CN201832560U - 烟气脱硝设备 - Google Patents
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Abstract
一种烟气脱硝设备，该设备包括烟道(1)以及设置在该烟道(1)内的脱硝剂供给装置(2)，其中，该设备还包括扰动装置(12)、声波吹灰器(10)和催化剂床层(4)；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，所述脱硝剂供给装置(2)到第一垂直段(a)的底部的距离A与所述第一垂直段(a)的底部到顶部的距离B的比例为10-25∶30，所述声波吹灰器(10)和催化剂床层(4)位于第二垂直段(c)内。采用该烟气脱硝装置实现了烟气的SNCR和SCR联合脱硝，从而在保证脱硝效率的情况下，减少了催化剂的用量，降低了成本。
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(例如：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各有利弊，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。
因此，如何高效地脱除烟气中的氮氧化物仍然是一个亟待解决的技术问题。
此外，由于烟气中存在大量的灰尘，这些灰尘在经过烟道时会沉积在催化剂床层上，从而使脱硝的效率降低。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服现有烟气脱硝设备存在的脱硝率和脱硝效率较低的缺点，提供一种脱硝率和脱硝效率较高的烟气脱硝设备。
本实用新型提供了一种烟气脱硝设备，该设备包括烟道以及设置在该烟道内的脱硝剂供给装置，其中，该设备还包括扰动装置、声波吹灰器和催化剂床层，沿烟气的流动方向，所述脱硝剂供给装置、扰动装置、声波吹灰器和催化剂床层依次设置在所述烟道内，所述声波吹灰器用于对所述催化剂床层进行吹扫；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的上部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，所述脱硝剂供给装置到第一垂直段的底部的距离A与所述第一垂直段的底部到顶部的距离B的比例为10-25∶30，所述声波吹灰器和催化剂床层位于第二垂直段内。
根据本实用新型的烟气脱硝设备，通过在烟道的较前端位置供给脱硝剂，实现了烟气选择性非催化还原反应与烟气选择性催化还原反应的联合，提高了烟气的脱硝率；而且，根据本实用新型的烟气脱硝设备在所述催化剂床层与脱硝剂供给装置之间设置扰动装置，所述扰动装置用于对烟气进行扰动，将烟气与脱硝剂混合均匀，从而既避免了局部氨浓度过大导致的局部催化剂床层失效加速和局部氨逃逸量超标的问题，同时也避免了局部氨浓度过小导致的达不到设计的脱硝效率的问题；另外，通过在催化剂床层的上游设置烟气吹灰装置，使催化剂床层上沉积的灰尘能够穿过催化剂床层的孔隙而被烟气带走，从而提高了脱硝的效率。
附图说明
图1为本实用新型的烟气脱硝设备的一种实施方式的结构示意图；
图2为显示本发明提供的烟气脱硝方法的一种实施方式所用烟气脱硝设备中扰动装置位置的局部结构示意图；
图3为显示本发明提供的烟气脱硝方法的一种实施方式所用烟气脱硝设备中扰动装置为管状物时，管状物位于烟道中的端口的朝向Y与烟气流动方向X的夹角α的示意图。
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，该设备包括烟道1以及设置在该烟道1内的脱硝剂供给装置2，其中，该设备还包括扰动装置12、声波吹灰器10和催化剂床层4，沿烟气的流动方向，所述脱硝剂供给装置2、扰动装置12、声波吹灰器10和催化剂床层4依次设置在所述烟道1内，所述声波吹灰器10用于对所述催化剂床层4进行吹扫；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，所述脱硝剂供给装置2到第一垂直段a的底部的距离A与所述第一垂直段a的底部到顶部的距离B的比例为10-25∶30，所述声波吹灰器10和催化剂床层4位于第二垂直段c内。
在优选情况下，所述脱硝剂供给装置2到第一垂直段a的底部的距离A与所述第一垂直段a的底部到顶部的距离B的比例为15-23∶30。
根据本实用新型提供的烟气脱硝设备，所述烟道1一方面用于引导烟气按照预定方向流动；另一方面，所述烟道1还可以作为对烟气进行脱硝处理的场所。根据本实用新型的烟气脱硝设备，所述烟道1包括第一垂直段a、水平段b和第二垂直段c，既可以降低烟道1的高度，提高烟道的安全性，又便于同时在烟道内安装脱硝剂供给装置2和催化剂床层4，从而实现烟气选择性催化还原反应与烟气选择性非催化还原反应的联用，进而提高烟气脱硝效率。
所述第一垂直段a的高度、水平段b的长度以及第二垂直段c的高度之间的比值可以根据具体的使用场合进行适当的选择。
相对于烟气选择性非催化还原反应而言，烟气选择性催化还原反应对于烟气中脱硝剂的分布是否均匀更为敏感。脱硝剂在烟气中的分布不均匀不仅将导致催化剂床层内局部脱硝剂脱硝效率低，还将使得催化剂失效加速和/或局部脱硝剂逃逸量超标。因此，根据本实用新型的烟气脱硝设备还包括扰动装置12，在优选情况下，所述扰动装置12位于水平段b内，用于对烟气进行扰动，从而在烟气和脱硝剂进入所述催化剂床层4之前，将烟气与脱硝剂混合均匀，避免由于脱硝剂在烟气中分布不均匀而引起的催化剂失效加速、局部脱硝剂脱硝效率低以及局部区域积灰堵塞的问题。
尽管各种能够实现扰动功能的扰动装置均可实现本实用新型的目的，例如，所述扰动装置12可以为固定式均流装置，如均流板。但由于这种固定式均流装置需要通过多次均流才能实现使脱硝剂与烟气的均匀混合，从而需要多组均流板，因而需要较大的空间。本实用新型的发明人在实践中发现，通过向烟道喷射气体作为扰动介质，可以对烟气产生扰动效应，提高脱硝剂在烟气中分布的均匀性。
如图2所示，根据本实用新型，所述扰动装置12为管状物，该管状物穿过烟道1的壁，一端端口位于烟道1中。优选情况下，为了更好的获得扰动效果，如图3所示，管状物位于烟道1中的端口的朝向Y与烟气流动方向X的夹角α为70-90°角。
为了使得脱硝剂在进入催化剂床层4之前与烟气充分混合均匀，优选情况下，所述管状物位于烟道1中的端口位于所述第一垂直段a内或者水平段b内或者所述第一垂直段a和水平段b的邻接处。
所述管状物可以为一个或多个，优选为3-10个。进一步优选所述多个管状物沿烟道1的径向或周向分布。
优选情况下，所述为管状物位于烟道1中的端口与所述催化剂床层4之间的路程为所述催化剂床层厚度的5-10倍，其中，所述管状物位于烟道中的端口与所述催化剂床层之间的路程指在烟气选择性催化还原脱硝反应过程中，烟气从所述管状物位于烟道中的端口行进至催化剂床层的表面实际走过的距离。
综合考虑扰动效果和对扰动装置12的设备要求，本实用新型优选所述烟道1的横截面积与所述管状物的位于烟道1中的端口的总面积之比为5000-50000∶1。进一步优选所述烟道1的横截面积与所述管状物的位于烟道1中的端口的总面积之比为20000-30000∶1。
根据本实用新型的一种实施方式，该设备还包括扰动介质提供装置(图1中未示出)，扰动介质提供装置为扰动装置12提供扰动介质。所述扰动介质提供装置可以是各种能够提供扰动介质的装置，如高压钢瓶或泵。所述扰动装置12的一端端口与扰动介质提供装置连通，另一端端口则穿过所述烟道1的壁而伸入所述烟道1内。
根据本实用新型的一种实施方式，所述扰动介质为不与烟气和脱硝剂反应的惰性介质，根据现场情况和成本核算确定，优选是水蒸气、空气、氮气和元素周期表中第零族元素中的一种或多种，从而不会因扰动而给烟气引入新的杂质，脱硝后的烟气能够直接排放。
根据本实用新型的另一种实施方式，所述扰动介质为烟气或者脱硝剂和烟气的混合物。所述作为扰动介质的烟气可以是经过脱硝处理或未经脱硝处理的烟气。当使用未经脱硝处理的烟气作为扰动介质时，一方面无需外界供给扰动介质，另一方面还能够使未经脱硝处理的烟气在起到扰动作用后也能获得脱硝效果。而使用脱硝剂和烟气的混合物时，特别是是用氨氮摩尔比符合脱硝反应的含脱硝剂和烟气的混合物作为扰动介质时，扰动介质的通入还不会导致烟气和脱硝剂的混合物中脱硝剂浓度的大幅降低。因此本发明优选所述扰动介质为未经脱硝处理的烟气或者脱硝剂和烟气的混合物，尤其优选所述扰动介质为脱硝剂和烟气的混合物，更为优选以氮元素计，脱硝剂中氮与烟气中NOx的氮(以NO计)的摩尔比(简称氨氮摩尔比)为0.5-1.1∶1的脱硝剂和烟气的混合物。
根据本实用新型提供的烟气脱硝设备，所述催化剂床层4为由催化剂形成的催化剂床，所述催化剂床层4的厚度没有特别的限定，优选情况下，所述催化剂床层4的厚度可以为1.5-2米。所述催化剂床层4由催化剂形成，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。可以通过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而制得所述催化剂床层4，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。
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，但优选情况下，所述脱硝剂供给装置2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，所述烟气吹灰装置10声波吹灰器7可以为声波吹灰器，所述声波吹灰器包括辐射喇叭，所述辐射喇叭的开口方向与烟气流动方向的夹角为80-90°，所述辐射喇叭的下沿到所述催化剂床层4的距离优选为5-50厘米。在一种实施方式中，所述声波吹灰器还包括压缩气体提供装置，该压缩气体提供装置为声波吹灰器提供压缩气体。
根据本实用新型，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。在一种实施方式中，所述烟道1中的脱硝剂供给装置2所在的第一垂直段a、扰动装置12所在的水平段b以及催化剂床层4所在第二垂直段c的催化剂床层4以上(即包墙过热器8的集箱9)的部分由包墙过热器围成。所述包墙过热器可以由各种金属管形成，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。
在本实用新型中，所述烟气脱硝设备的使用方法包括通过脱硝剂供给装置2向烟道1中提供脱硝剂，使烟气与脱硝剂在第一垂直段a内发生选择性非催化还原反应，即进行SNCR脱硝，SNCR脱硝后的烟气与未反应的脱硝剂穿过所述水平段b后进入第二垂直段c，通过扰动装置12进行扰动均匀后，通过催化剂床层4，烟气中的氮氧化物与未反应的脱硝剂在催化剂床层4中发生选择性催化还原脱硝，得到氮氧化物含量进一步降低的烟气，从而完成所述烟气的SNCR和SCR联合脱硝过程。并在脱硝过程中使用声波吹灰器10对催化剂床层4进行吹扫，以除去催化剂床层4表面的积灰。
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℃，以氨基脱硝剂为佳，以氮元素计，脱硝剂中氮与烟气中NOx的氮(以NO计)的摩尔比(简称氨氮摩尔比)可以为0.5-2∶1，优选为0.8-1.5∶1，在该温度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区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，所述氮的氧化物还原为氮气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。
显然，通过控制所述脱硝剂供给装置2供给的脱硝剂相对于进行选择性非催化还原反应来说是过量的，可以更好地地同时进行SCR和SNCR反应，因此，与SNCR反应相比提高了脱硝率，与SCR反应相比在保证脱硝率的情况下，减少了催化剂的用量，降低了成本。
Claims (11)
1.一种烟气脱硝设备，该设备包括烟道(1)以及设置在该烟道(1)内的脱硝剂供给装置(2)，其特征在于，该设备还包括扰动装置(12)、声波吹灰器(10)和催化剂床层(4)，沿烟气的流动方向，所述脱硝剂供给装置(2)、扰动装置(12)、声波吹灰器(10)和催化剂床层(4)依次设置在所述烟道(1)内，所述声波吹灰器(10)用于对所述催化剂床层(4)进行吹扫；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，所述脱硝剂供给装置(2)到第一垂直段(a)的底部的距离A与所述第一垂直段(a)的底部到顶部的距离B的比例为10-25∶30，所述声波吹灰器(10)和催化剂床层(4)位于第二垂直段(c)内。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述扰动装置(12)位于所述第一垂直段(a)内或者水平段(b)内。
3.根据权利要求2所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述扰动装置(12)为管状物，该管状物穿过烟道(1)的壁，一端端口位于烟道(10)中。
4.根据权利要求3所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述管状物位于烟道(1)中的端口的朝向与烟气流动方向成70-90°。
5.根据权利要求3所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述为管状物位于烟道(1)中的端口与所述催化剂床层(4)之间的路程为所述催化剂床层(4)的厚度的5-10倍，其中，所述管状物位于烟道(1)中的端口与所述催化剂床层(4)之间的路程指在烟气选择性催化还原脱硝反应过程中，烟气从所述管状物位于烟道(1)中的端口行进至催化剂床层(4)的表面实际走过的距离。
6.根据权利要求4或5所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述管状物为多个。
7.根据权利要求6所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述多个管状物沿烟道(1)的径向排列。
8.根据权利要求7所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述烟道(1)的横截面积与所述管状物的位于烟道(1)中的端口的总面积之比为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，该设备还包括扰动介质提供装置，扰动介质提供装置为扰动装置(1)提供扰动介质。
10.根据权利要求1所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述声波吹灰器(10)包括辐射喇叭，所述辐射喇叭的开口方向与烟气流动方向的夹角为80-90°，所述辐射喇叭的下沿到所述催化剂床层(4)的距离为5-50厘米。
11.根据权利要求10所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述声波吹灰器(10)还包括压缩气体提供装置，该压缩气体提供装置为声波吹灰器(10)提供压缩气体。
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