CN208990571U - 一种自然风冷调温装置及使用该装置的烟气脱硝系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自然风冷调温装置以及使用该装置的烟气脱硝系统，该系统包括沿烟气流动方向的发电机出口烟道(1)、进口烟箱(2)、SCR反应器(3)、出口烟箱(4)、余热回收利用装置(5)以及烟囱(6)，调温装置包括沿冷风流动方向设置的进口风管(10)、风门(11)、换热组件和出口风管(12)，换热组件设于进口烟箱(2)和SCR反应器(3)的中间，烟气流入换热管(19)中与风道(7)内的冷风进行热交换。与现有技术相比，本实用新型为燃气内燃机配套使用脱硝效率高，使用寿命长，初投资较低的中高温/或中温型催化剂提供了保障，保证燃气内燃机排气温度在485℃以下时余热利用率不变，不增加脱硝系统的运行成本。

Description

一种自然风冷调温装置及使用该装置的烟气脱硝系统

技术领域

本实用新型涉及烟气脱硝技术领域，尤其是涉及一种自然风冷调温装置及使用该装置的烟气脱硝系统。

背景技术

燃气内燃机，由于发电效率高、简单易操作、初投资较低等优势在热电联产分布式供能系统以及煤层气综合利用领域得到了广泛的应用。但固定源燃气内燃机受燃烧方式的影响，氮氧化物(NO_x)排放浓度较高，每千瓦发电量NO_x的排放量达到2g/kW，最高可达20g/kW，而国六标准规定的排放指标为0.3g/kW。由于氮氧化物(NO_x)是形成酸雨，破坏大气臭氧层，导致温室效应及水质和土质恶化，引起严重的环境污染，并可能对人类的健康带来危害的重要因素，近年来氮氧化物已纳入企业节能减排规划，而要达到国六标准规定的排放标准，脱硝效率必须高于90％。

当前国内外控制NO_x排放的主要技术可分为燃烧前、燃烧中和燃烧后脱硝。燃烧前脱硝难度大、成本高、处理程序较复杂，应用较少。燃烧中脱硝是指抑制NO_x在燃烧过程中的生成量，主要包括分级燃烧、低过量空气燃烧和低NO_x燃烧器。燃烧后脱硝是指把燃烧生成的NO_x通过一定方法还原成为氮气。燃烧后脱硝由于技术成熟性、投资成本和脱硝效率可控，运行操作方便等原因，是目前应用最广的脱硝技术。

燃烧后脱硝分干法和湿法两种，干法有选择性催化还原(SCR)、选择性非催化还原(SNCR)、非选择性催化还原(NSCR)、分子筛等方法；湿法有采用水、酸、碱液吸收法、吸收还原法和氧化吸收法等方法。尤以干法中的选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)更加普及。

SNCR选择性非催化还原法是利用还原剂氨气将温度为800～1100℃范围内的烟气中的NO_x转化为无毒、无污染的N₂和H₂O。SCR选择性催化还原法是利用还原剂氨气和催化剂在一定温度条件下，将NO_x转化为无毒、无污染的N₂和H₂O的脱硝方法。

燃烧前、燃烧中控制NO_x排放技术不适用于燃气内燃机，且由于燃气内燃机的排烟温度一般在500℃左右，远低于SNCR反应所需的温度窗口，故对燃气内燃机要控制NO_x排放只能选择SCR选择性催化还原方法。

在SCR选择性催化还原脱硝工艺中，脱硝催化剂按工作温度区分有高温型、中高温型、中温型和低温型催化剂。高温催化剂适用于385～595℃温度范围，中高温催化剂适用于329～485℃温度范围，中温催化剂适用于280～427℃温度范围℃，低温催化剂适用于120～300℃温度范围。理论上，只要烟气温度高于485℃就可采用高温催化剂，在烟气温度低于300℃时就可以采用低温催化剂，但实际上，至今为止，低温催化剂尚在工业应用试验阶段，而高温催化剂，在烟气温度高于500度后，存在一系列问题，比如：脱硝效率一般都低于90％，催化剂的寿命远低于中温/中高温型的24000小时的寿命，催化剂存在烧结的可能，SCR反应装置的热膨胀问题和材料成本提高的问题，所以，至今为止高温催化剂长期安全运行的成功案例也鲜少听到。也因此中温催化剂、中高温催化剂目前已成为主流的催化剂。

燃气内燃机的排气温度并不是一个定值，负荷不同，排气温度不同，进气温度不同，排气温度也不同。负荷在30-100％区间，其对应的排气温度多在520-450℃区域变化，负荷越低，排气温度越高，进气温度越高，排气温度也越高，且发电机厂家在提供设计参数时还要求需考虑10％的上下浮动区间，因此，燃气内燃机在非正常工况下和夏季进气温度高时的排气温度就超出了中高温和中温催化剂的最佳适用温度区间。基于上述原因，必须采取相应的措施将燃气内燃机非正常负荷工况和夏季高进气温度工况下的排烟温度控制在小于等于485℃的中高温和中温催化剂的适用温度区间内。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自然风冷调温装置及使用该装置的烟气脱硝系统。

本实用新型提供了一种经济型调温装置，在燃气内燃机排气温度高于485℃时可以不增加运行成本，将调温装置后燃气内燃机排烟温度控制在中高温和中温催化剂的适用温度范围内。而在燃气内燃机排气温度小于等于485℃时，不降低余热回收利用效率。

本实用新型适用于发电功率小于等于1MW的国产燃气发动机和发电功率小于等于1.5MW的进口燃气发动机的烟气脱硝系统的调温。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种自然风冷调温装置，设于燃气内燃机SCR烟气脱硝系统内，该烟气脱硝系统包括沿烟气流动方向的发电机出口烟道、进口烟箱、SCR反应器、出口烟箱、余热回收利用装置以及烟囱，所述自然风冷调温装置包括沿冷风流动方向依次设置的进口风管、风门、换热组件和出口风管，所述换热组件设于进口烟箱和SCR反应器的中间。

进一步的，所述换热组件包括平行错列排布的多根烟气流通的换热管，以及固定换热管的前孔板和后孔板，所述换热管与前孔板和后孔板之间形成供冷风流通的风道，烟气流入换热管中与风道内的冷风进行热交换。

进一步的，与换热管相平行的两侧设置有侧板，所述前孔板和侧板，以及后孔板与侧板均采用焊接相连接。

进一步的，所述侧板外侧包裹有硅酸铝纤维保温材料，所述硅酸铝纤维保温材料外侧设置有外护板。

更进一步的，所述换热管的管径小于57mm，长度不大于600mm。

更进一步的，所述换热管总的换热热功率不大于135kW。

进一步的，所述出口风管的长度大于等于2350mm。

进一步的，所述出口风管的顶端焊装有防雨帽。

进一步的，所述进口烟箱和SCR反应器上均设置有测量烟气温度的测温元件。

一种烟气脱硝系统，包括沿烟气流动方向的发电机出口烟道、进口烟箱、自然风冷调温装置、SCR反应器、出口烟箱、余热回收利用装置以及烟囱，所述自然风冷调温装置采用上述的自然风冷调温装置。

内燃机SCR烟气脱硝系统中，发电机出口烟道、进口烟箱、自然风冷调温装置、SCR反应器、出口烟箱、余热回收利用装置、烟囱依次顺序连接，自然风冷调温装置中的换热管进口与进口烟箱连通，出口与SCR反应器连通，进口烟箱上设置有进口测温元件，SCR反应器前端设置有出口测温元件，高温烟气在换热管内流过，冷风在换热管外的风道内流动，风道与大气相通。

国内济南柴油机厂生产的1MW的燃气内燃机，100％负荷下的烟气流量为5000Nm3/h，烟气温度为520℃，将520℃的烟气温度降低至485℃以下，换热量为135KW。

在使用时，在燃气内燃机低负荷(如50％负荷)，发电机出口烟道中烟气的温度高于485℃(如520℃)，打开冷风管道上的风门，自然风冷调温装置开始工作，冷风进入自然风冷调温装置风道，空气流动，自然对流换热，通过自然风冷调温装置的烟气，其温度就被降低到485℃以下，然后顺序流过SCR烟气脱硝装置、余热回收利用装置和烟囱，排入大气；在燃气内燃机排烟温度小于等于485℃时，风门关闭，没有空气流动，没有自然对流换热，所有烟气都通过余热利用回收系统进行回收，余热利用率不变。

本发明的工作原理是：调温装置通道内的冷风，被从换热管内通过的燃气内燃机的高温烟气加热成为热风，由于热风的密度小，冷热空气密度差就可以形成自然对流，产生流动，如此就可以降低通过调温装置的烟气温度，烟气温度可以通过冷风的流量来控制，冷风的流量可以通过风门的开度大小和冷风侧出口风道的高度控制。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1.为燃气内燃机配套使用效率高、寿命长、初投资相对较低的中温或中高温催化剂提供了保障；

2.在燃气内燃机排气温度小于等于485℃时余热回收利用率不变；

3.不增加脱硝系统的运行成本；

4.结构简单，操作方便。

附图说明

图1为本实用新型自然风冷调温装置的主视图；

图2为本实用新型自然风冷调温装置的侧视图；

图3为本实用新型中换热组件的结构示意图；

图4为本实用新型烟气脱硝系统的结构示意图。

图中标号所示：

1、发电机出口烟道，2、进口烟箱，3、SCR反应器，4、出口烟箱，5、余热回收利用装置，6、烟囱，7、风道，8、进口测温元件，9、出口测温元件，10、进口风管，11、风门，12、出口风管，13、防雨帽，14、前孔板，15、后孔板，16、侧板，17、硅酸铝纤维保温材料，18、外护板，19、换热管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

一种自然风冷调温装置，如图1-3所示，设于燃气内燃机SCR烟气脱硝系统内，该烟气脱硝系统包括沿烟气流动方向的发电机出口烟道1、进口烟箱2、SCR反应器3、出口烟箱4、余热回收利用装置5以及烟囱6，自然风冷调温装置包括沿冷风流动方向依次设置的进口风管10、风门11、换热组件、出口风管12和防雨帽13，换热组件设于进口烟箱2和SCR反应器3的中间。

换热组件包括平行错列排布的多根换热管19，以及固定换热管19的孔板，换热管19之间形成冷风流通的风道7。孔板的截面尺寸为1095×1369mm，厚度为4mm。用于固定换热管19两端的为前孔板14和后孔板15，与换热管19相平行的两侧为侧板16，前孔板14和侧板16，后孔板15和侧板16均采用焊接相连接。换热管19纵向节距为48mm，横向节距为55mm，中间形成供冷风流通的风道7。换热管19的直径为51mm，长度为515mm，数量为234根。与换热管19平行的侧板外侧包裹有硅酸铝纤维保温材料17，硅酸铝纤维保温材料17外侧设置有外护板18。硅酸铝纤维保温材料17的厚度为120mm，烟气流入换热管19中，与风道7内冷风进行热交换。

出口风管12的截面尺寸为500×500mm，长度为2350mm。出口风管12的顶端设置有钢板焊接成的防雨帽13。进口烟箱2和SCR反应器3前端均设置有测量烟气温度的测温元件

一种烟气脱硝系统，如图4所示，包括沿烟气流动方向的发电机出口烟道1、进口烟箱2、自然风冷调温装置、SCR反应器3、出口烟箱4、余热回收利用装置5以及烟囱6，所述自然风冷调温装置采用上述的自然风冷调温装置。

内燃机SCR烟气脱硝系统中，发电机出口烟道1、进口烟箱2、自然风冷调温装置、SCR反应器3、出口烟箱4、余热回收利用装置5、烟囱6依次顺序连接，自然风冷调温装置中的换热管19进口与进口烟箱2连通，出口与SCR反应器3连通，进口烟箱2上设置有进口测温元件8，SCR反应器3前端设置有出口测温元件9，高温烟气在换热管19内流过，冷风在换热管19外的风道7内流动，风道7内的空气通过出口风道7与大气相通。

国内济南柴油机厂生产的1MW的燃气内燃机，100％负荷下的烟气流量为5000Nm3/h，烟气温度为520℃，将520℃的烟气温度降低至485℃以下，换热量为135KW。

在使用时，在燃气内燃机低负荷(如50％负荷)，发电机出口烟道1中烟气的温度高于485℃(如520℃)，打开冷风管道上的风门11，自然风冷调温装置开始工作，冷风进入自然风冷调温装置，空气流动，自然对流换热，通过自然风冷调温装置的烟气，其温度就被降低到485℃以下，然后顺序流过连接烟箱、SCR烟气脱硝装置、余热回收利用装置5和烟囱6，排入大气；在燃气内燃机排烟温度小于等于485℃，此时风门11关闭，没有空气流动，没有自然对流换热，所有烟气都通过余热利用回收系统进行回收，余热利用率不变。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自然风冷调温装置，设于燃气内燃机SCR烟气脱硝系统内，该烟气脱硝系统包括沿烟气流动方向的发电机出口烟道(1)、进口烟箱(2)、SCR反应器(3)、出口烟箱(4)、余热回收利用装置(5)以及烟囱(6)，其特征在于，所述自然风冷调温装置包括沿冷风流动方向依次设置的进口风管(10)、风门(11)、换热组件和出口风管(12)，所述换热组件设于进口烟箱(2)和SCR反应器(3)的中间。

2.根据权利要求1所述的一种自然风冷调温装置，其特征在于，所述换热组件包括平行错列排布的多根烟气流通的换热管(19)，以及固定换热管(19)的前孔板(14)和后孔板(15)，所述换热管(19)与前孔板(14)和后孔板(15)之间形成供冷风流通的风道(7)，烟气流入换热管(19)中与风道(7)内的冷风进行热交换。

3.根据权利要求2所述的一种自然风冷调温装置，其特征在于，所述换热管(19)的管径小于57mm，长度不大于600mm。

4.根据权利要求2所述的一种自然风冷调温装置，其特征在于，所述换热管(19)总的换热热功率不大于135kW。

5.根据权利要求1所述的一种自然风冷调温装置，其特征在于，所述出口风管(12)的长度大于等于2350mm。

6.根据权利要求1所述的一种自然风冷调温装置，其特征在于，所述出口风管(12)的顶端焊装有防雨帽(13)。

7.根据权利要求1所述的一种自然风冷调温装置，其特征在于，所述进口烟箱(2)和SCR反应器(3)上均设置有测量烟气温度的测温元件。

8.一种烟气脱硝系统，其特征在于，包括沿烟气流动方向的发电机出口烟道(1)、进口烟箱(2)、自然风冷调温装置、SCR反应器(3)、出口烟箱(4)、余热回收利用装置(5)以及烟囱(6)，所述自然风冷调温装置采用权利要求1-7中任一所述的自然风冷调温装置。