CN203874666U - 一种微波诱导催化还原脱硫脱硝处理系统 - Google Patents

一种微波诱导催化还原脱硫脱硝处理系统 Download PDF

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殷立宝
马晓茜
廖永进
胡善超
曾庭华
余昭胜
徐齐胜
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广东电网公司电力科学研究院
华南理工大学
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Abstract

本实用新型公开了一种微波诱导催化还原脱硫脱硝处理系统,包括微波反应塔,微波反应塔具有烟气进口和烟气出口,微波反应塔内设有至少一个放置有活性炭的活性炭床,微波反应塔上设有用于发射微波能以加热活性炭诱导被吸附气体还原的微波发生装置。本实用新型以活性炭为载体,SOx/NOx被吸附在活性炭内部空隙中,微波作用于活性炭,在微波能诱导催化作用之下,SOx被还原为单质硫,NOx被还原为氮气,从而达到同时脱硫脱硝的目的。在微波辐射诱导硫氮氧化物还原过程中,碳元素会被消耗,使活性炭变得多孔,表面积增大,使烟气与碳的接触面积增大,活性炭可吸附更多烟气,活性炭的吸附容量更大,大大提高了SOx/NOx的脱除率。

Description

技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种烟气脱硫脱硝处理系统,特别是涉及一种微波诱导催化还原 脱硫脱硝处理系统。 一种微波诱导催化还原脱硫脱硝处理系统
背景技术
[0002] 近年来,我国经济快速发展,电力需求和供应持续增长。截止2010年底,全国电 力装机容量已达9. 62亿千瓦,居世界第二位,其中火电为7. 07亿千瓦,占全国总装机容量 的73%,火电发屯量约占全部发电量的80%以上,消耗燃煤16亿吨。为了有效控制火电厂 大气污染物排放,我国采取了发展清洁发电技术,降低发电煤耗,淘汰落后产能,强化 节能减排,关停小火电机组,推进电力工业结构调整等一系列重要措施。截至"十一五" 末,累计建成运行5. 65亿千瓦燃煤电厂脱硫设施,全国火电脱硫机组比例从2005年12% 提高到80%,但我国人均装机容量却远低于发达国家平均水平,并且我国的能源结构决定 了在今后相当长的时间内燃煤机组装机容量还将不断增长,火电厂排放的二氧化硫、氮 氧化物和烟尘仍将增加。火电厂排放的大气污染物若得不到有效控制,将直接影响我国 大气环境质量的改善和电力工业的可持续和健康发展。为更好地适应"十二五"环境保护 工作的新要求,环境保护部在总结实践经验的基础上,对《火电厂大气污染物排放标准》 (GB13223-2003)进行了 修订。
[0003] 烟气脱硝是继烟气脱硫之后国家控制火电厂硫氮氧化物排放的又一个重点领 域。2004年7月,我国公布并实施《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2003),对火 电厂N0 X排放要求有了大幅度的提高。2007年颁布的北京市《锅炉大气污染物排放标准》 (DB11/139-2007)已明确提出N0 X控制标准(新建、扩建、改建电站锅炉N0X排放浓度不超 过100mg/m3)。但是,由于在燃煤电厂烟气污染控制领域缺乏自主知识产权的核心技术和装 备,造成我国能源发展与环境保护之间存在尖锐矛盾。因此,通过不断的技术创新,实现高 效、低耗的烟气污染控制,是解决这一矛盾的重要途径。
[0004] 在环保要求较高的地区,N0X是另一酸雨前体物减排的主要控制目标。在实际工业 应用中,被广泛采纳的N0 X控制技术主要有两类:燃烧控制N0X技术和烟气脱硝技术。燃烧 控制N0X技术通过优化燃烧过程来控制N0 X的生成,该技术安装和运行成本相对低廉,但脱 硝率较低,一般为30%〜40%。因此,当对N0X排放要求较高时,单纯采用燃烧控制技术往往 不能达到排放要求,就需要采用尾部烟气脱硝技术来进一步降低N0 X排放。国外应用较多 的烟气脱硝技术为选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction, SCR), SCR法技术 相对成熟,脱硝率可达90%以上,但投资巨大,催化剂昂贵且耗用大量的氨气或液氨,运行 成本高。因此,我国迫切需要开发其他更有效、低成本的烟气脱硝技术。 实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的在于提供一种结构简单、实用性强、能够提高脱硫脱硝的脱除 效率、成本低、可大幅度减少锅炉烟气中S0 X和N0X的排放的微波诱导催化还原脱硫脱硝处 理系统。
[0006] 本实用新型的目的通过以下的技术方案来实现:一种微波诱导催化还原脱硫脱硝 处理系统,其特征在于:包括微波反应塔,所述微波反应塔具有烟气进口和烟气出口,所述 微波反应塔内设有至少一个放置有活性炭的活性炭床,所述微波反应塔上设有用于发射微 波能以加热活性炭诱导被吸附气体还原的微波发生装置。
[0007] 本实用新型以活性炭作为硫氮氧化物的吸附载体,当含有S0x/N0x的混合烟气通 过活性炭床时,S0 x/N0x被吸附在活性炭的内部空隙中,微波作用于活性炭,在微波能诱导催 化作用之下,S0 X被还原为单质硫,N0X被还原为氮气,从而达到同时脱硫脱硝的目的。另外, 在微波辐射诱导硫氮氧化物还原的过程中,碳元素会被消耗,使活性炭变得多孔,表面积增 大,进而使烟气与碳的接触面积增大,活性炭可以吸附更多的烟气,使得活性炭的吸附容量 更大,大大提高了 S0x/N0x的脱除率。
[0008] 作为本实用新型的一种改进,所述处理系统还包括除尘器和风机,所述除尘器、风 机和微波反应塔通过管路依次连通。烟气首先经过除尘器,除去烟气中的烟尘大气污染物, 然后风机将烟气送入微波反应塔,提高了烟气脱硫脱硝的速率。
[0009] 作为本实用新型的进一步改进,所述活性炭中渗入催化剂,所述处理系统还包括 用于检测烟气温度的测温装置、用于冷却烟气的冷却装置和用于烟气温度超过设定温度范 围时控制冷却装置开启的自动控制系统,所述测温装置和冷却装置分别和自动控制系统相 连,所述测温装置和冷却装置均设置在除尘器和风机之间的管路上,所述冷却装置位于所 述测温装置的后方。测温装置检测烟气温度,并将温度信息传送至自动控制系统,当烟气温 度超过设定温度范围时,自动控制系统控制冷却装置开启以冷却烟气,从而使烟气温度保 持在设定温度范围内。催化剂可以降低反应温度,减少活性炭消耗,提高脱硫脱硝速率。
[0010] 作为本实用新型的一种优选实施方式,所述催化剂采用CU/ZSM-5,所述设定温度 范围是400°C〜470°C,有利于催化还原反应的进行。
[0011] 作为本实用新型的进一步改进,所述处理系统还包括循环管路和检测装置,所述 循环管路由主管路和排气管组成,所述主管路的一端与所述微波反应塔的烟气出口相连, 另一端连接在除尘器和测温装置之间的管路上,在所述主管路上设有用于检测排出烟气 S0x/N0x&度的检测装置,在所述主管路上且位于检测装置的后方设有第一电磁阀,所述排 气管设于检测装置的出气口上用于排出检测合格的烟气,所述排气管上设有第二电磁阀, 所述检测装置、第一电磁阀、第二电磁阀分别和自动控制系统相连。当检测装置检测到S0 X/ N0X&度高于设定浓度值时,第一电磁阀开启,同时第二电磁阀关闭;当检测装置检测到 S0x/N0x&度低于或等于设定浓度值时,第二电磁阀开启,同时第一电磁阀关闭。
[0012] 作为本实用新型的推荐实施方式,所述微波反应塔为立式,所述微波反应塔的烟 气出口位于所述微波反应塔的顶部,微波反应塔的烟气进口位于微波反应塔的底部。
[0013] 本实用新型还可以做以下改进,所述微波反应塔的顶部为正立的锥形壳体,微波 反应塔的底部为倒立的锥形壳体,两个锥形壳体与微波反应塔的塔身之间设有用于防止微 波泄漏的微波隔离器,所述微波隔离器是设有若干出气孔的板体,其将塔身和微波反应塔 的顶部、底部相分隔。
[0014] 本实用新型可以有以下实施方式,所述除尘器采用袋式除尘器。活性炭的微孔为 1 〜3nm〇
[0015] 与现有技术相比,本实用新型具有如下显著的效果:
[0016] ⑴本实用新型以活性炭作为硫氮氧化物的吸附载体,当含有S0x/N0x的混合烟气 通过活性炭床时,S0 x/N0x被吸附在活性炭的内部空隙中,微波作用于活性炭,在微波能诱导 催化作用之下,S0 X被还原为单质硫,N0X被还原为氮气,从而达到同时脱硫脱硝的目的。
[0017] ⑵在微波辐射诱导硫氮氧化物还原的过程中,碳元素会被消耗,使活性炭变得多 孔,表面积增大,进而使烟气与碳的接触面积增大,活性炭可以吸附更多的烟气,活性炭的 吸附容量更大,大大提高了 S0x/N0x的脱除率。
[0018] ⑶除尘器可以除去烟尘大气污染物,而风机能够将烟气送入微波反应塔,提高烟 气脱硫脱硝的速率。
[0019] ⑷催化剂可以降低反应温度,减少活性炭消耗,提高脱硫脱硝速率,测温装置、冷 却装置和控制器能够保证活性炭上的催化还原反应中催化剂有活性最高。
[0020] (5)微波反应塔为立式设计,同时有多层活性炭床层,使烟气脱硫脱硝更加彻底。
[0021] (6)检测装置和电磁阀能够保证烟气排放满足国家烟气排放标准要求。
[0022] (7)本实用新型的结构简单、占地面积小、投资少、成本低、实用性强,可广泛适用于 需要脱硫脱硝以减少S0 X和N0X排放的场合,应用前景广阔。
附图说明
[0023] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0024] 图1为本实用新型的组成结构示意图。
具体实施方式
[0025] 如图1所示,是本实用新型一种微波诱导催化还原脱硫脱硝处理系统,包括除尘 器1、风机4和微波反应塔11,除尘器1、风机4和微波反应塔11通过管路依次连通。在本 实施例中,除尘器1采用袋式除尘器,微波反应塔11具有烟气进口和烟气出口,微波反应塔 11内设有至少一个放置有活性炭10的活性炭床9,本实施例的活性炭床为6层,活性炭10 的微孔为2nm,此时对S0 x/N0x的吸附作用较强。微波反应塔11上设有用于发射微波能以 加热活性炭诱导被吸附气体还原的微波发生装置。微波发生装置是现有装置,它包括微波 能功率能源6和微波发生器7,微波能功率能源6和微波发生器7相连。
[0026] 以活性炭作为硫氮氧化物的吸附载体,当含有S0x/N0x的混合烟气通过活性炭床 时,50 !£/叽被吸附在活性炭的内部空隙中,微波作用于活性炭,在微波能诱导催化作用之 下,S0X被还原为单质硫,N0 X被还原为氮气,从而达到同时脱硫脱硝的目的。
[0027] 在微波辐照条件下,活性炭既作为吸附剂,又作为还原剂。氧化还原主反应为:
[0028] xC+2N0x - N2+xC02 (1)
[0029] xC+N0x - 0· 5N2+xC0 (2)
[0030] C+S02 - S+C02 (3)
[0031] 2C+S02 -S+2C0 (4)
[0032] 在较高温度下,主要发生反应(2)、(4),反应(1)〜(3)是放热的,适合在高温下进 行。可以通过将反应温度控制在较低水平下,来尽量减少C0的生成,从而使碳元素得到充 分的利用。由上述反应可知,在微波辐射诱导硫氮氧化物还原的过程中,碳元素会被消耗, 使活性炭变得多孔,表面积增大,进而使烟气与碳的接触面积增大,活性炭可以吸附更多的 烟气,对SOx/NOx的脱除率会更高,活性炭的吸附容量更大。
[0033] 定期搅拌,使活性炭中渗入催化剂,催化剂采用Cu/ZSM-5,其中Cu+为活性中心,催 化剂可以降低反应温度,减少活性炭消耗,提高脱硫脱硝速率。处理系统还包括用于检测烟 气温度的测温装置2、用于冷却烟气的冷却装置3和用于烟气温度超过设定温度范围时控 制冷却装置开启的自动控制系统(图中未画出),测温装置2和冷却装置3分别和自动控制 系统相连,测温装置2和冷却装置3均设置在除尘器1和风机4之间的管路上,冷却装置3 位于测温装置2的后方。设定温度范围是400°C〜470°C,有利于催化还原反应的进行。测 温装置检测烟气温度,并将温度信息传送至控制器,当烟气温度超过设定温度时,控制器控 制冷却装置开启以冷却烟气,从而使烟气温度保持在设定温度范围。
[0034] 还包括循环管路和检测装置12,循环管路由主管路15和排气管16组成,主管路 15的一端与微波反应塔11的烟气出口相连,另一端连接在除尘器1和测温装置2之间的管 路上,在主管路15上设有用于检测排出烟气S0 x/N0x浓度的检测装置12,在主管路15上且 位于检测装置12的后方设有第一电磁阀13,排气管16设于检测装置12的出气口上用于排 出检测合格的烟气,排气管16上设有第二电磁阀14,检测装置12分别和第一电磁阀13、第 二电磁阀14电连接。
[0035] 微波反应塔11为立式,微波反应塔11的烟气出口位于微波反应塔的顶部,微波 反应塔的烟气进口位于微波反应塔的底部。微波反应塔的顶部为正立的锥形壳体,微波反 应塔的底部为倒立的锥形壳体,两个锥形壳体与微波反应塔的塔身之间设有用于防止微波 泄漏的微波隔离器8,微波隔离器8是设有若干出气孔的板体,其将塔身和微波反应塔的顶 部、底部相分隔。
[0036] 本实用新型的工作过程如下:
[0037] 烟气A首先进入袋式除尘器,烟气中的粉尘通过滤布时产生的筛分、惯性、粘附、 扩散和静电作用而被捕集。经除尘后进入测温装置,当测温装置检测到烟气温度高于设定 温度区间时,冷却装置开启并将烟气温度降低至设定温度区间;当测温装置检测到烟气温 度低于设定温度区间时,冷却装置保持关闭状态。然后烟气经烟道进入风机,增大烟气流通 速率。由风机出来的烟气进入微波反应塔。烟气穿过活性炭床,活性炭吸附烟气中的S0 X/ N0X和微波发生器产生的微波,并在其表面发生催化还原反应将S0X还原为单质硫,N0 X还原 为氮气。经微波反应塔初步脱硫脱硝的烟气进入S0x/N0x浓度检测装置,当S0 x/N0x浓度检 测装置检测到S0x/N0x浓度满足国家污染物排放标准时,自动控制系统控制第二电磁阀开 启,同时第一电磁阀关闭,烟气B可以正常排放;当S0 x/N0x浓度检测装置检测到30!£/叽浓 度高于国家污染物排放标准时,第一电磁阀开启,同时第二电磁阀关闭,烟气C经烟道重新 进入脱硫脱硝循环,并再次进行脱硫脱硝过程,直至S0 x/N0x浓度满足国家污染物排放标准 为止。
[0038] 本发明的实施方式不限于此,根据本发明的上述内容,按照本领域的普通技术知 识和惯用手段,在不脱离本发明上述基本技术思想前提下,本发明的除尘器种类、风机功 率、催化剂种类、微波反应塔的容量、活性炭床层数目还可以做出其它多种形式的修改、替 换或变更,均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (9)

1. 一种微波诱导催化还原脱硫脱硝处理系统,其特征在于:包括微波反应塔,所述微 波反应塔具有烟气进口和烟气出口,所述微波反应塔内设有至少一个放置有活性炭的活性 炭床,所述微波反应塔上设有用于发射微波能以加热活性炭诱导被吸附气体还原的微波发 生装置。
2. 根据权利要求1所述的微波诱导催化还原脱硫脱硝处理系统,其特征在于:所述处 理系统还包括除尘器和风机,所述除尘器、风机和微波反应塔通过管路依次连通。
3. 根据权利要求2所述的微波诱导催化还原脱硫脱硝处理系统,其特征在于:所述活 性炭中渗入催化剂,所述处理系统还包括用于检测烟气温度的测温装置、用于冷却烟气的 冷却装置和用于烟气温度超过设定温度范围时控制冷却装置开启的自动控制系统,所述测 温装置和冷却装置分别和自动控制系统相连,所述测温装置和冷却装置设置在除尘器和风 机之间的管路上,所述冷却装置位于所述测温装置的后方。
4. 根据权利要求3所述的微波诱导催化还原脱硫脱硝处理系统,其特征在于:所述催 化剂采用Cu/ZSM-5,所述设定温度范围是400°C〜470°C。
5. 根据权利要求4所述的微波诱导催化还原脱硫脱硝处理系统,其特征在于:所述处 理系统还包括循环管路和检测装置,所述循环管路由主管路和排气管组成,所述主管路的 一端与所述微波反应塔的烟气出口相连,另一端连接在除尘器和测温装置之间的管路上, 在所述主管路上设有用于检测排出烟气SO x/NOx&度的检测装置,在所述主管路上且位于 检测装置的后方设有第一电磁阀,所述排气管设于检测装置的出气口上用于排出检测合格 的烟气,所述排气管上设有第二电磁阀,所述检测装置、第一电磁阀、第二电磁阀分别和自 动控制系统相连。
6. 根据权利要求5所述的微波诱导催化还原脱硫脱硝处理系统,其特征在于:所述微 波反应塔为立式,所述微波反应塔的烟气出口位于所述微波反应塔的顶部,微波反应塔的 烟气进口位于微波反应塔的底部。
7. 根据权利要求6所述的微波诱导催化还原脱硫脱硝处理系统,其特征在于:所述微 波反应塔的顶部为正立的锥形壳体,微波反应塔的底部为倒立的锥形壳体,两个锥形壳体 与微波反应塔的塔身之间设有用于防止微波泄漏的微波隔离器,所述微波隔离器是设有若 干出气孔的板体,其将塔身和微波反应塔的顶部、底部相分隔。
8. 根据权利要求2〜7任一项所述的微波诱导催化还原脱硫脱硝处理系统,其特征在 于:所述除尘器采用袋式除尘器。
9. 根据权利要求8所述的微波诱导催化还原脱硫脱硝处理系统,其特征在于:所述活 性炭的微孔为1〜3nm。
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