CN110559829A - 一种烟气脱硝系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟气脱硝系统及其脱硝工艺，属于烟气净化领域，包括燃煤锅炉、第一脱硝反应塔、除尘器、第二脱硝反应塔、水循环装置，第一脱硝反应塔从上到下依次设有三层脱硝反应层，位于最上方的脱硝反应层为SiO₂反应层，其由主体为玻璃纤维的玻璃纤维复合层组成，SiO₂反应层内部均匀分布有Fe₂O₃颗粒，第一脱硝反应塔入口处设有用于通入气体NH₃的NH₃管道。本发明的有益效果是：采用二级脱硝工艺，对第一脱硝反应塔和第二脱硝反应塔的脱硝功能进行区分，第一脱硝反应塔针对烟气中杂质、较大颗粒物、50％左右的NO气体，实现对烟气的一次粗脱硝处理，第二脱硝反应塔则对烟气中较细颗粒物和剩余的NO和NO₂进行处理，除去烟气中95％以上的氮氧化物，达到深度除硝的目的。

Description

一种烟气脱硝系统

技术领域

本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种烟气脱硝系统。

背景技术

现在国内氨基脱硝技术主要为SCR与SNCR两大主流技术，SCR即选择性催化还原法，SNCR是选择性非催化还原法。目前这两种技术主要存在如下问题：

1、SCR运行中需使用催化剂，成本很高。其中SCR技术的催化剂费用通常占到SCR系统初始投资的40％左右，运行成本很大程度上受催化剂寿命的影响。而SCR催化剂最佳反应温度400-600℃，实际烟气温度超过设计温度，容易降低催化剂寿命，运行成本增。

2、SCR和SNCR脱硝剂主要使用氨水溶液，其中氨水存在燃烧爆炸危险。SNCR是湿法脱硝，易造成脱硝剂浪费，容易在NOx达标的情况下，造成氨逃逸，引起二次污染。

3、SNCR湿法脱硝，对反应温度要求严格，最佳反应温度850-1100℃，需要控制剂量，很容易产生引起锅炉水冷壁结焦积灰，空气预热器、省煤器等堵塞，影响锅炉运行，后续难以清理等问题。

而SCR催化剂费用主要来自于催化剂种类、催化剂结构加工及在烟气净化过程中对于脱硝效率的要求，这些不仅增加了脱硝成本，而且使用一段时间后，脱硝效率会受到较大影响，出现脱硝效率不稳定的问题。

发明内容

为克服现有技术中存在的设备造价高、脱硝效率低、使用寿命低等问题，本发明提供了一种烟气脱硝系统，包括燃煤锅炉、第一脱硝反应塔、除尘器、第二脱硝反应塔、水循环装置，所述燃煤锅炉出口与所述第一脱硝反应塔入口相连，所述第一脱硝反应塔的出口与所述除尘器入口相连，所述除尘器出口与所述第二脱硝反应塔相连，所述水循环装置与所述第二脱硝反应塔首尾相连，所述第一脱硝反应塔从上到下依次设有三层脱硝反应层，位于最上方的所述脱硝反应层为SiO₂反应层，所述SiO₂反应层为多孔结构，其由主体为玻璃纤维的玻璃纤维复合层组成，SiO₂反应层内部均匀分布有Fe₂O₃颗粒，所述第一脱硝反应塔入口处设有用于通入气体NH₃的NH₃管道。

采用二级脱硝工艺，对第一脱硝反应塔和第二脱硝反应塔的脱硝功能进行区分，第一脱硝反应塔主要针对烟气中杂质、较大颗粒物、50％左右的NO气体，实现对烟气的一次粗脱硝处理，而第二脱硝反应塔则对烟气中较细颗粒物和剩余的NO和NO₂进行处理，除去烟气中95％以上的氮氧化物，达到深度除硝的目的。

第一脱硝反应塔中催化剂采用玻璃纤维非织造布复合材料结构，且Fe₂O₃颗粒均匀粘附在纤维表面，这样不仅造价便宜，而且比表面积大，烟气可与纤维表面充分接触，从而达到良好的催化效果，可保证NO气体的反应率达50％以上。

进一步，所述玻璃纤维复合层中间层为玻璃纤维层，上下两层为PTFE纤维层，上下两层与中间层之间通过针刺复合。

由于玻璃纤维在长期高速气体作用下容易折断，在其上下两层复合PTFE纤维层，可大大提高SiO₂反应层整体的稳定性，防止玻璃纤维折断，而且PTFE纤维层的耐高温耐腐蚀性可有效保护玻璃纤维免受腐蚀。

进一步，所述玻璃纤维复合层承压状况的孔隙率为70-80％，且孔隙直径一半以上在100-200微米。

通过对孔隙率和孔隙直径的设计，可阻挡较大颗粒物，达到一定的物理过程的作用。

进一步，第一脱硝反应塔中位于中间和最下方的所述脱硝反应层为活性炭反应层，位于中间的所述活性炭反应层孔径为10-100微米；位于最下方的所述脱硝反应层孔径为1-10微米。

进一步，所述SiO₂反应层的厚度为5-10cm，位于中间的所述活性炭反应层的厚度为10-15cm，位于最下方的所述活性炭反应层的厚度为8-12cm。

在SiO₂反应层后再设置两道活性炭反应层，去除烟气中剩余的较大颗粒物和绝大部分10微米以上的颗粒物。

进一步，所述燃煤锅炉由底部倒锥形燃煤区和上部圆柱形燃煤区组成，燃煤区外圆周上均匀分布有空气预热管道，所述空气预热管道包括空气入口、空气流通主体管道和燃煤区空气进气孔，所述空气流通主体嵌套在所述燃煤区墙体内部，包括空气入口主管道和空气进气分管道，所述空气入口主管道位于所述燃煤区墙体外表面，所述空气进气分管道位于所述燃煤区墙体内部，所述空气进气分管道靠近所述燃煤区内壁处均匀分布有若干燃煤区空气进气孔。

采用空气预热管道的设计，使得空气进入燃煤锅炉前先在锅炉壁周围热量的作用下进行一次预热，在进入燃煤锅炉时空气已经达到和燃煤锅炉内温度相近的状态；而主管道和分管道的设计，进一步延长了空气从入口到进入燃煤锅炉的时间，提高了预热效果。

进一步，所述第一脱硝反应塔与所述除尘器之间设有缓冲室，所述缓冲室包括连通的第一缓冲室和第二缓冲室，所述第一脱硝反应塔出口与所述第一缓冲室相连，所述第一缓冲室第一出口与所述除尘器相连，第二出口与所述第一脱硝反应塔入口相连；所述第二缓冲室一端通过风机与大气相连，另一端与所述燃煤锅炉内部连通。

通过缓冲室的设计，使得经过第一脱硝反应塔的气体部分回炉、部分再进入第一脱硝反应塔、部分直接进入除尘器，这样不仅提高了脱硝系统整体脱硝的稳定性，而且增加了脱硝系统处理烟气的能力。这里回炉的烟气、进入第一脱硝反应塔的烟气和进入除尘器的烟气的比例优选为30：30：40。

进一步，所述第二脱硝反应塔顶部固定安装有脱硝管排，底部为锥形，且底部与所述水循环装置相连，所述水循环装置出口与所述脱硝管排入口相连。

进一步，所述水循环装置包括沉淀池和混合装置，所述沉淀池从前到后依次包括第一沉淀池、第二沉淀池、第三沉淀池，所述第一沉淀池与所述第二沉淀池中间设有第一过滤网，所述第二沉淀池与所述第三沉淀池中间设有第二过滤网，第三沉淀池与所述混合装置中间设有第三过滤网，所述混合装置上设有用于补充液体的补液口。

第二脱硝反应塔中脱硝管排通入的水溶液为尿素水溶液，在反应过程中通过补液口补入浓度较高的尿素水溶液，使得通入的尿素水溶液浓度保持恒定，而沉淀池的作用主要是沉淀烟气中较小颗粒物。

本发明还提供一种烟气脱硝系统的脱硝工艺，包括如下步骤：

步骤一：在燃煤锅炉中持续添加原料煤，控制燃煤锅炉的温度为900-1300℃；

步骤二：从燃煤锅炉中出来的烟气在第一脱硝反应塔入口处与NH₃气混合后进入第一脱硝反应塔，第一脱硝反应塔内的温度控制在700-900℃，压强差为1.2-1.4kPa，烟气流速为NH₃含量为30～40wt％，经三层脱硝反应层除去烟气中杂质、较大颗粒物和50％左右的NO气体；

步骤三：对缓冲室各出口进行控制，使得回炉的烟气、进入第一脱硝反应塔的烟气和进入除尘器的烟气的比例为30：30：40，其中第二缓冲室内设有用于将气体加热的预热装置，用于将从第一缓冲室过来的气体加热到900℃以上；

步骤四：从第一缓冲室出来的烟气进入除尘器，除去烟气中99％以上的固体颗粒物，除尘器采用袋式除尘，其过滤采用的PTFE滤袋，孔隙直径为20～50微米；

步骤五：从除尘器出来的烟气经第二脱硝反应塔进行湿法脱硝，第二脱硝反应塔中尿素的浓度为40-45wt％，温度控制在40-55℃，补液口通入60wt％的尿素水溶液，在混合装置中混合使混合装置出口处尿素的浓度为40-45wt；

步骤六：烟气从第二脱硝反应塔顶部出口出来，完成脱硝作业。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)采用二级脱硝工艺，对第一脱硝反应塔和第二脱硝反应塔的脱硝功能进行区分，第一脱硝反应塔主要针对烟气中杂质、较大颗粒物、50％左右的NO气体，实现对烟气的一次粗脱硝处理，而第二脱硝反应塔则对烟气中较细颗粒物和剩余的NO和NO₂进行处理，除去烟气中95％以上的氮氧化物，达到深度除硝的目的。

(2)第一脱硝反应塔中催化剂采用玻璃纤维非织造布复合材料结构，且Fe₂O₃颗粒均匀粘附在纤维表面，这样不仅造价便宜，而且比表面积大，烟气可与纤维表面充分接触，从而达到良好的催化效果，可保证NO气体的反应率达50％以上。

(3)由于玻璃纤维在长期高速气体作用下容易折断，在其上下两层复合PTFE纤维层，可大大提高SiO₂反应层整体的稳定性，防止玻璃纤维折断，而且PTFE纤维层的耐高温耐腐蚀性可有效保护玻璃纤维免受腐蚀。

附图说明

图1是本发明较佳之脱硝系统示意图；

图2是本发明较佳之空气预热管道结构图；

图3是本发明较佳之缓冲室结构图；

图4是本发明较佳之水循环装置示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，烟气脱硝系统包括燃煤锅炉1、第一脱硝反应塔2、除尘器3、第二脱硝反应塔4、水循环装置5，所述燃煤锅炉1出口与所述第一脱硝反应塔2入口相连，所述第一脱硝反应塔4的出口与所述除尘器3入口相连，所述除尘器3出口与所述第二脱硝反应塔4相连，所述水循环装置5与所述第二脱硝反应塔4首尾相连，所述第一脱硝反应塔2从上到下依次设有三层脱硝反应层21，位于最上方的所述脱硝反应层为SiO₂反应层22，所述SiO₂反应层22为多孔结构，其由主体为玻璃纤维的玻璃纤维复合层组成，SiO2反应层内部均匀分布有Fe₂O₃颗粒，所述第一脱硝反应塔2入口处设有用于通入气体NH₃的NH₃管道23。

采用二级脱硝工艺，对第一脱硝反应塔和第二脱硝反应塔的脱硝功能进行区分，第一脱硝反应塔主要针对烟气中杂质、较大颗粒物、50％左右的NO气体，实现对烟气的一次粗脱硝处理，而第二脱硝反应塔则对烟气中较细颗粒物和剩余的NO和NO₂进行处理，除去烟气中95％以上的氮氧化物，达到深度除硝的目的。

第一脱硝反应塔2中催化剂采用玻璃纤维非织造布复合材料结构，且Fe₂O₃颗粒均匀粘附在纤维表面，这样不仅造价便宜，而且比表面积大，烟气可与纤维表面充分接触，从而达到良好的催化效果，可保证NO气体的反应率达50％以上。

玻璃纤维复合层中间层为玻璃纤维层，上下两层为PTFE纤维层，上下两层与中间层之间通过针刺复合。

由于玻璃纤维在长期高速气体作用下容易折断，在其上下两层复合PTFE纤维层，可大大提高SiO2反应层整体的稳定性，防止玻璃纤维折断，而且PTFE纤维层的耐高温耐腐蚀性可有效保护玻璃纤维免受腐蚀。

玻璃纤维复合层承压状况的孔隙率为70-80％，且孔隙直径一半以上在100-200微米。

通过对孔隙率和孔隙直径的设计，可阻挡较大颗粒物，达到一定的物理过程的作用。

第一脱硝反应塔2中位于中间和最下方的所述脱硝反应层为活性炭反应层，位于中间的所述活性炭反应层孔径为10-100微米；位于最下方的所述脱硝反应层孔径为1-10微米。

SiO₂反应层的厚度为5-10cm，位于中间的所述活性炭反应层的厚度为10-15cm，位于最下方的所述活性炭反应层的厚度为8-12cm。在SiO₂反应层后再设置两道活性炭反应层，去除烟气中剩余的较大颗粒物和绝大部分10微米以上的颗粒物。

燃煤锅炉1由底部倒锥形燃煤区11和上部圆柱形燃煤区12组成，燃煤区11外圆周上均匀分布有空气预热管道13，所述空气预热管道13包括空气入口131、空气流通主体管道132和燃煤区空气进气孔133，所述空气流通主体132嵌套在所述燃煤区11墙体内部，包括空气入口主管道134和空气进气分管道135，所述空气入口主管道134位于所述燃煤区11墙体外表面，所述空气进气分管道135位于所述燃煤区11墙体内部，所述空气进气分管道134靠近所述燃煤区11内壁处均匀分布有若干燃煤区空气进气孔133。燃煤锅炉1侧壁入口设有送煤装置14。

采用空气预热管道的设计，使得空气进入燃煤锅炉前先在锅炉壁周围热量的作用下进行一次预热，在进入燃煤锅炉时空气已经达到和燃煤锅炉内温度相近的状态；而主管道和分管道的设计，进一步延长了空气从入口到进入燃煤锅炉的时间，提高了预热效果。

第一脱硝反应塔2与所述除尘器3之间设有缓冲室6，所述缓冲室6包括连通的第一缓冲室61和第二缓冲室62，所述第一脱硝反应塔2出口与所述第一缓冲室61相连，所述第一缓冲室61第一出口611与所述除尘器3相连，第二出口612与所述第一脱硝反应塔2入口相连；所述第二缓冲室62一端通过风机63与大气相连，另一端621与所述燃煤锅炉1内部连通。

通过缓冲室的设计，使得经过第一脱硝反应塔的气体部分回炉、部分再进入第一脱硝反应塔、部分直接进入除尘器，这样不仅提高了脱硝系统整体脱硝的稳定性，而且增加了脱硝系统处理烟气的能力。这里回炉的烟气、进入第一脱硝反应塔的烟气和进入除尘器的烟气的比例优选为30：30：40。

第二脱硝反应塔4顶部固定安装有脱硝管排41，底部为锥形，且底部与所述水循环装置5相连，所述水循环装置5出口与所述脱硝管排41入口相连。所述第二脱硝反应塔4正上方设有出气口42。

水循环装置5包括沉淀池51和混合装置52，所述沉淀池51从前到后依次包括第一沉淀池511、第二沉淀池512、第三沉淀池513，所述第一沉淀池511与所述第二沉淀池512中间设有第一过滤网514，所述第二沉淀池512与所述第三沉淀池513中间设有第二过滤网515，第三沉淀池513与所述混合装置52中间设有第三过滤网516，所述混合装置52上设有用于补充液体的补液口521。第二脱硝反应塔中脱硝管排通入的水溶液为尿素水溶液，在反应过程中通过补液口补入浓度较高的尿素水溶液，使得通入的尿素水溶液浓度保持恒定，而沉淀池的作用主要是沉淀烟气中较小颗粒物。

本实施方式中烟气脱硝系统的脱硝工艺如下：

步骤一：在燃煤锅炉中持续添加原料煤，控制燃煤锅炉的温度为900-1300℃；

步骤二：从燃煤锅炉中出来的烟气在第一脱硝反应塔入口处与NH₃气混合后进入第一脱硝反应塔，第一脱硝反应塔内的温度控制在700-900℃，压强差为1.2-1.4kPa，烟气流速为NH₃含量为30～40wt％，经三层脱硝反应层除去烟气中杂质、较大颗粒物和50％左右的NO气体；

步骤三：对缓冲室各出口进行控制，使得回炉的烟气、进入第一脱硝反应塔的烟气和进入除尘器的烟气的比例为30：30：40，其中第二缓冲室内设有用于将气体加热的预热装置，用于将从第一缓冲室过来的气体加热到900℃以上；

步骤四：从第一缓冲室出来的烟气进入除尘器，除去烟气中99％以上的固体颗粒物，除尘器采用袋式除尘，其过滤采用的PTFE滤袋，孔隙直径为20～50微米；

步骤五：从除尘器出来的烟气经第二脱硝反应塔进行湿法脱硝，第二脱硝反应塔中尿素的浓度为40-45wt％，温度控制在40-55℃，补液口通入60wt％的尿素水溶液，在混合装置中混合使混合装置出口处尿素的浓度为40-45wt；

步骤六：烟气从第二脱硝反应塔顶部出口出来，完成脱硝作业。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种烟气脱硝系统，其特征在于，包括燃煤锅炉、第一脱硝反应塔、除尘器、第二脱硝反应塔、水循环装置，所述燃煤锅炉出口与所述第一脱硝反应塔入口相连，所述第一脱硝反应塔的出口与所述除尘器入口相连，所述除尘器出口与所述第二脱硝反应塔相连，所述水循环装置与所述第二脱硝反应塔首尾相连，所述第一脱硝反应塔从上到下依次设有三层脱硝反应层，位于最上方的所述脱硝反应层为SiO₂反应层，所述SiO₂反应层为多孔结构，其由主体为玻璃纤维的玻璃纤维复合层组成，SiO₂反应层内部均匀分布有Fe₂O₃颗粒，所述第一脱硝反应塔入口处设有用于通入氨气和氧气混合气体的NH₃管道。

2.根据权利要求1所述一种烟气脱硝系统，其特征在于，所述玻璃纤维复合层中间层为玻璃纤维层，上下两层为PTFE层，上下两层与中间层之间通过针刺复合。

3.根据权利要求2所述的一种烟气脱硝系统，其特征在于，所述玻璃纤维复合层承压状况的孔隙率为70-80％，且孔隙直径一半以上在100-200微米。

4.根据权利要求3所述的一种烟气脱硝系统，其特征在于，第一脱硝反应塔中位于中间和最下方的所述脱硝反应层为活性炭反应层，位于中间的所述活性炭反应层孔径为10-100微米；位于最下方的所述脱硝反应层孔径为1-10微米。

5.根据权利要求4所述的一种烟气脱硝系统，其特征在于，所述SiO₂反应层的厚度为5-10cm，位于中间的所述活性炭反应层的厚度为10-15cm，位于最下方的所述活性炭反应层的厚度为8-12cm。

6.根据权利要求5所述的一种烟气脱硝系统，其特征在于，所述燃煤锅炉由底部倒锥形燃煤区和上部圆柱形燃煤区组成，燃煤区外圆周上均匀分布有空气预热管道，所述空气预热管道包括空气入口、空气流通主体管道和燃煤区空气进气孔，所述空气流通主体嵌套在所述燃煤区墙体内部，包括空气入口主管道和空气进气分管道，所述空气入口主管道位于所述燃煤区墙体外表面，所述空气进气分管道位于所述燃煤区墙体内部，所述空气进气分管道靠近所述燃煤区内壁处均匀分布有若干燃煤区空气进气孔。

7.根据权利要求6所述的一种烟气脱硝系统，其特征在于，所述第一脱硝反应塔与所述除尘器之间设有缓冲室，所述缓冲室包括连通的第一缓冲室和第二缓冲室，所述第一脱硝反应塔出口与所述第一缓冲室相连，所述第一缓冲室第一出口与所述除尘器相连，第二出口与所述第一脱硝反应塔入口相连；所述第二缓冲室一端通过风机与大气相连，另一端与所述燃煤锅炉内部连通。

8.根据权利要求7所述的一种烟气脱硝系统，其特征在于，所述第二脱硝反应塔顶部固定安装有脱硝管排和出气口，底部为锥形，且底部与所述水循环装置相连，所述水循环装置出口与所述脱硝管排入口相连。

9.根据权利要求8所述的一种烟气脱硝系统，其特征在于，所述水循环装置包括沉淀池和混+第三沉淀池，所述第一沉淀池与所述第二沉淀池中间设有第一过滤网，所述第二沉淀池与所述第三沉淀池中间设有第二过滤网，第三沉淀池与所述混合装置中间设有第三过滤网，所述混合装置上设有用于补充液体的补液口。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种烟气脱硝系统的脱硝工艺，包括如下步骤：

步骤一：在燃煤锅炉中持续添加原料煤，控制燃煤锅炉的温度为900-1300℃；

步骤二：从燃煤锅炉中出来的烟气在第一脱硝反应塔入口处与NH₃气混合后进入第一脱硝反应塔，第一脱硝反应塔内的温度控制在700-900℃，压强差为1.2-1.4kPa，烟气流速为NH₃含量为30～40wt％，经三层脱硝反应层除去烟气中杂质、较大颗粒物和50％左右的NO气体；

步骤三：对缓冲室各出口进行控制，使得回炉的烟气、进入第一脱硝反应塔的烟气和进入除尘器的烟气的比例为30：30：40，其中第二缓冲室内设有用于将气体加热的预热装置，用于将从第一缓冲室过来的气体加热到900℃以上；

步骤四：从第一缓冲室出来的烟气进入除尘器，除去烟气中99％以上的固体颗粒物，除尘器采用袋式除尘，其过滤采用的PTFE滤袋，孔隙直径为20～50微米；

步骤五：从除尘器出来的烟气经第二脱硝反应塔进行湿法脱硝，第二脱硝反应塔中尿素的浓度为40-45wt％，温度控制在40-55℃，补液口通入60wt％的尿素水溶液，在混合装置中混合使混合装置出口处尿素的浓度为40-45wt；

步骤六：烟气从第二脱硝反应塔顶部出口出来，完成脱硝作业。