CN110841476A - 一种大循环自适应scr脱硝系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种大循环自适应SCR脱硝系统及方法，该系统包括通过烟气管道依次连通的气‑气换热器、烧嘴、喷氨机构和SCR反应器，SCR反应器的出气口连接第一分支管路和第二分支管路，第一分支管路与气‑气换热器的热侧入口连通，第二分支管路通过循环风机连通气‑气换热器与烧嘴之间的烟气管道。该发明通过循环风机使SCR脱硝反应后的高温烟气对原烟气进行二次直接加热，以使之满足烟气脱硝的温度需求，实现脱硝反应温度的自适应调节，而且将脱硝反应后的高温尾气与原烟气直接混合，既可以使大烟气量均担脱硝反应热，降低反应温升，避免催化剂高温失活，又能对原烟气稀释，降低进入SCR反应器的烟气NOx浓度，有利于脱硝反应尾气的最终达标排放。

Description

一种大循环自适应SCR脱硝系统及方法
技术领域
本发明属于含NOx烟气的脱硝技术领域，具体涉及一种大循环自适应SCR脱硝系统及方法。
背景技术
不锈钢混酸废液中含有较高浓度的HNO3，一般为100-180g/L，如此高浓度的废酸往往通过废水中和站进行中和处理，形成了大量的污泥和较高的处置费用，并且对硝酸造成了严重的浪费。
现阶段不锈钢生产企业逐步转为采用最为先进的喷雾焙烧法混酸再生技术对混酸中的HF和HNO3进行回收，但HNO3在高温环境下分解为NOx，经过回收后通常还有约30%左右的HNO3以NOx的形式进入系统烟气中需要进行SCR法脱硝处置，而此烟气中NOx浓度高达20000-36000mg/Nm3。
一方面，为使烟气能够达标排放，必须对其进行脱硝处置，而酸再生系统烟气在进入SCR脱硝装置前温度往往控制在25℃左右，以利于NOx的湿法脱硝回收HNO3。而SCR脱硝反应的大部分钒钛基催化剂活性温度一般为280-330℃，为使脱硝反应能够正常进行，必须对系统烟气进行加热，而通常采用烧嘴加热的方式又造成了燃料能源的浪费。
另一方面，SCR脱硝反应为放热反应：
NOx浓度越高其放热量就越大，在高浓度NOx烟气条件下，极易造成催化剂超温烧毁；或采用耐高温的脱硝催化剂，造成生产运行成本的提升。
发明内容
本发明的目的是克服现有SCR脱硝装置通过烧嘴加热，燃料能源消耗大，且脱硝反应放热易造成催化剂高温失活的问题。
为此，本发明提供了一种大循环自适应SCR脱硝系统，包括通过烟气管道依次连通的气-气换热器、烧嘴、喷氨机构和SCR反应器，所述SCR反应器的出气口连接第一分支管路和第二分支管路，所述第一分支管路与所述气-气换热器的热侧入口连通，气-气换热器的热侧出口连接烟囱，所述第二分支管路通过循环风机连通所述气-气换热器与烧嘴之间的烟气管道。
进一步的，所述第二分支管路上循环风机出口侧连接有第三分支管路，第三分支管路与所述气-气换热器的冷侧入口前的烟气管道连通。
进一步的，所述烧嘴与SCR反应器之间的烟气管道上设有混风机构。
进一步的，所述气-气换热器的冷侧入口前的烟气管道，气-气换热器的冷侧出口与第二分支管路之间的烟气管道，第二分支管路与烧嘴之间的烟气管道，喷氨机构与SCR反应器之间的烟气管道，以及SCR反应器、第一分支管路、气-气换热器的热侧出口的烟气管道上均设置有温度计。
进一步的，所述气-气换热器的冷侧入口前的烟气管道，气-气换热器的冷侧出口与第二分支管路之间的烟气管道，喷氨机构与SCR反应器之间的烟气管道，以及第一分支管路、第二分支管路、气-气换热器的热侧出口的烟气管道上均设置有压力计。
进一步的，所述气-气换热器的冷侧入口前的烟气管道，以及喷氨机构与SCR反应器之间的烟气管道上均设置有流量计。
进一步的，所述气-气换热器的冷侧入口前的烟气管道上连接有空气供入管道。
另外，本发明还提供了采用上述大循环自适应SCR脱硝系统的脱硝方法，包括如下步骤：
1)含NOx烟气进入气-气换热器内进行换热，再通过烧嘴进行直接加热，使烟气温度上升至SCR反应器内催化剂所需的活性温度；
2)加热后的烟气与喷氨机构喷入的氨气充分混合后进入SCR反应器中进行脱硝反应；
3)脱硝后的烟气分两支路排出，一支路通过第一分支管路进入气-气换热器，作为热源对气-气换热器内原含NOx烟气进行预热，另一支路由第二分支管路通过循环风机抽吸回流至原含NOx烟气流经气-气换热器后的冷侧出口烟气管道中对原含NOx烟气进行直接加热，并通过对循环风机的风量进行自动调节，使之对原含NOx烟气的加热温度达到SCR反应器内催化剂所需活性温度，从而逐步减少烧嘴的热量供应直至停止。
进一步的，所述步骤3)中将第二分支管路上的部分高温烟气通过第三分支管路供入气-气换热器冷侧入口前的烟气管道上。
进一步的，所述SCR反应器前经直接加热后的烟气温度与在经过SCR反应器脱硝反应后烟气上升的温度之和不超过SCR反应器内催化剂耐受温度上限。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明提供的这种大循环自适应SCR脱硝系统通过循环风机使SCR反应器内反应后的高温尾气对原烟气进行二次直接加热，以使之满足烟气脱硝的温度需求，实现脱硝反应温度的自适应调节，改善了单纯使用外部燃气能源加热至烟气脱硝SCR反应催化剂所需活性温度的额外能源消耗，实现了温度自适应而无需持续点火，节省了燃气能耗。
(2)本发明提供的这种大循环自适应SCR脱硝系统中将脱硝反应后的高温尾气直接与原烟气进行混合，既可以使大烟气量均担脱硝反应热，降低反应温升，避免催化剂高温失活，又能对原烟气的系统内部稀释，降低了最终进入SCR反应器的烟气NOx浓度，同时改善了烟气中NOx分布状态，有利于脱硝反应尾气的最终达标排放。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明大循环自适应SCR脱硝系统的结构示意图。
附图标记说明：1、气-气换热器；2、烟囱；3、烧嘴；4、第二分支管路；5、循环风机；6、混风机构；7、喷氨机构；8、空气供入管道；9、SCR反应器；10、第三分支管路；11、第一分支管路；12、压力计；13、流量计；14、温度计。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1所示，本实施例提供了一种大循环自适应SCR脱硝系统，包括通过烟气管道依次连通的气-气换热器1、烧嘴3、喷氨机构7和SCR反应器9，所述SCR反应器9的出气口连接第一分支管路11和第二分支管路4，所述第一分支管路11与所述气-气换热器1的热侧入口连通，气-气换热器1的热侧出口连接烟囱2，所述第二分支管路4通过循环风机5连通所述气-气换热器1与烧嘴3之间的烟气管道。
在本实施例中，气-气换热器1的冷侧入口通过烟气管道外接含NOx烟气产生装置，含NOx烟气由气-气换热器1的冷侧入口进入气-气换热器1内间接换热后，从气-气换热器1的冷侧出口排出，再在烧嘴3处通过供入燃气和助燃空气燃烧对其烟气管道内的含NOx烟气进行直接加热，使烟气温度上升至SCR反应器9内催化剂所需活性温度，一般为280℃，同时该温度与在经过脱硝反应后烟气上升的温度之和不应超过催化剂耐受温度上限，一般为450℃；然后经过在喷氨机构7位置与喷入氨气（或氨水、尿素等）充分混合，混合后的烟气进入SCR反应器9中进行脱硝反应去除NOx满足达标排放要求；由于脱硝反应放热而使得脱硝反应后的烟气温度上升，该升温后的烟气一方面通过第一分支管路11进入气-气换热器1的热侧入口，在气-气换热器1内对原烟气进行预热后从气-气换热器1的热侧出口排出，经过烟囱2排放至大气，另一方面升温后的烟气在进入气-气换热器1的热侧入口前，通过循环风机5直接回流至原烟气流经气-气换热器1后的冷侧出口的烟气管道中对原烟气进行直接加热，而由于外接的含NOx烟气产生装置产生的原烟气中NOx的浓度在不断变化，此时可通过循环风机5自适应调节进入第二分支管路4对原烟气直接加热的风量，以使进入SCR反应器9的烟气温度能稳定地达到SCR反应器9内催化剂所需活性温度，从而可逐步减少烧嘴3的热量供应直至停止，使SCR脱硝系统完全达到自适应反应温度控制，在NOx浓度足够条件下，无需烧嘴3持续点火，烧嘴3仅作为系统初始启动温度提供源。该SCR脱硝系统通过循环风机5调节风量，使SCR反应器9内反应后的高温尾气对原烟气进行二次直接加热，以使之满足烟气脱硝的温度需求，实现脱硝反应温度的自适应调节，改善了现有技术中单纯使用外部燃气能源加热至烟气脱硝SCR反应催化剂所需活性温度的额外能源消耗，实现了温度自适应而无需持续点火，节省了燃气能耗；同时将脱硝反应后的高温尾气直接与原烟气进行混合，既可以使大烟气量均担脱硝反应热，降低反应温升，避免催化剂高温失活，又能对原烟气的系统内部稀释，降低了最终进入SCR反应器的烟气NOx浓度，同时改善了烟气中NOx分布状态，有利于脱硝反应尾气的最终达标排放。
细化的实施方式，所述循环风机5可以为变频循环风机，用以调节循环风量，也可采用定频风机配调节阀门的形式来对变频循环风机来进行替换。所述喷氨机构7为向烟气管道中喷入气体的装置，其具体结构为现有技术，此处不再赘述。而在喷氨机构7喷入氨气（或氨水、尿素等）与烟气进行混合过程中，可在所述烧嘴3与SCR反应器9之间的烟气管道上设有混风机构6，通过混风机构6加强烟气管道内的混风效果，使得喷入的氨气与烟气充分混合；其中，混风机构6的具体结构为现有技术，如混风机，其结构此处不再赘述。
优化的，所述第二分支管路4上循环风机5出口侧连接有第三分支管路10，第三分支管路10与所述气-气换热器1的冷侧入口前的烟气管道连通，第二分支管路4上的部分高温烟气通过第三分支管路10供入气-气换热器1冷侧入口前的烟气管道上，可对气-气换热器1的冷侧入口前的烟气管道中原烟气进行预热，用于防止原烟气中酸气冷凝腐蚀气-气换热器，同时亦可进一步均担脱硝反应热。
为了更好的对该脱硝系统进行控制，确保脱硝系统的正常运行，在该脱硝系统沿烟气行进方向上设置多个温度计14对系统的温度进行联锁控制和实际温度校核，具体的，所述气-气换热器1的冷侧入口前的烟气管道上设置温度计T-1，气-气换热器1的冷侧出口与第二分支管路4之间的烟气管道上设置温度计T-2，第二分支管路4与烧嘴3之间的烟气管道上设置温度计T-3，喷氨机构7与SCR反应器9之间的烟气管道上设置温度计T-4，SCR反应器9上设置温度计T-5，第一分支管路11上设置温度计T-6，气-气换热器1的热侧出口的烟气管道上设置温度计T-7；其中，T-1、T-2、T-6、T-7用于气-气换热器1的效能监控，T-2、T-3、T-6用于循环风机5风量的联锁调节控制，T-3、T-4用于烧嘴3的热量需求供应调节以满足烟气脱硝SCR反应所需温度，T-5用于监控SCR反应器9内部的温度以确保催化剂保持活性和安全。
该脱硝系统沿烟气行进方向上设置多个压力计12对系统内压力情况进行监控和联锁控制，具体的，所述气-气换热器1的冷侧入口前的烟气管道上设置压力计P-1，气-气换热器1的冷侧出口与第二分支管路4之间的烟气管道上设置压力计P-2，喷氨机构7与SCR反应器9之间的烟气管道上设置压力计P-3，第一分支管路11上设置压力计P-4，气-气换热器1的热侧出口的烟气管道上设置压力计P-5，第二分支管路4上设置压力计P-6；其中，P-1、P-2、P-3、P-4、P-5逐渐降低，监控系统的烟气正常行进，P-6用于对循环风机5的循环风压进行监控和联锁控制。
所述气-气换热器1的冷侧入口前的烟气管道，以及喷氨机构7与SCR反应器9之间的烟气管道上均设置流量计13，分别为流量计F-1、F-2，用于对循环风机5提供循环风量的监控和联锁控制。
另外，对于该脱硝系统中SCR反应器内脱硝反应放热量已完全超出循环风机5调节范围情况，可在所述气-气换热器1的冷侧入口前的烟气管道上连接有空气供入管道8，通过空气供入管道8紧急采用空气供入含NOx烟气中进行事故状态下降温和催化剂设备保护。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大循环自适应SCR脱硝系统，其特征在于：包括通过烟气管道依次连通的气-气换热器、烧嘴、喷氨机构和SCR反应器，所述SCR反应器的出气口连接第一分支管路和第二分支管路，所述第一分支管路与所述气-气换热器的热侧入口连通，气-气换热器的热侧出口连接烟囱，所述第二分支管路通过循环风机连通所述气-气换热器与烧嘴之间的烟气管道。
2.如权利要求1所述的一种大循环自适应SCR脱硝系统，其特征在于：所述第二分支管路上循环风机出口侧连接有第三分支管路，第三分支管路与所述气-气换热器的冷侧入口前的烟气管道连通。
3.如权利要求1所述的一种大循环自适应SCR脱硝系统，其特征在于：所述烧嘴与SCR反应器之间的烟气管道上设有混风机构。
4.如权利要求1所述的一种大循环自适应SCR脱硝系统，其特征在于：所述气-气换热器的冷侧入口前的烟气管道，气-气换热器的冷侧出口与第二分支管路之间的烟气管道，第二分支管路与烧嘴之间的烟气管道，喷氨机构与SCR反应器之间的烟气管道，以及SCR反应器、第一分支管路、气-气换热器的热侧出口的烟气管道上均设置有温度计。
5.如权利要求1所述的一种大循环自适应SCR脱硝系统，其特征在于：所述气-气换热器的冷侧入口前的烟气管道，气-气换热器的冷侧出口与第二分支管路之间的烟气管道，喷氨机构与SCR反应器之间的烟气管道，以及第一分支管路、第二分支管路、气-气换热器的热侧出口的烟气管道上均设置有压力计。
6.如权利要求1所述的一种大循环自适应SCR脱硝系统，其特征在于：所述气-气换热器的冷侧入口前的烟气管道，以及喷氨机构与SCR反应器之间的烟气管道上均设置有流量计。
7.如权利要求1所述的一种大循环自适应SCR脱硝系统，其特征在于：所述气-气换热器的冷侧入口前的烟气管道上连接有空气供入管道。
8.采用如权利要求1～7任一项所述大循环自适应SCR脱硝系统的脱硝方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)含NOx烟气进入气-气换热器内进行换热，再通过烧嘴进行直接加热，使烟气温度上升至SCR反应器内催化剂所需的活性温度；
2)加热后的烟气与喷氨机构喷入的氨气充分混合后进入SCR反应器中进行脱硝反应；
3)脱硝后的烟气分两支路排出，一支路通过第一分支管路进入气-气换热器，作为热源对气-气换热器内原含NOx烟气进行预热，另一支路由第二分支管路通过循环风机抽吸回流至原含NOx烟气流经气-气换热器后的冷侧出口烟气管道中对原含NOx烟气进行直接加热，并通过对循环风机的风量进行自动调节，使之对原含NOx烟气的加热温度达到SCR反应器内催化剂所需活性温度，从而逐步减少烧嘴的热量供应直至停止。
9.如权利要求8所述的脱硝方法，其特征在于，所述步骤3)中将第二分支管路上的部分高温烟气通过第三分支管路供入气-气换热器冷侧入口前的烟气管道上。
10.如权利要求8所述的脱硝方法，其特征在于，所述SCR反应器前经直接加热后的烟气温度与在经过SCR反应器脱硝反应后烟气上升的温度之和不超过SCR反应器内催化剂耐受温度上限。
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