CN110772984A - 脱硝反应设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及脱硝反应设备技术领域，具体提供了一种脱硝反应设备，旨在解决现有脱硝反应设备中的催化剂在烟气开始通入的一段时间内活性较低的问题。为此目的，本发明的脱硝反应设备包括壳体，壳体内形成有反应腔，在使用状态下反应腔内放置有催化剂；进料通道，进料通道与反应腔连通；出料通道，出料通道与反应腔连通；加热元件，其用于加热反应腔内的催化剂。通过这样的设置，在烟气通入反应腔之前，通过加热元件对反应腔内催化剂加热，在对催化剂加热一段时间后通入烟气和氨气，保证了烟气和氨气的混合气体与催化剂接触的整个过程中催化剂的温度处于启活温度范围内，使烟气中的NOx与氨气充分反应，避免了烟气中的NOx排入大气而污染环境。
Description
技术领域
本发明涉及脱硝反应设备技术领域，具体提供了一种脱硝反应设备。
背景技术
火力发电厂、冶炼厂、工业锅炉等排放的烟气中含有大量的NOx，是大气中产生酸雨的主要污染物。通常，将排出的烟气和氨气通入脱硝反应设备中，在催化剂的催化作用下，氨气与烟气中的NOx发生还原反应生成氮气和水排出。
一般，催化剂具有一定的启活温度范围(如130-150℃)。烟气和氨气通入脱硝反应设备与催化接触的过程中能够加热催化剂，保证催化剂的催化作用。不过，在烟气开始通入脱硝反应设备的一段时间内，催化剂的温度不在启活温度范围内，催化剂的活性较低，烟气中的NOx与氨气不能充分反应，导致含有NOx的气体排入大气而污染环境。
相应地，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有脱硝反应设备中的催化剂在烟气开始通入的一段时间内活性较低的问题，本发明提供了一种脱硝反应设备，所述脱硝反应设备包括：壳体，所述壳体内形成有反应腔，在使用状态下所述反应腔内放置有催化剂；进料通道，所述进料通道与所述反应腔连通；出料通道，所述出料通道与所述反应腔连通；加热元件，其用于加热所述反应腔内的催化剂。
在上述脱硝反应设备的优选技术方案中，所述反应腔内配置有温度传感器。
在上述脱硝反应设备的优选技术方案中，所述脱硝反应设备包括控制器，所述控制器基于所述温度传感器检测到的数据控制所述加热元件。
在上述脱硝反应设备的优选技术方案中，所述壳体包括外壳和内壳，所述反应腔形成于所述内壳内，所述进料通道设置在所述外壳与所述内壳之间。
在上述脱硝反应设备的优选技术方案中，所述外壳包括外层结构和内层结构，所述外层结构和内层结构之间设置有隔热层。
在上述脱硝反应设备的优选技术方案中，所述隔热层为填充在所述外层结构和内层结构之间的保温材料层。
在上述脱硝反应设备的优选技术方案中，所述反应腔内设置有隔板，所述隔板将所述反应腔分割成第一腔体和第二腔体，所述进料通道和所述出料通道分别与所述第一腔体和所述第二腔体连通；其中，所述第一腔体内设置有至少一个催化剂装载器，所述催化剂装载器包括第一筒体，所述第一筒体的第一端固定有端板，所述端板中部具有开口，所述第一筒体内设置有与其内壁滑动配合的滑动板，所述端板和所述滑动板之间设置有嵌套的第二筒体和第三筒体，所述第二筒体的第一端与所述开口的边缘固定连接，所述第三筒体的第一端与所述滑动板固定连接，所述第一筒体、所述第二筒体以及所述第三筒体均为网孔结构，所述端板、所述滑动板、所述第一筒体、所述第二筒体、所述第三筒体围成第一催化剂装载空间；其中，所述隔板上设置有与所述催化剂装载器数量对应的安装孔，所述开口与安装孔连接。
在上述脱硝反应设备的优选技术方案中，所述第三筒体套设在所述第二筒体的外侧或者所述第二筒体套设在所述第三筒体的外侧。
在上述脱硝反应设备的优选技术方案中，所述滑动板上与所述第一催化剂装载空间对应的区域设置有至少一个填充口。
在上述脱硝反应设备的优选技术方案中，所述滑动板上与所述第三筒体内部对应的区域为网孔结构，所述第一筒体的第二端与所述滑动板之间的空间形成第二催化剂装载空间。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的技术方案中，脱硝反应设备包括壳体，壳体内形成有反应腔，在使用状态下反应腔内放置有催化剂；进料通道，进料通道与反应腔连通；出料通道，出料通道与反应腔连通；加热元件，其用于加热反应腔内的催化剂。通过这样的设置，在烟气通入反应腔之前，通过加热元件对反应腔内催化剂进行加热，在对催化剂加热一段时间后通入烟气和氨气，保证了烟气和氨气的混合气体与催化剂接触的整个过程中催化剂的温度处于启活温度范围内，使烟气中的NOx与氨气充分反应，避免了烟气中的NOx排入大气而污染环境。另外，可以通过加热元件定期对催化剂进行加热，使催化剂吸收的水分蒸发，避免催化剂因吸收过量的水分而失去活性，延长了催化剂的使用寿命。
优选地，反应腔内配置有温度传感器。在加热元件加热催化剂的过程中，温度传感器实时检测催化剂的温度。当催化剂的温度达到启活温度范围时，操作人员可以控制加热元件停止对催化剂加热。这样，避免了催化剂可能出现温度过高而失活的情况发生。
优选地，脱硝反应设备包括控制器，控制器基于温度传感器检测到的数据控制加热元件。如在加热元件加热催化剂的过程中，温度传感器实时检测催化剂的温度，当催化剂的温度达到启活温度范围时，控制器控制加热元件停止加热。又如控制器控制加热元件先以大功率对催化剂进行加热，当温度传感器检测到催化剂的温度大于第一设定温度时，控制器调节加热元件以小功率继续加热，当催化剂的温度达到启活温度范围后，控制器控制温度加热元件停止加热。通过这样的设置，方便了催化剂的加热操作，保证了催化剂的活性。
附图说明
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：
图1是本发明一种实施例的脱硝反应设备的结构示意图；
图2是本发明一种实施例的脱硝反应设备的剖视示意图；
图3是本发明一种实施例的脱硝反应设备中催化剂装载器的半剖示意图。
附图标记列表:
1、壳体；11、外壳；111、外层结构；112、内层结构；12、内壳；131、第一腔体；132、第二腔体；2、进料通道；3、出料通道；4、防爆型电加热器；5、温度传感器；6、压力传感器；7、隔板；71、安装孔；8、催化剂装载器；81、第一筒体；82、第二筒体；83、第三筒体；84、端板；841、开口；85、滑动板；851、填充口；86、第一催化剂装载空间；87、第二催化剂装载空间；88、加强环。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
另外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，为了更好地说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实施例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于突显本本发明的主旨。
基于背景技术中所述的脱硝反应设备中的催化剂在烟气开始通入的一段时间内活性较低的问题，本发明提供了一种脱硝反应设备，脱硝反应设备包括：壳体，壳体内形成有反应腔，在使用状态下反应腔内放置有催化剂；进料通道，进料通道与反应腔连通；出料通道，出料通道与反应腔连通；加热元件，其用于加热反应腔内的催化剂。在烟气通入反应腔之前，通过加热元件对反应腔催化剂进行加热，在对催化剂加热一段时间后通入烟气和氨气，保证了烟气和氨气的混合气体与催化剂接触的整个过程中催化剂的温度处于启活温度范围内，使烟气中的NOx与氨气充分反应，避免了烟气中的NOx排入大气而污染环境。
参照图1至图3，图1是本发明一种实施例的脱硝反应设备的结构示意图；图2是本发明一种实施例的脱硝反应设备的剖视示意图；图3是本发明一种实施例的脱硝反应设备中催化剂装载器的半剖示意图。
如图1至3所示，在一种具体的实施例中，脱硝反应设备包括壳体1，壳体1包括外壳11和内壳12，内壳12内形成有反应腔，反应腔内设置有隔板7，隔板7将反应腔分成上部的第一腔体131和下部的第二腔体132。外壳11和内壳12之间形成有进料通道2，进料通道2的一端与外部连通，进料通道2的另一端与第一腔体131连通。壳体1上还形成有贯穿外壳11和内壳12的出料通道3，出料通道3的一端与第二腔体132连通，出料通道3的另一端与外部连通。隔板7上设置有多个安装孔71，每个安装孔71处安装有催化剂装载器8。
脱硝反应设备包括加热元件，具体地加热元件为壳体1上从外部插入第二腔体132的4个防爆型电加热器4。脱硝反应设备还包括温度传感器，具体地温度传感器为壳体1上从外部插入第二腔体132的温度传感器5。在壳体1上还设置有从外部插入第二腔体132的压力传感器6。在使用过程中，防爆型电加热器4用于加热催化剂装载器8内填充的颗粒状催化剂以提高催化剂的活性，温度传感器5和压力传感器6分别用来检测反应腔内的温度以及压力。脱硝反应设备还包括控制器(图中未示出)，控制器基于温度传感器5检测到的数据控制防爆型电加热器4的功率。需要说明的是，催化剂颗粒的形状可以是粒状、柱状、三叶状、环状等。本领域技术人员可以理解的是，加热元件为4个防爆型电加热器4仅是一种具体的实施方式，本领域技术人员可以根据需要对其进行调整，以便使用具体的应用场合，如防爆型电加热器的数量为1个、2个、3个等，加热元件为热泵加热元件、燃气加热元件等或者其他合适的加热元件等。
在烟气和氨气通过进料通道2通入反应腔之前，控制器控制防爆型电加热器4工作，对催化剂进行加热。在这个过程中，温度传感器实时检测催化剂的温度，当催化剂的温度达到设定温度时，控制器控制防爆型电加热器4停止加热。通过这样的设置，能够使催化剂的温度处于启活温度范围内，使催化剂保持较高的活性，同时能够避免催化剂的温度过高造成催化剂烧结失活。在一种具体的实施方式中，控制器可以先控制防爆型电加热器4以高功率工作，当温度传感器5检测到的温度大于第一设定温度时，控制器控制防爆型电加热器4以低功率工作，当温度传感器5检测到的温度达到第二设定温度时，控制防爆型电加热器4停止加热。第二设定温度可以是催化剂启活温度范围内的任一值。进料通道2设置在外壳11与内壳12之间，能够使混合气体从内壳12的四周均匀地进入反应腔内，使气流更加均匀。
继续参照图2，优选地，外壳11包括外层结构111和内层结构112，外层结构111和内层结构112之间设置有隔热层(图中未示出)，具体地，隔热层为填充在外层结构111和内层结构112之间的保温材料层，如岩棉层，或者陶瓷填料层或者高温玻璃纤维层等。可以理解的是，隔热层也可以是设置在外层结构111和内层结构112之间的真空层。通过这样的设置，外壳11具有一定的保温作用，避免了防爆型电加热器4加热催化剂的阶段热量散失过多而浪费能源。
在一种可行的实施方式中，脱硝反应设备可以不包括控制器，操作人员根据温度传感器检测到的温度数据手动开闭加热元件以及调节加热元件的功率。
在另一种可行的实施方式中，脱硝反应设备可以不包括控制器和温度传感器，操作人员根据经验或者实验参数控制加热元件的加热时长。
如图3所示，优选地，催化剂装载器8包括横截面形状为圆形的第一筒体81，第一筒体81的下端固定有端板84，端板84中部具有开口841，第一筒体81内设置有与其内壁滑动配合的滑动板85，端板84和滑动板85之间设置有嵌套的横截面形状为圆形的第二筒体82和第三筒体83，第二筒体82的下端与开口841的边缘固定连接，第三筒体83的上端与滑动板85固定连接，第三筒体83套在第二筒体82的外部，第一筒体81、第二筒体82以及第三筒体83同轴设置。第一筒体81、第二筒体82以及第三筒体83均为网孔结构，滑动板85上与第一催化剂装载空间96对应的区域设置有4个填充口851，滑动板85上与第三筒体83内部对应的区域为网孔结构。例如，第一筒体81、第二筒体82以及第三筒体83均由多孔板制成，滑动板85上与第三筒体83内部对应的区域为多孔板。可以理解的是，第一筒体81、第二筒体82以及第三筒体83也可以通过金属网制成，动板85上与第三筒体83内部对应的区域为金属网。需要说明的是，孔板结构或者网结构的孔径小于颗粒体催化剂的粒径。端板84、滑动板85、第一筒体81、第二筒体82、第三筒体83围成第一催化剂装载空间86，第一筒体81的上端与滑动板85之间的空间形成第二催化剂装载空间87。在安装好的状态下，端板84中部的开口841与隔板7上的安装孔71固定连接。优选地，第一筒体81内壁与第二筒体82的外壁之间的距离为50～80mm。通过这样的设置，催化剂装载器8的装载空间能够调节，可以在进行脱硝反应之前根据待反应气体的浓度装填合适量的催化剂，既保证了有效的催化作用，又避免了催化剂的浪费。
在使用过程中，先根据反应气体的浓度上下移动滑动板85和第三筒体83，调节第一催化剂装载空间86的容积。然后通过填充口851在第一催化剂装载空间86内填满颗粒状催化剂，并在第二催化剂装载空间87内填充一定量的颗粒状催化剂。优选地，第二催化剂装载空间87内填充的催化剂层的厚度为50～80mm。将填充有颗粒状催化剂的催化剂装载器8安装至隔板7上的安装孔71。氨气和含有大量NOx的烟气混合并从进料通道2的左端(按照图2所示方位)通入，之后混合气体在外壳11与内壳12之间向上流动，最后从内壳12的上部进入第一腔体131内。第一腔体131内混合气体中的一部分从第一壳体81的外侧沿径向进入第一催化剂装载空间86内流经催化剂后进入第二筒体82的内部，最后从开口841进入第二腔体132；第一腔体131内混合气体中的另一部分进入催化剂装载器8的第二催化剂装载空间87内沿第一筒体81的轴向从上向下流经催化剂、滑动板85后进入第二筒体82内，最后从开口841进入第二腔体132。混合气体在流经催化剂的过程中，在催化剂的催化作用下，烟气中的NOx与氨气发生还原反应生成氮气和水，反应后的混合气体进入第二腔体132经出料通道3排出。
第一筒体81、第二筒体82和第三筒体83的截面形状相同并且同轴设置，使第一催化剂装载空间86各处沿第一筒体81径向的尺寸相同，混合气体从第一壳体81的外侧不同位置沿径向进入第一催化剂装载空间86内流经催化剂的过程中接触到等厚度的催化剂层，保证了催化剂的催化效果。第一筒体81内壁与第二筒体82的外壁之间的距离设置成50～80mm，第二催化剂装载空间87内填充的催化剂层的厚度为50～80mm既保证了混合气体与催化剂的接触面积，又避免了混合气体流过催化剂的阻力过大，降低了过气压头。滑动板85上与第三筒体83内部对应的区域为网孔结构，第一筒体81的上端与滑动板85之间的空间形成第二催化剂装载空间87，这样增大了混合气体与催化剂的接触面积，提高了反应效率，保证了混合气体充分反应。同时改变了反应气体的过气截面积，在待处理的烟气量相对衡定的情况下，改变了烟气与氨气混合后经过催化器反应层的过气时间(如约0.8秒，1.5秒等)，提高了反应效率。
本领域技术人员可以理解的是，滑动板85上与第一催化剂装载空间96对应的区域设置的填充口851的数量为4个仅是一种示例性的描述，本领域技术人员可以根据需要对其进行调整，如填充口851的数量可以是1个、2个、3个等。另外，填充口851的形状和大小不受限制，如可以使方形，圆形或环状等。在一种可行的实施例中，滑动板85上可以不设置填充口851。滑动板85和第三筒体83可拆卸地连接，在拆下滑动板85后向第一催化剂装载空间86内填充催化剂。另外，第三筒体83套在第二筒体82的外部仅是一种具体的实施方式，本领域技术人员可以根据需要对其进行调整，如第二筒体82套在第三筒体83的外部。
此外，第一筒体81、第二筒体82和第三筒体83的截面形状相同并且同轴设置仅是一种优选的实施方式，本领域技术人员可以根据需要对其进行调整，如在一种可行的实施例中，第一筒体81、第二筒体82和第三筒体83的截面形状相同，如均为圆形，第二筒体82和第三筒体83同轴但与第一筒体81不同轴；在一种可行的实施方式中，第一筒体81、第二筒体82和第三筒体83的截面形状不相同，第一筒体81和第三筒体83的横截面形状为圆形，第二筒体82的横截面形状为等边三角形、正方形、正五边形等，第一筒体81、第二筒体82和第三筒体83同轴设置。
本领域技术人员可以理解的是，滑动板85上与第三筒体83内部对应的区域可以不设置网孔结构，滑动板85上与第三筒体83内部对应的区域为实体板，催化剂装载器8中仅设置有装载催化剂的第一催化剂装载空间86。这样，通过移动滑动板85和第三筒体83，调节第一催化剂装载空间86的容积，改变催化剂的装载量以及反应气体与催化剂的接触面积。
继续参照图3，优选地，第三筒体83的下端设置有加强环88。通过在第三筒体83的下端设置加强环88，能够防止第三筒体83的下端受热变形而造成第三筒体83与第二筒体82之间挤压产生较大的摩擦力或者卡死而影响第三筒体83相对于第二筒体82移动。本领域技术人员可以理解的是，可以在第二筒体82的上端设置加强环，也可以在第二筒体82的上端和第三筒体83的下端同时设置加强环。
通过以上描述可以看出，在本发明的技术方案中，通过在脱硝反应设备内设置加热元件，能够在烟气通入反应腔之前，通过加热元件对反应腔内催化剂进行加热，在对催化剂加热一段时间后通入烟气和氨气，保证了烟气和氨气的混合气体与催化剂接触的整个过程中催化剂的温度处于启活温度范围内，使烟气中的NOx与氨气充分反应，避免了烟气中的NOx排入大气而污染环境。优选地，反应腔内配置有温度传感器。通过温度传感器实时检测反应腔内催化剂的温度，能够避免催化剂温度过高发生烧结而失活。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种脱硝反应设备，其特征在于，所述脱硝反应设备包括：
壳体，所述壳体内形成有反应腔，在使用状态下所述反应腔内放置有催化剂；
进料通道，所述进料通道与所述反应腔连通；
出料通道，所述出料通道与所述反应腔连通；
加热元件，其用于加热所述反应腔内的催化剂。
2.根据权利要求1所述的脱硝反应设备，其特征在于，所述反应腔内配置有温度传感器。
3.根据权利要求2所述的脱硝反应设备，其特征在于，所述脱硝反应设备包括控制器，所述控制器基于所述温度传感器检测到的数据控制所述加热元件。
4.根据权利要求3所述的脱硝反应设备，其特征在于，所述壳体包括外壳和内壳，所述反应腔形成于所述内壳内，所述进料通道设置在所述外壳与所述内壳之间。
5.根据权利要求4所述的脱硝反应设备，其特征在于，所述外壳包括外层结构和内层结构，所述外层结构和内层结构之间设置有隔热层。
6.根据权利要求5所述的脱硝反应设备，其特征在于，所述隔热层为填充在所述外层结构和内层结构之间的保温材料层。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的脱硝反应设备，其特征在于，所述反应腔内设置有隔板，所述隔板将所述反应腔分割成第一腔体和第二腔体，所述进料通道和所述出料通道分别与所述第一腔体和所述第二腔体连通；
其中，所述第一腔体内设置有至少一个催化剂装载器，所述催化剂装载器包括第一筒体，所述第一筒体的第一端固定有端板，所述端板中部具有开口，所述第一筒体内设置有与其内壁滑动配合的滑动板，所述端板和所述滑动板之间设置有嵌套的第二筒体和第三筒体，所述第二筒体的第一端与所述开口的边缘固定连接，所述第三筒体的第一端与所述滑动板固定连接，所述第一筒体、所述第二筒体以及所述第三筒体均为网孔结构，所述端板、所述滑动板、所述第一筒体、所述第二筒体、所述第三筒体围成第一催化剂装载空间；
其中，所述隔板上设置有与所述催化剂装载器数量对应的安装孔，所述开口与安装孔连接。
8.根据权利要求7所述的脱硝反应设备，其特征在于，所述第三筒体套设在所述第二筒体的外侧或者所述第二筒体套设在所述第三筒体的外侧。
9.根据权利要求8所述的脱硝反应设备，其特征在于，所述滑动板上与所述第一催化剂装载空间对应的区域设置有至少一个填充口。
10.根据权利要求8所述的脱硝反应设备，其特征在于，所述滑动板上与所述第三筒体内部对应的区域为网孔结构，所述第一筒体的第二端与所述滑动板之间的空间形成第二催化剂装载空间。
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