CN113828153B - 一种塔式催化剂反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种塔式催化剂反应器，包括反应塔，所述反应塔从下至上依次包括进气段、收缩段、细直段、过渡段和排气段，所述收缩段的内径从下至上逐渐变小，所述过渡段的内径从下至上逐渐变大，所述细直段下部沿水平方向设有隔网，所述隔网上设有颗粒状的催化剂；所述进气段开设有烟气入口和氨气入口，所述排气段开设有排气口；通过设置的进气段、收缩段、细直段、过渡段和排气段，先对反应塔内气体加速，再减速，使反应塔内形悬浮的颗粒状催化剂床层，能够提高催化剂的利用率，且结构简单，对催化剂的生产加工要求低，催化剂也便于运输。

Description

一种塔式催化剂反应器
技术领域
本发明属于烟气净化技术领域，具体为一种塔式催化剂反应器。
背景技术
在冶金行业常常涉及到大量的高温燃烧过程，从而产生了大量的氮氧化物(NOx)，在化工生产，油气炼制，燃煤发电领域，也会产生富含NOx的烟气。脱硝处理是指把已生成的NOx还原为N2，从而脱除烟气中的NOx，世界上比较主流的工艺分为：SCR和SNCR。
SCR(Selective Catalytic Reduction)选择性催化还原法脱硝技术是目前国际上应用最为广泛的烟气脱硝技术，在日本、欧洲、美国等国家地区的大多数电厂中基本都应用此技术，它没有副产物，不形成二次污染，装置结构简单，并且具有脱除效率高(可达90％以上)，运行可靠，便于维护等优点。
SCR技术原理为：在催化剂作用下，向一定温度的烟气中喷入氨，将NOx还原成N2和H2O。
公开号为CN211462735U的中国实用新型专利公开了一种水泥窑SCR脱硝反应塔，包括反应塔，所述反应塔中设有导流均布板、催化剂和清灰装置，导流均布板设置在反应塔的入口处，导流均布板连接在反应塔的塔体上，催化剂连接在反应塔的塔体上位于导流均布板的下方，催化剂的上方设有清灰装置，清灰装置连接在反应塔的塔体上位于导流均布板的下方。导流均布板采用倒置的角钢制成，即导流均布板安装在反应塔中时，角钢的开口部分朝下夹角部分朝上，相邻两角钢之间设有间隙，气体从相邻两角钢之间的间隙通过。导流均布板的设置对进入反应塔的废气起到导流的作用，并使废气在反应塔中均匀分布，有效保证了废气进入催化剂反应塔的均匀性，使废气与催化剂的反应更加彻底。
公开号为CN208356520U的中国实用新型专利公开了一种提高低温SCR催化剂活性并且抑制副产物NO的SCR反应器，按烟气的流动方向包括烟气入口、反应器主体及烟气出口，在反应器主体内部设有用于放置低温SCR催化剂的催化剂床层，在催化剂床层中插装有氨氮混合气扩散管组，氨氮混合气扩散管组包括氨氮混合气输入管和由上至下并排设置的至少两排扩散总管，每排扩散总管由水平设置的多根扩散管构成，每根扩散管上分别连接有多根扩散支管，氨氮混合气输入管连接于外部氨氮混合气供气装置与各所述扩散总管之间，在各扩散管和各所述扩散支管上均开设有若干扩散孔。本实用新型有利于提高低温催化剂活性，提高低温催化脱硝效率，同时达到控制副产物NO生成的功效。
公开号为CN210786897U的中国实用新型专利公开了一种SCR脱硝催化剂清灰装置及SCR反应器，涉及环保领域。SCR脱硝催化剂清灰装置安装在SCR反应器处，SCR反应器具有多层SCR催化剂，包括：输送管、阀组、旋转接头、传动机构、主管、多个支管、吹扫集管和支架。本申请的SCR脱硝催化剂清灰装置及SCR反应器，压缩空气经过阀组和旋转接头，进入主管、支管和吹扫集管，主管、支管和吹扫主管在传动机构带动下进行旋转，从而达到可吹扫各层SCR催化剂所用表面区域聚集的粉尘。阀组按设定程序开关，控制相应的吹扫集管工作或停止，从而实现定期吹扫。
上述SCR反应器中的催化剂都是多层蜂窝状整体式催化剂，催化效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种塔式催化剂反应器，解决了现有SCR反应器中催化剂为多层蜂窝状整体式催化剂，催化效率较低的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种塔式催化剂反应器，包括反应塔，所述反应塔的横截面呈圆形，所述反应塔从下至上依次包括进气段、收缩段、细直段、过渡段和排气段，所述收缩段的内径从下至上逐渐变小，所述过渡段的内径从下至上逐渐变大，所述细直段下部沿水平方向设有隔网，所述隔网上设有颗粒状的催化剂；所述进气段开设有烟气入口和氨气入口，所述排气段开设有排气口。
烟气和氨气分别从烟气入口和氨气入口进入反应塔的进气段，并在进气段内混合，混合气体从下往上流动，从进气段进入收缩段，因收缩段的内径从下至上逐渐变小，混合气体在收缩段被加速，流速变快，混合气体在进入细直段时流速最快，高速流动的混合气体穿过隔网吹起催化剂颗粒，催化剂颗粒随着混合气体一起上升，混合气体进入过渡段后，因过渡段的内径从下至上逐渐变大，混合气体流速变慢，而催化剂颗粒因较重，在惯性的作用下冲进排气段，排气段内混合气体流速较低，无法将催化剂吹起，催化剂在重力作用下往下掉，重新进入过渡段或细直段，被混合气体重新带动上升，如此循环，直至催化剂被气流托住，悬浮在空中，催化剂颗粒在细直段、过渡段和排气段形成相对稳定的悬浮的催化剂床层；通过悬浮的催化剂床层的混合气体发生脱硝反应，催化剂呈颗粒状，可以极大提高与混合气体的接触面积，有利于提高催化效率；因气流变化，催化剂颗粒在空中会不断摆动，催化剂颗粒之间也会不断发生碰撞，灰尘难以附着在催化剂颗粒上，催化剂不需要清灰，催化效率也更高。
进一步地，所述进气段内设有风机，所述风机的排风口朝向所述收缩段，所述风机位于所述烟气入口和所述氨气入口上方，用于加快烟气和氨气混合，并提高混合气体的流速。
进一步地，所述细直段的内壁设有若干用于截留所述催化剂的网兜组件，所述网兜组件位于所述隔网上方，在催化剂被混合气体带动向上运动时，可以将催化剂截留在细直段，使催化剂颗粒在细直段内分布的更均匀，通过细直段的混合气体可以在网兜组件内催化剂的作用下，发生脱硝反应，在经过悬浮的催化剂床层，再次脱硝，脱硝效果更好。
具体地，所述网兜组件包括兜杆、兜环和兜网，所述兜杆的一端固定在所述细直段的内壁上，另一端固定有所述兜环，所述兜网呈半球状，且所述兜网的开口朝下，所述兜环与所述兜网的开口边缘固定，催化剂颗粒被吹起时可以被开口朝下的兜网兜住，在停止脱硝后，催化剂也都可以落回到隔网上，从兜网上方掉落到兜网上的催化剂颗粒，也会从兜网上滑落到隔网上。
进一步地，所述反应塔内沿竖直方向设有转轴，所述转轴顶端通过高温轴承与所述排气段顶面转动式连接，所述转轴下部通过高温轴承与所述隔网转动式连接，所述转轴底端设有用于清理所述隔网底面的毛刷，所述转轴上部设有叶轮，流动的混合气体穿过叶轮时，会带动叶轮转动，进而带动转轴转动，转轴转动会带动毛刷转动，所述转轴与所述反应塔同轴设置，转动的毛刷可以对隔网的底面进行清理，将附着在隔网底面的灰尘刷走，灰尘可以穿过隔网随混合气体排出反应塔。
进一步地，所述转轴上设有用于搅动所述催化剂的搅拌棒，搅拌棒在转轴的带动下旋转，扰乱悬浮的催化剂床层，使催化剂颗粒分布的更均匀，催化效果更好。
进一步地，所述催化剂的颗粒直径小于5mm，催化剂颗粒易于被吹起，与混合气体的接触面积大，催化效率高。
进一步地，所述烟气入口和所述氨气入口之间设有导流板，对烟气和氨气进行导流，降低气体流速的损失。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：烟气和氨气分别从烟气入口和氨气入口进入反应塔的进气段，并在进气段内混合，混合气体从下往上流动，从进气段进入收缩段，因收缩段的内径从下至上逐渐变小，混合气体在收缩段被加速，流速变快，混合气体在进入细直段时流速最快，高速流动的混合气体穿过隔网吹起催化剂颗粒，催化剂颗粒随着混合气体一起上升，混合气体进入过渡段后，因过渡段的内径从下至上逐渐变大，混合气体流速变慢，而催化剂颗粒因较重，在惯性的作用下冲进排气段，排气段内混合气体流速较低，无法将催化剂吹起，催化剂在重力作用下往下掉，重新进入过渡段或细直段，被混合气体重新带动上升，如此循环，直至催化剂被气流托住，悬浮在空中，催化剂颗粒在细直段、过渡段和排气段形成相对稳定的悬浮的催化剂床层；通过悬浮的催化剂床层的混合气体发生脱硝反应，催化剂呈颗粒状，可以极大提高与混合气体的接触面积，有利于提高催化效率；因气流变化，催化剂颗粒在空中会不断摆动，催化剂颗粒之间也会不断发生碰撞，灰尘难以附着在催化剂颗粒上，催化剂不需要清灰，催化效率也更高。
附图说明
图1为本发明一种塔式催化剂反应器结构示意图；
图2为图1中A处局部放大结构示意图；
图中：1、进气段；2、收缩段；3、细直段；4、过渡段；5、排气段；6、隔网；7、催化剂；8、烟气入口；9、氨气入口；10、排气口；11、风机；12、兜杆；13、兜环；14、兜网；15、转轴；16、毛刷；17、叶轮；18、搅拌棒；19、导流板。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例提供一种塔式催化剂反应器，包括反应塔，所述反应塔的横截面呈圆形，所述反应塔从下至上依次包括进气段1、收缩段2、细直段3、过渡段4和排气段5，所述收缩段2的内径从下至上逐渐变小，所述过渡段4的内径从下至上逐渐变大，所述细直段3下部沿水平方向设有隔网6，所述隔网6上设有颗粒状的催化剂7；所述进气段1开设有烟气入口8和氨气入口9，所述排气段5开设有排气口10。
烟气和氨气分别从烟气入口8和氨气入口9进入反应塔的进气段1，并在进气段1内混合，混合气体从下往上流动，从进气段1进入收缩段2，因收缩段2的内径从下至上逐渐变小，混合气体在收缩段2被加速，流速变快，混合气体在进入细直段3时流速最快，高速流动的混合气体穿过隔网6吹起催化剂7颗粒，催化剂7颗粒随着混合气体一起上升，混合气体进入过渡段4后，因过渡段4的内径从下至上逐渐变大，混合气体流速变慢，而催化剂7颗粒因较重，在惯性的作用下冲进排气段5，排气段5内混合气体流速较低，无法将催化剂7吹起，催化剂7在重力作用下往下掉，重新进入过渡段4或细直段3，被混合气体重新带动上升，如此循环，直至催化剂7被气流托住，悬浮在空中，催化剂7颗粒在细直段3、过渡段4和排气段5形成相对稳定的悬浮的催化剂7床层；通过悬浮的催化剂7床层的混合气体发生脱硝反应，催化剂7呈颗粒状，可以极大提高与混合气体的接触面积，有利于提高催化效率，同时呈颗粒状的催化剂7也容易将催化剂7排出、重生，重新投进反应塔使用；因气流变化，催化剂7颗粒在空中会不断摆动，催化剂7颗粒之间也会不断发生碰撞，灰尘难以附着在催化剂7颗粒上，催化剂7不需要清灰，催化效率也更高；本装置结构简单，建造成本低，对催化剂7的生产加工要求简单，便于运输。
进一步地，所述过渡段4的侧壁与水平面之间的夹角为10°-30°，催化剂7从排气段5往下掉的时候，容易顺着过渡段4的侧壁滑落进细直段3，排气段5的内径与细直段3的内径之间的比值大于3，混合气体从细直段3到排气段5后，流速变化大，带着惯性的催化剂7颗粒容易从排气段5掉进细直段3，有利于悬浮的催化剂7床层形成，进而有利于提高催化剂7的催化效率。
进一步地，所述进气段1内设有风机11，所述风机11的排风口朝向所述收缩段2，所述风机11位于所述烟气入口8和所述氨气入口9上方，用于加快烟气和氨气混合，并提高混合气体的流速。
进一步地，如图2所示，所述细直段3的内壁设有若干用于截留所述催化剂7的网兜组件，所述网兜组件位于所述隔网6上方，在催化剂7被混合气体带动向上运动时，可以将催化剂7截留在细直段3，使催化剂7颗粒在细直段3内分布的更均匀，通过细直段3的混合气体可以在网兜组件内催化剂7的作用下，发生脱硝反应，在经过悬浮的催化剂7床层，再次脱硝，脱硝效果更好。
具体地，所述网兜组件包括兜杆12、兜环13和兜网14，所述兜杆12的一端固定在所述细直段3的内壁上，另一端固定有所述兜环13，所述兜网14呈半球状，且所述兜网14的开口朝下，所述兜环13与所述兜网14的开口边缘固定，催化剂7颗粒被吹起时可以被开口朝下的兜网14兜住，在停止脱硝后，催化剂7也都可以落回到隔网6上，从兜网14上方掉落到兜网14上的催化剂7颗粒，也会从兜网14上滑落到隔网6上。
进一步地，所述反应塔内沿竖直方向设有转轴15，所述转轴15顶端通过高温轴承与所述排气段5顶面转动式连接，所述转轴15下部通过高温轴承与所述隔网6转动式连接，所述转轴15底端设有用于清理所述隔网6底面的毛刷16，所述转轴15上部设有叶轮17，所述叶轮17的安装高度低于所述排气口10的高度，流动的混合气体穿过叶轮17时，会带动叶轮17转动，进而带动转轴15转动，转轴15转动会带动毛刷16转动，所述转轴15与所述反应塔同轴设置，转动的毛刷16可以对隔网6的底面进行清理，将附着在隔网6底面的灰尘刷走，灰尘可以穿过隔网6随混合气体排出反应塔。
进一步地，所述转轴15上设有用于搅动所述催化剂7的搅拌棒18，搅拌棒18在转轴15的带动下旋转，扰乱悬浮的催化剂7床层，使催化剂7颗粒分布的更均匀，催化效果更好。
进一步地，所述催化剂7的颗粒直径小于5mm，催化剂7颗粒易于被吹起，与混合气体的接触面积大，催化效率高。
进一步地，所述烟气入口8和所述氨气入口9之间设有导流板19，对烟气和氨气进行导流，降低气体流速的损失。
进一步地，所述排气口10处倾斜设有拦截网(图1和图2中均未示出)，用于防止个别催化剂7被吹到外界。
进一步地，所述催化剂颗粒的表面还可以设置有微孔，进一步地提高催化剂与烟气的接触面积，提高催化效率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种塔式催化剂反应器，其特征在于，包括反应塔，所述反应塔从下至上依次包括进气段、收缩段、细直段、过渡段和排气段，所述收缩段的内径从下至上逐渐变小，所述过渡段的内径从下至上逐渐变大，所述过渡段的侧壁与水平面之间的夹角为10°-30°，所述排气段的内径与所述细直段的内径之间的比值大于3，所述细直段下部沿水平方向设有隔网，所述隔网上设有颗粒状的催化剂，所述细直段的内壁设有若干用于截留所述催化剂的网兜组件，所述网兜组件位于所述隔网上方，所述网兜组件包括兜杆、兜环和兜网，所述兜杆的一端固定在所述细直段的内壁上，另一端固定有所述兜环，所述兜网呈半球状，且所述兜网的开口朝下，所述兜环与所述兜网的开口边缘固定；所述进气段开设有烟气入口和氨气入口，所述排气段开设有排气口；所述反应塔内沿竖直方向设有转轴，所述转轴顶端通过高温轴承与所述排气段顶面转动式连接，所述转轴下部通过高温轴承与所述隔网转动式连接，所述转轴底端设有用于清理所述隔网底面的毛刷，所述转轴上部设有叶轮，所述转轴上设有用于搅动所述催化剂的搅拌棒。
2.如权利要求1所述的一种塔式催化剂反应器，其特征在于，所述进气段内设有风机，所述风机的排风口朝向所述收缩段，所述风机位于所述烟气入口和所述氨气入口上方。
3.如权利要求1所述的一种塔式催化剂反应器，其特征在于，所述转轴与所述反应塔同轴设置。
4.如权利要求1所述的一种塔式催化剂反应器，其特征在于，所述催化剂的颗粒直径小于5mm。
5.如权利要求1所述的一种塔式催化剂反应器，其特征在于，所述烟气入口和所述氨气入口之间设有导流板。
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