CN110420551A - 一种脱除高浓度nox烟气的装置及方法 - Google Patents

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卢美贞
计建炳
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Abstract

本申请公开了一种脱除高浓度NOX烟气的装置及方法，所述的装置包括NOX烟气输送装置、脱硝反应器和脱硝溶液输送装置，脱硝反应器包括壳体腔室、设于壳体腔室顶部内壁的静盘、设于壳体腔室内部的动盘和驱动装置，动盘平行设于静盘的正下方；动盘的上表面设有若干个同心且高度一致的旋转动圈，旋转动圈上端与静盘之间存在间距；静盘下表面设有若干个同心且高度一致的静止折流圈，静止折流圈下端与动盘之间存在间距，旋转动圈与静止折流圈之间相互嵌套；NOX烟气输送装置与壳体腔室下端的气体入口由管路连接，脱硝溶液输送装置与壳体腔室上端的液体输入管由管路连接。本申请的脱除高浓度NOX烟气的装置，结构简单，脱硝效率高，体积小、占地面积小。

Description

一种脱除高浓度NOX烟气的装置及方法
技术领域
本申请涉及一种脱除高浓度NOX烟气的装置及方法。
背景技术
氮氧化物烟气脱硝是目前 NOX（NO、N2O、NO2、N2O、N2O3、N2O5 等，总称 NOX）污染的主要防治技术，净化处理NOX的方法可分为：还原法、吸收法、吸附法、等离子体活化法、微生物法等。此外，按治理工艺分类还可分为干法脱硝和湿法脱硝，干法脱硝包括：非催化还原法、催化还原法、热分解法、吸附法、吸收法、等离子法。湿法脱硝包括：酸吸收、碱吸收、氧化吸收、络盐吸收。氮氧化物是最重要的大气污染物之一，历史上因为氮氧化物的超排，曾导致过1943年洛杉矶光化学烟雾、1971年东京光化学烟雾等公害事件。
氮氧化物主要来源于燃料燃烧后的烟气。针对这一问题，电站锅炉大多都采用了选择性催化还原(SCR)脱硝技术来减少氮氧化物的排放。目前典型的燃煤电站锅炉SCR脱硝技术是直接将还原剂氨或尿素喷入烟道里，在反应器中催化剂表面选择性的与烟气中的氮氧化物发生氧化还原反应，将氮氧化物还原成氮气。SCR脱硝技术具有技术成熟、脱硝效率高等优势，目前已经得到广泛的使用。然而，在实际工程中，由于氨气与烟气混合不均匀、温度窗口限制、氨过量等因素影响，会有少量的氨与烟气一起逃逸出反应器，即“氨逃逸”现象。氨气有毒，故氨逃逸会造成二次污染，也会造成下游设备的腐蚀问题。SCR脱硝技术也可采用尿素作为反应剂，可避免二次污染的问题。但采用尿素作为反应剂的SCR脱硝技术初投资高、反应剂费用高、分解尿素能耗高、脱硝效率较低，降低了尿素SCR技术的竞争力，目前仅应用在距离城市近、人口稠密和环保重点地区等明文规定不得使用氨SCR技术的区域。因此，在新的排放标准背景下，解决烟气和SCR技术氨逃逸的问题，是业界的当务之急。
专利申请201811200724.5、名称为“一种应用于脱硝系统的尿素溶液热解装置及方法”，通过在烟道中的喷射管后设置电加热器，将烟道中的烟气加热至450℃以上，利用温度较高的烟气来提高雾化尿素溶液的热解效率，促进氨气形成，提高烟气脱硝效果，其脱硝温度太高。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本申请的目的在于提供一种脱除高浓度NOX烟气的装置及方法。
所述的一种脱除高浓度NOX烟气的装置，其特征在于包括NOX烟气输送装置、脱硝反应器和脱硝溶液输送装置，所述脱硝反应器包括壳体腔室、固定设置于壳体腔室顶部内壁上的静盘、设置于壳体腔室内部的动盘以及用于使动盘水平转动的驱动装置，所述动盘设于静盘的正下方并与静盘相平行；所述动盘的上表面设有若干个同心且高度一致的旋转动圈，旋转动圈上端与静盘之间存在间距；所述静盘下表面设有若干个同心且高度一致的静止折流圈，静止折流圈下端与动盘之间存在间距，且所述旋转动圈与静止折流圈之间相互嵌套，旋转动圈与静止折流圈之间形成了供气液流通的折流式通道；所述壳体腔室上端设置有液体输入管和气体出口，所述壳体腔室下端设置有气体入口和液体出口，所述NOX烟气输送装置的出气口与壳体腔室下端的气体入口由管路连接，所述脱硝溶液输送装置的出液口与壳体腔室上端的液体输入管由管路连接。
所述的一种脱除高浓度NOX烟气的装置，其特征在于动盘上表面的最内层旋转动圈的内侧设置有圆柱形的集液腔室，集液腔室下端固定设置在动盘上表面，集液腔室的上端设置开口且集液腔室的上端开口与壳体腔室顶部内壁之间存在间距；所述液体输入管的下端穿过壳体腔室并伸入至集液腔室的内部，所述气体出口设置于集液腔室的正上方。
所述的一种脱除高浓度NOX烟气的装置，其特征在于所述驱动装置包括转轴和电机，所述转轴中部与壳体腔室底部密封转动连接，转轴上端伸入壳体腔室内部并与动盘下表面固定连接，所述转轴下端位于壳体腔室外部并与电机固定连接。
所述的一种脱除高浓度NOX烟气的装置，其特征在于所述NOX烟气输送装置包括鼓风机以及气体转子流量计，所述鼓风机的出气口通过气体转子流量计和壳体腔室下端的气体入口由管路连接，且鼓风机与气体转子流量计之间的管路上设置有控制阀。
所述的一种脱除高浓度NOX烟气的装置，其特征在于所述脱硝溶液输送装置包括储液罐、输液泵、换热器和液体转子流量计，所述壳体腔室下端的液体出口通过储液罐、输液泵、换热器和液体转子流量计由管路连接至壳体腔室上端的液体输入管，使壳体腔室、储液罐与输液泵之间构成循环体系；且所述储液罐上设置有放液管，相应管路上设置有控制阀。
所述的一种脱除高浓度NOX烟气的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：将尿素溶于水中配制质量浓度为5～35%的水溶液，然后置于储液罐中；
S2：开启电机，电机通过转轴带动动盘水平旋转；开启输液泵将储液罐中的尿素水溶液输送至集液腔室内，尿素水溶液从集液腔室内溢流出后，从旋转动圈与静止折流圈之间形成的折流式通道流过并最终返回至储液罐内，形成尿素水溶液的循环流动过程；
S3：然后开启鼓风机向壳体腔室内输送高浓度的NOX烟气，NOX烟气与尿素水溶液在旋转动圈与静止折流圈之间形成的折流式通道内逆向接触进行脱硝反应，最终从壳体腔室上端面的气体出口排出脱硝后的烟气。
所述的一种脱除高浓度NOX烟气的方法，其特征在于步骤S1中，电机控制转轴旋转的速率为 600～1200r/min；步骤S2中，输液泵输送尿素水溶液的流量为0.5～1.5m3/h；步骤S3中，鼓风机向壳体腔室内输送NOX烟气的流量为50m3～700m3/h。
所述的一种脱除高浓度NOX烟气的方法，其特征在于尿素水溶液的温度控制在10～80℃进行脱硝反应，壳体腔室内的气体压力为101.325～150kPa。
相对于现有技术，本申请取得的有益效果是：
1）本申请的脱除高浓度NOX烟气的装置，结构简单，脱硝效率高，体积小、在减少设备占地面积的同时更能适应用地紧张的环境；
2）本申请的脱除高浓度NOX烟气的方法中，尿素水溶液可以在整个系统中循环使用，将尿素水溶液从储液罐引入集液腔室后，尿素水溶液经旋转动圈与静止折流圈之间形成的折流式通道流过时，尿素水溶液被粉碎、分散并与含有NOX的烟气进行反应，并在重力作用下自动散落，再经液体出口回流至储液罐中。其中在动盘的旋转过程中，通过离心的原理把所述折流式通道内部的液体粉碎，使其能有效与烟气中的NOX高效快速的混合、接触、反应，以加强脱硝反应的效果。
附图说明
图1为本申请脱除高浓度NOX烟气的装置的结构示意图；
图2为本申请脱硝反应器的结构示意图；
图中：1-壳体腔室，101-气体出口，102-气体入口，103-液体出口，2-集液腔室，3-旋转动圈，4-静盘，5-静止折流圈，6-动盘，7-转轴，8-电机，9-液体输入管，10-控制阀，11-压力表，12-气体转子流量计，13-液体转子流量计，14-储液罐，15-输液泵，16-换热器，17-鼓风机。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例：对照图1~2
一种脱除高浓度NOX烟气的装置，包括NOX烟气输送装置、脱硝反应器和脱硝溶液输送装置，所述脱硝反应器包括壳体腔室1、固定设置于壳体腔室1顶部内壁上的静盘4、设置于壳体腔室1内部的动盘6以及用于使动盘6水平旋转的驱动装置，所述动盘6设于静盘4的正下方并与静盘4相平行；所述动盘6的上表面设有若干个同心且高度一致的旋转动圈3，旋转动圈3上端与静盘4之间存在间距；所述静盘4下表面设有若干个同心且高度一致的静止折流圈5，静止折流圈5下端与动盘6之间存在间距，且所述旋转动圈3与静止折流圈5之间相互嵌套，旋转动圈3与静止折流圈5之间形成了供气液流通的折流式通道。
对照图2，壳体腔室1上端面设置有液体输入管9和气体出口101，所述壳体腔室1下端设置有气体入口102和液体出口103。
对照图2，动盘6上表面的最内层旋转动圈3的内侧设置有圆柱形的集液腔室2，集液腔室2下端固定设置在动盘6上表面，集液腔室2的上端设置开口且集液腔室2的上端开口与壳体腔室1顶部内壁之间存在间距；所述液体输入管9的下端穿过壳体腔室1并伸入至集液腔室2的内部，所述气体出口101设置于集液腔室2的正上方。可以看出，液体流入到集液腔室2内后，从集液腔室2内溢流出的液体向四周均匀的扩散。
对照图2，静盘4中心设置有圆孔，集液腔室2的上端开口、静盘4中心的圆孔与壳体腔室1上端面的气体出口101位于同一竖直线上。
在本申请中，驱动装置包括转轴7和电机8，所述转轴7中部与壳体腔室1底部密封转动连接，转轴7上端伸入壳体腔室1内部并与动盘6下表面固定连接，所述转轴7下端位于壳体腔室1外部并与电机8固定连接。
对照图1，NOX烟气输送装置包括鼓风机17以及气体转子流量计12，所述鼓风机17的出气口与气体转子流量计12和壳体腔室1下端的气体入口102由管路连接，且鼓风机17与气体转子流量计12之间的管路上设置有控制阀10。对照图1，壳体腔室1上设置有用于测量其内部气压的压力表11；输液泵15与换热器16之间的管路上设置有用于测量液压的压力表11。
对照图1，脱硝溶液输送装置包括储液罐14、输液泵15、换热器16（换热器16用于控制流通液体的温度）和液体转子流量计13，所述壳体腔室1下端的液体出口103通过储液罐14、输液泵15、换热器16和液体转子流量计13由管路连接至壳体腔室1上端的液体输入管9，使壳体腔室1、储液罐14与输液泵15之间构成循环体系；且所述储液罐14上设置有放液管，相应管路上设置有控制阀10。
以下实施例1~5采用上述脱除高浓度NOX烟气的装置（对照图2），进行高浓度NOX烟气的脱硝反应。其中在所述脱除高浓度NOX烟气的装置中，壳体腔室1的外径为450mm且高度为160mm；最外层静止折流圈5的直径为300mm，最内层旋转动圈3的直径为100mm，静止折流圈5高度38mm且数量为6个，旋转动圈3的高度43mm且数量为6个。
实施例1：一种脱除高浓度NOX烟气的方法，包括以下步骤：
S1：将尿素溶于水中配制质量浓度为15%的水溶液，然后置于储液罐14中；
S2：开启电机8，电机8通过转轴7带动动盘6水平旋转（匀速旋转的转速为1000r/min）；开启输液泵15将储液罐14中的尿素水溶液输送至集液腔室2内，尿素水溶液从集液腔室2内溢流出后，从旋转动圈3与静止折流圈5之间形成的折流式通道流过并最终返回至储液罐14内，形成尿素水溶液的循环流动过程；利用换热器控制尿素水溶液的液体温度为40℃，利用输液泵15控制尿素水溶液的输送流量为1.0m3/h；
S3：然后开启鼓风机17向壳体腔室1内输送高浓度的NOX烟气，控制壳体腔室1内部压力为101.325 kPa，并通过鼓风机17控制向壳体腔室1内输送高浓度的NOX烟气的流量为200m3/h，NOX烟气与尿素水溶液在旋转动圈3与静止折流圈5之间形成的折流式通道内逆向接触进行脱硝反应，最终从壳体腔室1上端面的气体出口101排出脱硝后的烟气。利用烟气分析仪分别检测通入壳体腔室1内烟气的NOX浓度和脱硝后烟气出口的NOX浓度，分别为5329 mg/Nm3和741 mg/Nm3。
实施例2：一种脱除高浓度NOX烟气的方法，包括以下步骤：
S1：将尿素溶于水中配制质量浓度为5%的水溶液，然后置于储液罐14中；
S2：开启电机8，电机8通过转轴7带动动盘6水平旋转（匀速旋转的转速为900r/min）；开启输液泵15将储液罐14中的尿素水溶液输送至集液腔室2内，尿素水溶液从集液腔室2内溢流出后，从旋转动圈3与静止折流圈5之间形成的折流式通道流过并最终返回至储液罐14内，形成尿素水溶液的循环流动过程；利用换热器控制尿素水溶液的液体温度为60℃，利用输液泵15控制尿素水溶液的输送流量为0.5m3/h；
S3：然后开启鼓风机17向壳体腔室1内输送高浓度的NOX烟气，控制壳体腔室1内部压力为120 kPa，并通过鼓风机17控制向壳体腔室1内输送高浓度的NOX烟气的流量为100 m3/h，NOX烟气与尿素水溶液在旋转动圈3与静止折流圈5之间形成的折流式通道内逆向接触进行脱硝反应，最终从壳体腔室1上端面的气体出口101排出脱硝后的烟气。利用烟气分析仪分别检测通入壳体腔室1内烟气的NOX浓度和脱硝后烟气出口的NOX浓度，分别为6754 mg/Nm3和834 mg/Nm3。
实施例3：一种脱除高浓度NOX烟气的方法，包括以下步骤：
S1：将尿素溶于水中配制质量浓度为25%的水溶液，然后置于储液罐14中；
S2：开启电机8，电机8通过转轴7带动动盘6水平旋转（匀速旋转的转速为600r/min）；开启输液泵15将储液罐14中的尿素水溶液输送至集液腔室2内，尿素水溶液从集液腔室2内溢流出后，从旋转动圈3与静止折流圈5之间形成的折流式通道流过并最终返回至储液罐14内，形成尿素水溶液的循环流动过程；利用换热器控制尿素水溶液的液体温度为10℃，利用输液泵15控制尿素水溶液的输送流量为0.8m3/h；
S3：然后开启鼓风机17向壳体腔室1内输送高浓度的NOX烟气，控制壳体腔室1内部压力为130 kPa，并通过鼓风机17控制向壳体腔室1内输送高浓度的NOX烟气的流量为400 m3/h，NOX烟气与尿素水溶液在旋转动圈3与静止折流圈5之间形成的折流式通道内逆向接触进行脱硝反应，最终从壳体腔室1上端面的气体出口101排出脱硝后的烟气。利用烟气分析仪分别检测通入壳体腔室1内烟气的NOX浓度和脱硝后烟气出口的NOX浓度，分别为6125mg/Nm3和624 mg/Nm3。
实施例4：一种脱除高浓度NOX烟气的方法，包括以下步骤：
S1：将尿素溶于水中配制质量浓度为35%的水溶液，然后置于储液罐14中；
S2：开启电机8，电机8通过转轴7带动动盘6水平旋转（匀速旋转的转速为900r/min）；开启输液泵15将储液罐14中的尿素水溶液输送至集液腔室2内，尿素水溶液从集液腔室2内溢流出后，从旋转动圈3与静止折流圈5之间形成的折流式通道流过并最终返回至储液罐14内，形成尿素水溶液的循环流动过程；利用换热器控制尿素水溶液的液体温度为30℃，利用输液泵15控制尿素水溶液的输送流量为1.3m3/h；
S3：然后开启鼓风机17向壳体腔室1内输送高浓度的NOX烟气，控制壳体腔室1内部压力为140 kPa，并通过鼓风机17控制向壳体腔室1内输送高浓度的NOX烟气的流量为600 m3/h，NOX烟气与尿素水溶液在旋转动圈3与静止折流圈5之间形成的折流式通道内逆向接触进行脱硝反应，最终从壳体腔室1上端面的气体出口101排出脱硝后的烟气。利用烟气分析仪分别检测通入壳体腔室1内烟气的NOX浓度和脱硝后烟气出口的NOX浓度，分别为5578 mg/Nm3和647mg/Nm3。
实施例5：一种脱除高浓度NOX烟气的方法，包括以下步骤：
S1：将尿素溶于水中配制质量浓度为20%的水溶液，然后置于储液罐14中；
S2：开启电机8，电机8通过转轴7带动动盘6水平旋转（匀速旋转的转速为1200r/min）；开启输液泵15将储液罐14中的尿素水溶液输送至集液腔室2内，尿素水溶液从集液腔室2内溢流出后，从旋转动圈3与静止折流圈5之间形成的折流式通道流过并最终返回至储液罐14内，形成尿素水溶液的循环流动过程；利用换热器控制尿素水溶液的液体温度为20℃，利用输液泵15控制尿素水溶液的输送流量为1.5m3/h；
S3：然后开启鼓风机17向壳体腔室1内输送高浓度的NOX烟气，控制壳体腔室1内部压力为150 kPa，并通过鼓风机17控制向壳体腔室1内输送高浓度的NOX烟气的流量为700 m3/h，NOX烟气与尿素水溶液在旋转动圈3与静止折流圈5之间形成的折流式通道内逆向接触进行脱硝反应，最终从壳体腔室1上端面的气体出口101排出脱硝后的烟气。利用烟气分析仪分别检测通入壳体腔室1内烟气的NOX浓度和脱硝后烟气出口的NOX浓度，分别为7549 mg/Nm3和938mg/Nm3。
本说明书所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。

Claims (8)

1.一种脱除高浓度NOX烟气的装置，其特征在于包括NOX烟气输送装置、脱硝反应器和脱硝溶液输送装置，所述脱硝反应器包括壳体腔室（1）、固定设置于壳体腔室（1）顶部内壁上的静盘（4）、设置于壳体腔室（1）内部的动盘（6）以及用于使动盘（6）水平转动的驱动装置，所述动盘（6）设于静盘（4）的正下方并与静盘（4）相平行；所述动盘（6）的上表面设有若干个同心且高度一致的旋转动圈（3），旋转动圈（3）上端与静盘（4）之间存在间距；所述静盘（4）下表面设有若干个同心且高度一致的静止折流圈（5），静止折流圈（5）下端与动盘（6）之间存在间距，且所述旋转动圈（3）与静止折流圈（5）之间相互嵌套，旋转动圈（3）与静止折流圈（5）之间形成了供气液流通的折流式通道；所述壳体腔室（1）上端设置有液体输入管（9）和气体出口（101），所述壳体腔室（1）下端设置有气体入口（102）和液体出口（103），所述NOX烟气输送装置的出气口与壳体腔室（1）下端的气体入口（102）由管路连接，所述脱硝溶液输送装置的出液口与壳体腔室（1）上端的液体输入管（9）由管路连接。
2.根据权利要求1所述的一种脱除高浓度NOX烟气的装置，其特征在于动盘（6）上表面的最内层旋转动圈（3）的内侧设置有圆柱形的集液腔室（2），集液腔室（2）下端固定设置在动盘（6）上表面，集液腔室（2）的上端设置开口且集液腔室（2）的上端开口与壳体腔室（1）顶部内壁之间存在间距；所述液体输入管（9）的下端穿过壳体腔室（1）并伸入至集液腔室（2）的内部，所述气体出口（101）设置于集液腔室（2）的正上方。
3.根据权利要求1所述的一种脱除高浓度NOX烟气的装置，其特征在于所述驱动装置包括转轴（7）和电机（8），所述转轴（7）中部与壳体腔室（1）底部密封转动连接，转轴（7）上端伸入壳体腔室（1）内部并与动盘（6）下表面固定连接，所述转轴（7）下端位于壳体腔室（1）外部并与电机（8）固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种脱除高浓度NOX烟气的装置，其特征在于所述NOX烟气输送装置包括鼓风机（17）以及气体转子流量计（12），所述鼓风机（17）的出气口通过气体转子流量计（12）和壳体腔室（1）下端的气体入口（102）由管路连接，且鼓风机（17）与气体转子流量计（12）之间的管路上设置有控制阀（10）。
5.根据权利要求1所述的一种脱除高浓度NOX烟气的装置，其特征在于所述脱硝溶液输送装置包括储液罐（14）、输液泵（15）、换热器（16）和液体转子流量计（13），所述壳体腔室（1）下端的液体出口（103）通过储液罐（14）、输液泵（15）、换热器（16）和液体转子流量计（13）由管路连接至壳体腔室（1）上端的液体输入管（9），使壳体腔室（1）、储液罐（14）与输液泵（15）之间构成循环体系；且所述储液罐（14）上设置有放液管，相应管路上设置有控制阀（10）。
6.一种脱除高浓度NOX烟气的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：将尿素溶于水中配制质量浓度为5～35%的水溶液，然后置于储液罐（14）中；
S2：开启电机（8），电机（8）通过转轴（7）带动动盘（6）水平旋转；开启输液泵（15）将储液罐（14）中的尿素水溶液输送至集液腔室（2）内，尿素水溶液从集液腔室（2）内溢流出后，从旋转动圈（3）与静止折流圈（5）之间形成的折流式通道流过并最终返回至储液罐（14）内，形成尿素水溶液的循环流动过程；
S3：然后开启鼓风机（17）向壳体腔室（1）内输送高浓度的NOX烟气，NOX烟气与尿素水溶液在旋转动圈（3）与静止折流圈（5）之间形成的折流式通道内逆向接触进行脱硝反应，最终从壳体腔室（1）上端面的气体出口（101）排出脱硝后的烟气。
7. 根据权利要求6所述的一种脱除高浓度NOX烟气的方法，其特征在于步骤S1中，电机（8）控制转轴（7）旋转的速率为 600～1200r/min；步骤S2中，输液泵（15）输送尿素水溶液的流量为0.5～1.5m3/h；步骤S3中，鼓风机（17）向壳体腔室（1）内输送NOX烟气的流量为50m3～700m3/h。
8.根据权利要求6所述的一种脱除高浓度NOX烟气的方法，其特征在于尿素水溶液的温度控制在10～80℃进行脱硝反应，壳体腔室（1）内的气体压力为101.325～150kPa。
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