CN110180386B - 一种烟气螺旋扩散脱硝装置和脱硝方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种烟气螺旋扩散脱硝装置和脱硝方法，包括管道主体，管道主体的两端部分别设有烟气入口管道和烟气出口管道，该管道主体依次分为导入段、混合段、降温段和反应段，导入段与烟气入口管道之间设置有燃烧器，混合段上设置有还原剂喷射装置，降温段内设置有蒸汽过热器，反应段内设置有脱硝反应器，烟气入口管道和烟气出口管道的并排部分设有空气预热器；烟气出口管道与烟囱连通，且烟气出口管道与烟囱之间还设置有电除尘器，本装置利用低温SCR脱硝技术进行脱销。本发明具有降低能耗、减少运行成本、使还原剂与烟气充分混合、减轻“烟囱雨”产生等有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种脱硝装置和脱硝方法，尤其是涉及一种烟气螺旋扩散脱硝装置和脱硝方法，属于化工废液污染物治理技术领域。
背景技术
作为供热、供汽的重要设备,工业锅炉广泛应用于国民生产生活的各个领域。目前我国的在用工业锅炉有60多万台，而其中燃煤工业锅炉有40多万台,占工业锅炉总数的80%以上,其年消耗标准煤约4亿吨,约占全国煤炭消耗总量的1/4。相当一段时期内,我国能源消费结构仍会以煤为主。因此,燃煤工业锅炉在工业锅炉中占主导地位的局面,短期内不会发生改变。
NOX是一种重要的大气污染物，是引发酸雨、雾霾、光化学烟雾的重要因素。我国各地的环保标准都对NOX排放量进行了严格限制。在工业及民用锅炉领域，传统上常采用煤或石油作为燃料。但是，由于这些燃料本身特点的限制，实现低氮氧化物排放难度极大，需要进行尾气脱硝处理以实现污染物排放的达标。但是，由于这些燃料本身特点的限制，实现低氮氧化物排放难度极大，需要进行尾气脱硝处理以实现污染物排放的达标。
烟气脱硝属于燃烧后处理技术，许多发达国家的排烟系统都需安装烟气脱硝装置。烟气脱硝方法较多，但目前得到大量工业应用的只有选择性催化还原法和选择性非催化还原法，其他方法目前均处于实验研究阶段或中试阶段，目前应用的脱硝技术中选择性催化还原法是最先进、效率最高的一种脱硝技术。SCR法脱硝的原理是：采用液氨、氨水或尿素作为还原剂，液氨、氨水或尿素通过热解蒸发出氨气，氨气与空气稀释后，通过喷氨装置喷入烟气管道，稀释后的烟气与氨气充分混合，在催化剂的作用下，生成氮气和水。
目前应用成熟的中温SCR脱硝技术，反应所需烟气温度一般为300-450℃，经过脱硫后烟气温度进一步降低至60-80℃，烟气需要先升温至催化剂最佳温度区间，能耗大，运行成本高，另外还原剂喷入烟气通道与烟气的混合效率低，此外脱硝后的烟气在经过烟囱向大气中排放过程中烟气温度会逐渐降低，从而导致湿烟气中的水分大量凝结成小液滴，小液滴相互碰撞会形成大液滴，直径较大的液滴在飘落过程中不会在空气中被完全蒸发掉，而会在一定区域内形成“烟囱雨”，该雨滴对厂内的建筑和设备有较大的腐蚀性。
发明内容
本发明主要是针对现有脱硝装置能耗大、运行成本高、还原剂与烟气的混合效率低和容易在烟囱周围形成“烟囱雨”的问题，提供一种能够降低能耗、减少运行成本、使还原剂与烟气充分混合、减轻“烟囱雨”产生的烟气螺旋扩散脱硝装置和脱硝方法。
本发明的目的主要是通过下述方案得以实现的：
一种烟气螺旋扩散脱硝装置，该烟气螺旋扩散脱硝装置包括管道主体，所述管道主体的两端部分别设有烟气入口管道和烟气出口管道，从该烟气入口管道至该烟气出口管道，该管道主体依次分为导入段、混合段、降温段和反应段，所述导入段与烟气入口管道之间设置有燃烧器，所述混合段上设置有还原剂喷射装置，所述降温段内设置有蒸汽过热器，所述反应段内设置有脱硝反应器，所述烟气入口管道和烟气出口管道的并排部分设有空气预热器；所述烟气出口管道与烟囱连通，且烟气出口管道与烟囱之间还设置有电除尘器。本发明所述的烟气螺旋扩散脱硝装置安装在脱硫装置后，半干法脱硫后的烟气通过该烟气螺旋扩散脱硝装置可以实现良好的脱硝和消白效果。
作为优选，所述烟囱内下部设有一级或数级旋流板，所述旋流板下方设有冲洗管，所述冲洗管的出水方向与烟囱内的烟气流动方向一致；所述旋流板下方还设有导流槽，所述导流槽一端设于旋流板与烟囱内壁的交接处，另一端斜向下偏向烟囱中心。
作为优选，所述旋流板包括圆形支架，圆形支架中心设有固定圈，所述固定圈和圆形支架之间上设有若干叶片，所述圆形支架上还设置有连接孔，用于将旋流板固定于烟囱中。
作为优选，所述烟囱内上部设有换热管，所述换热管螺旋设置于所述烟囱内，所述换热管和旋流板之间的烟囱内壁上环形间隔分布有多个倾斜设置的导流片，使烟气在烟囱内螺旋流动经过换热管，且烟气的螺旋流动方向与换热管的螺旋方向一致。
作为优选，所述换热管的下端为热介质入口，上端为冷介质出口，且所述换热管的两端均穿出烟囱，换热管的相邻两螺环之间的距离为50-100mm。
作为优选，所述还原剂喷射装置包括氨水储罐、蒸发器、稀释风机和喷嘴，所述蒸发器一端通过管道与氨水储罐连通，另一端通过管道与喷嘴连接，所述喷嘴设置于混合段的进口端，用于向所述混合段内喷入还原剂，使烟气与所述还原剂充分混合并进行预脱硝处理，所述稀释风机连接在喷嘴和蒸发器之间，用于鼓入大量空气将氨气稀释。
作为优选，在所述导入段与所述混合段之间增设有收缩段，以使烟气从导入段经由所述收缩段进入混合段。
作为优选，所述降温段和反应段的拐角处设置有烟气导流板，以便于优化烟气流场，所述降温段内还设置有省煤器，烟气先经过所述蒸汽过热器，后流经所述省煤器。
作为优选，所述脱硝反应器包括一层或多层垂直层叠的催化剂层，所述催化剂层为蜂窝式、平板式或波纹板式，且所述催化剂层上设置有吹灰器，所述吹灰器为过热蒸汽吹灰器或超声波吹灰器。
此外，本发明还提供一种利用上述的烟气螺旋扩散脱硝装置进行脱硝的方法，包括如下步骤：
步骤一、经过半干法脱硫后的烟气进入到烟气入口管道，此时烟气温度为60-80℃，经过空气预热器和燃烧器进行初步预热，烟气温度达到230-250℃；
步骤二、烟气与还原剂喷射装置喷入的还原剂均匀混合，一部分还原剂同与烟气中的NOX进行高温快速反应，另一部分还原剂随气流向降温段流动；
步骤三、混合后的烟气进入蒸汽过热器，蒸汽吸收高温烟气的热量进一步升温后，被送进汽轮机，用于热电联产，烟气从空气预热器排出后进入省煤器加热锅炉给水，提高能源利用效率，将排烟温度降低至180-200℃；
步骤四、烟气从省煤器排出后进入脱硝反应器，在低温SCR催化剂作用下进行二次反应，烟气中的NOX与NH3反应，生成N2和H2O，进行脱销；
步骤五、脱硝后的烟气进入烟气出口管道，经过空气预热器，将余热传递给烟气出口管道中的烟气，脱硝并降温后的烟气经电除尘器将颗粒烟尘加以清除，从而大幅度降低排入大气层中的烟尘量，经电除尘器后的烟气流到烟囱；
步骤六、烟气进入烟囱内时，利用旋流板叶片的离心分离原理，将烟气中的雾滴甩到烟囱内壁或直接挡住雾滴将其与烟气分离，从而使雾滴被拦截，设置的冲洗管，能够对叶片进行冲洗；烟气进入导流片中，被导流片分成多层烟气，每层烟气都独立旋转向上，烟气螺旋流动经过换热管，烟气在旋转流动的过程中完成换热，烟气在被加热后有最高温度时马上排出烟囱。
因此，本发明具备下述优点：（1）本发明利用烟气余热和焦炉煤气燃烧器提高烟气温度，耗能少，运行成本低；（2）升温后的烟气经由导入段进入收缩段，经由收缩段提升流动速度、形成湍流，并与还原剂喷射装置喷入的还原剂均匀混合；（3）烟囱内设置有旋流板、导流片和换热管，在烟气由烟气出口管道进入烟囱内时，利用旋流板叶片的离心分离原理，将烟气中的雾滴甩到烟囱内壁或直接挡住雾滴将其与烟气分离，从而使雾滴被拦截，起到除雾、除湿效果，设置的冲洗管，能够防止叶片结垢；（4）烟气进入导流片中，被导流片分成多层烟气，每层烟气都独立旋转向上，这样可有效降低内壁处的流速，烟气螺旋流动经过换热管，且烟气的螺旋流动方向与换热管的螺旋方向一致，烟气在旋转流动的过程中完成换热，有效增加烟气与换热管的接触时间，烟气在被加热后有最高温度时马上排出，此时的烟气有更高的扩散速度，烟囱出口白雾不明显，进一步提高烟气消白效果，减轻“烟囱雨”产生。
附图说明
图1是本发明烟气螺旋扩散脱硝装置的一种结构示意图；
图2是本发明烟气螺旋扩散脱硝装置中烟囱的结构示意图；
图3是本发明烟气螺旋扩散脱硝装置中旋流板的主视图；
图4是本发明烟气螺旋扩散脱硝装置中旋流板的俯视图；
图5是本发明烟气螺旋扩散脱硝装置中导流片的结构示意图；
图6是本发明烟气螺旋扩散脱硝装置中换热管的结构示意图。
图示说明：1-管道主体，2-烟气入口管道，3-烟气出口管道，4-导入段，5-混合段，6-降温段，7-反应段，8-燃烧器，9-还原剂喷射装置，10-蒸汽过热器，11-脱硝反应器，12-空气预热器，13-电除尘器，14-烟囱，15-旋流板，16-氨水储罐，17-蒸发器，18-稀释风机，19-喷嘴，20-收缩段，21-烟气导流板，22-省煤器，23-催化剂层，24-冲洗管，25-导流槽，26-圆形支架，27-固定圈，28-叶片，29-连接孔，30-换热管，31-导流片，32-热介质入口，33-冷介质出口。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
如图1所示，本发明提供一种技术方案，一种烟气螺旋扩散脱硝装置，该烟气螺旋扩散脱硝装置包括管道主体1，所述管道主体1的两端部分别设有烟气入口管道2和烟气出口管道3，从该烟气入口管道2至该烟气出口管道3，该管道主体1依次分为导入段4、混合段5、降温段6和反应段7，所述导入段4与烟气入口管道2之间设置有燃烧器8，所述混合段5上设置有还原剂喷射装置9，所述降温段6内设置有蒸汽过热器10，所述反应段7内设置有脱硝反应器11，所述降温段6和反应段7的拐角处设置有烟气导流板21，以便于优化烟气流场，起到最小化系统压降以及最少化导流板的作用。所述降温段6内还设置有省煤器22，烟气先经过所述蒸汽过热器10，后流经所述省煤器22；所述烟气入口管道2和烟气出口管道3的并排部分设有空气预热器12，实现烟气出口管道3内高温烟气与烟气入口管道2内低温烟气的热量交换；所述烟气出口管道3与烟囱14连通，所述烟气出口管道3上还设置有电除尘器13。本发明所述的烟气螺旋扩散脱硝装置安装在脱硫装置后，半干法脱硫后的烟气通过该烟气螺旋扩散脱硝装置可以实现良好的脱硝和消白效果。
如图2所示，所述烟囱14内下部设有一级或数级旋流板15，所述旋流板15是由合金材料（如C276）或防腐材料 （如衬胶、涂玻璃鳞片）制成，所述旋流板15下方设有冲洗管24，所述冲洗管24的出水方向与烟囱14内的烟气流动方向一致，所述冲洗管24外接喷淋系统，每2-3小时冲洗管24将对旋流板15进行冲洗；所述旋流板15下方还设有导流槽25，所述导流槽25一端设于旋流板15与烟囱14内壁的交接处，另一端斜向下偏向烟囱14中心；如图3和图4所示，所述旋流板15包括圆形支架26，圆形支架26中心设有固定圈27，所述固定圈27和圆形支架26之间上设有若干叶片28，所述圆形支架26上还设置有连接孔29，连接孔29的数量为三个或者三个以上，均匀分布在圆形支架26的边缘，用于将旋流板15固定于烟囱14中，所述烟囱14内上部设有换热管30，换热管30如图5所示，所述换热管30螺旋设置于所述烟囱14内；如图6所示，所述换热管30和旋流板15之间的烟囱14内壁上环形间隔分布有多个倾斜设置的导流片31，使烟气在烟囱14内螺旋流动经过换热管30，导流片31采用普通碳钢板制成，表面设有玻璃鳞片防腐层，且烟气的螺旋流动方向与换热管30的螺旋方向一致，所述换热管30的下端为热介质入口32，上端为冷介质出口33，热介质自热介质入口32进入换热管30内，流动时完成与烟气的换热，成为冷介质，自冷介质出口33排除，实现对烟气的加热，通过提升烟气的温度来实现消白效果，且换热管30通过焊接固定在烟囱14的内壁，换热管30的两端均穿出烟囱14并通过法兰与烟囱14固定连接，换热管30的相邻两螺环之间的距离为50-100mm。
所述还原剂喷射装置9包括氨水储罐16、蒸发器17、稀释风机18和喷嘴19，所述蒸发器17一端通过管道与氨水储罐16连通，另一端通过管道与喷嘴19连接，所述喷嘴19设置于混合段5的进口端，用于向所述混合段5内喷入还原剂，使烟气与所述还原剂充分混合并进行预脱硝处理，所述稀释风机18连接在喷嘴19和蒸发器17之间，用于鼓入大量空气将氨气稀释，在所述导入段4与所述混合段5之间增设有收缩段20，以使烟气从导入段4经由所述台型收缩段20进入混合段5；所述脱硝反应器11包括一层或多层垂直层叠的低温催化剂层23，所述低温催化剂层23为蜂窝式、平板式或波纹板式，且所述低温催化剂层23上设置有吹灰器，所述吹灰器为过热蒸汽吹灰器或超声波吹灰器。
本发明的烟气螺旋扩散脱硝装置连接于脱硫装置之后，经过半干法脱硫后的烟气通过引风机的作用进入到烟气入口管道2，此时烟气温度为60-80℃，经过空气预热器12和燃烧器8进行初步预热，烟气温度达到230-250℃，空气预热器12采用回转式空气预热器，充分利用脱硝反应器11出口的高温烟气对低温烟气进行传热升温，回收烟气余热，降低能耗；其次，升温后的烟气经由导入段4进入收缩段20，经由收缩段20提升流动速度、形成湍流，并与还原剂喷射装置9喷入的还原剂均匀混合，一部分还原剂同与烟气中的NOX进行高温快速反应，另一部分还原剂随气流向降温段6流动；再次，混合后的烟气进入蒸汽过热器10，采用蛇形管式蒸汽过热器，具有比较密集的管组，受烟气的横向和纵向冲刷，烟气主要以对流的方式将热量传递给管子，也有一部分辐射吸热量，蒸汽吸收高温烟气的热量进一步升温后，被送进汽轮机，用于热电联产，烟气从空气预热器12排出后进入省煤器22加热锅炉给水，提高能源利用效率，将排烟温度降低至180-200℃，省煤器22采用铸铁卧式省煤器； 然后，烟气从省煤器22排出后进入脱硝反应器11，在低温SCR催化剂层23作用下进行二次反应，烟气中的NOx与NH3反应，生成N2和H2O，进行脱销，催化剂层23采用蜂窝体状；最后，脱硝后的烟气进入烟气出口管道3，经过空气预热器12，将余热传递给烟气出口管道3中的烟气，脱硝并降温后的烟气经电除尘器13将颗粒烟尘加以清除，从而大幅度降低排入大气层中的烟尘量，经电除尘器13后的烟气通过烟囱14排放到大气中，所述烟囱14内设置有旋流板15、导流片31和换热管30，在烟气由烟气出口管道3进入烟囱14内时，利用旋流板15叶片28的离心分离原理，将烟气中的雾滴甩到烟囱14内壁或直接挡住雾滴将其与烟气分离，从而使雾滴被拦截，起到除雾、除湿效果，设置的冲洗管24，能够防止叶片28结垢；烟气进入导流片31中，被导流片31分成多层烟气，每层烟气都独立旋转向上，这样可有效降低内壁处的流速，烟气螺旋流动经过换热管30，且烟气的螺旋流动方向与换热管30的螺旋方向一致，烟气在旋转流动的过程中完成换热，有效增加烟气与换热管的接触时间，烟气在被加热后有最高温度时马上排出，此时的烟气有更高的扩散速度，烟囱出口白雾不明显，进一步提高烟气消白效果，减轻“烟囱雨”产生。
应理解，该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (5)
1.一种烟气螺旋扩散脱硝装置，其特征在于：该烟气螺旋扩散脱硝装置包括管道主体（1），所述管道主体（1）的两端部分别设有烟气入口管道（2）和烟气出口管道（3），从该烟气入口管道（2）至该烟气出口管道（3），该管道主体（1）依次分为导入段（4）、混合段（5）、降温段（6）和反应段（7），所述导入段（4）与烟气入口管道（2）之间设置有燃烧器（8），所述混合段（5）上设置有还原剂喷射装置（9），所述降温段（6）内设置有蒸汽过热器（10），所述反应段（7）内设置有脱硝反应器（11），所述烟气入口管道（2）和烟气出口管道（3）的并排部分设有空气预热器（12）；所述烟气出口管道（3）与烟囱（14）连通，且烟气出口管道（3）与烟囱（14）之间还设置有电除尘器（13）；
所述烟囱（14）内下部设有一级或数级旋流板（15），所述旋流板（15）下方设有冲洗管（24），所述冲洗管（24）的出水方向与烟囱（14）内的烟气流动方向一致；所述旋流板（15）下方还设有导流槽（25），所述导流槽（25）一端设于旋流板（15）与烟囱（14）内壁的交接处，另一端斜向下偏向烟囱（14）中心；所述旋流板（15）包括圆形支架（26），圆形支架（26）中心设有固定圈（27），所述固定圈（27）和圆形支架（26）之间上设有若干叶片（28），所述圆形支架（26）上还设置有连接孔（29），用于将旋流板（15）固定于烟囱（14）中；
所述烟囱（14）内上部设有换热管（30），所述换热管（30）螺旋设置于所述烟囱（14）内，所述换热管（30）和旋流板（15）之间的烟囱（14）内壁上环形间隔分布有多个倾斜设置的导流片（31），使烟气在烟囱（14）内螺旋流动经过换热管（30），且烟气的螺旋流动方向与换热管（30）的螺旋方向一致；
所述还原剂喷射装置（9）包括氨水储罐（16）、蒸发器（17）、稀释风机（18）和喷嘴（19），所述蒸发器（17）一端通过管道与氨水储罐（16）连通，另一端通过管道与喷嘴（19）连接，所述喷嘴（19）设置于混合段（5）的进口端，用于向所述混合段（5）内喷入还原剂，使烟气与所述还原剂充分混合并进行预脱硝处理，所述稀释风机（18）连接在喷嘴（19）和蒸发器（17）之间，用于鼓入大量空气将氨气稀释；
在所述导入段（4）与所述混合段（5）之间增设有收缩段（20），以使烟气从导入段（4）经由所述收缩段（20）进入混合段（5）。
2.根据权利要求1所述的一种烟气螺旋扩散脱硝装置，其特征在于：所述换热管（30）的下端为热介质入口（32），上端为冷介质出口（33），且所述换热管（30）的两端均穿出烟囱（14），换热管（30）的相邻两螺环之间的距离为50-100mm。
3.根据权利要求1所述的一种烟气螺旋扩散脱硝装置，其特征在于：所述降温段（6）和反应段（7）的拐角处设置有烟气导流板（21），以便于优化烟气流场，所述降温段（6）内还设置有省煤器（22），烟气先经过所述蒸汽过热器（10），后流经所述省煤器（22）。
4.根据权利要求1所述的一种烟气螺旋扩散脱硝装置，其特征在于：所述脱硝反应器（11）包括一层或多层垂直层叠的催化剂层（23），所述催化剂层（23）为蜂窝式、平板式或波纹板式，且所述催化剂层（23）上设置有吹灰器，所述吹灰器为过热蒸汽吹灰器或超声波吹灰器。
5.一种利用权利要求1-4任意一项所述的烟气螺旋扩散脱硝装置进行脱硝的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、经过半干法脱硫后的烟气进入到烟气入口管道（2），此时烟气温度为60-80℃，经过空气预热器（12）和燃烧器（8）进行初步预热，烟气温度达到230-250℃；
步骤二、烟气与还原剂喷射装置（9）喷入的还原剂均匀混合，一部分还原剂同与烟气中的NOx进行高温快速反应，另一部分还原剂随气流向降温段（6）流动；
步骤三、混合后的烟气进入蒸汽过热器（10），蒸汽吸收高温烟气的热量进一步升温后，被送进汽轮机，用于热电联产，烟气从空气预热器（12）排出后进入省煤器（22）加热锅炉给水，提高能源利用效率，将排烟温度降低至180-200℃；
步骤四、烟气从省煤器（22）排出后进入脱硝反应器（11），在低温SCR催化剂作用下进行二次反应，烟气中的NOx与NH3反应，生成N2和H2O，进行脱销；
步骤五、脱硝后的烟气进入烟气出口管道（3），经过空气预热器（12），将余热传递给烟气出口管道（3）中的烟气，脱硝并降温后的烟气经电除尘器（13）将颗粒烟尘加以清除，从而大幅度降低排入大气层中的烟尘量，经电除尘器（13）后的烟气流到烟囱（14）；
步骤六、烟气进入烟囱（14）内时，利用旋流板（15）叶片（28）的离心分离原理，将烟气中的雾滴甩到烟囱（14）内壁或直接挡住雾滴将其与烟气分离，从而使雾滴被拦截，设置的冲洗管（24），能够对叶片（28）进行冲洗；烟气进入导流片（31）中，被导流片（31）分成多层烟气，每层烟气都独立旋转向上，烟气螺旋流动经过换热管（30），烟气在旋转流动的过程中完成换热，烟气在被加热后有最高温度时马上排出烟囱（14）。
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