CN204710082U - 一种低温烟气脱硝系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种低温烟气脱硝系统，该系统包括依次连接的烟气管道、烟气臭氧混合反应器及吸收塔，所述还包括臭氧均匀分布装置，所述臭氧均匀分布装置设置在所述烟气管道内。本实用新型借助臭氧均匀分布装置，增加气流扰动，防止文丘里分布器上积尘和附着黏性物提高文丘里分布器的通畅，确保臭氧的充分均匀分布，再通过臭氧氧化混合反应器使得臭氧与NO快速反应，接着通过延时反应器进一步反应，然后烟气进入吸收塔内，通过填料层时，促使NOx与尿素溶液快速反应；没有及时反应的NO，在通过填料层中的氧化催化剂的作用继续与臭氧或氧气发生氧化反应，并很快被尿素吸收。保证了对NOx的高效去除，确保了排放烟气达标，并提高了臭氧的利用率和脱硝率。

Description

一种低温烟气脱硝系统

技术领域

本实用新型涉及低温烟气脱硝技术领域，更具体地，涉及一种低温烟气脱硝系统。

背景技术

现有烟气脱硝的主要方法有选择性催化还原技术SCR、选择性非催化还原技术SNCR、氧化－吸收技术等。然而SCR的脱硝工艺温度在250℃以上，SNCR的脱硝工艺温度在850℃。因此，SNR、SNCR均不能实现低温脱硝。

氧化－吸收脱硝技术，将NO全部氧化成N₂O₅时，脱硝效率能得到极大的提高，氧化产物N₂O₅不稳定，极易在高温情况下自行分解。

例如公开号为CN1768902A、专利号为ZL200510061120.3的中国专利，公开了一种锅炉烟气臭氧氧化脱硝的方法，其存在的缺陷是，采用的脱硫浆液对氮氧化物NO_X的吸收效率有限，不能满足工艺需求，尤其是在110℃～150℃的温度下，臭氧分解较快，影响NO的氧化吸收。

公开号为CN104258701A，专利申请号为201410524305.2的中国专利申请公开了一种烟气脱硝的方法及装置，其氧化反应温度是120～180℃，致使臭氧O₃分解过快，效率低下，臭氧用量大；另外采用气固分离技术，脱硝效率低下，难以达到环保标准。

公开号为CN102772990A，专利号为ZL201210272351.9的中国专利，公开了一种气相氧化结合湿法吸收的脱硝工艺及装置，采用双流气体喷嘴同时喷入臭氧和吸收液，臭氧和液滴结合，而NO难溶于水，只有一部分NO与臭氧发生反应，因此臭氧利用率不高，另外，臭氧直接喷入塔内，与NO的反应时间 太短，很难被吸收液带入吸收液池。

然而中小型工业锅炉，尤其是10～75吨的链条炉排锅炉脱硝后其烟气温度一般在40～90℃，可见，现有的SCR、SNCR均不适应于中小型工业锅炉、尤其是链条炉排锅炉低温脱硝。

另外，上述的氧化－吸收脱硝技术存在臭氧利用率不高、脱硝效率低等问题有待于解决。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提出一种低温烟气脱硝系统，适应于中小型工业锅炉、尤其是链条炉排锅炉低温脱硝，且臭氧利用率和脱硝效率高。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种低温烟气脱硝系统，包括依次连接的烟气管道、烟气臭氧混合反应器及吸收塔，所述系统还包括臭氧均匀分布装置，所述臭氧均匀分布装置设置在所述烟气管道内。

进一步地，所述臭氧均匀分布装置包括分布主管、与分布主管垂直连通的多个分布支管、以及设置在分布支管上的多个文丘里分布器，在所述文丘里分布器的烟气迎接面上固定设置挡烟护板。

进一步地，设定坐标系，其中，烟气流动方向设为y轴，分布支管设为x轴，x轴与y轴的交点o为坐标原点，垂直于xoy面的轴设为z轴；所述文丘里分布器为回转体，所述回转体的回转轴线与y轴的夹角为α，所述α为60°～85°。

进一步地，所述分布支管设置在所述分布主管的左右两侧，设置在所述分布主管左侧的分布支管为分布左支管，设置在所述分布主管右侧的分布支管为分布右支管；

分布左支管和分布右支管沿所述分布主管交替设置，且相邻分布左支管与分布右支管之间等距。

进一步地，所述烟气臭氧混合反应器包括两端开口的圆筒和设置在所述圆筒内的内轴，所述内轴与所述圆筒同轴，在所述圆筒和所述内轴之间固定设置有扭曲叶片。

进一步地，在所述圆筒和所述内轴之间固定设置有扭曲叶片具体为：所述扭曲叶片的外侧端面与所述圆筒的内壁焊接在一起，构成的外侧焊缝为所述圆筒的内壁的圆柱面上的空间曲线；所述扭曲叶片的内侧端面与所述内轴的外圆柱面焊接在一起，构成的内侧焊缝为所述内轴的外圆柱面上的空间曲线。

进一步地，所述外侧焊缝的切线与所述圆筒的轴线的夹角为α1，所述α1＝15°～75°；所述内侧焊缝的切线与所述圆筒的轴线的夹角为β1，所述β1＝10°～60°。

进一步地，所述系统还包括延迟反应器，所述延迟反应器设置在所述烟气臭氧混合反应器与所述吸收塔之间，且所述延迟反应器将所述烟气臭氧混合反应器与所述吸收塔连通。

进一步地，所述系统还包括尿素溶液循环池、位于所述吸收塔底部的储液槽和位于所述吸收塔上部的第一喷雾器，所述储液槽与所述尿素溶液循环池连通，所述尿素溶液循环池与所述第一喷雾器连接。

进一步地，所述第一喷雾器下设置有填料层，所述填料层为陶瓷填料层，所述陶瓷填料层中加有氧化催化剂。

本实用新型适应于中小型工业锅炉、尤其是链条炉排锅炉低温脱硝，具体借助臭氧均匀分布装置减小烟气造成的阻力的同时，增加气流扰动，防止文丘里分布器上积尘和附着黏性物提高文丘里分布器的通畅，确保了臭氧的充分均匀分布，再通过臭氧氧化混合反应器使得臭氧与NO快速反应，接着通过延时反应器进一步反应，然后烟气进入吸收塔内，通过大比表面积的填料层时，促使NOx以N₂O₃的形式与尿素溶液发生快速反应，从而吸收烟气中的NO_X；没有及时反应的NO，在通过填料层中的氧化催化剂的作用下继续与臭氧或氧气发生氧化反应，并很快被尿素溶液吸收。如此，保证了对NOx的高效去除效果，确保 了排放气体的达标污染，并提高了臭氧的利用率和脱硝率，且运行成本低。

附图说明

图1为本实用新型的示例性实施例的低温烟气脱硝系统示意图；

图2为图1中臭氧均匀分布装置的左视图；

图3为图1中臭氧均匀分布装置的俯视图；

图4为图1中分布支管与文丘里分布器的位置关系放大图。

其中，其中：1、臭氧输入管道；2、电磁阀；3、烟气管道；4、分布支管；5、文丘里分布器；6、分布主管；7、第一端盖；8、右扭曲叶片；9左扭曲叶片；10、内轴；11、圆筒；12、烟气臭氧混合反应器；13、第二端盖；14、延迟反应器；15、第三端盖；16、吸收塔；17、填料层；18、第一喷雾器；19、第二喷雾器；20、除雾器；21、第三喷雾器；22、水泵；23、阀门；24、储液槽；25、臭氧均匀分布装置；26、挡烟护板。

具体实施方式

下面结合附图1-4对本实用新型的结构进行详细说明，该附图1-4只是为了帮助理解本实用新型的结构，并不限于本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型低温烟气脱硝系统，包括依次连通的烟气管道3、烟气臭氧混合反应器12、吸收塔16，其中，臭氧均匀分布装置25设置在烟气管道3内。

该系统还包括延迟反应器14、臭氧均匀分布装置25、尿素原液池、尿素溶液循环池。

延迟反应器14设置在烟气臭氧混合反应器12与吸收塔16之间，且延迟反应器14通过第三端盖15将烟气臭氧混合反应器12与吸收塔16连通。延时反应器14为一管段，主要是延长烟气臭氧混合反应器12中的反应混合气体进入吸收塔16的时间，使得臭氧反应更彻底，产生更多的高价氮氧化物。

位于吸收塔16底部的储液槽24与尿素溶液循环池接通，吸收塔16顶部设置有置于排烟口下方的填料层6；在排烟口与填料层6之间自上而下依次设置有用以提供水的第二喷雾器19、除雾器20、第三喷雾器21和第一喷雾器17；尿素原液池、尿素溶液循环池分别通过阀门23与水管道连接，尿素原液池经水泵22及管道上的阀门23与尿素溶液循环池连通；尿素溶液循环池经水泵22及管道上的阀门23与第一喷雾器17连通，第二喷雾器19、除雾器20、第三喷雾器21分别与水管道连接。尿素溶液循环池排出的废水、废渣通过回收站回收处理。

其中，吸收塔的高度8～24米，直径2～6米，填料层厚度可以设置为0.8～3米，这里选用陶瓷填料层，陶瓷填料层加有氧化催化剂。尿素溶液循环池尿素质量浓度为8％～15％，优选10％。尿素原液池的尿素质量浓度为30％～40％。

为了实现自动控制，以提高精度，臭氧输入管道1上设置电磁阀2，意味着依靠工控机或计算机等控制设备，从而确保臭氧的供给量的调整。

其中，臭氧均匀分布装置25包括分布主管6、与分布主管6垂直连通的多个分布支管4、以及设置在分布支管4上的多个文丘里分布器5，在文丘里分布器5的烟气迎接面上固定设置挡烟护板26。

挡烟护板26与文丘里分布器5的喷口焊接固定，挡烟护板26为具有斜截圆椎体外形的曲面，且挡烟护板26的下端面与文丘里分布器5的喷口相吻合。挡烟护板26可以选用不锈钢板制作而成，优选316L型不锈钢，不仅耐酸性物质(比如烟气中的二氧化氮、二氧化硫)腐蚀，还便于焊接在分布支管4上。其中，斜截圆椎体为被斜截掉后剩余的部分圆锥体。设置挡烟护板26的目的是：在臭氧与烟气混合之前，由于挡烟护板26的阻挡，改变气流的流动方向，增强了气流的扰动效应，促进了O₃和NO之间接触。同时，烟气中的水分和烟尘等组分被有效的阻挡在挡烟护板26的表面，挡烟护板26对烟气起到一定程度的净化或过滤作用，从而避免了积灰和粘性物附着堵塞文丘里分布器5的问题。

上述臭氧均匀分布装置25一般应用到烟气管道3中，目的是臭氧均匀分布装置将臭氧均匀分布在烟气管道3内，具体是至少将分布支管4伸入烟气管道 3内，以便臭氧与烟气管道3内的烟气反应达到脱氮的目的。其中，分布支管4通过阀门23控制，臭氧进入臭氧输入管道1通过电磁阀2控制。

臭氧均匀分布装置25在实际应用中，可以放置在方形或圆形烟气管道3中，优选烟气管道3为圆形，是源于圆形截面能够使臭氧与烟气的混合气体均匀分布，流动阻力小，不容易形成反应死角考虑的。同时可将分布支管4设置成长短可调，使臭氧均匀分布装置能够应用到不同的烟道中。

结合图4所示，文丘里分布器5是具有文丘里结构的喷嘴，也就是为上端开有喷口的葫芦形回转体，可提高臭氧在烟气中的喷出均匀度。回转体的回转轴线与y轴的夹角为α，为了使烟气中的NO和O₃充分接触，需要对α进行特殊设定，设定坐标系，其中，烟气流动方向设为y轴，分布支管设为x轴，x轴与y轴的交点o为坐标原点，垂直于xoy面的轴设为z轴；文丘里分布器5为回转体，回转体的回转轴线与y轴的夹角为α，α为60°～85°；优选α设置在yoz面内。

文丘里分布器5的回转轴线不再与烟气流动方向垂直，而是呈现出一定的夹角。通过工程应用效果显示，文丘里分布器5的回转轴线与烟气流动方向呈一定的夹角，该夹角为60°～85°，喷出的臭氧快速与烟气均匀混合，利于提高NO的氧化效率和后续的吸收效果，当α为75°时效果最好。避免了现有技术中文丘里分布器5与烟气流动方向垂直导致高速喷出的O₃与碰到烟气管道3的内壁分散后才与烟气混合，且垂直喷出的臭氧气流对烟气流动具有较大的阻力，不利于臭氧与烟气的快速混合，致使气体的混合效果不理想，降低了NO氧化效率以及后续的吸收效果。

这样可以使分布支管4与文丘里分布器5相对位置关系唯一确定，便于生产安装，且有利于文丘里分布器5更均匀地将喷臭氧喷到烟道。避免了现有α没有限定在yoz面内，导致分布支管与文丘里分布器相对位置关系不唯一，不利于生产安装。

烟气臭氧混合反应器12包括两端开口的圆筒11和设置在圆筒11内的内轴10，内轴10与圆筒11同轴，在圆筒11和内轴10之间固定设置有扭曲叶片。

在圆筒11和内轴10之间固定设置有扭曲叶片具体为：扭曲叶片的外侧端面与圆筒11的内壁焊接在一起，构成的外侧焊缝为圆筒11的内壁的圆柱面上的空间曲线；扭曲叶片的内侧端面与内轴10的外圆柱面焊接在一起，构成的内侧焊缝为内轴10的外圆柱面上的空间曲线。

所述外侧焊缝的切线与所述圆筒的轴线的夹角为α1，所述α1＝15°～75°；所述内侧焊缝的切线与所述圆筒的轴线的夹角为β1，所述β1＝10°～60°。

扭曲叶片设置有两层以上，各层扭曲叶片沿内轴10均匀分布，每层设置两个以上扭曲叶片，每层设置的两个以上的扭曲叶片沿内轴10环形阵列。其中，扭曲叶片分为左扭曲叶片9和右扭曲叶片10，左扭曲叶片9和右扭曲叶片10分层间隔设置，如此，有助于实现臭氧和NOx充分均匀混合，提高反应效率。

沿内轴5阵列的扭曲叶片逆时针扭曲时，扭曲叶片称为左扭曲叶片9；沿内轴5阵列的扭曲叶片顺时针扭曲时，扭曲叶片称为右扭曲叶片8；或者沿内轴5阵列的扭曲叶片逆时针扭曲时，扭曲叶片称为右扭曲叶片8；沿内轴5阵列的扭曲叶片顺时针扭曲时，扭曲叶片称为左扭曲叶片9。

如图2所示，为了使臭氧在烟道中更均匀地分布，可将分布支管4设置在分布主管6的左右两侧，设置在分布主管6左侧的分布支管4为分布左支管，设置在分布主管6右侧的分布支管4为分布右支管；分布左支管和分布右支管沿分布主管6交替设置，且相邻分布左支管与分布右支管之间等距。这里，可设置相邻分布左支管和分布右支管上的文丘里分布器5的喷口反向。

如图3所示，分布支管4为“L”型，根据实际需要可将“L”型的短壁与分布主管6连通，也可将“L”型的长壁与分布主管6连通；另外，“L”型的拐角为弧形，目的是减小分布支管4的管壁对流动的臭氧的碰撞力，使臭氧在分布支管4内流动顺畅。

上述锅炉烟气脱硝系统具体工作流程：

从脱硫塔过来的烟气，首先进入臭氧均匀分布装置25，使得喷洒的臭氧与 烟气均匀混合，然后进入烟气臭氧混合反应器12，在左扭曲叶片9、右扭曲叶片8的剪切作用下，臭氧与NO充分混合接触，快速氧化反应的产物为NO₂，反应不完全的NO进入延时反应去继续反应，生成的NO₂与NO迅速结合为N₂O₃,然后进入吸收塔16塔底，向上的气流通过比表面非常大的含氧化催化剂的填料层，N₂O₃会快速进入液相界面与尿素发生反应，生成N₂、CO₂和H₂O，其化学反应过程为：NO+NO₂＝N₂O₃，N₂O₃+(NH₂)₂CO＝2N₂+CO₂+2H₂O，未反应的NO在氧化催化剂的作用下继续与臭氧或氧气发生反应，把NO氧化为NO₂，并被尿素溶液吸收。

整个过程中的反应产物为N₂、CO₂随烟气上升，从塔底流向塔顶，经烟道后通过烟囱排放；生成的水进入尿素溶液循环池，重复利用。

不断脱硝的过程需要消耗尿素，根据循环液中尿素的浓度，自动控制系统会自动从尿素溶液原池定量输送尿素原液到尿素溶液循环池，以保证反应所需的尿素溶液的浓度。

实施例1

对于工业锅炉，NO₂占NO_X的10％左右，只需把NO_X中的80％的NO的一半氧化为NO₂即可，因此，如果按NO_X含量计算，只需其摩尔数的0.4倍。

实施例2

对于炼化厂尾气，虽然其NO_X浓度高达近1000mg/Nm³，但在NO_X中，NO₂：NO＝35:65，也就是说，我们只需氧化其摩尔数0.15倍的NO即可。

本系统臭氧与NO_X摩尔比值低，一般为0.4～0.8；臭氧利用率高，反应充分，吸收充分，通过严格控制臭氧和NO的比值，达到最低的臭氧用量实现最高的脱硝率，实测脱硝率在90％以上，另一优势是生成的产物为净化空气的主要成分，不存在废渣和废液的处理，不存在二次污染，反应副产物中的水可以循环利用，克服了其他工艺对水极大消耗的缺点，对极度缺水的西北地区有特别重要的现实意义。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型 的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低温烟气脱硝系统，包括依次连接的烟气管道、烟气臭氧混合反应器及吸收塔，其特征在于，所述系统还包括臭氧均匀分布装置，所述臭氧均匀分布装置设置在所述烟气管道内。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述臭氧均匀分布装置包括分布主管、与分布主管垂直连通的多个分布支管、以及设置在分布支管上的多个文丘里分布器，在所述文丘里分布器的烟气迎接面上固定设置挡烟护板。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，设定坐标系，其中，烟气流动方向设为y轴，分布支管设为x轴，x轴与y轴的交点o为坐标原点，垂直于xoy面的轴设为z轴；

所述文丘里分布器为回转体，所述回转体的回转轴线与y轴的夹角为α，所述α为60°～85°。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述分布支管设置在所述分布主管的左右两侧，设置在所述分布主管左侧的分布支管为分布左支管，设置在所述分布主管右侧的分布支管为分布右支管；

分布左支管和分布右支管沿所述分布主管交替设置，且相邻分布左支管与分布右支管之间等距。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述烟气臭氧混合反应器包括两端开口的圆筒和设置在所述圆筒内的内轴，所述内轴与所述圆筒同轴，在所述圆筒和所述内轴之间固定设置有扭曲叶片。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，在所述圆筒和所述内轴之间固定设置有扭曲叶片具体为：所述扭曲叶片的外侧端面与所述圆筒的内壁焊接在一起，构成的外侧焊缝为所述圆筒的内壁的圆柱面上的空间曲线；所述扭曲叶片的内侧端面与所述内轴的外圆柱面焊接在一起，构成的内侧焊缝为所述内轴的外圆柱面上的空间曲线。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述外侧焊缝的切线与所述圆筒的轴线的夹角为α1，所述α1＝15°～75°；所述内侧焊缝的切线与所述圆筒的轴线的夹角为β1，所述β1＝10°～60°。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括延迟反应器，所述延迟反应器设置在所述烟气臭氧混合反应器与所述吸收塔之间，且所述延迟反应器将所述烟气臭氧混合反应器与所述吸收塔连通。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括尿素溶液循环池、位于所述吸收塔底部的储液槽和位于所述吸收塔上部的第一喷雾器，所述储液槽与所述尿素溶液循环池连通，所述尿素溶液循环池与所述第一喷雾器连接。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一喷雾器下设置有填料层，所述填料层为陶瓷填料层，所述陶瓷填料层中加有氧化催化剂。