3混合；
步骤二、混合气分流，部分进入第一个奇数催化剂层1的催化剂模块A11内，通过催化剂模块A11后经由连接导向件3直接进入第二个奇数催化剂层1的催化剂模块A11内，在相对封闭的第一烟气通道内进行脱硝反应，氮氧化物在奇数催化剂层1内的催化剂作用下被还原为N2和H2O；
步骤三、同时，部分混合气进入第一个偶数催化剂层2的催化剂模块B21内，通过催化剂模块B21后沿连接导向件3外侧直接进入第二个偶数催化剂层2的催化剂模块B21内，仅在催化剂模块B21内进行脱硝反应，氮氧化物在偶数催化剂层2内的催化剂作用下被还原为N2和H2O；
步骤四、在不同烟气通道内完成脱硝的净化烟气在催化剂层下方混合后，排出SCR脱硝反应器。
应用实施例1
在某项目中进行不同工况下的试验对比，SCR脱硝反应器的运行温度为40℃，脱硝反应的横截面为1m×0.8m，采用20×20孔的钒钛系脱硝催化剂，脱硝催化剂的总体积为0.0945m3。
按照本发明所述布置方式，分别设置1个奇数催化剂层11个偶数催化剂层2，催化剂模块A11和催化剂模块B21的尺寸规格一致，高度为150mm，宽度为155mm，催化剂模块内的催化剂的高度为140mm，同排相邻催化剂模块之间的距离均为80mm，奇数催化剂层1与偶数催化剂层2之间的最小层间距为100mm。
上述催化剂模块的布置方式，40℃的烟气以6.3m/s进入SCR脱硝反应器中，分流经过催化剂，实测经过催化剂孔内的流速为7.9m/s，烟气流动受到的阻力为64Pa。
按照本发明所述布置方式，分别设置2个奇数催化剂层1和2个偶数催化剂层2，催化剂模块A11和催化剂模块B21的尺寸规格一致，高度为75mm，宽度为155mm，催化剂模块内的催化剂的高度为70mm，同排相邻催化剂模块之间的距离均为80mm，奇数催化剂层1与偶数催化剂层2之间的最小层间距为100 mm。
上述催化剂模块的布置方式，40℃的烟气以6.3 m/s进入SCR脱硝反应器中，分流经过催化剂，实测经过催化剂孔内的流速为7.7m/s，烟气流动受到的阻力为63Pa。
而同样的试验前提，按照传统的催化剂布置方法，水平布置一层，催化剂的高度为140mm，催化剂总体积为0.0945m3，40℃的烟气以6.3 m/s进入SCR脱硝反应器中，经过催化剂，实测经过催化剂孔内的流速为10.3 m/s，烟气流动受到的阻力为117Pa，飞灰浓度为15g/m3。
由实际监测结果可知，在同样的催化剂体积下，采用本发明所述布置方式，烟气经过催化剂孔内的流速大幅度降低了23%，烟气流动受到的阻力下降了45%。烟气经由不同的、相对独立的通道进行有效分流，不同通道内的烟气彼此之间没有任何影响，简化了烟气脱硝反应的发生环境，大大降低了烟气在通过催化剂时受到的阻力，降低了烟气流速，有效解决了烟气脱硝改造对原设备预留阻力小、反应截面小的要求高的问题，大大降低了脱硝改造实现的难度，应用范围广泛。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统，包括奇数催化剂层（1）和偶数催化剂层（2），奇数催化剂层（1）和偶数催化剂层（2）的数量均不少于1层，且沿烟气流动方向间隔交错排布，其特征在于：所述奇数催化剂层（1）包括多个沿脱硝反应器横截面、呈矩阵式水平排布的催化剂模块A（11），催化剂模块A（11）通过连接导向件（3）与隔层的催化剂模块A（11）连通形成第一烟气通道；偶数催化剂层（2）包括多个沿脱硝反应器横截面、呈矩阵式水平排布的催化剂模块B（21），催化剂模块B（21）的排间距与催化剂模块A（11）一致且上下对应设置，同排对应设置的催化剂模块B（21）与上方的催化剂模块A（11）上下错位设置。
2.根据权利要求1所述的SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统，其特征在于：所述催化剂模块A（11）和催化剂模块B（21）均为长方体模块，催化剂模块B（21）的宽度为催化剂模块A（11）宽度的0.5~1.0倍。
3.根据权利要求1所述的SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统，其特征在于：同排相邻所述催化剂模块A（11）之间的最小距离小于催化剂模块A（11）的宽度设置。
4.根据权利要求3所述的SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统，其特征在于：同排相邻所述催化剂模块A（11）之间的最小距离为催化剂模块A（11）宽度的0.1~1倍，催化剂模块A（11）的排间距不大于催化剂模块A（11）的宽度。
5.根据权利要求1所述的SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统，其特征在于：所述奇数催化剂层（1）与偶数催化剂层（2）之间的最小层间距小于催化剂模块B（21）的高度设置。
6.根据权利要求1所述的SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统，其特征在于：所述连接导向件（3）为由平面板或弧面板围合而成的斗状结构，所述连接导向件（3）的大口径边沿与催化剂模块A（11）的上边沿或下边沿相配合并密封连接，小口径端与相邻偶数催化剂层（2）的催化剂模块B（21）之间的空隙处对齐，且小口径边沿与相邻催化剂模块B（21）的相对边沿连接。
7.根据权利要求1所述的SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统，其特征在于：所述催化剂模块A（11）的竖向中轴线与相邻两个催化剂模块B（21）的几何中心连线的中点重叠设置。
8.根据权利要求6所述的SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统，其特征在于：所述催化剂模块A（11）和催化剂模块B（21）均包括模块框架和内部填充的催化剂，所述连接导向件（3）与模块框架可拆卸固定。
9.权利要求1-8任意一项所述的SCR脱硝反应器中的脱硝催化剂系统的脱硝方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、高温烟气进入SCR脱硝反应器后，与NH3混合；
步骤二、混合气分流，部分进入第一个奇数催化剂层（1）的催化剂模块A（11）内，通过催化剂模块A（11）后经由连接导向件（3）直接进入第二个奇数催化剂层（1）的催化剂模块A（11）内，在相对封闭的第一烟气通道内进行脱硝反应；
步骤三、同时，部分混合气直接进入第一个偶数催化剂层（2）的催化剂模块B（21）内，通过催化剂模块B（21）后沿连接导向件（3）的外侧直接进入第二个偶数催化剂层（2）的催化剂模块B（21）内，仅在催化剂模块B（21）内进行脱硝反应；
步骤四、在不同烟气通道内完成脱硝的净化烟气在催化剂层下方混合后，排出SCR脱硝反应器。
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