CN116099353A - 一种燃机烟气脱硝系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃气轮机的烟气脱硝技术领域，公开了一种燃机烟气脱硝系统。包括尿素供给系统、尿素水解制氨反应器、烟气换热器、氨与烟气混合器和余热锅炉；尿素水解制氨反应器的氨气出口与氨与烟气混合器的氨气入口连接；尿素水解制氨反应器的循环水出口与烟气换热器的循环水入口连接；烟气换热器的烟气出口与氨与烟气混合器的烟气入口连接，烟气换热器的循环水出口与尿素水解制氨反应器的循环水入口连接，烟气换热器设有烟气入口；余热锅炉内沿烟气流向依次设置有喷氨格栅、氨混合装置和SCR催化剂，并且喷氨格栅的混合气入口与氨与烟气混合器的混合气出口连接。该系统具有高效、稳定、节能的优点，有助于电厂节能降碳。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机的烟气脱硝技术领域，具体涉及一种燃机烟气脱硝系统。
背景技术
选择性催化还原烟气脱硝法由于具备其效率高、性能稳定、负荷适应性强等特点，在国内外燃机脱硝领域应用广泛，是目前的燃机氧化物减排的主流技术。
SCR脱硝系统是指烟气中氮氧化物在催化剂的作用下，与喷入氨气发生氧化还原反应，生成氮气和水。SCR系统的主要包括催化剂、喷氨系统、还原剂(即氨气)制备系统及其它辅助装置。其中还原剂可选择液氨、氨水和尿素，尿素制氨由于具有更好的安全性因此成为目前燃机领域的首选。由于尿素热解炉热解制氨存在高温风机腐蚀、堵塞、变形、调节性较差等诸多问题，目前尿素水解制氨是最常见的技术方案之一。
但是常规尿素水解制氨技术需要用到大量高品质的蒸汽，存在运行能耗较高、运行成本高等问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的需要消耗大量蒸汽，存在能耗高、运行成本高等问题，提供一种燃机烟气脱硝系统。
为了实现上述目的，本发明提供一种燃机烟气脱硝系统，包括尿素供给系统、尿素水解制氨反应器、烟气换热器、氨与烟气混合器、余热锅炉；
所述尿素供给系统与所述尿素水解制氨反应器的尿素口连接；
所述尿素水解制氨反应器的氨气出口与所述氨与烟气混合器的氨气入口连接；所述尿素水解制氨反应器的循环水出口与所述烟气换热器的循环水入口连接；
所述烟气换热器的烟气出口与所述氨与烟气混合器的烟气入口连接，所述烟气换热器的循环水出口与所述尿素水解制氨反应器的循环水入口连接，所述烟气换热器设有烟气入口；
所述余热锅炉内沿烟气流向依次设置有喷氨格栅、氨混合装置和SCR催化剂，并且所述喷氨格栅的混合气入口与所述氨与烟气混合器的混合气出口连接。
优选地，所述尿素供给系统包括依次连接的尿素拆包机、斗提机、尿素斗仓、尿素溶解罐和尿素溶液储罐。
优选地，所述尿素溶液储罐的出口与所述尿素水解制氨反应器的尿素入口连接。
优选地，所述尿素溶解罐和所述尿素溶液储罐之间设有尿素溶液输送泵。
优选地，所述尿素水解制氨反应器的循环水出口与所述烟气换热器的循环水入口之间设有高温水泵。
优选地，所述余热锅炉内还设置有烟气在线监测系统。
优选地，所述喷氨格栅设有多个喷嘴。
优选地，所述氨混合装置设有多个静态混合器。
优选地，所述燃机烟气脱硝系统还包括高温风机，所述高温风机的烟气出口与所述烟气换热器的烟气入口连接。
优选地，所述SCR催化剂为蜂窝式结构，孔数≥75孔。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、使用尿素水解制氨反应器实现尿素制备氨气的过程，避免了尿素热解炉热解制氨存在高温风机腐蚀、堵塞、变形、单元制调节性较差等诸多问题。
2、燃气轮机产生的高温烟气具有烟尘与二氧化硫浓度很低、温度高等特点，不会造成设备堵塞和结垢。相对比蒸汽来说，高温烟气是一种经济性更高的热源。本发明通过高温烟气与循环水换热，然后将循环水输送至尿素水解制氨反应器中供能的方式，实现了使用高温烟气代替高品质蒸汽为尿素水解制氨供能。相比直接使用蒸汽加热的方式，不仅节约了系统能耗与运行成本，还能够节约水资源与除盐水制备成本。
3、将换热降温后的烟气与尿素水解得到的氨气在氨与烟气混合器中进行混合得到混合气，一方面高温烟气的存在提高了输送成品气的温度，从而降低了成品气管道输送堵塞的风险；另一方面无需使用稀释风机，节约了稀释风机的能耗与空气加热电耗。
4、本发明所述的整个系统具有高效、稳定、节能的优点，有助于电厂节能降碳，适合工业化推广使用。
附图说明
图1是本发明所述的燃机烟气脱硝系统的示意图。
附图标记说明
1尿素拆包机 2斗提机
3尿素斗仓 4尿素溶解罐
5尿素溶液储罐 6尿素溶液输送泵
7尿素水解制氨反应器 8排污管
9高温水泵 10烟气换热器
11高温风机 12氨与烟气混合器
13喷氨格栅 14氨混合装置
15SCR催化剂 16烟气在线监测系统
17余热锅炉 100尿素供给系统
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
此外，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本发明提供了一种燃机烟气脱硝系统，示意图如图1所示，包括尿素供给系统100、尿素水解制氨反应器7、烟气换热器10、氨与烟气混合器12、余热锅炉17；
所述尿素供给系统100与所述尿素水解制氨反应器7的尿素入口连接；
所述尿素水解制氨反应器7的氨气出口与所述氨与烟气混合器12的氨气入口连接；所述尿素水解制氨反应器7的循环水出口与所述烟气换热器(10)的循环水入口连接；
所述烟气换热器10的烟气出口与所述氨与烟气混合器12的烟气入口连接，所述烟气换热器10的循环水出口与所述尿素水解制氨反应器7的循环水入口连接，所述烟气换热器10设有烟气入口；
所述余热锅炉17内沿烟气流向依次设置有喷氨格栅13、氨混合装置14和SCR催化剂15，并且所述喷氨格栅13的混合气入口与所述氨与烟气混合器12的混合气出口连接。
在本发明中，所述尿素供给系统100用于向所述水解制氨反应器7供给尿素溶液。
在优选的实施方式中，所述尿素供给系统100包括依次连接的尿素拆包机1、斗提机2、尿素斗仓3、尿素溶解罐4和尿素溶液储罐5。
在本发明中，所述尿素拆包机1用于对市售袋装尿素产品进行拆解。所述尿素拆包机1可以选择本领域常规使用的各种型号的拆包机。
在本发明中，所述斗提机2用于将尿素拆包机1中的尿素输送至所述尿素斗仓3中。所述斗提机2可以为本领域常规使用的各种斗式提升机。
在本发明中，所述尿素斗仓3用于储存尿素。所述尿素斗仓3可以为碳钢制造的储仓，锥体内衬不锈钢，可配备干燥风及振动装置来防止尿素吸潮、堵塞。
在本发明中，来自尿素斗仓3的尿素在所述尿素溶解罐4中经搅拌溶解后制成尿素溶液，尿素溶液的质量浓度为40-60％。所述尿素溶解罐4可以为本领域常规使用的各种溶解罐，只要能够实现将尿素制备成尿素溶液即可。
在本发明中，制备好的尿素溶液被输送至尿素溶液储存罐5中储存备用。
优选地，所述尿素溶解罐4和所述尿素溶液储罐5之间设有尿素溶液输送泵6。所述尿素溶液输送泵6用于将尿素溶解罐4输送至尿素溶液储罐5中。
在优选的实施方式中，所述尿素溶液储罐5的出口与所述尿素水解制氨反应器7的尿素入口连接。
在本发明中，可以根据预计氨耗调节从尿素溶液储罐5进入尿素水解制氨反应器7中的尿素溶液的量。
在本发明中，来自尿素溶液储罐5的尿素溶液在所述尿素水解制氨反应器7中发生水解反应得到含有氨气的混合气，所述含氨混合气从所述尿素水解制氨反应器7的氨气出口输出并且被输送至所述氨与烟气混合器中。
所述尿素水解制氨反应器7中所发生的化学反应方程式为：
CO(NH2)2+H2O＝2NH3+CO2↑。
在优选的实施方式中，所述尿素水解制氨反应器设有排污管8。尿素水解反应产生的废水废渣定期通过排污管8排出。
优选地，所述尿素水解制氨反应器7的循环水出口与所述烟气换热器10的循环水入口之间设有高温水泵9。
优选地，所述燃机烟气脱硝系统还包括高温风机11，所述高温风机11的出口与所述烟气换热器10的烟气入口连接。所述高温风机11用于将烟气输送至所述烟气换热器中。
在本发明中，在所述烟气换热器10中，燃机产生的高温烟气(约580℃)将循环水加热至400-450℃，与循环水换热后得到的烟气被输送至所述氨与烟气混合器12中。经过烟气换热器10加热后的循环水通过高温水泵注入所述尿素水解制氨反应器7中通过换热为尿素水解制氨提供热量；换热后的循环水通过所述高温水泵9进入所述烟气换热器中再利用。
进一步优选地，所述所述烟气换热器10为管壳式换热器，壳程为高温水，管程为高温烟气。
优选地，所述尿素水解制氨反应器7内设有换热盘管，所述换热盘管的两端分别与所述尿素水解制氨反应器7的循环水入口和循环水出口连通。经过烟气换热器10加热后的循环水经过所述尿素水解制氨反应器7的循环水入口进入换热盘管中换热为水解制氨反应提供热量，经换热降温的循环水从所述尿素水解制氨反应器7的循环水出口输出。
优选地，来自所述尿素水解制氨反应器7的含氨混合气与来自所述烟气换热器10的烟气在所述氨与烟气混合器12中进行混合，混合得到的混合气被输送至所述喷氨格栅13中。
在优选的实施方式中，所述喷氨格栅13设有多个喷嘴。
进一步优选地，所述喷嘴的直径为8-12mm。通过设置高流速小口径喷嘴，可以实现更好的混合效果。
进一步优选地，所述喷嘴朝向所述氨混合装置14设置。
在本发明中，所述氨混合装置14上设有多个静态混合器。优选地，所述静态混合器与所述喷嘴一一对应。更优选地，所述静态混合器采用伞形结构，所述伞形结构的开口朝向所述SCR催化剂15。所述静态混合器与所述喷氨格栅上的喷嘴一一对应，可以起到成分扰流和混合的效果，促进所述预热锅炉17内的烟气与来自所述氨与烟气混合器12的混合气的充分混合。
在本发明中，所述余热锅炉17内还设置有烟气在线监测系统16。所述烟气在线监测系统16设置于所述SCR催化剂15的下游且紧邻所述余热锅炉16的出口，用于实时监测排放的NO、NO2、NOx的浓度，为喷氨格栅控制提供数据支持。
所述SCR催化剂15为蜂窝式结构，孔数≥75孔。
在本发明中，燃机烟气从余热锅炉17的入口进入，然后与所述喷氨格栅13喷出的混合气进行初步混合，初步混合后的气体被输送至氨混合装置14进行进一步混合，进一步混合后的气体被输送至所述SCR催化剂15处实现氮氧化物的脱除，脱除氮氧化物后的气体从所述余热锅炉的出口排出。
本发明的工作原理为：
经尿素拆包机1拆解后得到的尿素被所述斗提机2输送至所述尿素斗仓中3，尿素斗仓3中的尿素进入所述尿素溶解罐5中形成质量浓度为40-60％的尿素溶液，尿素溶液经由所述尿素溶液输送泵6被输送至所述尿素溶液储罐5中备用；
根据预计氨耗量，将尿素溶液储罐5中的尿素溶液输送至所述尿素水解制氨反应器7中进行尿素水解反应，得到含氨混合气；
高温风机11将燃机烟气的部分的抽取进入烟气换热器10中对循环水进行加热，加热后的循环水进入所述尿素水解制氨反应器7中为水解反应提供热源，降温后的循环水经由高温水泵9进入烟气换热器10中再利用；
经烟气换热器10换热后的烟气与含氨混合气进入所述氨与烟气混合器12中进行混合，得到混合气；混合气被输送至所述喷氨格栅13中；
燃机烟气的剩余部分进入所述余热锅炉17中与所述喷氨格栅13中喷出的混合气进行混合，然后在所述氨混合装置14的作用下进一步混合均匀，均匀混合后的气体在SCR催化剂15的作用下实现氮氧化物的脱除。
根据本发明的第一种实施方式，所述燃机烟气脱硝系统包括：尿素供给系统100、尿素水解制氨反应器7、烟气换热器10、氨与烟气混合器12、余热锅炉17和高温风机11；其中，所述尿素供给系统100与所述尿素水解制氨反应器7的尿素入口连接；所述尿素水解制氨反应器7的氨气出口与所述氨与烟气混合器12的氨气入口连接；所述尿素水解制氨反应器7的循环水出口与所述烟气换热器10的循环水入口连接；所述烟气换热器10的烟气出口与所述氨与烟气混合器12的烟气入口连接，所述烟气换热器10的循环水出口与所述尿素水解制氨反应器7的循环水入口连接，所述烟气换热器10设有烟气入口；所述余热锅炉17内沿烟气流向依次设置有喷氨格栅13、氨混合装置14和SCR催化剂15，并且所述喷氨格栅13的混合气入口与所述氨与烟气混合器12的混合气出口连接。所述尿素供给系统100包括依次连接的尿素拆包机1、斗提机2、尿素斗仓3、尿素溶解罐4和尿素溶液储罐5所述尿素溶液储罐5的出口与所述尿素水解制氨反应器7的尿素入口连接。
根据本发明的第二种实施方式，所述燃机烟气脱硝系统包括：尿素供给系统100、尿素水解制氨反应器7、烟气换热器10、氨与烟气混合器12、余热锅炉17和高温风机11；其中，所述尿素供给系统100与所述尿素水解制氨反应器7的尿素入口连接；所述尿素水解制氨反应器7的氨气出口与所述氨与烟气混合器12的氨气入口连接；所述尿素水解制氨反应器7的循环水出口与所述烟气换热器10的循环水入口连接；所述烟气换热器10的烟气出口与所述氨与烟气混合器12的烟气入口连接，所述烟气换热器10的循环水出口与所述尿素水解制氨反应器7的循环水入口连接，所述烟气换热器10设有烟气入口；所述余热锅炉17内沿烟气流向依次设置有喷氨格栅13、氨混合装置14和SCR催化剂15，并且所述喷氨格栅13的混合气入口与所述氨与烟气混合器12的混合气出口连接。所述尿素供给系统100包括依次连接的尿素拆包机1、斗提机2、尿素斗仓3、尿素溶解罐4和尿素溶液储罐5所述尿素溶液储罐5的出口与所述尿素水解制氨反应器7的尿素入口连接；所述尿素水解制氨反应器7内设有换热盘管，所述换热盘管的两端分别与所述尿素水解制氨反应器7的循环水入口和循环水出口连通。
根据本发明的第三种实施方式，所述燃机烟气脱硝系统包括：尿素供给系统100、尿素水解制氨反应器7、烟气换热器10、氨与烟气混合器12、余热锅炉17和高温风机11；其中，所述尿素供给系统100与所述尿素水解制氨反应器7的尿素入口连接；所述尿素水解制氨反应器7的氨气出口与所述氨与烟气混合器12的氨气入口连接；所述尿素水解制氨反应器7的循环水出口与所述烟气换热器10的循环水入口连接；所述烟气换热器10的烟气出口与所述氨与烟气混合器12的烟气入口连接，所述烟气换热器10的循环水出口与所述尿素水解制氨反应器7的循环水入口连接，所述烟气换热器10设有烟气入口；所述余热锅炉17内沿烟气流向依次设置有喷氨格栅13、氨混合装置14和SCR催化剂15，并且所述喷氨格栅13的混合气入口与所述氨与烟气混合器12的混合气出口连接。所述尿素供给系统100包括依次连接的尿素拆包机1、斗提机2、尿素斗仓3、尿素溶解罐4和尿素溶液储罐5所述尿素溶液储罐5的出口与所述尿素水解制氨反应器7的尿素入口连接；所述余热锅炉17内还设置有烟气在线监测系统16；所述高温风机11的烟气出口与所述烟气换热器10的烟气入口连接；所述喷氨格栅13设有有多个喷嘴19，所述氨混合装置14设有多个静态混合器。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
如图1所示，所述燃机烟气脱硝系统包括：尿素供给系统100、尿素水解制氨反应器7、烟气换热器10、氨与烟气混合器12、余热锅炉17和高温风机11；其中，所述尿素供给系统100与所述尿素水解制氨反应器7的尿素入口连接；所述尿素水解制氨反应器7的氨气出口与所述氨与烟气混合器12的氨气入口连接；所述尿素水解制氨反应器7的循环水出口与所述烟气换热器10的循环水入口连接；所述烟气换热器10的烟气出口与所述氨与烟气混合器12的烟气入口连接，所述烟气换热器10的循环水出口与所述尿素水解制氨反应器7的循环水入口连接；所述烟气换热器为管壳式换热器，所述烟气换热器10设有烟气入口；所述余热锅炉17内沿烟气流向依次设置有喷氨格栅13、氨混合装置14和SCR催化剂15，并且所述喷氨格栅13的混合气入口与所述氨与烟气混合器12的混合气出口连接；所述尿素供给系统100包括依次连接的尿素拆包机1、斗提机2、尿素斗仓3、尿素溶解罐4和尿素溶液储罐5；所述尿素溶液储罐5的出口与所述尿素水解制氨反应器7的尿素入口连接；所述尿素溶解罐4和所述尿素溶液储罐5之间设有尿素溶液输送泵6；所述尿素水解制氨反应器7的循环水出口与所述烟气换热器10的循环水入口之间设有高温水泵9；所述尿素水解制氨反应器7内设有换热盘管，所述换热盘管的两端分别与所述尿素水解制氨反应器7的循环水入口和循环水出口连通；所述余热锅炉17内还设置有烟气在线监测系统16，所述烟气在线监测系统16设置于所述SCR催化剂15的下游且紧邻所述余热锅炉16的出口；所述高温风机11的烟气出口与所述烟气换热器10的烟气入口连接；所述喷氨格栅13设有有多个喷嘴，所述喷嘴的直径为10mm，所述喷嘴朝向所述氨混合装置14设置；所述氨混合装置14设有多个静态混合器，所述静态混合器为伞形结构，所述喷嘴与所述静态混合器一一对应；所述SCR催化剂15为蜂窝式结构，孔数为75孔。
在本实施例中，市售袋装尿素经尿素拆包机1拆解后得到的尿素被所述斗提机2输送至所述尿素斗仓中3，尿素斗仓3中的尿素进入所述尿素溶解罐中形成质量浓度为40-60％的尿素溶液，尿素溶液经由所述尿素溶液输送泵6被输送至所述尿素溶液储罐5中备用；高温风机11将燃机烟气(约580℃)的部分抽取进入烟气换热器10中对循环水进行加热，加热后的循环水(400-450℃)进入所述尿素水解制氨反应器7的换热盘管中为水解反应提供热源，降温后的循环水经由高温水泵9进入烟气换热器10中再利用；将尿素溶液储罐5中的尿素溶液输送至所述尿素水解制氨反应器7中进行尿素水解反应产生，得到含氨混合气；经烟气换热器10换热后的烟气与含氨混合气进入所述氨与烟气混合器12中进行混合，得到混合气；混合气被输送至所述喷氨格栅13中；燃机烟气的剩余部分进入所述余热锅炉17中与所述喷氨格栅13的喷嘴喷出的混合气进行混合，然后在所述氨混合装置14的静态混合器的作用下进一步混合均匀，均匀混合后的气体在SCR催化剂15的作用下实现氮氧化物的脱除，烟气在线监测系统16实时监测排放的NO、NO2、NOx的浓度。
由以上实施例可以看出，采用本发明所述的燃机烟气脱硝系统对燃气轮机产生的烟气进行脱硝处理，相对于现有技术，通过使用高温烟气代替高品质蒸汽为尿素水解制氨供能，相比直接使用蒸汽加热的方式，不仅节约了系统能耗与运行成本，还能够节约水资源与除盐水制备成本；将烟气与尿素水解得到的氨气在氨与烟气混合器中进行混合，提高了氨产品气的稳定性，降低了成品气管道输送堵塞的风险。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种燃机烟气脱硝系统，其特征在于，包括尿素供给系统(100)、尿素水解制氨反应器(7)、烟气换热器(10)、氨与烟气混合器(12)和余热锅炉(17)；
所述尿素供给系统(100)与所述尿素水解制氨反应器(7)的尿素入口连接；
所述尿素水解制氨反应器(7)的氨气出口与所述氨与烟气混合器(12)的氨气入口连接；所述尿素水解制氨反应器(7)的循环水出口与所述烟气换热器(10)的循环水入口连接；
所述烟气换热器(10)的烟气出口与所述氨与烟气混合器(12)的烟气入口连接，所述烟气换热器(10)的循环水出口与所述尿素水解制氨反应器(7)的循环水入口连接，所述烟气换热器(10)设有烟气入口；
所述余热锅炉(17)内沿烟气流向依次设置有喷氨格栅(13)、氨混合装置(14)和SCR催化剂(15)，并且所述喷氨格栅(13)的混合气入口与所述氨与烟气混合器(12)的混合气出口连接。
2.根据权利要求1所述的燃机烟气脱硝系统，其特征在于，所述尿素供给系统(100)包括依次连接的尿素拆包机(1)、斗提机(2)、尿素斗仓(3)、尿素溶解罐(4)和尿素溶液储罐(5)。
3.根据权利要求2所述的燃机烟气脱硝系统，其特征在于，所述尿素溶液储罐(5)的出口与所述尿素水解制氨反应器(7)的尿素入口连接。
4.根据权利要求2所述的燃机烟气脱硝系统，其特征在于，所述尿素溶解罐(4)和所述尿素溶液储罐(5)之间设有尿素溶液输送泵(6)。
5.根据权利要求1所述的燃机烟气脱硝系统，其特征在于，所述尿素水解制氨反应器(7)的循环水出口与所述烟气换热器(10)的循环水入口之间设有高温水泵(9)。
6.根据权利要求1所述的燃机烟气脱硝系统，其特征在于，所述余热锅炉(17)内还设置有烟气在线监测系统(16)。
7.根据权利要求1所述的燃机烟气脱硝系统，其特征在于，所述喷氨格栅(13)设有有多个喷嘴。
8.根据权利要求7所述的燃机烟气脱硝系统，其特征在于，所述氨混合装置(14)设有多个静态混合器。
9.根据权利要求1所述的燃机烟气脱硝系统，其特征在于，所述燃机烟气脱硝系统还包括高温风机(11)，所述高温风机(11)的烟气出口与所述烟气换热器(10)的烟气入口连接。
10.根据权利要求1所述的燃机烟气脱硝系统，其特征在于，所述SCR催化剂(15)为蜂窝式结构，孔数≥75孔。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202211567366.8A CN116099353A (zh) | 2022-12-07 | 2022-12-07 | 一种燃机烟气脱硝系统 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Family Applications (1)
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