CN114307639B - 一种可调节多用途的集成scr和预热器的耦合体 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种可调节多用途的集成SCR和预热器的耦合体，涉及高温烟气处理设备的领域，其包括依次连通的烟气入口通道、混氨通道、调温通道、换热脱硝通道；烟气入口通道用于连通待排放的高温烟气进入混氨通道；混氨通道为高温烟气与氨气的混合空间通道；调温通道引导高温烟气进入换热脱硝通道内，且进入换热脱硝通道内的高温烟气均小于设定温度；换热脱硝通道内侧设置有催化剂层；催化剂层为用于催化氮氧化物还原的催化层，换热脱硝通道外侧设置预热通道，预热通道内流过的流体吸收换热脱硝通道的热量。本申请具有将空气预热器和脱硝设备集成一体化设计的效果。
Description
技术领域
本申请涉及高温烟气处理设备的领域，尤其是涉及一种可调节多用途的集成SCR和预热器的耦合体。
背景技术
随着国家“低碳节能减排”战略发展的需要，炼油化工用的加热炉、火力发电厂用锅炉、余热回收锅炉等烟气排放必须达到一定的指标后才可以向大气中排放；要求加热炉或者锅炉使用低氮燃烧器及其配套脱硝设备的使用。节能降碳就要求加热炉或者锅炉需配用空气预热器以提高热效率，燃烧器尽可能充分燃烧。
空气预热器和脱硝设备已经经过几代技术的发展，各自都形成一定的技术积累。空气预热器经过了管束预热器，板式预热器，玻璃板（管）预热器等等的发展。脱硝（SCR）技术又发展了由氨水、尿素、氨气喷入反应器内与催化剂发生化学反应。
针对上述中的相关技术，发明人认为存在有现有的空气预热器和脱硝设备分别单独使用，设备占地空间大的缺陷。
发明内容
为了将空气预热器和脱硝设备集成一体化设计，本申请提供一种可调节多用途的集成SCR和预热器的耦合体。
本申请提供的一种可调节多用途的集成SCR和预热器的耦合体，采用如下的技术方案：
一种可调节多用途的集成SCR和预热器的耦合体，包括依次连通的烟气入口通道、混氨通道、调温通道、换热脱硝通道；
烟气入口通道用于连通待排放的高温烟气进入混氨通道；
混氨通道为高温烟气与氨气的混合空间通道；
调温通道引导高温烟气进入换热脱硝通道内，且进入换热脱硝通道内的高温烟气均小于设定温度；
换热脱硝通道内侧设置有催化剂层；催化剂层为用于催化氮氧化物还原的催化层，换热脱硝通道外侧设置预热通道，预热通道内流过的流体吸收换热脱硝通道的热量。
通过采用上述技术方案，高温烟气经过烟气入口通道进入混氨通道内与氨气混合，混合后的高温烟气经过调温通道进入换热脱硝通道，当高温烟气温度高于400摄氏度时，高温烟气经过降温后进入换热脱硝通道，当高温烟气温度低于400摄氏度时，高温烟气经过调温通道进入换热脱硝通道，经调温通道 进入换热脱硝通道内的高温烟气的设定温度根据催化剂层的最高有效温度确定，应不大于催化剂层的有效温度；高温烟气对换热脱硝通道内侧的流体进行降温，外侧的预热通道内的流体进行加热，从而实现高温烟气中余热的回收利用，同时位于换热脱硝通道内侧对氮氧化物和氨气进行催化，减少排放烟气中氮氧化物的含量，减少排放烟气对空气中的污染，本方案为了实现对高温烟气进行净化和热量回收在同一设备同时进行，优化设备结构，降低成本，便于维护。
优选的，所述催化剂层为五氧化二钒和二氧化钛物质混合的涂层；催化剂层包括膨胀系数调整物质。
通过采用上述技术方案，由于作为催化剂的五氧化二钒和二氧化钛与换热脱硝通道同时加热或降温，会产生不同的膨胀系数，催化剂层使用一段时候后会脱落失效，通过膨胀系数调整调整催化剂层的热膨胀系数，保证催化剂层与换热脱硝通道之间的稳定连接。
优选的，所述换热脱硝通道为使用不锈钢板围成的通道。
通过采用上述技术方案，不锈钢围成的通道耐腐蚀性能高，保证在高温烟气下的稳定使用。
优选的，所述膨胀系数调整物质为氮化硼。
通过采用上述技术方案，氮化硼在高温状态自身性能稳定，不会与高温烟气发生反应，且为非金属无机物质，对五氧化二钒和二氧化钛的金属无机物质调整效果明显。
优选的，所述换热脱硝通道内侧设置有沿流体流动方向延伸的变曲率板，催化剂层设置于变曲率板表面。
通过采用上述技术方案，提高催化剂层与换热脱硝通道内的流体接触面积，提高催化效率；同时提高换热脱硝通道与预热通道之间的热交换效率。
优选的，所述调温通道包括相互独立的散热通道和适温通道，散热通道能对流向换热脱硝通道内的高温烟气进行降温调节；当烟气入口通道内的高温烟气温度低于400摄氏度时，适温通道与混氨通道连通；当烟气入口通道内的高温烟气温度超过400摄氏度时，散热通道与混氨通道连通。
通过采用上述技术方案，当高温烟气温度高于400摄氏度时，高温烟气经过散热通道降温后进入换热脱硝通道，当高温烟气温度低于400摄氏度时，高温烟气经过适温通道进入换热脱硝通道。
优选的，还包括用于检测烟气入口通道温度的温度传感器，用于控制散热通道和适温通道其中任一通道单独开启的控制阀门，用于接收温度传感器检测的温度信号与400摄氏度判断对比后对控制阀门发出指令控制散热通道或适温通道与混氨通道连通的控制器。
通过采用上述技术方案，当温度传感器检测的温度信号大于400摄氏度时，控制器操控散热通道的控制阀门打开；当温度传感器检测的温度信号小于400摄氏度时，控制器操控适温通道的控制阀门打开。
优选的，所述散热通道外侧固设有散热翅片；
还包括加速散热通道外侧空气流动对其进行降温的调节风机，控制器通过调节控制调节风机的功率调整烟气温度。
通过采用上述技术方案，散热翅片进一步提高烟气温度；调节风机能根据不同的排气温度，进行不同功率的散热。
优选的，所述换热脱硝通道包括高温段和低温段，高温段与调温通道连通，催化剂层设置于高温段；
所述调温通道和换热脱硝通道之间设置有吹灰通道，吹灰通道内设有吹灰器，调温通道内的流体经过吹灰器外侧进入换热脱硝通道；还包括测量换热脱硝通道两端压差的压差变送器；当压差变送器的压差大于设定压力值时，吹灰器开启向换热脱硝通道内吹气。。
通过采用上述技术方案，便于清理换热脱硝通道内表面，避免杂质堆积，保持高效催化；
不同温度段对高温烟气中的热量进行吸收。
优选的，所述换热脱硝通道上连通有净烟气通道。
通过采用上述技术方案，净烟气通道引导烟气排放到合适的区域。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.高温烟气经过烟气入口通道进入混氨通道内与氨气混合，混合后的高温烟气经过调温通道进入换热脱硝通道，当高温烟气温度高于400摄氏度时，高温烟气经过降温后进入换热脱硝通道，当高温烟气温度低于400摄氏度时，高温烟气经过调温通道进入换热脱硝通道，经调温通道 进入换热脱硝通道内的高温烟气的设定温度根据催化剂层的最高有效温度确定，应不大于催化剂层的有效温度；高温烟气对换热脱硝通道内侧的流体进行降温，外侧的预热通道内的流体进行加热，从而实现高温烟气中余热的回收利用，同时位于换热脱硝通道内侧对氮氧化物和氨气进行催化，减少排放烟气中氮氧化物的含量，减少排放烟气对空气中的污染，本方案为了实现对高温烟气进行净化和热量回收在同一设备同时进行，优化设备结构，降低成本，便于维护；
2.氮化硼在高温状态自身性能稳定，不会与高温烟气发生反应，且为非金属无机物质，对五氧化二钒和二氧化钛的金属无机物质调整效果明显；
3.散热翅片进一步提高烟气温度；调节风机能根据不同的排气温度，进行不同功率的散热。
附图说明
图1是实施例一的整体结构示意图；
图2是实施例一中换热脱硝通道的与预热通道的结构示意图；
图3是实施例二中调温通道阀门的剖面结构示意图。
附图标记说明：1、烟气入口通道；2、混氨通道；21、喷氨隔栅；3、调温通道；31、散热通道；32、适温通道；33、盖板；331、铰接柱；332、左板；333、右板；34、环形盖；35、刚性件；4、吹灰通道；41、吹灰器；5、换热脱硝通道；51、高温段；52、低温段；53、变曲率板；6、净烟气通道；7、预热通道；8、压差变送器。
具体实施方式
以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。
实施例1
参照图1，一种可调节多用途的集成SCR和预热器的耦合体包括依次连通的烟气入口通道1、混氨通道2、调温通道3、换热脱硝通道5。炼油化工用的加热炉、火力发电厂用锅炉、余热回收锅炉等其他燃烧路排放的烟气需要依次经过烟气入口通道1、混氨通道2、调温通道3、换热脱硝通道5后，对其中的氮氧化物进行处理后排放。烟气入口通道1引导待排放的高温烟气进入混氨通道2，高温烟气与氨气在混氨通道2的空间内混合，调温通道3保证进入换热脱硝通道5内的温度小于400摄氏度，换热脱硝通道5吸收烟气中余热的同时，对烟气进行脱硝处理。
相对于现有的烟气处理装置，需要将排放烟气经过单独的预热器进行降温处理后，再使用脱硝设备对排放烟气进行处理，脱硝设备利用脱硝技术，即将氨水、尿素或氨气喷入反应设备中在催化剂的作用力下与氮氧化物发生化学反应。本方案中直接在换热脱硝通道5中同时完成降温和脱硝处理，以减少设备占地空间，方便后期维护拆修更换，在保障预热器的烟气余热回收和脱硝设备的烟气处理的功能下，将现有的两套设备集成化。
烟气入口通道1一端与燃烧炉的排气管连通，另一端与混氨通道2连通，从而将高温烟气引导进入混氨通道2内。
混氨通道2、调温通道3和换热脱硝通道5共用同一处理炉外壳，外壳两端设置有开口，外壳设置有混氨通道2的一端的开口与烟气入口通道1连通。
混氨通道2内设置有喷氨隔栅21，喷氨隔栅21固定于混氨通道2内，且与混氨通道2内的气流流向相互垂直。喷氨隔栅21为多根内腔相互连通的管道相互固定成的隔栅，喷氨隔栅21上设置有多个间隔设置的喷氨口，喷氨隔栅21一端伸出混氨通道2与氨气罐之间通过可调阀门连通，氨气罐通过可调阀门向喷氨隔栅21内输送氨气，氨气进入混氨通道2内与高温烟气混合，混合后的高温烟气进入调温通道3。
调温通道3包括相互独立的散热通道31和适温通道32，散热通道31能对流向换热脱硝通道5内的高温烟气进行降温。当烟气入口通道1内的高温烟气温度低于400摄氏度时，适温通道32与混氨通道2连通，混氨通道2内的高温烟气进入适温通道32后进入换热脱硝通道5；当烟气入口通道1内的高温烟气温度超过400摄氏度时，散热通道31与混氨通道2连通，混氨通道2内的高温烟气进入散热通道31后进入换热脱硝通道5。
在其他一实施例中，调温通道3仅包括相互独立的散热通道31。
在本实施例中，采用电控方式控制散热通道31和适温通道32其中一个通道开启，同时另一个通道关闭。该设备包括固定于烟气入口通道1内的温度传感器、控制阀门和控制器，温度传感器用于检测烟气入口通道1温度；制阀门在本实施例中设置有分别控制散热通道31和适温通道32开启的两个，控制阀门用于控制散热通道31和适温通道32其中任一通道单独开启；控制器用于接收温度传感器检测的温度信号与400摄氏度判断对比后对控制阀门发出指令控制散热通道31或适温通道32开启，当温度传感器检测的温度信号低于400摄氏度时，控制器控制适温通道32的阀门开启。催化剂一般使用的最佳温度为300-400摄氏度，遇到排烟温度高于400摄氏度以上的情况，催化剂催化效率显著降低。
在其他一实施例中，为进一步提高散热通道31的散热效果，散热通道31外侧固设有散热翅片；还包括加速散热通道31外侧空气流动对其进行降温的调节风机，控制器通过调节控制调节风机的功率调整烟气温度，当温度传感器检测的温度大于400摄氏度且与400摄氏度的差值越大，调节风机的功率越大。
在其他一实施例中，混氨通道2与烟气入口通道1为同一通道。
参照图2，换热脱硝通道5为使用不锈钢板焊接围成的多个过烟通道，过烟通道内的高温烟气沿竖向流动，过烟通道之间沿水平横向间隔设置，过烟通道外侧设置有钢板，钢板与过烟通道外侧之间围成的封闭空间为预热通道7，预热通道7内的流体沿水平纵向流动，预热通道7与过烟通道之间相对封闭。预热通道7内流过的流体通过不锈钢板吸收换热脱硝通道5内的高温烟气热量，预热通道7内流经的流体为燃气与空气的混合气体。
换热脱硝通道5内侧设置有催化剂层，催化剂层为用于催化氮氧化物还原的催化层。催化剂层为五氧化二钒和二氧化钛混合的涂层，五氧化二钒和二氧化钛能催化氨气与烟气中的氮氧化合物发生反应，从而对排放的烟气进行净化。
使用催化剂层一段时间后，发现催化剂层脱落，导致排放烟气中的氮氧化合物含量增加，在本实施例，催化剂层还包括膨胀系数调整，通过在五氧化二钒和二氧化钛中混入化学性质稳定的无机，调整催化剂层的热膨胀系数，使催化剂层的热膨胀系数与不锈钢的热膨胀系数相同或接近相同，催化剂层与不锈钢同步膨胀收缩，催化剂的脱落情况显著延长。在本实施例中膨胀系数调整为氮化硼。
为提高换热脱硝通道5内的高温烟气与通道之间的接触面积，换热脱硝通道5内侧设置有沿流体流动方向延伸的变曲率板53，在本实施例中，变曲率板53的曲率变化满足正弦函数关系，在附图中使用直板示意，变曲率板53沿水平纵向间隔设置，变曲率板53为不锈钢板，催化基层设置于变曲率板53表面，在其他一实施例中，变曲率板53为曲率变化为零的直板。
作为一种可选的方案，换热脱硝通道5包括高温段51和低温段52，高温段51与调温通道3连通，催化剂层设置于高温段51；在其他一实施例中，催化剂层分别设置于高温段51和低温段52，位于高温段51的催化剂层的有效活性为耐高温的催化剂，有效活性温度为300-400摄氏度。位于低温段52的催化剂层为有效活性温度为170-220摄氏度的催化剂。
作为一种可选的方案，换热脱硝通道5上连通有净烟气通道6，净烟气通道6连接于外壳设置有换热脱硝通道5的开口，净烟气通道6与低温段52连通，引导净化后的烟气排放。
作为一种可选的方案，为对换热脱硝通道5内表面进行清理，保持催化剂层与高温烟气的接触面积，避免杂质在催化剂层表面堆积，调温通道3和换热脱硝通道5之间设置有吹灰通道4，吹灰通道4同样设置于外壳内。调温通道3内的高温烟气经过吹灰通道4进入换热脱硝通道5内，吹灰通道4内固设有向换热脱硝通道5内吹入高速流动的吹灰器41，吹灰器41的出气端位于吹灰通道4内，压缩空气的进气端位于外壳外，调温通道3内的流体经过吹灰器41外侧进入换热脱硝通道5。
吹灰器41在本实施例中选择自动启动的方式，包括测量换热脱硝通道5两端压差的压差变送器8；当压差变送器8的压差大于设定压力值时，吹灰器41开启向换热脱硝通道5内吹气，压差变送器8的设定压差在本实施例中设置为100Pa。在其他一实施例中，吹灰器41定期开启进行吹灰。
本申请实施例一种可调节多用途的集成SCR和预热器的耦合体的实施原理为：
高温烟气经过烟气入口通道1进入混氨通道2内与氨气混合，混合后的高温烟气经过调温通道3进入换热脱硝通道5，当高温烟气温度高于400摄氏度时，高温烟气经过降温后进入换热脱硝通道5，当高温烟气温度低于400摄氏度时，高温烟气经过调温通道3进入换热脱硝通道5，经调温通道3 进入换热脱硝通道5内的高温烟气的设定温度根据催化剂层的最高有效温度确定，应不大于催化剂层的有效温度；高温烟气对换热脱硝通道5内侧的流体进行降温，外侧的预热通道7内的流体进行加热，从而实现高温烟气中余热的回收利用，同时位于换热脱硝通道5内侧对氮氧化物和氨气进行催化，减少排放烟气中氮氧化物的含量。
实施例2
参照图3，本实施例与实施例1的不同之处在于，一种可调节多用途的集成SCR和预热器的耦合体包括一种用于控制调温通道3开启的阀门和刚性件35。
刚性件35设置于烟气入口通道1内且随受温度变化伸缩，刚性件35一端于烟气入口通道1内铰接连接，另一端连接有阀门。
阀门包括环形盖34和盖板33，环形盖34内侧面与盖板33外侧面为相互配合的弧形，环形盖34内侧面与盖板33外侧面之间封严连接，环形盖34固定于调温通道3靠近混氨通道2的端口。盖板33与环形盖34铰接用于将散热通道31与混氨通道2连通的端口遮盖，盖板33与刚性件35铰接，同时适温通道32与混氨通道2的端口开启；或将适温通道32与混氨通道2连通的端口遮盖，同时散热通道31与混氨通道2的端口开启。
盖板33包括一体成型的铰接柱331、左板332和右板333。铰接柱331上穿设有与其同轴且能与其同轴转动的圆杆，圆杆固定于环形盖34，左板332下方为散热通道31，右板333下方为适温通道32，左板332和右板333位于铰接柱331轴线方向两侧，左板332和右板333的上表面位于同一平面且经过铰接柱331轴线；左板332下表面与包括与上表面平行的过渡段和与上表面之间存在15度夹角的工作段，且当左板332下表面的工作段与环形盖34上表面重合时，左板332上表面与环形盖34上表面之间存在15度夹角，工作段位于左板332与铰接柱331连接的一端。右板333下表面与上表面之间存在15度夹角，右板333下表面与铰接柱331轴线重合。
当刚性件35温度小于400摄氏度，刚性件35带动盖板33移动使散热通道31与混氨通道2保持封闭，适温通道32与混氨通道2保持开启；当刚性件35温度大于400摄氏度后，刚性件35进一步伸长，带动盖板33移动使散热通道31与混氨通道2连通，适温通道32与混氨通道2保持封闭。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种可调节多用途的集成SCR和预热器的耦合体，其特征在于：包括依次连通的烟气入口通道(1)、混氨通道(2)、调温通道(3)、换热脱硝通道(5)；
烟气入口通道(1)用于连通待排放的高温烟气进入混氨通道(2)；
混氨通道(2)为高温烟气与氨气的混合空间通道；
调温通道(3)引导高温烟气进入换热脱硝通道(5)内，且进入换热脱硝通道(5)内的高温烟气均小于设定温度；
换热脱硝通道(5)内侧设置有催化剂层；催化剂层为用于催化氮氧化物还原的催化层，换热脱硝通道(5)外侧设置预热通道(7)，预热通道(7)内流过的流体吸收换热脱硝通道(5)的热量；
所述调温通道(3)包括相互独立的散热通道(31)和适温通道(32)，散热通道(31)能对流向换热脱硝通道(5)内的高温烟气进行降温调节；当烟气入口通道(1)内的高温烟气温度低于400摄氏度时，适温通道(32)与混氨通道(2)连通；当烟气入口通道(1)内的高温烟气温度超过400摄氏度时，散热通道(31)与混氨通道(2)连通。
2.根据权利要求1所述的一种可调节多用途的集成SCR和预热器的耦合体，其特征在于：所述催化剂层为五氧化二钒和二氧化钛物质混合的涂层；催化剂层包括膨胀系数调整物质。
3.根据权利要求2所述的一种可调节多用途的集成SCR和预热器的耦合体，其特征在于：所述换热脱硝通道(5)为使用不锈钢板围成的通道。
4.根据权利要求3所述的一种可调节多用途的集成SCR和预热器的耦合体，其特征在于：所述膨胀系数调整物质为氮化硼。
5.根据权利要求1所述的一种可调节多用途的集成SCR和预热器的耦合体，其特征在于：所述换热脱硝通道(5)内侧设置有沿流体流动方向延伸的变曲率板(53)，催化剂层设置于变曲率板(53)表面。
6.根据权利要求1所述的一种可调节多用途的集成SCR和预热器的耦合体，其特征在于：还包括用于检测烟气入口通道(1)温度的温度传感器，用于控制散热通道(31)和适温通道(32)其中任一通道单独开启的控制阀门，用于接收温度传感器检测的温度信号与400摄氏度判断对比后对控制阀门发出指令控制散热通道(31)或适温通道(32)与混氨通道(2)连通的控制器。
7.根据权利要求6所述的一种可调节多用途的集成SCR和预热器的耦合体，其特征在于：所述散热通道(31)外侧固设有散热翅片；
还包括加速散热通道(31)外侧空气流动对其进行降温的调节风机，控制器通过调节控制调节风机的功率调整烟气温度。
8.根据权利要求1所述的一种可调节多用途的集成SCR和预热器的耦合体，其特征在于：所述换热脱硝通道(5)包括高温段(51)和低温段(52)，高温段(51)与调温通道(3)连通，催化剂层设置于高温段(51)；
所述调温通道(3)和换热脱硝通道(5)之间设置有吹灰通道(4)，吹灰通道(4)内设有吹灰器(41)；
还包括测量换热脱硝通道(5)两端压差的压差变送器（8）；当压差变送器（8）的压差大于设定压力值时，吹灰器(41)开启向换热脱硝通道(5)内吹气。
9.根据权利要求1所述的一种可调节多用途的集成SCR和预热器的耦合体，其特征在于：所述换热脱硝通道(5)上连通有净烟气通道(6)。
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