CN112403223B - 一种换热式烟气脱一氧化碳脱硝的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种烟气脱一氧化碳脱硝的系统，该系统包括热风系统(1)、CO反应器(2)、SCR反应器(3)；从原烟气输送管道(L0)分出的第一管道(L1)和第二管道(L2)分别连接至CO反应器(2)的主反应塔(201)和旁路(202)；从CO反应器(2)的主反应塔(201)的烟气出口引出的第三管道(L3)和从CO反应器(2)的旁路(202)引出的第四管道(L4)两者在合并之后经由第五管道(L5)连接至SCR反应器(3)；从热风炉(101)的热风出口引出的第六管道(L6)连接至换热器(102)的第一介质入口；从换热器(102)的第二介质出口引出的第七管道(L7)连接至第一管道(L1)。本发明避免了CO催化剂在低温状态遇硫氧化物容易失活的问题，同时节约了燃料的使用。

Description

一种换热式烟气脱一氧化碳脱硝的系统及方法
技术领域
本发明涉及烟气净化的处理系统和处理方法，具体涉及一种烟气脱一氧化碳脱硝的系统及方法，属于化工和环境保护技术领域。
背景技术
对于工业烟气、尤其钢铁工业的烧结机烟气而言，烟气脱硝技术是应用于多氮氧化物生成化工工业的一项烟气净化技术。烟气脱硝，是指把已生成的NOX还原为N2，从而脱除烟气中的NOX，按治理工艺可分为湿法脱硝和干法脱硝。烟气脱硝技术主要有干法(选择性催化还原烟气脱硝、选择性非催化还原法脱硝)和湿法两种。与湿法烟气脱硝技术相比，干法烟气脱硝技术的主要优点是：基本投资低，设备及工艺过程简单，脱除NOX的效率也较高，无废水和废弃物处理，不易造成二次污染。选择性催化还原SCR法脱硝是在催化剂存在的条件下，采用氨、CO或碳氢化合物等作为还原剂，在氧气存在的条件下将烟气中的NO还原为N2。SCR法脱硝，一般温度控制在120-400℃左右。现有技术中往往要先通过对烟气加热等方式将待处理烟气的温度升高到合适脱硝的温度范围，然后进行脱硝。此工艺过程，由于一般待处理烟气量大，因此需消耗大量的燃料用于加热待处理烟气，造成资源的浪费和环境的二次污染。
而且，由于待处理烟气均是由于燃料的燃烧产生，由于燃烧的充分程度和燃料不可能完全充分燃烧，因此，烟气中均含有一定量的一氧化碳。现有技术中，国家目前对于一氧化碳的排放标准没有明确规定，因此，对于待处理烟气一般只经过脱硫和脱硝处理后直接排放，烟气中的一氧化碳没有针对性的进行处理和利用，造成一氧化碳的直接排放。同时，一氧化碳为无色、无臭、无刺激性的气体；在水中的溶解度甚低，极难溶于水；与空气混合爆炸极限为12.5％～74.2％；一氧化碳极易与血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使血红蛋白丧失携氧的能力和作用，造成组织窒息，严重时死亡；一氧化碳对全身的组织细胞均有毒性作用，尤其对大脑皮质的影响最为严重。因此，一氧化碳的直接排放对环境污染极大。
考虑到一氧化碳的催化氧化属于放热反应，反应放出的热量能够对烟气进行加热，因此本申请提出一种利用一氧化碳协同处理的烟气脱硝的系统及方法。但目前发现一氧化碳在低温时抗硫性能特别差，而系统开机时，CO处理装置总会有一段时间处于低温状态。也就是说，在系统冷启动时，CO处理装置内的催化剂很容易遇硫氧化物而中毒失效。
发明内容
针对现有技术中对烟气进行脱硝处理过程中，需要额外通过外部加热系统对该烟气进行升温处理，然后才能进行脱硝工艺；现有技术中未对烟气中的一氧化碳进行处理而直接排放；及一氧化碳的催化剂在低温时抗硫性能差而容易导致催化剂失活等技术问题，本发明提出一种烟气脱一氧化碳脱硝的系统及方法。本发明通过利用烟气中的一氧化碳，将烟气中的一氧化碳转化为二氧化碳，此过程放出的热量直接用于升温烟气，减少甚至节省了通过外部燃料加热升温该烟气的过程。
本发明中的CO反应器包括主反应塔和旁路，在系统启动之初，利用与热风炉产生的热风换热后的热空气对CO反应器的主反应塔内的CO催化剂进行预热，从而很好地解决了系统冷启动时，CO的催化剂遇到烟气中的硫氧化物容易中毒失效的问题。
本发明充分利用了烟气中的一氧化碳，利用一氧化碳转化为二氧化碳的过程中放出的热量达到升温烟气温度用于脱硝处理的目的，节约甚至省去了燃料的使用，也避免了CO催化剂在低温状态遇硫氧化物容易失活的问题，同时处理了烟气中一氧化碳，减少了烟气对环境的污染，也减弱甚至避免了烟气处理过程中的二次污染。
根据本发明的第一种实施方案，提供一种换热式烟气脱一氧化碳脱硝的系统。
一种换热式烟气脱一氧化碳脱硝的系统，该系统包括热风系统、CO反应器、SCR反应器。热风系统包括热风炉和换热器。CO反应器包括主反应塔和旁路。从原烟气输送管道分出的第一管道和第二管道分别连接至CO反应器的主反应塔和旁路。从CO反应器的主反应塔的烟气出口引出的第三管道和从CO反应器的旁路引出的第四管道两者在合并之后经由第五管道连接至SCR反应器。从热风炉的热风出口引出的第六管道连接至换热器的第一介质入口。从换热器的第二介质出口引出的第七管道连接至第一管道。
所述换热器的第一介质出口与其第一介质入口相对应，第二介质出口与第二介质入口相对应。在本发明的换热器中，热风炉产生的热风的进口和热风出口即为换热器的第一介质入口和第一介质出口，空气入口和热空气出口即为换热器的第二介质入口和第二介质出口。在本发明中，第二介质不限于空气。
优选的是，换热器的第一介质出口经由第八管道连接至原烟气输送管道。
优选的是，该系统还包括设置在第一管道上的第一阀门。第一阀门位于第七管道与第一管道连接位置的上游。
优选的是，该系统还包括设置在第二管道上的第二阀门。
在本发明中，该系统还包括GGH换热器；原烟气通过管道连接至GGH换热器的第一换热区的烟气入口，GGH换热器的第一换热区的烟气出口与原烟气输送管道连接，SCR反应器的净烟气出口通过净烟气输送管道连接至GGH换热器的第二换热区。
在本发明中，该系统还包括燃气输送管道，燃气输送管道连接至热风炉的燃气补充入口。
在本发明中，该系统还包括助燃气体输送管道，助燃气体输送管道连接至热风炉的助燃气体补充入口。
优选的是，原烟气输送管道上设有烟气流量检测装置、CO浓度检测装置、第一温度检测装置；烟气流量检测装置、CO浓度检测装置、第一温度检测装置均位于第八管道与原烟气输送管道连接位置的上游。
优选的是，CO反应器的主反应塔的侧壁上设有第一温度检测装置。
优选的是，第五管道上且靠近SCR反应器的烟气入口处设有第二温度检测装置。
作为优选，GGH换热器的第二换热区的烟气出口连接至助燃气体输送管道的前端。即，将脱硝换热后的净烟气用作助燃气体，充分利用了净烟气中的余热。
根据本发明的第二种实施方案，提供一种烟气脱一氧化碳脱硝的方法。
一种CO氧化协同脱硝的方法或使用上述系统来控制CO氧化协同脱硝的方法，该方法包括以下步骤：
1)关闭第一阀门，打开第二阀门，原烟气输送管道内通入原烟气G1；
2)原烟气G1通过第二管道进入CO反应器的旁路，然后烟气通过第五管道进入SCR反应器脱硝，脱硝后的净烟气从SCR反应器的净烟气出口排出；
3)启动热风系统，与热风炉产生的热风在换热器内换热后的热空气进入CO反应器的主反应塔，预热主反应塔内的CO催化剂，第二温度检测装置对CO反应器的主反应塔内的CO催化剂的温度进行实时监测；当检测到CO催化剂的温度达到催化剂设定温度T3时，打开第一阀门，关闭第二阀门，烟气进入CO反应器的主反应塔，与主反应塔内的CO催化剂接触发生CO催化氧化反应；CO催化氧化放出的反应热加热烟气，获得升温后的含硝烟气G2；
4)含硝烟气G2通过第五管道进入SCR反应器脱硝，脱硝后的净烟气从SCR反应器的净烟气出口排出。
根据本发明的第三种实施方案，提供一种烟气脱一氧化碳脱硝的方法。
一种CO氧化协同脱硝的方法或使用上述系统来控制CO氧化协同脱硝的方法，该方法包括以下步骤：
1)关闭第一阀门，打开第二阀门，烟气通过GGH换热器的第一换热区换热后进入原烟气输送管道，获得加热后的原烟气G1；
2)启动热风系统，热风炉产生的热风在换热器内与空气换热后进入原烟气输送管道，对原烟气输送管道内的烟气进行加热；加热后的烟气通过第二管道进入CO反应器的旁路，然后烟气通过第五管道进入SCR反应器脱硝，脱硝后的净烟气进入GGH换热器的第二换热区换热后排出；
3)换热后的热空气进入CO反应器的主反应塔，预热主反应塔内的CO催化剂，第二温度检测装置对CO反应器的主反应塔内的CO催化剂的温度进行实时监测；当检测到CO催化剂的温度达到催化剂设定温度T3时，打开第一阀门，关闭第二阀门，烟气进入CO反应器的主反应塔，与主反应塔内的CO催化剂接触发生CO催化氧化反应；CO催化氧化放出的反应热加热烟气，获得升温后的含硝烟气G2；
4)含硝烟气G2通过第五管道进入SCR反应器脱硝，脱硝后的净烟气进入GGH换热器的第二换热区换热后排出。
作为优选，实施本发明的烟气脱一氧化碳脱硝的方法过程中，检测单位时间内原烟气G1的流量，标记为U1Nm3/h；检测原烟气G1的温度，标记为T1℃；检测原烟气G1中CO的含量，标记为P1g/Nm3；计算：单位时间内原烟气G1中一氧化碳的质量流量为U1*P1g/h；单位时间内原烟气G1中一氧化碳燃烧放出的热量Q1kJ/h：
Q1＝a*U1*P1*10.11；
其中：a为燃烧系数，取值为0.1-1，优选为0.4-0.95，更优选为0.7-0.9；
计算原烟气G1中的一氧化碳在CO反应器的主反应塔内转化为二氧化碳后，含硝烟气G2的温度T2℃：
Figure BDA0002261922950000041
其中：C为烟气的平均比热容，kJ/(℃﹒g)；b为热传递系数，取值为0.7-1，优选为0.8-0.98，更优选为0.9-0.95。
根据SCR反应器的需要，设定SCR反应器的最佳脱硝温度为T脱硝℃。
进行以下分析：
若T2＝T脱硝，则原烟气G1中的一氧化碳进入CO反应器的主反应塔催化氧化，放出的热量使得进入SCR反应器的含硝烟气G2达到T脱硝℃，将该烟气直接在SCR反应器进行脱硝处理。
若T2＜T脱硝，则增加热风炉的燃气及助燃气体的用量，使得进入SCR反应器的含硝烟气G2达到T脱硝℃。
若T2＞T脱硝，通过调小热风炉的燃气及助燃气体的用量，使得进入SCR反应器的含硝烟气G2达到T脱硝℃。若调小热风炉的燃气及助燃气体的用量至关停热风炉后，含硝烟气G2的温度T2仍大于T脱硝，此时打开第二阀门，使部分原烟气G1流经CO反应器的旁路；调节第二阀门的开度，使得进入SCR反应器的含硝烟气G2降低至T脱硝℃。
作为优选，若T2＜T脱硝，所述增加热风炉的燃气的用量为：
设定燃气的燃烧热为N1kJ/g，计算需要增加燃气的质量流量U2Nm3/h：
Figure BDA0002261922950000051
其中：e为燃烧系数，取值为0.6-1，优选为0.8-0.99，更优选为0.8-0.98；也就是说单位时间内，热风炉中需要补充流量为U2Nm3/h的燃气，使得进入SCR反应器前烟气的温度达到T脱硝℃。
作为优选，若关停热风炉后，含硝烟气G2的温度T2仍大于T脱硝，此时第二阀门的调节具体为：
计算CO反应器的主反应塔内需要减少的原烟气流量U3Nm3/h：
Figure BDA0002261922950000052
也就是说单位时间内，CO反应器的主反应塔内需要减少流量为U3Nm3/h的烟气；调节第二阀门的开度，使得进入CO反应器的旁路内的烟气流量为U3Nm3/h，从而使得进入SCR反应器前烟气的温度降至T脱硝℃。
在本发明的技术方案中，通过将待处理烟气经过CO反应器，将烟气中的一氧化碳转化为二氧化碳，具体为：
2CO+O2＝＝＝＝2CO2。
利用烟气中本身存在(或含有)的一氧化碳成分，利用一氧化碳与氧气反应生成二氧化碳是一个放热反应，通过CO反应器将烟气中的一氧化碳转化为二氧化碳，该反应放出的热量用于升温待处理烟气，从而实现了烟气升温的效果；同时，除去了烟气中的一氧化碳，避免了烟气中一氧化碳对环境的污染。
在现有技术中，待处理烟气中往往会含有硫氧化物和氮氧化物。目前发现一氧化碳在低温时，其抗硫性能特别差。而在实际生产过程中，系统开机时升温需要一个过程，CO处理装置总会有一段时间处于低温状态。也就是说，在系统开机时，如果烟气直接进入CO处理装置，此时CO处理装置内的CO催化剂很容易因为低温同时遇烟气中的硫氧化物而中毒失效，而且CO催化剂的失活是不可逆的。针对这一技术问题，本发明将传统的CO处理装置设计为包括主反应塔和旁路的结构，主反应塔内设有CO催化剂。在系统刚启动时，烟气先不经过CO反应器(即CO处理装置)的主反应塔，而是进入CO反应器的旁路，然后经SCR反应器脱硝后排出。同时启动热风系统，热风系统包括热风炉和换热器，与热风炉产生的热风在换热器内换热后的热空气通入CO反应器的主反应塔，对主反应塔内的CO催化剂进行加热。当CO催化剂的温度升至CO催化剂的设定温度T3时，此时烟气再进入CO氧化装置的主反应塔进行脱一氧化碳的处理，从而避免了CO催化剂在低温状态遇硫氧化物而失活的问题。一般来说，CO催化剂的设定温度(即保证CO催化剂不会失活的温度)与催化剂种类相关。
考虑到热风炉产生热风是通过燃气燃烧得到，也就是说热风炉产生的热风中可能也包含有一定量的硫氧化物，因此本发明并不是将热风炉产生的热风直接通入CO反应器的主反应塔，而是将与热风炉产生的热风进行间接换热后的热空气通入主反应塔，干净的热空气对主反应塔内的CO催化剂进行加热，相比于用热风炉产生的热风来加热CO催化剂，本申请的技术方案通过热风炉产生的高温气体换热后传热给干净的空气，然后利用赶紧的空气加热CO催化剂，避免了热风炉燃烧产生烟气中二氧化硫对CO催化剂的影响，本发明的技术方案更加安全可靠，进一步避免了CO催化剂在低温状态遇硫氧化物而中毒失效的问题。同时，热风炉产生的烟气输送至SCR反应器经过处理后排放，避免了热风炉燃烧产生烟气对环境的污染。
作为优选方案，本申请考虑到利用烟气中一氧化碳转化放出的热量来加热烟气，仍可能存在进入SCR反应器前的烟气温度达不到SCR法适宜脱硝温度，因此本发明将与空气换热后的热风炉产生的热风引入原烟气输送管道，对原烟气输送管道内的烟气进行加热，从而确保烟气在进入SCR反应器之前能够达到SCR法适宜脱硝温度。
在本发明中，所述烟气脱一氧化碳脱硝系统包括热风系统、CO反应器、SCR反应器。当烟气流经CO反应器，烟气中的CO被氧化成为二氧化碳而放热，放出的热量对烟气进行加热，进而使烟气达到SCR法脱硝所需要的温度，然后烟气进入SCR反应器进行脱硝处理。本发明中的CO反应器包括主反应塔和旁路，主反应塔内设有CO催化剂。本发明中的热风系统为CO反应器和原烟气输送管道内的烟气提供能量补充，在系统启动之初，与热风炉产生的热风换热后的热空气加热CO反应器的主反应塔内的CO催化剂至设定温度。由于燃气在热风炉内燃烧后可能会产生一定量的二氧化硫，因此在系统冷启动时直接采用热风炉产生的热风预热CO催化剂，CO催化剂仍然有中毒失效的可能。显然，通过换热器换热后的热空气来预热主反应塔内的催化剂，比直接采用热风炉产生的热风来预热，其效果更好对CO催化剂也更安全。
在本发明方法中，在系统启动之初，当CO反应器的主反应塔内的CO催化剂处于低温状态时，启动热风系统，与热风炉产生的热风进行热交换后的热空气通过第七管道进入CO反应器的主反应塔，预热主反应塔内的CO催化剂。此时关闭第一阀门，打开第二阀门，原烟气通过第二管道流经CO反应器的旁路，然后进入SCR反应器进行脱硝。当主反应塔内的CO催化剂的温度达到催化剂设定温度T3(第二温度检测装置对CO催化剂温度进行实时监测)时，打开第一阀门，关闭第二阀门，烟气进入CO反应器的主反应塔，与CO催化剂接触发生CO催化氧化反应，该反应放出的热对烟气进行加热，然后烟气进入SCR反应器脱硝。
作为优选，考虑到烟气经CO氧化放热后，温度可能仍无法达到SCR法脱硝温度，本发明将热风炉产生的热风在与空气换热后通入原烟气输送管道内对烟气进行加热，进一步确保烟气在进入SCR反应器之前，其温度能够达到SCR催化剂正常运行所需。此外，将换热后的热风通入原烟气输送管道内对烟气进行加热，烟气温度升高，也更能避免烟气进入CO反应器的主反应塔而使得CO催化剂失活的情况。当主反应塔内的CO催化剂的温度达到催化剂设定温度T3(第二温度检测装置对CO催化剂温度进行实时监测)时，打开第一阀门，关闭第二阀门，烟气进入CO反应器的主反应塔，与CO催化剂接触发生CO催化氧化反应，该反应放出的热对烟气进行加热，然后烟气进入SCR反应器脱硝。
优选，本发明还包括GGH换热器。由于脱硝完成后的净烟气仍然具有较高温度，因此GGH换热器的增设可以很好的利用脱硝后净烟气的余热，实现资源回收。这部分余热通过GGH换热器对原烟气进行加热，原烟气温度升高，从而更加保证烟气对主反应塔内CO催化剂的加热效果，进一步保证CO催化剂不会出现在低温下遇硫氧化物而失活的情况。而且，原烟气温度升高，也使得烟气在进入SCR反应器之前，其温度更容易达到SCR法脱硝所需温度。
在本发明中，通过检测原烟气输送管道内原烟气G1的流量、温度及原烟气G1中CO的含量，就可以得出单位时间内原烟气G1中一氧化碳的质量流量。通过换算，可以计算出单位时间内，原烟气G1中一氧化碳燃烧放出的热量Q1＝a*U1*P1*10.11。其中：燃烧系数a是因为一氧化碳很难实现100％转化，可以根据工程经验取值，取值为0.1-1，优选为0.4-0.95，更优选为0.7-0.9。U1为单位时间内原烟气G1的流量，P1为原烟气G1中CO的含量。也就是说，通过本发明的技术方案，利用烟气中的一氧化碳，可以获取Q1的能量。
进一步，根据计算出的利用烟气中一氧化碳转化获取的能量为Q1kJ/h，可以计算出利用该能量可以提高经过CO反应器后得到的含硝烟气G2的温度T2℃。
Figure BDA0002261922950000081
其中：通过第一温度检测装置检测原烟气输送管道内原烟气G1的温度T1℃，通过仪器检测可以得出烟气的平均比热容C，kJ/(℃﹒g)。热传递系数b是因为一氧化碳转化为二氧化碳放出的热量很难100％被原烟气吸收，可以根据工程经验取值，取值为0.7-1，优选为0.8-0.98，更优选为0.9-0.95。也就是说，通过本发明的技术方案，利用烟气中的一氧化碳，可以将原烟气的温度从T1℃提升到T2℃。
在本发明中，根据具体的SCR反应器的特点、根据脱硝工艺的选择、脱硝催化剂等情况，知道选择的SCR反应器的最佳(或最适宜)脱硝温度T脱硝℃，也就是知道最佳输送至SCR反应器的烟气的温度为T脱硝℃。
通过比较T2和T脱硝，保证含硝烟气G2进入SCR反应器时的温度，从而保证了含硝烟气在SCR反应器中的脱硝效率，尽最大效率脱除烟气中的氮氧化物，减少外排净烟气中污染物的含量，从而减少对环境的污染。
若T2＝T脱硝，也就是说，通过利用烟气中一氧化碳转化放出的热量，刚好可以使得进入SCR反应器的含硝烟气G2达到T脱硝℃，那么将该烟气直接在SCR反应器进行脱硝处理。
若T2＜T脱硝，也就是说，通过利用烟气中一氧化碳转化放出的热量，还不足以使得进入SCR反应器的含硝烟气G2达到T脱硝℃，那么可以通过额外的调节手段使得SCR反应器前的含硝烟气G2达到T脱硝℃，然后再输送至SCR反应器。额外调节手段为增加热风炉的燃气及助燃气体的用量。
根据选择的燃气，可以知道该燃气的燃烧热N1kJ/g，通过计算，可以得出需要补充流量为U2Nm3/h的燃气：
Figure BDA0002261922950000082
其中：e为燃烧系数，因为燃料很难实现100％燃烧，很难放出理论的100％热量，可以根据工程经验取值，取值为0.6-1，优选为0.8-0.99，更优选为0.8-0.98。也就是说输入的燃气稍微过量，从而保证进入SCR反应器前烟气的温度达到T脱硝℃。
若T2＞T脱硝，也就是说，通过利用烟气中一氧化碳转化放出的热量，足以提升进入SCR反应器前的含硝烟气G2达到T脱硝℃，而且热量还有剩余。本发明中通过调小热风炉的燃气及助燃气体的用量，使得进入SCR反应器的含硝烟气G2达到T脱硝℃。若调小热风炉的燃气及助燃气体的用量至关停热风炉后，含硝烟气G2的温度T2仍大于T脱硝，此时打开第二阀门，使部分原烟气G1流经CO反应器的旁路，从而使得进入SCR反应器的含硝烟气G2降低至T脱硝℃。
若关停热风炉后，含硝烟气G2的温度T2仍大于T脱硝，此时第二阀门的调节具体为：
计算CO反应器的主反应塔内需要减少的原烟气流量U3Nm3/h：
Figure BDA0002261922950000091
也就是说单位时间内，CO反应器的主反应塔内需要减少流量为U3Nm3/h的烟气；调节第二阀门的开度，使得进入CO反应器的旁路内的烟气流量为U3Nm3/h，从而使得进入SCR反应器前烟气的温度降至T脱硝℃。
在本申请中，所述“上游”和“下游”是相对于烟气走向的概念。
与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：
1、本发明通过利用烟气中的一氧化碳，将烟气中的一氧化碳转化为二氧化碳，此过程放出的热量直接用于升温烟气，减少甚至节省了通过外部燃料加热升温该烟气的过程；
2、本发明中的CO反应器包括设有CO催化剂的主反应塔和旁路，在系统启动之初，利用与热风炉产生的热风换热后的热空气对CO反应器的主反应塔内的CO催化剂进行预热，从而避免了系统冷启动时，CO的催化剂遇到烟气中的硫氧化物容易中毒失效的问题；
3、本发明在脱硝的同时处理了烟气中的一氧化碳，减少了烟气对环境的污染，也减弱甚至避免了烟气处理过程中的二次污染；
4、本申请的技术方案通过热风炉产生的高温气体换热后传热给干净的空气，然后利用赶紧的空气加热CO催化剂，避免了热风炉燃烧产生烟气中二氧化硫对CO催化剂的影响，本发明的技术方案更加安全可靠，进一步避免了CO催化剂在低温状态遇硫氧化物而中毒失效的问题。
附图说明
图1为本发明一种烟气脱一氧化碳脱硝系统的结构示意图；
图2为本发明烟气脱一氧化碳脱硝系统设有GGH换热器的结构示意图；
图3为本发明一种烟气脱一氧化碳脱硝方法的工艺流程图；
图4为本发明另一种烟气脱一氧化碳脱硝方法的工艺流程图。
附图标记：
1：热风系统；101：热风炉；102：换热器；2：CO反应器；201：CO反应器的主反应塔；202：CO反应器的旁路；3：SCR反应器；4：GGH换热器；401：GGH换热器的第一换热区；402：GGH换热器的第二换热区；5：烟气流量检测装置；6：CO浓度检测装置；7：第一温度检测装置；8：第二温度检测装置；9：第三温度检测装置；k1：第一阀门；k2：第二阀门；
L0：原烟气输送管道；L1：第一管道；L2：第二管道；L3：第三管道；L4：第四管道；L5：第五管道；L6：第六管道；L7：第七管道；L8：第八管道；L9：净烟气输送管道；L10：燃气输送管道；L11：助燃气体输送管道。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行举例说明，本发明请求保护的范围包括但不限于以下实施例。
一种烟气脱一氧化碳脱硝的系统，该系统包括热风系统1、CO反应器2、SCR反应器3。热风系统1包括热风炉101和换热器102。CO反应器2包括主反应塔201和旁路202。从原烟气输送管道L0分出的第一管道L1和第二管道L2分别连接至CO反应器2的主反应塔201和旁路202。从CO反应器2的主反应塔201的烟气出口引出的第三管道L3和从CO反应器2的旁路202引出的第四管道L4两者在合并之后经由第五管道L5连接至SCR反应器3。从热风炉101的热风出口引出的第六管道L6连接至换热器102的第一介质入口。从换热器102的第二介质出口引出的第七管道L7连接至第一管道L1。
优选的是，换热器102的第一介质出口经由第八管道L8连接至原烟气输送管道L0。
优选的是，该系统还包括设置在第一管道L1上的第一阀门k1。第一阀门k1位于第七管道L7与第一管道L1连接位置的上游。
优选的是，该系统还包括设置在第二管道L2上的第二阀门k2。
在本发明中，该系统还包括GGH换热器4；原烟气通过管道连接至GGH换热器4的第一换热区401的烟气入口，GGH换热器4的第一换热区401的烟气出口与原烟气输送管道L0连接，SCR反应器3的净烟气出口通过净烟气输送管道L9连接至GGH换热器4的第二换热区402。
在本发明中，该系统还包括燃气输送管道L10，燃气输送管道L10连接至热风炉101的燃气补充入口。
在本发明中，该系统还包括助燃气体输送管道L11，助燃气体输送管道L11连接至热风炉101的助燃气体补充入口。
优选的是，原烟气输送管道L0上设有烟气流量检测装置5、CO浓度检测装置6、第一温度检测装置7；烟气流量检测装置5、CO浓度检测装置6、第一温度检测装置7均位于第八管道L8与原烟气输送管道L0连接位置的上游。
优选的是，CO反应器2的主反应塔201的侧壁上设有第一温度检测装置8。
优选的是，第五管道L5上且靠近SCR反应器3的烟气入口处设有第二温度检测装置9。
作为优选，GGH换热器4的第二换热区402的烟气出口连接至助燃气体输送管道L11的前端。
实施例1
如图1所示，一种烟气脱一氧化碳脱硝的系统，该系统包括热风系统1、CO反应器2、SCR反应器3。热风系统1包括热风炉101和换热器102。CO反应器2包括主反应塔201和旁路202。从原烟气输送管道L0分出的第一管道L1和第二管道L2分别连接至CO反应器2的主反应塔201和旁路202。从CO反应器2的主反应塔201的烟气出口引出的第三管道L3和从CO反应器2的旁路202引出的第四管道L4两者在合并之后经由第五管道L5连接至SCR反应器3。从热风炉101的热风出口引出的第六管道L6连接至换热器102的第一介质入口。从换热器102的第二介质出口引出的第七管道L7连接至第一管道L1。CO反应器2的主反应塔201的侧壁上设有第一温度检测装置8。
实施例2
重复实施例1，只是换热器102的第一介质出口经由第八管道L8连接至原烟气输送管道L0。
实施例3
重复实施例2，只是该系统还包括设置在第一管道L1上的第一阀门k1。第一阀门k1位于第七管道L7与第一管道L1连接位置的上游。该系统还包括设置在第二管道L2上的第二阀门k2。该系统还包括燃气输送管道L10，燃气输送管道L10连接至热风炉101的燃气补充入口。该系统还包括助燃气体输送管道L11，助燃气体输送管道L11连接至热风炉101的助燃气体补充入口。
实施例4
如图2所示，重复实施例3，只是该系统还包括GGH换热器4；原烟气通过管道连接至GGH换热器4的第一换热区401的烟气入口，GGH换热器4的第一换热区401的烟气出口与原烟气输送管道L0连接，SCR反应器3的净烟气出口通过净烟气输送管道L9连接至GGH换热器4的第二换热区402。
实施例5
重复实施例4，只是原烟气输送管道L0上设有烟气流量检测装置5、CO浓度检测装置6、第一温度检测装置7；烟气流量检测装置5、CO浓度检测装置6、第一温度检测装置7均位于第八管道L8与原烟气输送管道L0连接位置的上游。
实施例6
重复实施例5，只是第五管道L5上且靠近SCR反应器3的烟气入口处设有第二温度检测装置9。
实施例7
重复实施例6，只是GGH换热器4的第二换热区402的烟气出口连接至助燃气体输送管道L11的前端。
实施例8
如图3所示，一种CO氧化协同脱硝的方法，该方法包括以下步骤：
1)关闭第一阀门k1，打开第二阀门k2，原烟气输送管道L0内通入原烟气G1；
2)原烟气G1通过第二管道L2进入CO反应器2的旁路202，然后烟气通过第五管道L5进入SCR反应器3脱硝，脱硝后的净烟气从SCR反应器3的净烟气出口排出；
3)启动热风系统1，与热风炉101产生的热风在换热器102内换热后的热空气进入CO反应器2的主反应塔201，预热主反应塔201内的CO催化剂，第二温度检测装置8对CO反应器2的主反应塔201内的CO催化剂的温度进行实时监测；当检测到CO催化剂的温度达到催化剂设定温度T3时，打开第一阀门k1，关闭第二阀门k2，烟气进入CO反应器2的主反应塔201，与主反应塔201内的CO催化剂接触发生CO催化氧化反应；CO催化氧化放出的反应热加热烟气，获得升温后的含硝烟气G2；
4)含硝烟气G2通过第五管道L5进入SCR反应器3脱硝，脱硝后的净烟气从SCR反应器3的净烟气出口排出。
实施例9
如图4所示，一种CO氧化协同脱硝的方法，该方法包括以下步骤：
1)关闭第一阀门k1，打开第二阀门k2，烟气通过GGH换热器4的第一换热区401换热后进入原烟气输送管道L0，获得加热后的原烟气G1；
2)启动热风系统1，热风炉101产生的热风在换热器102内与空气换热后进入原烟气输送管道L0，对原烟气输送管道L0内的烟气进行加热；加热后的烟气通过第二管道L2进入CO反应器2的旁路202，然后烟气通过第五管道L5进入SCR反应器3脱硝，脱硝后的净烟气进入GGH换热器4的第二换热区402换热后排出；
3)换热后的热空气进入CO反应器2的主反应塔201，预热主反应塔201内的CO催化剂，第二温度检测装置8对CO反应器2的主反应塔201内的CO催化剂的温度进行实时监测；当检测到CO催化剂的温度达到催化剂设定温度T3时，打开第一阀门k1，关闭第二阀门k2，烟气进入CO反应器2的主反应塔201，与主反应塔201内的CO催化剂接触发生CO催化氧化反应；CO催化氧化放出的反应热加热烟气，获得升温后的含硝烟气G2；
4)含硝烟气G2通过第五管道L5进入SCR反应器3脱硝，脱硝后的净烟气进入GGH换热器4的第二换热区402换热后排出。
实施例10
重复实施例8或9，只是实施本发明的烟气脱一氧化碳脱硝的方法过程中，检测单位时间内原烟气G1的流量，标记为U1Nm3/h；检测原烟气G1的温度，标记为T1℃；检测原烟气G1中CO的含量，标记为P1g/Nm3。
计算：单位时间内原烟气G1中一氧化碳的质量流量为U1*P1g/h；单位时间内原烟气G1中一氧化碳燃烧放出的热量Q1kJ/h：
Q1＝a*U1*P1*10.11；
其中：a为燃烧系数，取值为0.1-1，优选为0.4-0.95，更优选为0.7-0.9；例如0.5、0.6、0.8、0.85。
计算原烟气G1中的一氧化碳在CO反应器2的主反应塔201内转化为二氧化碳后，含硝烟气G2的温度T2℃：
Figure BDA0002261922950000131
其中：C为烟气的平均比热容，kJ/(℃﹒g)；b为热传递系数，取值为0.7-1，优选为0.8-0.98，更优选为0.9-0.95；例如0.75、0.8、0.85、0.92。
根据SCR反应器3的需要，设定SCR反应器3的最佳脱硝温度为T脱硝℃。
若T2＝T脱硝，则原烟气G1中的一氧化碳进入CO反应器2的主反应塔201催化氧化，放出的热量使得进入SCR反应器3的含硝烟气G2达到T脱硝℃，将该烟气直接在SCR反应器3进行脱硝处理。
若T2＜T脱硝，则增加热风炉101的燃气及助燃气体的用量，使得进入SCR反应器3的含硝烟气G2达到T脱硝℃。
若T2＞T脱硝，通过调小热风炉101的燃气及助燃气体的用量，使得进入SCR反应器3的含硝烟气G2达到T脱硝℃。若调小热风炉101的燃气及助燃气体的用量至关停热风炉101后，含硝烟气G2的温度T2仍大于T脱硝，此时打开第二阀门k2，使部分原烟气G1流经CO反应器2的旁路202；调节第二阀门k2的开度，使得进入SCR反应器3的含硝烟气G2降低至T脱硝℃。
实施例11
重复实施例10，只是若T2＜T脱硝，所述增加热风炉101的燃气的用量为：
设定燃气的燃烧热为N1kJ/g，计算需要增加燃气的质量流量U2Nm3/h：
Figure BDA0002261922950000141
其中：e为燃烧系数，取值为0.6-1，优选为0.8-0.99，更优选为0.8-0.98；例如0.75、0.8、0.85、0.92、0.98。也就是说单位时间内，热风炉101中需要补充流量为U2Nm3/h的燃气，使得进入SCR反应器3前烟气的温度达到T脱硝℃。
实施例12
重复实施例10，只是若关停热风炉101后，含硝烟气G2的温度T2仍大于T脱硝，此时第二阀门k2的调节具体为：
计算CO反应器2的主反应塔201内需要减少的原烟气流量U3Nm3/h：
Figure BDA0002261922950000142
也就是说单位时间内，CO反应器2的主反应塔201内需要减少流量为U3Nm3/h的烟气；调节第二阀门k2的开度，使得进入CO反应器2的旁路202内的烟气流量为U3Nm3/h，从而使得进入SCR反应器3前烟气的温度降至T脱硝℃。

Claims (22)

1.一种换热式烟气脱一氧化碳脱硝的系统，该系统包括热风系统(1)、CO反应器(2)、SCR反应器(3)；热风系统(1)包括热风炉(101)和换热器(102)；CO反应器(2)包括主反应塔(201)和旁路(202)；从原烟气输送管道(L0)分出的第一管道(L1)和第二管道(L2)分别连接至CO反应器(2)的主反应塔(201)和旁路(202)；从CO反应器(2)的主反应塔(201)的烟气出口引出的第三管道(L3)和从CO反应器(2)的旁路(202)引出的第四管道(L4)两者在合并之后经由第五管道(L5)连接至SCR反应器(3)；从热风炉(101)的热风出口引出的第六管道(L6)连接至换热器(102)的第一介质入口；从换热器(102)的第二介质出口引出的第七管道(L7)连接至第一管道(L1)；
换热器(102)的第一介质出口经由第八管道(L8)连接至原烟气输送管道(L0)；该系统还包括设置在第一管道(L1)上的第一阀门(k1)；第一阀门(k1)位于第七管道(L7)与第一管道(L1)连接位置的上游；该系统还包括设置在第二管道(L2)上的第二阀门(k2)；原烟气输送管道(L0)上设有烟气流量检测装置(5)、CO浓度检测装置(6)、第一温度检测装置(7)；烟气流量检测装置(5)、CO浓度检测装置(6)、第一温度检测装置(7)均位于第八管道(L8)与原烟气输送管道(L0)连接位置的上游；CO反应器(2)的主反应塔(201)的侧壁上设有第二温度检测装置(8)；第五管道(L5)上且靠近SCR反应器(3)的烟气入口处设有第三温度检测装置(9)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：该系统还包括GGH换热器(4)；原烟气通过管道连接至GGH换热器(4)的第一换热区(401)的烟气入口，GGH换热器(4)的第一换热区(401)的烟气出口与原烟气输送管道(L0)连接，SCR反应器(3)的净烟气出口通过净烟气输送管道(L9)连接至GGH换热器(4)的第二换热区(402)。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：该系统还包括燃气输送管道(L10)，燃气输送管道(L10)连接至热风炉(101)的燃气补充入口；和/或
该系统还包括助燃气体输送管道(L11)，助燃气体输送管道(L11)连接至热风炉(101)的助燃气体补充入口。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：GGH换热器(4)的第二换热区(402)的烟气出口连接至助燃气体输送管道(L11)的前端。
5.一种使用权利要求1-4中任一项所述系统来控制CO氧化协同脱硝的方法，该方法包括以下步骤：
1)关闭第一阀门(k1)，打开第二阀门(k2)，原烟气输送管道(L0)内通入原烟气G1；
2)原烟气G1通过第二管道(L2)进入CO反应器(2)的旁路(202)，然后烟气通过第五管道(L5)进入SCR反应器(3)脱硝，脱硝后的净烟气从SCR反应器(3)的净烟气出口排出；
3)启动热风系统(1)，与热风炉(101)产生的热风在换热器(102)内换热后的热空气进入CO反应器(2)的主反应塔(201)，预热主反应塔(201)内的CO催化剂，第二温度检测装置(8)对CO反应器(2)的主反应塔(201)内的CO催化剂的温度进行实时监测；当检测到CO催化剂的温度达到催化剂设定温度T3时，打开第一阀门(k1)，关闭第二阀门(k2)，烟气进入CO反应器(2)的主反应塔(201)，与主反应塔(201)内的CO催化剂接触发生CO催化氧化反应；CO催化氧化放出的反应热加热烟气，获得升温后的含硝烟气G2；
4)含硝烟气G2通过第五管道(L5)进入SCR反应器(3)脱硝，脱硝后的净烟气从SCR反应器(3)的净烟气出口排出。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：检测单位时间内原烟气G1的流量，标记为U1Nm3/h；检测原烟气G1的温度，标记为T1℃；检测原烟气G1中CO的含量，标记为P1g/Nm3；计算：单位时间内原烟气G1中一氧化碳的质量流量为U1*P1g/h；单位时间内原烟气G1中一氧化碳燃烧放出的热量Q1kJ/h：
Q1＝a*U1*P1*10.11；
其中：a为燃烧系数，取值为0.1-1；
计算原烟气G1中的一氧化碳在CO反应器(2)的主反应塔(201)内转化为二氧化碳后，含硝烟气G2的温度T2℃：
Figure FDA0003557262950000021
其中：C为烟气的平均比热容，kJ/(℃﹒g)；b为热传递系数，取值为0.7-1。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：a的取值为0.4-0.95；b的取值为0.8-0.98。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：a的取值为0.7-0.9；b的取值为0.9-0.95。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：根据SCR反应器(3)的需要，设定SCR反应器(3)的最佳脱硝温度为T脱硝℃；
若T2＝T脱硝，则原烟气G1中的一氧化碳进入CO反应器(2)的主反应塔(201)催化氧化，放出的热量使得进入SCR反应器(3)的含硝烟气G2达到T脱硝℃，将该烟气直接在SCR反应器(3)进行脱硝处理；
若T2＜T脱硝，则增加热风炉(101)的燃气及助燃气体的用量，使得进入SCR反应器(3)的含硝烟气G2达到T脱硝℃；
若T2＞T脱硝，通过调小热风炉(101)的燃气及助燃气体的用量，使得进入SCR反应器(3)的含硝烟气G2达到T脱硝℃；若调小热风炉(101)的燃气及助燃气体的用量至关停热风炉(101)后，含硝烟气G2的温度T2仍大于T脱硝，此时打开第二阀门(k2)，使部分原烟气G1流经CO反应器(2)的旁路(202)；调节第二阀门(k2)的开度，使得进入SCR反应器(3)的含硝烟气G2降低至T脱硝℃。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：若T2＜T脱硝，所述增加热风炉(101)的燃气的用量为：
设定燃气的燃烧热为N1kJ/g，计算需要增加燃气的质量流量U2Nm3/h：
Figure FDA0003557262950000031
其中：e为燃烧系数，取值为0.6-1；也就是说单位时间内，热风炉(101)中需要补充流量为U2Nm3/h的燃气，使得进入SCR反应器(3)前烟气的温度达到T脱硝℃。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：e的取值为0.8-0.99。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：e的取值为0.8-0.98。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：若关停热风炉(101)后，含硝烟气G2的温度T2仍大于T脱硝，此时第二阀门(k2)的调节具体为：
计算CO反应器(2)的主反应塔(201)内需要减少的原烟气流量U3Nm3/h：
Figure FDA0003557262950000032
也就是说单位时间内，CO反应器(2)的主反应塔(201)内需要减少流量为U3Nm3/h的烟气；调节第二阀门(k2)的开度，使得进入CO反应器(2)的旁路(202)内的烟气流量为U3Nm3/h，从而使得进入SCR反应器(3)前烟气的温度降至T脱硝℃。
14.一种使用权利要求1-4中任一项所述系统来控制CO氧化协同脱硝的方法，该方法包括以下步骤：
1)关闭第一阀门(k1)，打开第二阀门(k2)，烟气通过GGH换热器(4)的第一换热区(401)换热后进入原烟气输送管道(L0)，获得加热后的原烟气G1；
2)启动热风系统(1)，热风炉(101)产生的热风在换热器(102)内与空气换热后进入原烟气输送管道(L0)，对原烟气输送管道(L0)内的烟气进行加热；加热后的烟气通过第二管道(L2)进入CO反应器(2)的旁路(202)，然后烟气通过第五管道(L5)进入SCR反应器(3)脱硝，脱硝后的净烟气进入GGH换热器(4)的第二换热区(402)换热后排出；
3)换热后的热空气进入CO反应器(2)的主反应塔(201)，预热主反应塔(201)内的CO催化剂，第二温度检测装置(8)对CO反应器(2)的主反应塔(201)内的CO催化剂的温度进行实时监测；当检测到CO催化剂的温度达到催化剂设定温度T3时，打开第一阀门(k1)，关闭第二阀门(k2)，烟气进入CO反应器(2)的主反应塔(201)，与主反应塔(201)内的CO催化剂接触发生CO催化氧化反应；CO催化氧化放出的反应热加热烟气，获得升温后的含硝烟气G2；
4)含硝烟气G2通过第五管道(L5)进入SCR反应器(3)脱硝，脱硝后的净烟气进入GGH换热器(4)的第二换热区(402)换热后排出。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：检测单位时间内原烟气G1的流量，标记为U1Nm3/h；检测原烟气G1的温度，标记为T1℃；检测原烟气G1中CO的含量，标记为P1g/Nm3；计算：单位时间内原烟气G1中一氧化碳的质量流量为U1*P1g/h；单位时间内原烟气G1中一氧化碳燃烧放出的热量Q1kJ/h：
Q1＝a*U1*P1*10.11；
其中：a为燃烧系数，取值为0.1-1；
计算原烟气G1中的一氧化碳在CO反应器(2)的主反应塔(201)内转化为二氧化碳后，含硝烟气G2的温度T2℃：
Figure FDA0003557262950000041
其中：C为烟气的平均比热容，kJ/(℃﹒g)；b为热传递系数，取值为0.7-1。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：a的取值为0.4-0.95；b的取值为0.8-0.98。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：a的取值为0.7-0.9；b的取值为0.9-0.95。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：根据SCR反应器(3)的需要，设定SCR反应器(3)的最佳脱硝温度为T脱硝℃；
若T2＝T脱硝，则原烟气G1中的一氧化碳进入CO反应器(2)的主反应塔(201)催化氧化，放出的热量使得进入SCR反应器(3)的含硝烟气G2达到T脱硝℃，将该烟气直接在SCR反应器(3)进行脱硝处理；
若T2＜T脱硝，则增加热风炉(101)的燃气及助燃气体的用量，使得进入SCR反应器(3)的含硝烟气G2达到T脱硝℃；
若T2＞T脱硝，通过调小热风炉(101)的燃气及助燃气体的用量，使得进入SCR反应器(3)的含硝烟气G2达到T脱硝℃；若调小热风炉(101)的燃气及助燃气体的用量至关停热风炉(101)后，含硝烟气G2的温度T2仍大于T脱硝，此时打开第二阀门(k2)，使部分原烟气G1流经CO反应器(2)的旁路(202)；调节第二阀门(k2)的开度，使得进入SCR反应器(3)的含硝烟气G2降低至T脱硝℃。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：若T2＜T脱硝，所述增加热风炉(101)的燃气的用量为：
设定燃气的燃烧热为N1kJ/g，计算需要增加燃气的质量流量U2Nm3/h：
Figure FDA0003557262950000051
其中：e为燃烧系数，取值为0.6-1；也就是说单位时间内，热风炉(101)中需要补充流量为U2Nm3/h的燃气，使得进入SCR反应器(3)前烟气的温度达到T脱硝℃。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：e的取值为0.8-0.99。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：e的取值为0.8-0.98。
22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：若关停热风炉(101)后，含硝烟气G2的温度T2仍大于T脱硝，此时第二阀门(k2)的调节具体为：
计算CO反应器(2)的主反应塔(201)内需要减少的原烟气流量U3Nm3/h：
Figure FDA0003557262950000052
也就是说单位时间内，CO反应器(2)的主反应塔(201)内需要减少流量为U3Nm3/h的烟气；调节第二阀门(k2)的开度，使得进入CO反应器(2)的旁路(202)内的烟气流量为U3Nm3/h，从而使得进入SCR反应器(3)前烟气的温度降至T脱硝℃。
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