CN209406067U - 一种用于燃气内燃机烟气高温型脱硝系统 - Google Patents

一种用于燃气内燃机烟气高温型脱硝系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种用于燃气内燃机烟气高温型脱硝系统，包括燃气内燃机排烟口、氨气生成器、SCR反应器、催化剂、溴化锂设备、烟囱、尿素溶液罐、压缩空气罐、尿素溶液管、压缩空气管、喷枪和烟道。布置一氨气生成器，包括氨气生成器内壁、第一提效环、第一扰流锥、第二提效环、第三提效环和第二扰流锥。该系统节能，能效较高，通过布置一氨气生成器来制备氨气，并通过对氨气生成器结构的优化设计来提高尿素的氨气转化率，采取将氨气生成器接入燃气内燃机烟气出口与SCR反应器入口之间的烟道中的布置设计，省去制备氨气的设备所占用的空间，从而达到节约燃气内燃机烟气脱硝系统所占面积空间，降低燃气内燃机烟气脱硝工程的建设成本。

Description

一种用于燃气内燃机烟气高温型脱硝系统
技术领域
本实用新型涉及一种用于燃气内燃机烟气高温型脱硝系统，属于燃气内燃机烟气脱硝领域。
背景技术
氮氧化物是主要的大气污染物之一，氮氧化物不仅刺激人的呼吸系统，损害动植物，破坏臭氧层，而且也是引起温室效应、酸雨和光化学反应的主要物质之一。燃气内燃机，因其灵活、高效、低排等特点，可通过冷、热、电三种能源联合供应的方式实现能源的梯级利用，广泛应用于能源密集型设施，如市政、工业园区、商业地产、楼宇、医院和学校等。特殊的应用场合也为燃气内燃机烟气之中氮氧化物的达标排放提出了较高的要求。
目前氮氧化物减少排放技术方案主要有：(1)低氮燃烧技术，即在燃烧过程中控制氮氧化物的生成，主要适用于大型燃煤锅炉等；低氮氧化物燃烧技术只能降低氮氧化物排放值的30～50％；(2)选择性催化还原技术(SCR，Selective Catalytic Reduction)，主要用于大型燃煤锅炉，是目前我国烟气脱硝技术中的主流应用技术；(3)选择性非催化还原技术(SNCR，Selective Non-Catalytic Reduction)，主要用于垃圾焚烧厂等中、小型锅炉，技术成熟，但其效率低于SCR 法；(4)选择性催化还原技术(SCR)+选择性非催化还原技术(SNCR)，主要用于大型燃煤锅炉低氮氧化物排放和场地受限情况，也比较适合于旧锅炉改造项目。
在燃气内燃机烟气之中氮氧化物的治理技术里，选择性催化还原工艺技术 (SCR脱硝技术)是目前主流的处理技术，其原理是利用还原剂(如NH3和CO 等)在催化剂表面通过催化作用将氮氧化物转为无害的氮气，达到氮氧化物减量排放的目的。内燃机烟气出口处烟气温度与SCR反应器入口处基本相同，一般为 430～550℃，最高可达600℃，此种烟气条件下需要采用高温催化剂，这种催化剂适用温度为330～550℃的，短时可耐600℃。
现有涉及燃气内燃机烟气脱硝技术方案中，专利号CN108744970A公开了一种燃气锅炉与沼气内燃机的联合脱硝系统，该技术虽涉及燃气锅炉与沼气内燃机的联合脱硝问题，但该技术没提到对内燃机和燃气锅炉烟气余热的利用，也未涉及还原剂氨气的生成问题；专利号CN106762064A公开了一种燃气内燃机分布式能源脱硝及消音一体化装置，虽涉及燃气内燃机余热的利用，但该技术未涉及还原剂氨气的生成问题。上面两技术方案均未涉及燃气内燃机脱硝的还原剂氨气的生成问题。
CN108744970A和CN106762064A分别用于燃气内燃机的脱硝， CN108744970A中并未设置余热锅炉、溴化锂设备和换热器，其能效低，不能实现同时供冷和供热，以及不能实现节能。CN106762064A采用的是分布式结构，其功能比较单一，同时也未涉及氨气生成相关设备。
为解决燃气内燃机烟气脱硝的问题及燃气内燃机烟气脱硝系统中所需还原剂氨气的生成问题，本实用新型提出了一种用于燃气内燃机烟气高温型脱硝系统，该系统采用溴化锂设备和换热器不仅可实现同时供冷和供热，而且更节能，能效较高，通过在燃气内燃机烟气出口与SCR反应器入口的烟道之间布置一氨气生成器来制备氨气，并通过对氨气生成器结构的优化设计来提高尿素的氨气转化率，采取将氨气生成器接入燃气内燃机烟气出口与SCR反应器入口之间的烟道中的布置设计，省去制备氨气的设备所占用的空间，从而达到节约燃气内燃机烟气脱硝系统所占面积空间，降低燃气内燃机烟气脱硝工程的建设成本。
发明内容
本实用新型的主要目的在于解决燃气内燃机烟气脱硝问题及燃气内燃机烟气脱硝系统中所需还原剂氨气的生成问题。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为一种用于燃气内燃机烟气高温型脱硝系统，包括燃气内燃机排烟口1、氨气生成器2、SCR反应器3、催化剂4、溴化锂设备5、烟囱6、尿素溶液罐7、压缩空气罐8、尿素溶液管9、压缩空气管10、喷枪11和烟道12。
燃气内燃机排烟口1通过烟道12与氨气生成器2连接；氨气生成器2通过烟道12与SCR反应器3连接；催化剂4安装于SCR反应器3内；SCR反应器 3通过烟道12与溴化锂设备5连接；溴化锂设备5通过烟道12与烟囱6连接。
尿素溶液罐7通过尿素溶液管9与喷枪11连接；压缩空气罐8通过压缩空气管10与喷枪11连接；喷枪11沿垂直轴向插入氨气生成器2中。
进一步，布置一氨气生成器2，包括氨气生成器内壁2-1、第一提效环2-2、第一扰流锥2-3、第二提效环2-4、第三提效环2-5和第二扰流锥2-6；氨气生成器内壁2-1为圆筒状；第一提效环2-2的截面为斜扇形面，通过支撑结构与氨气生成器内壁2-1连接；第二提效环2-4和第三提效环2-5的截面为斜扇形分别固定于氨气生成器内壁2-1，第一扰流锥2-3和第二扰流锥2-6均为圆锥形斜面，通过支撑结构与氨气生成器内壁2-1连接；第一提效环2-2、第一扰流锥2-3、第二提效环2-4、第三提效环2-5和第二扰流锥2-6沿氨气生成器2的轴线方向顺次布设。
所述的催化剂4为高温催化剂，所述的高温范围为330～550℃，短时可耐 600℃。
与现有技术相比较，本实用新型具有如下有益效果。
本实用新型提出了一种用于燃气内燃机烟气高温型脱硝系统，该系统采用溴化锂设备和换热器不仅可实现同时供冷和供热，而且更节能，能效较高，通过在燃气内燃机烟气出口与SCR反应器入口的烟道之间布置一氨气生成器来制备氨气，并通过对氨气生成器结构的优化设计来提高尿素的氨气转化率，采取将氨气生成器接入燃气内燃机烟气出口与SCR反应器入口之间的烟道中的布置设计，省去制备氨气的设备所占用的空间，从而达到节约燃气内燃机烟气脱硝系统所占面积空间，降低燃气内燃机烟气脱硝工程的建设成本。
附图说明
图1一种用于燃气内燃机烟气高温型脱硝系统结构示意图。
图中：1、燃气锅炉排烟口，2、氨气生成器，3、SCR反应器，4、催化剂， 5、溴化锂设备，6、烟囱，7、尿素溶液罐，8、压缩空气罐，9、尿素溶液管， 10、压缩空气管，11、喷枪，12、烟道。
图2氨气生成器结构示意图。
图中：2-1、氨气生成器内壁，2-2、第一提效环，2-3、第一扰流锥，2-4、第二提效环，2-5、第三提效环，2-6、第二扰流锥。
图3为某SCR烟气脱硝系统的示意图。
具体实施方式
实施例一
以下结合图，以某分布式能源站4.4MW燃气内燃机机组烟气脱硝系统为例，对本实用新型作进一步说明。
某分布式能源站4.4MW燃气内燃机机组SCR烟气脱硝系统，如图1和图2，燃气内燃机排烟口1处烟气温度为430～550℃，最高可达600℃，发电出力均为 4.4MW，在燃气内燃机负荷率为100％时烟气量均为干态19888Nm3/h，在标态、干基5％O2条件下NOx均为500mg/Nm3；溴化锂设备5的烟气出口温度为145℃；催化剂4适宜温度范围为330～550℃。
烟气从燃气内燃机排烟口1处排出，温度为430～550℃，通过烟道12进入氨气生成器2，与尿素溶液所分解产生的氨气混合，混有氨气的烟气经烟道12 进入SCR反应器3，此处烟温约为430～550℃，在安装在SCR反应器3内的催化剂4的表面上，烟气中的氮氧化物与氨气在催化剂的作用下反应生成无害的氮气，混合气从SCR反应器3出口处，经烟道12，此时烟温约为430～550℃，进入溴化锂设备16后温度降为145℃，然后通过烟囱6排空。
尿素溶液罐7中浓度为30～50％的尿素溶液通过尿素溶液管9进入喷枪11，压缩空气罐8中压力为0.3～0.8公斤的压缩空气通过压缩空气管10进入喷枪11，喷枪11垂直轴向插入氨气生成器2，尿素溶液在压缩空气和喷枪11喷嘴的作用下在氨气生成器2中雾化，如图2，三个提效环的作用可使雾化后的尿素微液滴与烟气充分混合，混合后的烟气速度提高被加速冲向两个扰流锥，两个扰流锥的作用可使混合后的烟气形成回流，延长尿素微液滴在氨气生成器2中生成氨气的时间，雾化后的尿素微液滴在氨气生成器2中烟气温度430～550℃条件下分解生成氨气，通过对氨气生成器2如图2的结构优化设计提高了尿素的氨气转化率。
所生成的氨气随烟气进入SCR反应器3，烟气中的氮氧化物与所生成氨气在催化剂4的表面进行催化反应生成氮气，SCR反应器3出口处NOx在标态、干基5％O2条件浓度下为30mg/Nm3。
实施例二
以下结合图，以某分布式能源站4.4MW燃气内燃机机组烟气脱硝系统为例，对本实用新型作进一步说明。
某分布式能源站4.4MW燃气内燃机机组SCR烟气脱硝系统，如图2和图3，燃气内燃机排烟口1处烟气温度为430～550℃，最高可达600℃，发电出力均为 4.4MW，在燃气内燃机负荷率为100％时烟气量均为干态19888Nm3/h，在标态、干基5％O2条件下NOx均为500mg/Nm3；溴化锂设备5的烟气出口温度为145℃；催化剂4适宜温度范围为320～450℃；在溴化锂设备5和烟囱6之间增设换热器 13。
烟气从燃气内燃机排烟口1处排出，温度为430～550℃，通过烟道12进入氨气生成器2，与尿素溶液所分解产生的氨气混合，混有氨气的烟气经烟道12 进入SCR反应器3，此处烟温约为430～550℃，在安装在SCR反应器3内的催化剂4的表面上，烟气中的氮氧化物与氨气在催化剂的作用下反应生成无害的氮气，混合气从SCR反应器3出口处，经烟道12，此时烟温约为430～550℃，进入溴化锂设备16后温度降为145℃，通过换热器13换热后温度降为72℃，然后通过烟囱6排空。
在溴化锂设备5和烟囱6之间增设换热器13后一种用于燃气内燃机烟气高温型脱硝系统的能效更高。
尿素溶液罐7中浓度为30～50％的尿素溶液通过尿素溶液管9进入喷枪11，压缩空气罐8中压力为0.3～0.8公斤的压缩空气通过压缩空气管10进入喷枪11，喷枪11垂直轴向插入氨气生成器2，尿素溶液在压缩空气和喷枪11喷嘴的作用下在氨气生成器2中雾化，如图2，三个提效环的作用可使雾化后的尿素微液滴与烟气充分混合，混合后的烟气速度提高被加速冲向两个扰流锥，两个扰流锥的作用可使混合后的烟气形成回流，延长尿素微液滴在氨气生成器2中生成氨气的时间，雾化后的尿素微液滴在氨气生成器2中烟气温度400℃条件下分解生成氨气，通过对氨气生成器2如图2的结构优化设计提高了尿素的氨气转化率。
所生成的氨气随烟气进入SCR反应器3，烟气中的氮氧化物与所生成氨气在催化剂4的表面进行催化反应生成氮气，SCR反应器3出口处NOx在标态、干基5％O2条件浓度下为30mg/Nm3。
本实用新型提出了一种用于燃气内燃机烟气高温型脱硝系统，该系统采用溴化锂设备和换热器不仅可实现同时供冷和供热，而且更节能，能效较高，通过在燃气内燃机烟气出口与SCR反应器入口的烟道之间布置一氨气生成器来制备氨气，并通过对氨气生成器结构的优化设计来提高尿素的氨气转化率，采取将氨气生成器接入燃气内燃机烟气出口与SCR反应器入口之间的烟道中的布置设计，省去制备氨气的设备所占用的空间，从而达到节约燃气内燃机烟气脱硝系统所占面积和空间，降低燃气内燃机烟气脱硝工程的建设成本。

Claims (1)

1.一种用于燃气内燃机烟气高温型脱硝系统，其特征在于：包括燃气内燃机排烟口(1)、氨气生成器(2)、SCR反应器(3)、催化剂(4)、溴化锂设备(5)、烟囱(6)、尿素溶液罐(7)、压缩空气罐(8)、尿素溶液管(9)、压缩空气管(10)、喷枪(11)和烟道(12)；
燃气内燃机排烟口(1)通过烟道(12)与氨气生成器(2)连接；氨气生成器(2)通过烟道(12)与SCR反应器(3)连接；催化剂(4)安装于SCR反应器(3)内；SCR反应器(3)通过烟道(12)与溴化锂设备(5)连接；溴化锂设备(5)通过烟道(12)与烟囱(6)连接；
尿素溶液罐(7)通过尿素溶液管(9)与喷枪(11)连接；压缩空气罐(8)通过压缩空气管(10)与喷枪(11)连接；喷枪(11)沿垂直轴向插入氨气生成器(2)中；
氨气生成器(2)包括氨气生成器内壁(2-1)、第一提效环(2-2)、第一扰流锥(2-3)、第二提效环(2-4)、第三提效环(2-5)和第二扰流锥(2-6)；氨气生成器内壁(2-1)为圆筒状；第一提效环(2-2)的截面为斜扇形面，通过支撑结构与氨气生成器内壁(2-1)连接；第二提效环(2-4)和第三提效环(2-5)的截面为斜扇形分别固定于氨气生成器内壁(2-1)，第一扰流锥(2-3)和第二扰流锥(2-6)均为圆锥形斜面，通过支撑结构与氨气生成器内壁(2-1)连接；第一提效环(2-2)、第一扰流锥(2-3)、第二提效环(2-4)、第三提效环(2-5)和第二扰流锥(2-6)沿氨气生成器(2)的轴线方向顺次布设；
所述的催化剂(4)为高温范围为330～550℃的高温催化剂。
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