CN110787631A - 适用于中低温scr脱硝进口的嵌入式烟气脱硫装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于中低温SCR脱硝进口的嵌入式烟气预脱硫装置，旋转式催化氧化填料层和旋转式吸附层水平设置于圆形烟道内并可相对于圆形烟道旋转，所述旋转式氧化填料层位于旋转式吸附层的下方；所述旋转式吸附层上方设置有吹扫进口罩，所述旋转式催化氧化填料层下方设置有吹扫出口罩，在旋转式吸附层和旋转式催化氧化填料层之间设置有吹扫输送通道，所述吹扫输送通道设置有使烟气和吹扫气体相隔离的物理隔断，所述吹扫进口罩、吹扫输送通道、吹扫出口罩形成吹扫通道，该吹扫通道相对于圆形烟道静止；旋转式吸附层、旋转式催化氧化填料层的部分区域位于吹扫通道内。本发明避免催化剂堵塞，保证SCR系统正常运行。

Description

适用于中低温SCR脱硝进口的嵌入式烟气脱硫装置、系统及 方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，更具体地说，涉及一种适用于中低温SCR脱硝进口的嵌入式烟气预脱硫装置、系统和方法。

背景技术

当前，国家环保部门对工业大气排放污染物标准及要求不断提高，要求实现烟气氮氧化物超低排放。

目前国内燃煤锅炉及工业窑炉烟气脱硝深度治理多数采用适合于280～420℃温度区间的SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原法)脱硝工艺，硫酸氢铵在这个温度段内为气态，所以不需要考虑硫酸氢铵的沉积问题，经脱硝后排出的烟气中氮氧化物排放浓度就能满足规定的排放标准值。但SCR脱硝工艺需要采用大量的催化剂才能促使脱硝化学反应的进行，催化剂价格昂贵且容易因低烟气温度、硫酸氢氨(ABS，AmmoniumBisulfate)等造成催化剂的失效、堵塞、腐蚀等问题，当催化剂出现上述问题后，系统整体的化学使用寿命及机械寿命将受到影响，此时为保证脱硝系统的正常运行及氮氧化物的达标排放，就需要及时停炉对催化剂进行再生或更换，特别是像石油炼制行业的加热炉等工况条件不足的一些非电行业工业窑炉，在环保要求非常严格的现状下，因布置空间不足，高温高尘脱硝技术不成熟等因素，不得不考虑将SCR脱硝系统布置于280℃及以下的中低温的温度区间，但此温度区间在中低温状况下极易生成硫酸氢氨，硫酸氢铵在中低温的温度段是粘稠的液态，极易和飞灰等物质黏在一起，在锅炉下游设备造成沉积、腐蚀等危害，从而导致脱硝系统瘫痪无法正常运行或无法使氮氧化物达标排放。

为了现有技术中解决脱硝系统存在的问题，业界提出了各种不同的解决办法，如申请日为2018年3月3日，名称为一种脱硝脱硫兼除尘的烟气处理系统的中国发明专利提出了一种技术方案，包括锅炉尾段、省煤器、SCR反应器、空预器、干式电除尘器、脱硫塔、湿式除尘器、烟囱，省煤器设于锅炉尾段上，锅炉尾段的出口与SCR反应器之间连接有第一烟道；省煤器的入口前加装有用于将高温烟气引出进第一烟道内的烟气旁路管，烟气旁路管上安装有控制阀，且烟气旁路管与第一烟道的连接点位于第一烟道的中部靠近锅炉尾段一侧；SCR反应器的出口与空预器之间连接有第二烟道，干式电除尘器与空预器之间连通有第三烟道，干式电除尘器与脱硫塔之间连通有第四烟道，脱硫塔与湿式除尘器之间连通有第五烟道；湿式除尘器与烟囱之间连通有第六烟道。上述设置可降低催化剂孔堵塞的概率，从而延长SCR装置的寿命。

又如申请日为2016年12月21日，名称为一种减缓SCR催化剂失活和空气预热器堵塞的系统和方法的中国发明专利提出了另一种技术方案，将传统锅炉尾部设备布置方法进行了如下改进：空气预热器分为两段，烟气依次流过省煤器，高温空气预热器，静电除尘器，SCR装置，低温空气预热器，暖风器，低温除尘器，脱硫塔，最后从烟囱排入大气；SCR装置处的烟温约为200℃，采用尿素水解法来制取脱硝所需的还原剂，在溶解罐里同时溶解尿素和硝酸铵，混合溶液经过加热、水解生成氨气和硝酸气体一起喷入SCR装置，通过一种新的NO还原反应来实现低温下SCR的高效安全运行：HNO₃+2NO+3NH₃→3N₂+5H₂O，该反应在200℃的NO还原率可达90％；本发明在保证锅炉尾部脱硝效率的同时，可以减缓SCR催化剂的失活和空气预热器的堵塞，提高了锅炉运行的经济性和安全性。

不同于上述专利，本发明提供了另一种不同的技术方案。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有技术中存在的SCR脱硝催化剂堵塞、失活现象等问题，本发明提供一种用于中低温SCR脱硝进口的嵌入式烟气预脱硫装置、系统和方法。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：一种适用于中低温SCR脱硝进口的嵌入式烟气预脱硫装置，包括旋转式催化氧化填料层、旋转式吸附层、圆形烟道，所述旋转式催化氧化填料层和旋转式吸附层水平设置于圆形烟道内并可相对于圆形烟道旋转，所述旋转式氧化填料层位于旋转式吸附层的下方；所述旋转式吸附层上方设置有吹扫进口罩，所述旋转式催化氧化填料层下方设置有吹扫出口罩，在旋转式吸附层和旋转式催化氧化填料层之间设置有吹扫输送通道，所述吹扫输送通道设置有使烟气和吹扫气体相隔离的物理隔断，所述吹扫进口罩、吹扫输送通道、吹扫出口罩形成吹扫通道，该吹扫通道相对于圆形烟道静止；所述旋转式吸附层、旋转式催化氧化填料层的部分区域位于吹扫通道内。

所述旋转式催化氧化填料层含有将烟气中的SO₂氧化成SO₃的催化剂颗粒，所述旋转式吸附层用于吸附烟气中的硫酸氢氨；通过本技术方案，可实现低硫烟气进入SCR反应器前预先将烟气中低浓度SO₂预先氧化成SO₃，与喷入烟道中的NH₃进行反应生成硫酸氢氨并吸附，并采用高温空气或蒸汽进行吹扫在线脱附清除，避免催化剂遭受堵塞、失活现象的发生，延长催化剂使用寿命，保证SCR脱硝系统的正常运行。吹扫输送通道设置有使上升的烟气和被吹扫下降的硫酸氢铵相隔离的物理隔断，能够确保被吹扫下来的硫酸氢铵能够沿着吹扫输送通道通过吹扫出口罩排出，而不会被上升的烟气流带着往上走被旋转式吸附层再次吸附，从而影响吹扫及脱硫效果。

进一步地，所述旋转式催化氧化填料层和旋转式吸附层由传动机构连接，所述传动机构通过传动支架设置于圆形烟道内，所述传动机构与驱动装置连接，该驱动装置位于圆形烟道外。采用这种技术方案可只用一个驱动装置就同时驱动旋转式催化氧化填料层和旋转式吸附层的转动，节省生产成本，在该技术方案中，旋转式催化氧化填料层与旋转式吸附层旋转方向一致。当然，也可以对旋转式催化氧化填料层和旋转式吸附层分别进行驱动。

进一步地，所述驱动装置与SCR脱硝系统联锁控制，即当SCR脱硝系统运行时，驱动装置驱动旋转式催化氧化填料层和旋转式吸附层转动；当SCR脱硝系统停止时，驱动装置使旋转式催化氧化填料层和旋转式吸附层立即停止或延迟停止。该技术方案能够在保证很好的脱附效果的前提下节约资源、降低生产成本。

进一步地，在圆形烟道的外侧壁上，驱动装置和传动机构的连接处设置有防泄漏密封罩。

进一步地，所述旋转式催化氧化填料层、旋转式吸附层的周向边缘采用周向圆环密封挡板进行密封，所述周向圆环密封挡板安装在圆形烟道内壁上。周向圆环密封挡板能够避免烟气从旋转式催化氧化填料层、旋转式吸附层与圆形烟道内壁的缝隙中逃逸，确保烟气无泄漏。

进一步地，所述旋转式吸附层为多层交错叠加的耐腐蚀不锈钢丝网。

进一步地，还包括压差分析仪，所述压差分析仪包括两个带截止阀的检测口，下检测口设置于旋转式催化氧化填料层下方，上检测口设置于旋转式吸附层上方。根据压差分析仪检测压差结果定时通过吹扫进口罩向圆形烟道内喷入高温空气或高温蒸汽。

本发明同时提供一种适用于中低温SCR脱硝的烟气预脱硫系统，采用上述的嵌入式烟气预脱硫装置，所述嵌入式烟气预脱硫装置的圆形烟道设置在SCR脱硝进口烟道，所述嵌入式烟气预脱硫装置位于喷氨格栅上方。通过在SCR脱硝进口烟道中设置嵌入式烟气预脱硫装置，可实现低硫烟气进入SCR反应器前预先将烟气中低浓度SO₂预先氧化成SO₃，然后与喷入烟道中的NH₃进行反应生成硫酸氢氨并吸附，并采用高温空气或蒸汽进行吹扫在线脱附清除，避免催化剂遭受堵塞、失活现象的发生，延长催化剂使用寿命，保证SCR脱硝系统的正常运行。

进一步地，所述圆形烟道作为SCR脱硝进口烟道的一部分。嵌入式烟气预脱硫装置可以与SCR脱硝进口烟道通过焊接或其他方式连接，将嵌入式烟气预脱硫装置的圆形烟道作为SCR脱硝进口烟道的一部分，降低成本。

本发明还提供一种烟气预脱硫方法，包括以下步骤：

嵌入式烟气预脱硫装置的旋转式催化氧化填料层、旋转式吸附层持续转动，烟气进入旋转式催化氧化填料层进行化学反应产生硫酸氢铵，硫酸氢铵在上升过程中被旋转式吸附层吸附；旋转式催化氧化填料层、旋转式吸附层的部分区域转动至吹扫通道，向吹扫通道内通入气体，对旋转式催化氧化填料层、旋转式吸附层的该部分区域进行吹扫。

进一步地，所述旋转式催化氧化填料层与旋转式吸附层同步同向转动。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明可实现低硫烟气进入SCR反应器前预先将烟气中低浓度SO₂预先氧化成SO₃与喷入烟道中部分NH₃进行反应生成硫酸氢氨并吸附，并采用高温空气或蒸汽进行吹扫在线脱附清除，避免催化剂遭受堵塞、失活现象的发生，延长催化剂使用寿命，保证SCR脱硝系统的正常运行，并且能够直接降低烟气中的SO₂浓度，使排放的SO₂浓度完全符合现行国家标准规定的排放标准，减小脱硫系统的规模，降低在脱硫系统设施上的投入成本；

(2)本发明结构简单，设计合理，易于制造。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明中嵌入式烟气预脱硫装置放大示意图；

图3为本发明中嵌入式烟气预脱硫装置的旋转式催化氧化填料层结构放大图；

图4为本发明中嵌入式烟气预脱硫装置的旋转式吸附层结构放大图；

图5为本发明中嵌入式烟气预脱硫装置的周向圆环密封挡板的安装示意图。

图中：1：SCR脱硝进口烟道；2：喷氨格栅；3：嵌入式烟气预脱硫装置；4：旋转式催化氧化填料层；4-1：脱附区域；5：旋转式吸附层；5-1：脱附区域；6：圆形烟道；6-1：圆形烟道内壁；7：传动机构；8：传动支架；9：驱动装置；10：防泄漏密封罩；11：电机支架；12：吹扫进口罩；13：吹扫出口罩；14：吹扫输送通道；15：周向圆环密封挡板；16：压差分析仪。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

如图1所示，嵌入式烟气预脱硫装置3为模块结构，其安装于喷氨格栅2上方，可以通过焊接等方式将嵌入式烟气预脱硫装置安装在SCR脱硝进口烟道1。

如图2所示，嵌入式烟气预脱硫装置3包括旋转式催化氧化填料层4、旋转式吸附层5、圆形烟道6、传动机构7、传动支架8、驱动装置9、防泄漏密封罩10、电机支架11、吹扫进口罩12、吹扫出口罩13、吹扫输送通道14、周向圆环密封挡板15、压差分析仪16。其中，旋转式催化氧化填料层4含有大量高效催化剂颗粒填料，用于将烟气中的SO₂氧化成SO₃；旋转式吸附层5含有多层交错叠加的耐腐蚀不锈钢丝网，用于吸附烟气中的硫酸氢氨。

旋转式催化氧化填料层4与旋转式吸附层5为圆形结构，水平设置在圆形烟道6中，两者中间由传动机构7连接并由上下两组传动支架8支撑设置于圆形烟道6内；可以将圆形烟道6设置在SCR脱硝进口烟道中，也可以将圆形烟道6的一端与SCR脱硝进口烟道1连接，另一端与SCR反应器连接，使得圆形烟道6成为SCR脱硝进口烟道的一部分，还可以将SCR脱硝进口烟道分成上下两段，将圆形烟道设置在两段之间，这样也使得圆形烟道成为SCR脱硝进口烟道的一部分；传动支架8直接与圆形烟道内壁6-1通过焊接固定；旋转式催化氧化填料层4与旋转式5吸附层周向与圆形烟道6之间留有一定间隙，保证旋转式催化氧化填料层4与旋转式5能够自由旋转。

压差分析仪16由上下两个带截止阀的检测口组成，上检测口安装于旋转式吸附层5正上方，下检测口安装于旋转式催化氧化填料层4正下方；通过两个检测口检测的数据，决定通过吹扫进口罩12喷入高温空气或高温蒸汽的时间和频率，传动机构7、传动支架8、压差分析仪16上下两个带截止阀的检测口都为耐腐蚀不锈钢材质。

如图3和图4所示，旋转式催化氧化填料层4与旋转式吸附层5为圆形结构，中间为传动机构7的连接孔，图中所标扇形区域为吹扫脱附区域4-1和5-1。旋转式催化氧化填料层4与旋转式吸附层5通过传动机构7由安装在电机支架11上的驱动装置9驱动旋转，在本实施例中，驱动装置9采用摆线针轮减速机，旋转式催化氧化填料层4与旋转式吸附层5旋转方向一致；在圆形烟道6外壁上，驱动装置9和传动机构7之间设置有防泄漏密封罩10。

驱动装置9与SCR脱硝系统联锁控制，即当SCR脱硝系统运行时，驱动装置9驱动嵌入式烟气预脱硫装置3启动运行；当SCR脱硝系统停止时，驱动装置9使嵌入式烟气预脱硫装置3即时停止或延迟停止；在本实施例中通过摆线针轮减速机可实现转速的变频调节。

如图5所示，旋转式催化氧化填料层4的周向采用周向圆环密封挡板15进行密封，周向圆环密封挡板15直接与圆形烟道内壁6-1进行焊接固定，防止烟气从旋转式催化氧化填料层4的周围逃逸。同样地，旋转式吸附层5的周向也采用周向圆环密封挡板15进行密封，周向圆环密封挡板15直接与圆形烟道内壁6-1进行焊接固定，防止烟气从旋转式吸附层5的周围逃逸(图中未示出)。具体实施时，可在旋转式催化氧化填料层4的周向边缘上方和旋转式吸附层5周向边缘下方分别设置周向圆环密封挡板15。

如图2、图3及图4所示，旋转式吸附层5上方设置有吹扫进口罩12，旋转式催化氧化填料层4下方设置有吹扫出口罩13，在旋转式吸附层5和旋转式催化氧化填料层4之间设置有吹扫输送通道14，吹扫输送通道14与圆形烟道6之间为物理隔断，该物理隔断从旋转式催化氧化填料层4的下方延伸至旋转式吸附层5；具体实施时，可采用一有夹角的钢板作为隔断，钢板的两个边与圆形烟道内壁6-1，形成一个密封的吹扫输送通道14；吹扫进口罩12、吹扫输送通道14、吹扫出口罩13形成吹扫通道。结合图3、4标示的脱附区域4-1和5-1，当旋转式催化氧化填料层4、旋转式吸附层5的相应区域转动至吹扫通道时，旋转式催化氧化填料层4、旋转式吸附层5的该部分区域即分别为脱附区域4-1和5-1，当该部分区域离开吹扫通道后，参与对二氧化硫的氧化、对硫酸氢铵的吸附。高温空气或蒸汽从吹扫进口罩12进入，然后从上往下经过旋转式吸附层5，通过吹扫输送通道14进入旋转式催化氧化填料层4，然后从吹扫出口罩13排出。吹扫进口罩12与旋转式吸附层5之间，旋转式吸附层5与吹扫输送通道14之间，吹扫输送通道14与旋转式催化氧化填料层4之间，旋转式催化氧化填料层4与吹扫出口罩13之间的连接通道均为密封状态，确保被吹扫下来的硫酸氢铵能够沿着吹扫输送通道14通过吹扫出口罩13排出，而不会被上升的烟气流带着往上走再被旋转式吸附层5吸附，从而影响吹扫及脱硫效果。

具体的工作过程为：当嵌入式烟气预脱硫装置3启动后，中低温烟气经SCR脱硝进口烟道1从下向上流动经过旋转式催化氧化填料层4时，旋转式催化氧化填料层4中的高效氧化剂填料瞬间将烟气中的SO₂氧化成SO₃，并与喷氨格栅2喷入的氨气反应生成硫酸氢氨，此时根据压差分析仪16检测压差结果定时通过吹扫进口罩12从上往下喷入高温空气或高温蒸汽，吹扫旋转式吸附层5以实现硫酸氢氨的脱附，同时高温空气或高温蒸汽经吹扫输送通道14至旋转式催化氧化填料层4，对旋转式催化氧化填料层4进行吹扫，以实现喷氨格栅2喷入的氨气与SO₂在旋转式催化氧化填料层4内生成的部分硫酸氢氨的吹扫脱附，还可以对旋转式催化氧化填料层4内粉尘的高温吹扫洗涤；经吹扫脱附及洗涤后的物质随高温空气或高温蒸汽经吹扫出口罩13送至除尘器灰斗或其它收集装置。

由此，本发明将模块化的嵌入式烟气预脱硫装置3安装于SCR反应器进口烟道内，可预先处理烟气中的绝大部分SO₂，避免中低温状况下大量硫酸氢氨的形成而造成催化剂的失效、堵塞、腐蚀等问题，延长了催化剂的使用寿命，保证脱硝系统的正常运行，同时能够直接降低烟气中的SO₂浓度，使排放的SO₂浓度完全符合现行国家标准规定的排放标准，减小脱硫系统的规模，降低在脱硫系统设施上的投入成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种适用于中低温SCR脱硝进口的嵌入式烟气预脱硫装置，其特征在于：包括旋转式催化氧化填料层、旋转式吸附层、圆形烟道，所述旋转式催化氧化填料层和旋转式吸附层水平设置于圆形烟道内并可相对于圆形烟道旋转，所述旋转式氧化填料层位于旋转式吸附层的下方；

所述旋转式吸附层上方设置有吹扫进口罩，所述旋转式催化氧化填料层下方设置有吹扫出口罩，在旋转式吸附层和旋转式催化氧化填料层之间设置有吹扫输送通道，所述吹扫输送通道设置有使烟气和吹扫气体相隔离的物理隔断，所述吹扫进口罩、吹扫输送通道、吹扫出口罩形成吹扫通道，该吹扫通道相对于圆形烟道静止；所述旋转式吸附层、旋转式催化氧化填料层的部分区域位于吹扫通道内。

2.根据权利要求1所述的适用于中低温SCR脱硝进口的嵌入式烟气预脱硫装置，其特征在于：所述旋转式催化氧化填料层和旋转式吸附层由传动机构连接，所述传动机构通过传动支架设置于圆形烟道内，所述传动机构与驱动装置连接，该驱动装置位于圆形烟道外。

3.根据权利要求2所述的适用于中低温SCR脱硝进口的嵌入式烟气预脱硫装置，其特征在于：所述驱动装置与SCR脱硝系统联锁控制，即当SCR脱硝系统运行时，驱动装置驱动旋转式催化氧化填料层和旋转式吸附层转动；当SCR脱硝系统停止时，驱动装置使旋转式催化氧化填料层和旋转式吸附层立即停止或延迟停止。

4.根据权利要求2所述的适用于中低温SCR脱硝进口的嵌入式烟气预脱硫装置，其特征在于：在圆形烟道的外侧壁上，驱动装置和传动机构的连接处设置有防泄漏密封罩。

5.根据权利要求1所述的适用于中低温SCR脱硝进口的嵌入式烟气预脱硫装置，其特征在于：所述旋转式催化氧化填料层、旋转式吸附层的周向边缘采用周向圆环密封挡板进行密封，所述周向圆环密封挡板安装在圆形烟道内壁上。

6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的适用于中低温SCR脱硝进口的嵌入式烟气预脱硫装置，其特征在于：所述旋转式吸附层为多层交错叠加的耐腐蚀不锈钢丝网。

7.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的适用于中低温SCR脱硝进口的嵌入式烟气预脱硫装置，其特征在于：还包括压差分析仪，所述压差分析仪包括两个带截止阀的检测口，下检测口设置于旋转式催化氧化填料层下方，上检测口设置于旋转式吸附层上方。

8.一种适用于中低温SCR脱硝的烟气预脱硫系统，其特征在于：采用如权利要求1-7中任一权利要求所述的嵌入式烟气预脱硫装置，所述嵌入式烟气预脱硫装置的圆形烟道设置在SCR脱硝进口烟道，所述嵌入式烟气预脱硫装置位于喷氨格栅上方。

9.根据权利要求8所述的适用于中低温SCR脱硝的烟气预脱硫系统，其特征在于：所述圆形烟道作为SCR脱硝进口烟道的一部分。

10.一种烟气预脱硫方法，其特征在于：包括以下步骤：

嵌入式烟气预脱硫装置的旋转式催化氧化填料层、旋转式吸附层持续转动，烟气进入旋转式催化氧化填料层进行化学反应产生硫酸氢铵，硫酸氢铵在上升过程中被旋转式吸附层吸附；旋转式催化氧化填料层、旋转式吸附层的部分区域转动至吹扫通道，向吹扫通道内通入气体，对旋转式催化氧化填料层、旋转式吸附层的该部分区域进行吹扫。

11.根据权利要求10所述的烟气预脱硫方法，其特征在于：所述旋转式催化氧化填料层与旋转式吸附层同步同向转动。

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