CN201807293U - 烟气脱硝设备 - Google Patents
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Abstract
一种烟气脱硝设备，该烟气脱硝设备包括由包墙过热器(8)围成的烟道(1)，其中，沿烟气的流动方向，烟道(1)内依次设置有脱硝剂供给装置(2)、脱硝剂补给装置(3)和省煤器(5)；所述烟道(1)包括第一垂直段(a)、第二垂直段(c)和水平段(b)，所述脱硝剂供给装置(2)位于第一垂直段(a)内，所述省煤器(5)位于第二垂直段(c)内，所述包墙过热器(8)的集箱(9)位于第二垂直段(c)的底部，该设备还包括催化反应器，该催化反应器与第二垂直段(c)的底部连通。采用本实用新型提供的所述烟气脱硝设备进行烟气脱硝处理时具有较高的脱硝率且不容易导致催化剂床层被破坏。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种烟气脱硝设备。
背景技术
烟气是热电厂的主要排放物之一，通过可燃物在燃烧器(即锅炉)中燃烧产生。由于烟气中通常含有大量的氮氧化物NOx如NO，这些氮氧化物如果直接排放到大气中，会导致腐蚀性很强的酸雨，因此烟气在排放之前必须经过脱氮(即脱硝)处理。
目前，运用比较成熟的烟气脱硝技术主要有两种：选择性催化还原(SCR)工艺和选择性非催化还原脱硝(SNCR)工艺。SCR和SNCR脱硝工艺的化学反应原理都是一样的，都是将脱硝剂(尿素或者氨)与烟气接触，使脱硝剂与烟气中的NOx进行选择性还原反应生成氮气(N2)和水蒸气(H2O)。SNCR工艺一般在锅炉的炉膛内即燃烧区(800-1250℃)进行选择性还原反应。SCR工艺则是在烟道内设置催化剂床层，在280-420℃温度下，在催化剂存在的条件下进行催化选择性还原反应。
SNCR和SCR各自有优缺点，SNCR的优点是不需要价格昂贵的催化剂床，缺点是脱硝效果较差，脱硝率一般不超过40％。SCR的缺点则是需要使用价格昂贵的催化剂床，而且需要有足够的空间设置催化剂床，优点则是脱硝效果较SNCR好，脱硝率一般为60％以下。由此可见，烟气脱硝工艺中的脱硝率有待进一步提高。
而且，由于SCR脱硝的温度为280-420℃，而烟气的温度通常为800℃甚至1000℃以上，为了实现烟气的降温，目前通常的做法是在催化剂床层前增设一个省煤器(即换热器)，省煤器由多个互相串联连接的换热管形成。为了保证换热后的烟气能够满足SCR反应的要求，换热管的数目非常庞大，从而省煤器的体积非常庞大。
为了有效利用烟气的高热量，烟道通常由内装除盐水的多个金属管(也称包墙过热器)围成，烟气中的高热量通过辐射等传递方式传递给金属管内的除盐水，从而获得过热蒸汽。多个金属管汇集于包墙过热器的集箱，催化剂床层通常位于烟道尾部且集箱的底部。这种设置方式一方面会导致催化剂床层不平整，另一方面，也会导致催化剂床层与集箱基础部位与其他部位温度不一致，从而整个催化剂床层温度分布不均，容易对催化剂床层造成破坏。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服克服现有的烟气脱硝设备存在的脱硝率较低、省煤器体积庞大且催化剂床层容易破坏的缺点，提供一种脱硝率较高、省煤器体积小且不容易导致催化剂床层被破坏的烟气脱硝设备。
为了解决上述问题，本实用新型的发明人对现有的SNCR用设备进行了改进，开发出了一种能够将SNCR和SCR相结合的设备，从而能够同时实现SNCR和SCR过程。
本实用新型提供了一种烟气脱硝设备，该烟气脱硝设备包括由包墙过热器围成的烟道，其中，沿烟气的流动方向，烟道内依次设置有脱硝剂供给装置、脱硝剂补给装置和省煤器；所述烟道包括第一垂直段、第二垂直段和水平段，所述水平段的两端分别与第一垂直段和第二垂直段的上部连通，所述脱硝剂供给装置位于第一垂直段内，所述省煤器位于第二垂直段内，所述包墙过热器的集箱位于第二垂直段的底部，该设备还包括催化反应器，该催化反应器与第二垂直段的底部连通；所述省煤器包括换热管和多个换热片，所述换热管穿过所述换热片，并且换热管的外壁与换热片紧密接触。
根据本实用新型的烟气脱硝设备，通过在催化剂床层的上游设置脱硝剂补氨装置，使得本实用新型的烟气脱硝设备能够实现SNCR脱硝和SCR脱硝，因此，与SNCR工艺相比提高了脱硝效率，与SCR工艺相比在保证脱硝效率的情况下，降低了催化剂床层的厚度，降低了成本；而且，通过使用新的省煤器(包括换热管和多个换热片，所述换热管穿过所述换热片，并且换热管的外壁与换热片紧密接触)，在保证换热效率的同时，减小了省煤器所占的体积；另外，通过使包墙过热器的集箱位于所述催化反应器的上部，能够防止催化剂床层因受热不均或位置不平整而导致的对催化剂床层的破坏。
附图说明
图1为本实用新型提供的烟气脱硝设备的结构示意图；
图2为本实用新型的一种实施方式的烟气脱硝设备中省煤器的结构示意图；
图3为本实用新型的一种实施方式的烟气脱硝设备中省煤器的换热片的结构示意图；
图4为本实用新型的另一种实施方式的烟气脱硝设备中省煤器的换热片的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的烟气脱硝设备进行详细的说明。
如图1所示，本实用新型提供了一种烟气脱硝设备，该烟气脱硝设备包括由包墙过热器8围成的烟道1，其中，沿烟气的流动方向，烟道1内依次设置有脱硝剂供给装置2、脱硝剂补给装置3和省煤器5；所述烟道1包括第一垂直段a、第二垂直段c和水平段b，所述水平段b的两端分别与第一垂直段a和第二垂直段c的上部连通，所述脱硝剂供给装置2位于第一垂直段a内，所述省煤器5位于第二垂直段c内，所述包墙过热器8的集箱9位于第二垂直段c的底部，该设备还包括催化反应器，该催化反应器与第二垂直段c的底部连通。
如图2所示，在本实用新型提高的烟气脱硝设备中，所述省煤器5包括换热管6和多个换热片7，所述换热管6穿过所述换热片7，并且换热管6的外壁与换热片7紧密接触。
根据在本实用新型的一种实施方式，如图3所示，所述换热片7具有多个与换热管6的形状相适应的空间，且该换热片7中的多个与换热管6的形状相适应的空间形成为平行的多行和多列的阵列，从而所述换热管6能够多次往返地依次穿过该换热片7，所述换热管6形成与换热片7的上述阵列对应的阵列。
根据本实用新型的另一种实施方式，如图4所示，每个换热片7包括多个板体，该板体具有凹槽且相邻的两个板体中的凹槽彼此相对，形成与换热管6的形状相适应的空间，所述换热管6穿过该空间与换热片7紧密接触。
在一种优选实施方式中，所述多个换热片7平行排列，所述换热管6多次往返地依次穿过多个平行排列的换热片7，形成平行的多行和多列的换热管阵列。
在另一种优选实施方式中，所述多个换热片7平行排列，所述换热管6可以为多个，多个换热管6依次穿过多个平行排列的换热片7，形成平行的多行和多列的换热管阵列。
根据本实用新型的烟气脱硝设备，所述省煤器5中换热片7的数量可以在很大范围内变动，可以根据换热的需要以及尺寸的需要进行调整，优选情况下，多个平行排列的换热片7的总厚度可以为单行或单列换热管长度的10-20％，更优选的情况下，多个平行排列的换热片7中相邻的两个换热片的距离可以为1-5厘米，多个平行排列的换热片7中每个换热片的厚度可以为0.5-5厘米。所述换热片7的大小可以在很大范围内变动，可以根据换热的需要即尺寸的需要进行调整，优选情况下，穿过每个所述换热片7的换热管6的总截面积可以占该换热片7单面面积的10-50％。所述换热管6的尺寸没有特别的限定，可以选用各种常规的换热管尺寸，例如，所述换热管6的截面积可以为10-100平方厘米。此外，在所述省煤器5中，所述换热管6排列的密度可以在很大范围内变动，优选情况下，平行的多行或多列换热管中相邻的两行或两列换热管的距离可以为5-25厘米。
在所述烟气脱硝设备中，所述烟道1的横截面可以为圆形、椭圆形、矩形、正方形或者各种不规则形状。在本实用新型提供的烟气脱硝设备中，所述烟道1包括第一垂直段a、第二垂直段c和水平段b，该水平段b的两端分别与第一垂直段a和第二垂直段c的上部连通。根据本实用新型的一种实施方式，所述脱硝剂供给装置2位于第一垂直段a内，所述催化剂床层4位于第二垂直段c内。所述脱硝剂补给装置3可以设置在所述第一垂直段a、水平段b和第二垂直段c中的至少一处。优选情况下，所述脱硝剂补给装置3位于第一垂直段a内。在这种情况下，所述脱硝剂供给装置2到第一垂直段a底部的最小距离A、脱硝剂供给装置2到脱硝剂补给装置3的最小距离B和第一垂直段a的顶部到底部的距离C之间优选满足：A∶B∶C＝10-25∶5-15∶30，进一步优选满足A∶B∶C＝15-23∶5-13∶30。此时所述脱硝剂补给装置3供给的脱硝剂进入所述烟道1的位置对应于使用时所述烟道1的温度为800℃左右的区域，有利于脱硝剂为尿素时，尿素分解为氨。通常情况下，相对于烟道1的第一垂直段a的高度为30米、宽度10米、深度10米时，所述脱硝剂补给装置3位于所述第一垂直段a的23-28米的位置，所述脱硝剂供给装置2位于所述第一垂直段a的15-23米的位置。
根据本实用新型提供的烟气脱硝设备，尽管各种能够用来提供脱硝剂的装置均可作为所述脱硝剂供给装置2和所述脱硝剂补给装置3，但优选情况下，所述脱硝剂供给装置2和所述脱硝剂补给装置3各自为管道，该管道穿过烟道1的壁，伸入烟道1中，伸入烟道1中的管道上形成有开口。脱硝剂通过该开口进入烟道内。
进一步优选情况下，所述管道为多根，例如为3-10根。
更进一步优选情况下，所述多根管道沿烟道1的轴向或周向排列。
更进一步优选情况下，所述多根管道沿烟道1的轴向排列并沿烟道1的径向均匀分布。
进一步优选情况下，每根伸入烟道1中的管道上的开口为多个，如2-20个。
更进一步优选情况下，每根伸入烟道1中的管道上的多个开口沿所述管道的轴向分布。
为了使所述脱硝剂与烟气的接触更加充分，所述开口的方向与烟道1中烟气流动的方向相反，从而烟气与来自所述脱硝剂供给装置2和脱硝剂补给装置3的所述脱硝剂非同向接触，能够更好的获得脱硝效果。
本实用新型中，所述开口的方向与烟道1中烟气流动的方向相反并非绝对相反，包括所述开口的方向朝下、朝向水平或者向下倾斜1-15°的情况。
根据本实用新型的一种实施方式，所述烟道1的横截面积与所述脱硝剂供给装置2的管道的开口的总面积之比为5000-50000∶1，优选为20000-30000∶1。
根据本实用新型的一种实施方式，所述烟道1的横截面积与所述脱硝剂补给装置3的管道的开口的总面积之比为5000-50000∶1，优选为20000-30000∶1。
根据本实用新型的另一种实施方式，所述烟气脱硝设备还包括脱硝剂源(未示出)，为脱硝剂供给装置2和脱硝剂补给装置3提供脱硝剂。所述脱硝剂源例如可以是脱硝剂储罐或泵。所述脱硝剂供给装置2和脱硝剂补给装置3的一端端口与脱硝剂源连通，另一端端口则穿过所述烟道1的壁而伸入所述烟道1内。脱硝剂供给装置2和脱硝剂补给装置3可以共用一个脱硝剂源，也可以各自与不同的脱硝剂源连通，由不同的脱硝剂源提供脱硝剂。所述脱硝剂可以是各种能够与NOx反应从而降低烟气中NOx含量的试剂，例如可以是氨或各种在烟气脱硝条件下能够产生氨的物质，如尿素。上述脱硝剂优选以其水溶液的形式使用，所述溶液的浓度已为本领域技术人员所公知，可以为脱硝剂所能达到的各种浓度。为了降低脱硝剂的用量，优选所述脱硝剂以其饱和溶液的形式使用。
根据本实用新型提供的烟气脱硝设备，所述包墙过热器8可以由金属管形成。所述金属管例如可以是碳钢管、不锈钢管、铜管、钛管或者各种金属合金管等。
根据本实用新型的烟气脱硝设备，所述催化反应器可以为各种能够用于烟气选择性催化还原脱硝的反应器，具体可以根据催化剂的形式进行选择，例如，当所述催化剂以催化剂床层形式使用时，所述催化反应器可以为底部具有孔隙或者缝隙的槽型反应器，槽型反应器的侧壁与烟道1的第二垂直段c的底部侧壁连接，催化剂床层4置于催化反应器1的底部。所述催化剂床层4的厚度可以在很大范围内改变，优选为1.5-2.0米。
所述催化剂可以是各种能够催化脱硝剂与氮氧化物NOx反应，使氮氧化物NOx转化为氮气的催化剂。所述催化剂可以是各种能够催化脱硝剂与氮氧化物NOx反应，使氮氧化物NOx转化为氮气的催化剂，优选为金属氧化物催化剂。例如，所述金属氧化物可以是V2O5、Fe2O3、CuO、Cr2O3、Co3O4、NiO、CeO2、La2O3、Pr6O11、Nd2O3、Gd2O3、Yb2O3中的一种或多种，优选至少含有V2O5的金属氧化物的混合物。进一步优选所述催化剂是分散在TiO2上、以V2O5为主要活性组分、WO3或MoO3为助催化剂的钒钛体系，即V2O5-WO3/TiO2或V2O5-MoO3/TiO2。由于通常烟气中存在大量的飞灰，从而给催化剂的应用增加了难度，因此，为了防止堵塞、减少压力损失、增加机械强度，进一步优选将上述金属氧化物固定在不锈钢板表面或制成蜂窝陶瓷状，形成板式催化剂或蜂窝状催化剂，且在所述板式催化剂或蜂窝状催化剂中，以所述催化剂的总重量为基准，所述金属氧化物的含量优选为1-5重量％。上述催化剂可以商购得到，例如可以购自日本触媒化成、日立公司、德国雅佶隆公司以及美国的Cormetech公司。
本实用新型的烟气脱硝设备使用时，通过脱硝剂供给装置2将脱硝剂送入烟道1内，与烟气在烟道1中接触并进行烟气的选择性非催化还原反应，降低烟气中的氮氧化物含量，得到SNCR脱硝后的烟气，并通过脱硝剂补给装置3向该SNCR脱硝后的烟气中补入脱硝剂。然后，使补入了脱硝剂的混合物通过省煤器5以进行换热，并使该混合物通过催化剂床层4，进行烟气的选择性催化脱硝即SCR脱硝，得到氮氧化物含量进一步降低的烟气。
所述烟气与所述脱硝剂发生选择性非催化还原反应的条件包括温度优选为800-1300℃更优选为800-1100℃，以氮元素计，脱硝剂中的氮与烟气中NOx的氮(以NO计)的摩尔比(简称氨氮摩尔比)可以为0.3-2∶1，优选为0.5-1.5∶1，在该条件下接触的时间优选为0.1-2秒，更优选为0.5-1秒。上述温度可以通过选择所述脱硝剂供给的位置从而利用该温度段烟气本身的温度来实现，因而无需额外供热或降温。上述选择性非催化还原的温度需要严格控制，当温度高于1300℃时，氨就被氧化为NOx，即发生下述反应：
而当温度低于800℃时，前述选择性非催化还原反应在无催化剂存在下不能发生。
烟气选择性催化还原脱硝的条件包括，温度可以为280-420℃，优选为300-400℃，烟气的体积空速可以为200-20000小时-1，优选为1000-10000小时-1，以氮元素计，脱硝剂中的氮与烟气中NOx的氮(以NO计)的摩尔比(简称氨氮摩尔比)可以为0.5-1.1∶1，优选为0.7-1∶1。
Claims (11)
1.一种烟气脱硝设备，该烟气脱硝设备包括由包墙过热器(8)围成的烟道(1)，其特征在于，沿烟气的流动方向，烟道(1)内依次设置有脱硝剂供给装置(2)、脱硝剂补给装置(3)和省煤器(5)；所述烟道(1)包括第一垂直段(a)、第二垂直段(c)和水平段(b)，所述水平段(b)的两端分别与第一垂直段(a)的上部和第二垂直段(c)的上部连通，所述脱硝剂供给装置(2)位于第一垂直段(a)内，所述省煤器(5)位于第二垂直段(c)内，所述包墙过热器(8)的集箱(9)位于第二垂直段(c)的底部，该设备还包括催化反应器，该催化反应器与第二垂直段(c)的底部连通；所述省煤器(5)包括换热管(6)和多个换热片(7)，所述换热管(6)穿过所述换热片(7)，并且换热管(6)的外壁与换热片(7)紧密接触。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硝装置，其特征在于，所述脱硝剂补给装置(3)位于第一垂直段(a)内。
3.根据权利要求2所述的烟气脱硝装置，其特征在于，所述脱硝剂供给装置(2)到第一垂直段(a)底部的最小距离A、脱硝剂供给装置(2)到脱硝剂补给装置(3)的最小距离B和第一垂直段(a)的顶部到底部的距离C之间满足：A∶B∶C＝10-25∶5-15∶30。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述脱硝剂供给装置(2)和脱硝剂补给装置(3)各自为管道，该管道穿过烟道(1)的壁，伸入烟道(1)中，且伸入烟道(1)中的管道上形成有开口。
5.根据权利要求4所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述管道(1)为多个，每个伸入烟道(1)中的管道上的开口为多个。
6.根据权利要求5所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述多个管道沿烟道(1)的轴向或周向排列。
7.根据权利要求5或6所述的烟气脱硝设备，其特征在于，每个伸入烟道(1)中的管道上的多个开口沿所述管道的轴向分布。
8.根据权利要求4所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述烟道(1)的横截面积与所述脱硝剂供给装置(2)的所述开口的总面积之比为5000-50000∶1，所述烟道(1)的横截面积与所述脱硝剂补给装置(3)的所述开口的总面积之比为5000-50000∶1。
9.根据权利要求1所述的烟气脱硝设备，其特征在于，每个换热片(7)包括多个板体，该板体具有凹槽且相邻的两个板体中的凹槽彼此相对，形成与换热管(6)的形状相适应的空间，所述换热管(6)穿过该空间与换热片(7)紧密接触。
10.根据权利要求1或9所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述多个换热片(7)平行排列，所述换热管(6)多次往返地依次穿过多个平行排列换热片(7)，形成平行的多行和多列的换热管阵列。
11.根据权利要求1或9所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述多个换热片(7)平行排列，所述换热管(6)为多个，多个换热管(6)依次穿过多个平行排列的换热片(7)，形成平行的多行和多列的换热管阵列。
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|---|---|---|---|---|
| CN103140275A (zh) * | 2011-08-08 | 2013-06-05 | 雅盖隆大学 | 用于氧化氮直接分解的催化剂以及生产该催化剂的方法 |
| CN114377547A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-04-22 | 国能(山东)能源环境有限公司 | 一种天然气制氢转化炉烟气低氮处理装置及方法 |
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN103140275A (zh) * | 2011-08-08 | 2013-06-05 | 雅盖隆大学 | 用于氧化氮直接分解的催化剂以及生产该催化剂的方法 |
| CN103140275B (zh) * | 2011-08-08 | 2015-09-23 | 雅盖隆大学 | 用于氧化氮直接分解的催化剂以及生产该催化剂的方法 |
| CN114377547A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-04-22 | 国能(山东)能源环境有限公司 | 一种天然气制氢转化炉烟气低氮处理装置及方法 |
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| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
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