CN1895744A - 一种高尘复合scr烟气脱硝工艺及脱硝催化反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高尘复合SCR烟气脱硝工艺及脱硝催化反应装置。由烟气发生系统输送来的含有氮氧化物NOX的烟气经可控阻流装置进圆盘环形氨气喷射格栅并与通过圆盘环形氨气喷射格栅喷嘴喷出的氨气混合，经双螺旋混合装置使氮氨气体在湍流和螺旋板的共同作用下，充分而均匀混合，然后经氨氮混合气导流板进入设有超声波振动除尘装置的催化剂反应器上部气室，而后再向下进入金属氧化催化剂层中还原成N2和H2O，由催化剂反应器出来的经脱硝后的烟气通过热交换、除尘和脱硫，最后从烟囱排出，吸附在催化剂表面的灰尘在超声波振动除尘装置的作用下落入催化剂反应器底部的灰斗中，待排。
Description
技术领域
本发明涉及发电厂、焦化厂、化工厂等产生氮氧化物NOX的烟气治理，更具体的讲涉及一种高尘复合选择性催化氧化还原法(SCR)烟气脱硝工艺，本发明还涉及该工艺过程中使用的脱硝催化反应装置。
背景技术
氮氧化物NOX是产生光化学烟雾，酸雨，破坏臭氧层的主要因素，直接伤害人体健康，导致癌症、呼吸道疾病多发和儿童智力低下，给国民经济发展和人民生活环境造成严重影响。
在燃煤烟气氮氧化物NOX中，NO占90％以上，NO2占5％-10％，产生机理一般分为如下三种：
热力型：燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生。当T＜1500℃时，NO的生成量很少，而当T＞1500℃时，反应速率迅速增大。
快速型：当燃料浓度过大时，在反应区附近快速生成NOx。
燃料型：燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。
烟气脱硝技术
烟气脱硝技术有气相反应法、液体吸收法、吸附法、液膜法、微生物法等几类。在众多烟气处理技术中，液体吸收法的脱硝效率低，净化效果差；吸附法虽然脱硝效率高，但吸附量小，设备过于庞大，再生频繁，应用也不广泛；液膜法和微生物法是两种新型技术，还有待发展；脉冲电晕法可以同时脱硫脱硝，但如何实现高压脉冲电源的大功率、窄脉冲、长寿命等问题还需要解决；电子束法技术能耗高，并且有待实际工程应用检验；SNCR法氨的逃逸率高，影响锅炉运行的稳定性和安全性等问题；SCR脱硝技术与其它技术相比，具有脱硝效率高、技术成熟等特点，是目前国内外烟气脱硝工程上应用最多的技术。选择性催化氧化还原法(SCR)是还原剂(NH3、尿素)在催化剂作用下，选择性地与NOx反应生成N2和H2O，而不是被O2所氧化，故称为“选择性”。主要反应：
由于我国煤炭燃烧过程中粉煤灰烧失量较高，化学成分中游离氧化钙、氧化镁、三氧化硫也较高，加之锅炉运行普遍负荷波动较大，从而造成现有SCR系统装置在运行中经常出现催化剂堵塞、结垢、中毒，氨逃逸，氮氧化物NOX去除率不稳定和能量消耗过多等问题。
本发明的目的之一是提供一种能使SCR系统在烟气发生系统负荷产生较大波动的情况下，烟气分布仍能维持相对稳定，营造出系统运行所需的湍流和层流，促使还原剂氨气与烟气中的氮氧化物NOX均匀而快速混合，并与催化剂进行充分接触生成N2和H2O，同时又防止催化剂堵塞和结垢的高尘复合SCR烟气脱硝工艺。目的之二是提供该工艺过程中使用的脱硝催化反应装置。
本发明的目的之一可通过如下技术措施来实现：
由烟气发生系统输送来的含有氮氧化物NOX的烟气经可控阻流装置进圆盘环形氨气喷射格栅并与通过圆盘环形氨气喷射格栅喷嘴喷出的氨气混合，经双螺旋混合装置使氮氨气体在湍流和螺旋板的共同作用下，充分而均匀混合，然后经氨氮混合气导流板进入设有超声波振动除尘装置的催化剂反应器上部气室，而后再向下进入金属氧化催化剂层中还原成N2和H2O，由催化剂反应器出来的经脱硝后的烟气通过热交换、除尘和脱硫，最后从烟囱排出，吸附在催化剂表面的灰尘在超声波振动除尘装置的作用下落入催化剂反应器底部的灰斗中，待排。
本发明的目的之二可通过如下技术措施来实现：
一端连接可控阻流装置的圆筒形气体混合装置内连有氨气喷射格栅和双螺旋混合装置，圆筒形气体混合装置的另一端与催化剂反应器体的入口连接，催化反应器体下、底部分别设有烟气出口、除灰风门，除灰风门与烟气出口间有连于催化反应器体的烟尘灰斗封门，催化反应器体中部内有锥板式金属氧化催化剂层，外连有超声波振动除尘器。
本发明的目的之二还可通过如下技术措施来实现：
所述的锥板式金属氧化催化剂层内设有吹风器，所述的氨气喷射格栅为圆盘环形格栅，所述的催化反应器体入口内连有氨氮混合气导流板，所述的除灰风门与烟尘灰斗封门间构成灰斗。
由烟气发生系统输送来的含有氮氧化物NOX的烟气经方形烟道进入圆形烟道，由于圆形横截面积变小和内壁平滑，烟气流速加快，加之圆盘环形喷氨格栅阻隔，形成湍流区，氨气从圆盘环形格栅的喷嘴喷出，与烟气中的氮氧化物NOX混合，双螺旋混合装置设置在圆筒形烟道内，氨氮气体在湍流和螺旋板的共同作用下，充分而均匀混合，在导流板的引导下，进入催化剂反应器上部气室，由于气室截面积相对于气体入口截面积增加若干倍，又呈放射状，混合均匀的氨氮混合气体在此处形成平缓均匀，流速较慢的层流，向下进入金属氧化催化剂层中，氨氮混合气体在催化剂的作用下完成还原反应，生成无害的N2和H2O。利用金属氧化催化剂优越的机械稳定特性，催化反应器采用超声波振动除尘技术，飞灰在横向振动和重力的作用下，自动脱落，进入催化反应器底部的灰斗中。
本发明的构造及功能：
(1)烟气传输系统：包括方形烟气管道，圆形烟气管道，可控阻流装置，烟气出口密封挡板。功能是根据烟气发生系统输送来的烟气负荷排出烟气量，运用复合可控阻流装置调整烟道的输气量，保证在烟气发生系统输送来的烟气负荷产生较大波动的情况下，烟气分布仍能维持相对稳定性，使系统内脱硝反应处在最佳状态。在维修和紧急故障时，打开或关闭密封挡板，使烟气通过烟气旁路安全排出。
(2)还原剂制备装置：包括氨气蒸发装置和氨气稀释装置。氨气蒸发装置是将液氨或氨水蒸发成氨气。氨气稀释装置将高浓度氨气通过气体混合器与空气混合，稀释成2-3％含量的氨气，作为还原剂与烟道中的氮氧化物NOX充分混合。
(3)气体喷射混合装置：包括圆盘环形氨气喷射格栅，双螺旋气体混合装置和氨氮混合气导流板。圆盘环形氨气喷射格栅设置在圆形烟气管道湍流区内，对烟气流速起调节作用，它用耐氨腐蚀的合金钢管制成，大小有序排列成圆环格栅，圆环上有规律安装氨气喷嘴，有助于氨气与氮氧化物NOX均匀混合，并用管线与专用氨气泵连接，氨气经加压后，注入圆盘环形氨气喷射格栅，氨气从格栅上的喷嘴喷出。输送氨气的主、支管线上装有调控阀门，以调节氨气输入量，选择最佳氨氮摩尔比。双螺旋气体混合装置保证喷射出的氨气能与烟气中的氮氧化物NOX在湍流和双螺旋混流板的共同作用下实现氨氮成分充分而均匀的混合，氨氮混合气导流板将混合均匀的氨氮气体平缓导入SCR催化反应器的上部气室里，生成混合均匀，流速平缓的层流。
(4)催化反应装置：本装置是烟气脱硝系统的核心，包括金属催化剂模块，催化剂支撑放置机构，吹风器，超声波振动器，灰斗密封仓门及催化剂密闭仓。为解决燃煤过程中，因粉煤灰烧失量较高，成分复杂而引起的催化剂堵塞和中毒问题，并保证任何状态下含硝烟气、还原剂与催化剂的充分接触。催化剂模块采用锥板式结构，排列最小孔隙10-12mm。具体催化剂成份可根据锅炉燃煤情况进行适当调整，这种新型的催化剂结构具有活性表面积大，抗堵塞，耐腐蚀、老化，机械稳定性好等优异催化剂特性。设置方式为立式，这样催化剂孔隙不容易被飞灰堵塞。为便于催化剂的添加和更换，催化剂支撑及放置机构分为四层，其中一层为预留层，用于更换和添加催化剂；吹灰器放置在催化剂层与层之间，防止催化剂堵塞和结垢；超声波振动装置设置在催化剂反应器内，产生高频振动波，频率根据除尘效果调节，同时，利用金属氧化催化剂良好的机械稳定性，采用新型的超声波振动技术，使催化剂在高尘条件下，防止堵塞、结垢，保持催化剂的活性。灰斗及密封仓门，用于收集和清除降落的烟尘。密闭仓保证催化剂反应器在稳定的条件下，完成氨氮氧化还原反应。
为了提高系统装置脱硝效率，且最大限度降低能耗，去除烟气中氮氧化物NOX的催化氧化还原反应，需在高温370-400℃和高尘条件下进行。根据烟煤烟气发生系统输送来的烟气高温高尘的特点，通过增设复合可控阻流装置、圆盘环形氨气喷射格栅、双螺旋气体混合及导流装置、锥板形催化剂模块、超声波振动清扫装置等，使SCR系统在烟气发生系统输送来的烟气负荷产生较大波动的情况下，烟气分布仍能维持相对稳定，营造出系统运行所需的湍流和层流，促使还原剂氨气与烟气中的氮氧化物NOX均匀而快速混合，并与催化剂进行充分接触，又防止催化剂堵塞和中毒，进而获得理想的氮氧化物NOX去除效果。
附图说明
图1是本发明实施例的工艺流程图；
图2是本发明实施例的工艺过程中使用的催化反应装置的示意图；
图3是圆盘环形氨气喷射格栅的放大示意图；
图4是可控阻流装置的放大示意图；
图5是双螺旋混合装置的放大示意图；
图6是锥板式金属氧化催化剂结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图作进一步说明。
图中：1-烟气输送管、2-可控阻流装置、3-圆盘环形氨气喷射格栅、4-圆筒形气体混合装置、5-氨氮混合气导流板、6-锥板式金属氧化催化剂层、7-催化反应器体、8-超声波振动除尘器、9-烟尘灰斗封门、10-除灰风门、11-灰斗、12-烟气出口、13-吹风器、14-双螺旋混合装置、15-氨气输送主管道控制阀门、16-氨气输送支管道控制阀门、17-圆形输送管、18-圆盘环形氨气管、19-氨气喷嘴、20-环形格栅支架、21-阻流挡板开启装置、22-上轨道、23-烟气阻流挡板、24-下轨道、25-双螺旋混流板。
实施例1
由烟气发生系统输送来的含有氮氧化物NOX的烟气经静态气体混合器、可控阻流装置进圆盘环形氨气喷射格栅并与通过圆盘环形氨气喷射格栅喷嘴喷出的氨气混合，经双螺旋混合装置使氨氮气体在湍流和螺旋板的共同作用下，充分而均匀混合，然后经氨氮混合气导流板进入设有超声波振动除尘装置的催化剂反应器上部气室，气室截面积相对于气体入口截面积增加5倍，而后再向下进入倒锥板式排列的金属氧化催化剂层中还原成N2和H2O，由催化剂反应器出来的经脱硝后的烟气通过密封挡板、热交换器、除尘器和脱硫装置，最后从烟囱排出。吸附在催化剂表面的灰尘在超声波振动除尘装置的作用下通过密封挡板落入催化剂反应器底部的灰斗中，待排。由氨气制备系统产生的氨气和空气风机送出的空气在氨气混合器混合并稀释成含含氨气为2-3％后通过氨气泵进圆盘环形氨气喷射格栅，再通过喷嘴喷出。另外，在进热交换器前和静态气体混合器后设有通过密封挡板的烟气旁路，锅炉系统与静态气体混合器也设有通过密封挡板的烟气旁路。
烟气输送管1与圆筒形气体混合装置4的一端连接，在连接处设置可控阻流装置2，圆筒形气体混合装置4内连有圆盘环形氨气喷射格栅3和双螺旋混合装置14，圆筒形气体混合装置4的另一端与催化剂反应器体7的入口连接，催化剂反应器体7上部气室截面积相对于圆筒形气体混合装置4截面积的5倍，催化反应器体7下、底部分别设有烟气出口12、除灰风门10，除灰风门10与烟气出口12间有连于催化反应器体7的烟尘灰斗封门9，催化反应器体7中部内有锥板式金属氧化催化剂层6，外连有超声波振动除尘器8，在锥板式金属氧化催化剂层6内设有吹风器13，催化反应器体7入口内连有氨氮混合气导流板5，除灰风门10与烟尘灰斗封门9间构成灰斗11。
Claims (6)
1、一种高尘复合SCR烟气脱硝工艺，其特征在于含有氮氧化物NOX的烟气经可控阻流装置进圆盘环形氨气喷射格栅并与通过圆盘环形氨气喷射格栅喷嘴喷出的氨气混合，经双螺旋混合装置使氨氮气体在湍流和螺旋板的共同作用下，充分而均匀混合，然后经氨氮混合气导流板进入设有超声波振动除尘装置的催化剂反应器上部气室，而后再向下进入金属氧化催化剂层中还原成N2和H2O，由催化剂反应器出来的经脱硝后的烟气通过热交换、除尘和脱硫，最后从烟囱排出，吸附在催化剂表面的灰尘在超声波振动除尘装置的作用下落入催化剂反应器底部的灰斗中，待排。
2、一种脱硝催化反应装置，其特征在于一端连接可控阻流装置(2)的圆筒形气体混合装置(4)内连有氨气喷射格栅(3)和双螺旋混合装置(14)，圆筒形气体混合装置(4)的另一端与催化剂反应器体(7)的入口连接，催化反应器体(7)下、底部分别设有烟气出口(12)、除灰风门(10)，除灰风门(10)与烟气出口(12)间有连于催化反应器体(7)的烟尘灰斗封门(9)，催化反应器体(7)中部内有锥板式金属氧化催化剂层(6)，外连有超声波振动除尘器(8)。
3、根据权利要求2所述的一种脱硝催化反应装置，其特征在于所述的锥板式金属氧化催化剂层(6)内设有吹风器(13)。
4、根据权利要求2所述的一种脱硝催化反应装置，其特征在于所述的氨气喷射格栅(3)为圆盘环形格栅。
5、根据权利要求2所述的一种脱硝催化反应装置，其特征在于所述的催化反应器体(7)入口内连有氨氮混合气导流板(5)。
6、根据权利要求2所述的一种脱硝催化反应装置，其特征在于所述的除灰风门(10)与烟尘灰斗封门(9)间构成灰斗(11)。
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