CN209696640U - 一种超高压立体脱硝系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种超高压立体脱硝系统,包括：用于检测烟气中的氮氧化物浓度，并通过部分控制所述系统，以完成对烟气中氮氧化物进行去除的控制单元；与所述控制单元相连，用于根据所述氮氧化物的浓度自动进行脱硝剂配制，并进行存储的配药装置；部分设置在所述配药装置中、并与所述控制单元相连，用以将所述配药装置中的所述脱硝剂通过高压方式多层次立体地喷洒至锅炉高温区的喷洒装置。本实用新型通过控制单元检测锅炉高温区烟气中氮氧化物浓度，并控制配药装置配备对应量的脱硝剂，通过喷洒装置将配备好的脱硝剂通过高压方式分层的喷洒在锅炉中与烟气中的氮氧化物充分反应，以除去烟气中的氮氧化物，进而使其锅炉中排放的烟气能够达到环保标准。

Description

一种超高压立体脱硝系统

技术领域

本实用新型涉及脱硝自动化技术领域，尤其涉及一种超高压立体脱硝系统。

背景技术

世界上传统脱硝工艺分为SCR(催化剂还原反应)和SNCR(还原反应)这两种工艺，SCR反应温度比SNCR低，SCR比SNCR反应效率高，但是这两种燃烧过程脱硝反应速度只有60-70％左右，以上工艺遇到了瓶颈，很难实现燃煤锅炉超低排放，氮氧化物排放低于50mg/m³的环保标准。

发明内容

为此，本实用新型提供一种超高压立体脱硝系统，用以克服现有的燃煤锅炉在烟气排放过程中很难实现超低排放，导致烟气中的氮氧化物不能够得到有效地脱除，进而达不到环保标准的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种超高压立体脱硝系统,包括：

用于检测烟气中的氮氧化物浓度，并通过部分控制所述系统，以完成对烟气中氮氧化物进行去除的控制单元；

与所述控制单元相连，用于根据所述氮氧化物的浓度自动进行脱硝剂配制，并进行存储的配药装置；

部分设置在所述配药装置中、并与所述控制单元相连，用以将所述配药装置中的所述脱硝剂通过高压方式多层次立体地喷洒至锅炉高温区的喷洒装置。

进一步地，所述配药装置包括：

与所述控制单元相连的储水罐，所述储水罐用以储存水，并在所述控制单元的控制下根据烟气中氮氧化物的浓度输送水；

与所述控制单元相连的药液罐，所述药液罐用以储存药液，并在所述控制单元的控制下根据烟气中氮氧化物的浓度输送药剂；

分别与所述储水罐和所述配药罐相连的混合罐，所述混合罐用于将所述储水罐中输出的水与所述药液罐中输出的药剂混合，以形成预设浓度的脱硝剂。

进一步地，所述喷洒装置包括：

设置在所述混合罐中的超高压泵，所述超高压泵用于将所述脱硝剂从所述混合罐中的泵出，并提供超高压；

一端与所述高压泵相连的超高压管，所述超高压管用于输送经所述超高压泵泵出的脱硝剂；

与所述超高压管另一端相连的高压喷药嘴，所述高压喷药嘴设置在所述锅炉高温区，用于将所述脱硝剂多层次立体地喷洒至所述锅炉高温区。

进一步地，所述超高压泵的流量为3000Kg/h。

进一步地，所述高压水管由不锈钢制作而成，其的直径为32mm、厚度为20mm。

进一步地，所述高压喷药嘴的设置数量为17个，分层设置在所述锅炉的高温区上方。

进一步地，所述控制单元包括：

用以检测烟气中氮氧化物浓度的浓度检测模块，其外接有浓度检测器，所述浓度检测器用以检测烟气中氮氧化物的浓度、并将浓度值输送至浓度检测模块；

与所述浓度检测模块相连，用以计算药液浓度的浓度计算模块，当所述浓度检测模块检测完成后，所述浓度计算模块会根据烟气中氮氧化物浓度进行计算并得出最佳的脱硝剂浓度，根据脱硝剂浓度再次计算以分别得出水和药液的使用量；

与所述浓度计算模块相连的控制模块，所述控制模块分别与储水罐、药液罐和脱硝泵连接，用以分别对其进行控制。

进一步地，所述储水罐出水口处设有水阀，所述水阀与所述控制模块相连，通过控制模块控制其开合以使所述储水罐输出指定量的水。

进一步地，所述药液罐出口处设有加药泵，所述加药泵与所述控制模块相连，通过控制模块控制其功率以使所述药液罐输出指定量的药液。

进一步地，所述浓度检测器设置在所述锅炉高温区，以检测所述锅炉中烟气的氮氧化物浓度。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，本实用新型通过控制单元检测锅炉高温区烟气中氮氧化物浓度，并控制配药装置配备对应量的脱硝剂，同时通过水与药液浓度的配比对脱硝剂的浓度进行微调，再通过喷洒装置将配备好的脱硝剂通过高压方式分层的喷洒在锅炉中，使脱硝剂充分与锅炉中烟气中的氮氧化物充分反应，以除去烟气中的氮氧化物，进而使其锅炉中排放的烟气能够达到环保标准。

尤其，所述系统中设有控制单元，其能够对锅炉中中烟气内氮氧化物浓度进行检测，同时根据氮氧化物浓度配备对应浓度的脱硝剂，并控制配药装置中的储水罐和药液罐输出，通过使用对应浓度的脱硝剂使其与氮氧化物充分反应，以达到精准脱硝，提高了所述控制系统的脱硝效率。

尤其，所述控制单元还分别与所述水阀和加药泵相连，通过控制水阀的开合度以及加药泵的功率进一步调节脱硝剂的浓度，提高了所述控制系统的控制精度。

尤其，本实用新型所述控制系统中的脱硝剂选用氨水或尿素中的一种或多种，通过使用多种脱硝剂以使所述控制系统能够针对多种情况配备不同浓度的脱硝剂，增加了所述控制系统的脱硝浓度范围。

尤其，本实用新型通过使用相对原子质量为量纲计算脱硝与使用脱硝剂之间的对应关系，这样，在系统检测烟气内氮氧化物浓度后即可直接通过对应关系快速确定脱硝剂浓度，计算过程精准且简便，进一步提高了所述控制系统的控制效率。

附图说明

图1为本实用新型所述超高压立体脱硝系统的结构示意图；

图2为本实用新型所述控制单元的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本实用新型作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

以下结合附图，对本实用新型上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非在限制本实用新型的保护范围。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参阅图1所示，其为本发明所述超高压立体脱硝系统的结构示意图，包括：控制单元、配药装置以及喷洒装置；其中，所述控制单元1分别与配药装置2以及喷洒装置3相连，用于检测锅炉4高温区烟气中的氮氧化物浓度，并通过部分控制所述系统，以完成对烟气中氮氧化物进行去除；所述配药装置2与所述控制单元相连，用于根据所述氮氧化物的浓度自动进行脱硝剂配制，并进行脱硝剂的存储；所述喷洒3装置部分设置在所述配药装置2中、并与所述控制单元1相连，用以将所述配药装置2中的所述脱硝剂通过高压方式多层次立体地喷洒至锅炉4高温区，确保所述脱硝剂能够充分地与氮氧化物反应，进而除去锅炉中的氮氧化物，使烟气达到环保标准。

在所述控制系统运行时，所述控制单元1会对锅炉高温区内烟气中的氮氧化物浓度进行检测，检测完成后控制单元会控制所述配药装置2根据其检测结果进行对应的脱硝剂制备，以形成制定浓度的脱硝剂，之后控制所述喷洒装置3将所述脱硝剂通过高压方式多层次立体地喷洒至锅炉4高温区，确保所述脱硝剂能够充分地与氮氧化物反应，进而除去锅炉中的氮氧化物，使烟气达到环保标准。本领域的技术人员可以理解的是，本发明所述控制系统不仅可用于对烟气进行脱硝处理，也可用于对烟气进行脱硫处理或去除烟气中其他有害元素，只要满足所述控制系统能够根据烟气内有害物质浓度配制指定浓度的药剂并将其喷洒至烟气中即可。

继续参阅图1所示，本发明所述配药装置2包括：储水罐21、药液罐22以及混合罐23；其中，所述储水罐21与所述控制单元1相连，用以储存水，并在所述控制单元1的控制下根据烟气中氮氧化物的浓度向所述混合罐23中输送预设量的水；所述药液罐22与所述控制单元1相连，用以储存药液的药液罐，并在所述控制单元1的控制下根据烟气中氮氧化物的浓度向所述混合罐23中输送预设量的药剂；所述混合罐23用于将所述储水罐21中输出的水与所述药液罐22中输出的药剂混合，以形成预设浓度的脱硝剂，以便于所述喷洒装置3进行高压分层喷洒。

具体而言，所述储水罐21为一圆柱形罐，用以储存水，在储水罐21出口处设有水阀211，所述水阀211与所述控制单元1相连，用以控制水流量；当所述控制单元1对所述水阀211进行控制时，所述水阀211会打开，使储水罐21中的水输出至所述混合罐23中，同时所述控制单元1会根据需求控制所述水阀211的开合程度，以此控制储水罐21中水的输出流量。可以理解的是，所述水阀211的种类本实施例不作具体限制，只要满足所述水阀211能通过开合程度以控制储水罐21中水输出的流量即可。当然，所述储水罐21的形状和材料本实施例不作具体限制，只要满足所述储水罐21能够储存指定量的水即可。

具体而言，所述药液罐22为一圆柱形罐，其设置在所述储水罐21下方，用以储存药液，在药液罐22出口处设有加药泵221，所述加药泵221与所述控制单元1相连，用以控制药液流量；当所述控制单元1对所述加药泵221进行控制时，所述加药泵221会开始运行，使药液罐22中的药液输出至所述混合罐23中，同时所述控制单元1会根据需求控制所述加药泵221的功率，以此控制药液罐22中药液的输出流量。可以理解的是，所述加药泵221的种类本实施例不作具体限制，只要满足所述加药泵221能通过调节功率以控制药液罐22中药液输出的流量即可；当然，所述药液罐22的形状和材料本实施例不作具体限制，只要满足所述药液罐22能够储存指定量的药液即可。

具体而言，所述混合罐23为一圆柱形罐体，其设置在所述药液罐22右侧，用以装载所述储水罐21中的水和所述药液罐22中的药液。当所述指定量的水和药液进入所述混合罐23中，会开始混合，发生反应并生成指定量的脱硝剂，并通过喷洒装置3输出至锅炉4中。可以理解的是，所述混合罐23的形状可以为圆形、方形或其他形状，只要满足所述混合罐能够装载指定量的水和药液即可；当然，所述混合罐23的材料本实施例不作具体限制，只要满足所述混合罐23有指定强度承载其内部发生反应的能量即可。

继续参阅图1所示，本发明所述喷洒装置3包括：超高压泵31、超高压管32以及高压喷药嘴33；其中，所述超高压泵31设置在所述混合罐23中，用于将所述脱硝剂从所述混合罐23中的泵出，并提供超高压；所述超高压管32一端与所述高压泵312相连，用于输送经所述超高压泵31泵出的脱硝剂；所述高压喷药嘴33与所述超高压管32另一端相连，其设置在所述锅炉高温区，用于将所述脱硝剂通过高压方式多层次立体地喷洒至锅炉高温区，确保所述脱硝剂能够充分地与氮氧化物反应，进而除去锅炉中的氮氧化物，使烟气达到环保标准。

具体而言，所述超高压泵31为一流量为3000Kg/h的水泵，其设置在所述混合罐23中，并与所述控制单元1相连，用于将所述脱硝剂从所述混合罐23中的泵出，并提供超高压，以在所述超高压管32中形成超高压脱硝剂流体，确保所述脱硝剂喷出时压强。使用过程中，当所述控制单元1控制所述配药装置将所述脱硫剂配置完成之后，控制所述超高压泵31运行，将所述配药装置中的脱硝剂泵出至所述超高压管32中，以确保所述脱硝剂喷出时压强。锅炉4同时所述控制单元1会根据需求控制所述喷洒装置3的功率，以此控制混合罐23中脱硝剂的输出流量。可以理解的是，所述超高压泵31的种类本实施例不作具体限制，只要满足所述超高压泵31能通过调节功率以控制混合罐23中脱硝剂输出的流量即可。

具体而言，所述超高压管32连接在所述超高压泵31与所述高压喷药嘴33之间，在使用的过程中用于将所述超高压泵31泵出的高压脱硝剂流体输送至所述高压喷药嘴33中，以便于所述高压喷药嘴能够及时有效地将所述脱硝剂多层次立体地喷洒至所述锅炉高温区内的烟气中，进而确保所述脱硝剂能够充分地与氮氧化物反应，进而除去锅炉中的氮氧化物，使烟气达到环保标准。本实施例中，超高压管32为直径为32mm,厚度20mm的不锈钢金属管,其制作材料优选316L不锈钢。可以理解的是，所述超高压管32也可以为其他型号的不同材料的管道，只要能够满足顺利的将所述超高压泵31泵出的高压脱硝剂流体输送至所述高压喷药嘴33即可。

具体而言，所述高压喷药嘴33设置在所述锅炉高温区的上方，其与所述超高压管的一端相连，在使用的过程中用于将经所述超高压管32输送的超高压流体及时有效地喷洒在所述锅炉高温区，使其与烟气中的氮氧化物充分接触，并发生脱硝反应，进而除去锅炉中的氮氧化物，使锅炉排放的烟气能够达到环保标准。本实施例中，所述高压喷药嘴33的数量为17个，并且分层地设置在所述锅炉高温区的上方，当所述控制单元1检测到所述锅炉中的烟气中含有氮氧化物时，控制所述配药装置2进行配制匹配浓度的脱硝剂，并通过控制喷洒装置3利用所述高压喷药嘴33通过高压方式多层次立体地将脱硝剂多层次立体地喷洒至锅炉高温区，确保所述脱硝剂能够充分地与氮氧化物反应，进而除去锅炉中的氮氧化物，使烟气达到环保标准。剂喷洒至所述锅炉高温区。可以理解的是，所述高压喷药嘴33的种类和数量可以根据实际需求进行选择，只要能够满足使用需求即可。

请参阅图2所示，其为本发明所述控制单元1的结构示意图，包括浓度检测模块11、浓度计算模块12和控制模块13；其中所述浓度检测模块11外接有浓度检测器，所述浓度检测器设置在所述锅炉4中，用以检测其内部烟气中氮氧化物的浓度；所述浓度计算模块12设置在所述浓度检测模块11下方，用以根据测得的浓度计算出对应的药液使用量；所述控制模块13设置在所述浓度计算模块12下方，用以分别控制水阀211的开合以及控制加药泵221和喷洒装置3的功率。当所述控制模块1开始工作时，所述浓度检测模块11控制浓度检测器对锅炉4内部烟气中氮氧化物的浓度进行检测，检测完成后所述浓度检测模块11会将测得的浓度输送至所述浓度计算模块12，所述浓度算模块12会根据测得的浓度值进行计算并得出对应的药液浓度，计算完成后所述浓度计算模块将数据输送至所述控制模块13，所述控制模块13开始分别控制所述水阀211的开合度和加药泵221的功率，使其分别输出指定量的水和药液并将其混合配制成指定量的脱硝剂，配置完成后所述控制模块13控制所述喷洒装置3将配置完成的脱硝剂以指定流量输出至所述锅炉4中并开始进行脱硝。

具体而言，所述药液罐中的药液为氨水或尿素中的一种或多种；所述脱硝剂对烟气中的氮氧化物进行脱硝的方法为，通过氨水和/或尿素生成氨气并氨气对烟气中的NO以及NO₂进行去除，其中，使用氨水生成氨气的反应式如式(1)所示：

NH₃·H₂O→NH₃↑+H₂O (1)

使用尿素生成氨气的反应式如式(2)所示：

CO(NH₂)+H₂O＝NH₃+CO₂ (2)。

具体而言，所述浓度计算模块12的计算方法包括：

以相对原子质量作为量纲对上述反应式中各分子进行统计和计算，计算步骤如下：

步骤1：确定生成1重量份的氨气需要使用的氨水和尿素的重量份数：

NH₃＝14+3×1＝17 (3)

NH₃·H₂O＝17+18＝35 (4)

CO(NH₂)＝12+16+(14+1×2)＝44 (5)

由此可得产生1重量份的氨气需要使用2.06重量份的氨水或2.59重量份的尿素；

步骤2：计算脱除1重量份硝需要消耗的氨水或尿素的重量份数：

使用式(12)计算消除1重量份NO所需要的氨气的重量份数：

由于所述烟气中NO的含量为95％，则2.02×95％＝1.92；

使用式(13)计算消除1重量份NO₂所需要的氨气的重量份数：

由于所述烟气中NO₂的含量为5％，则1.8×5％＝0.09；

计算后将上述两数值求和，得1.92+0.09＝2.01，由此可得，使用2.01重量份的氨气可脱除1重量份的硝；以此求出脱除1重量份硝需要消耗的氨水和尿素的重量份数，即2.01×2.06＝4.14，2.01×2.59＝5.21；

则脱除1重量份硝需要消耗4.14重量份氨水或5.21份尿素。

得出对应的消耗比例后，根据所述浓度检测模块11测得的氮氧化物浓度的量，所述浓度计算模块12即可直接换算成对应的氨水量或尿素量，并使所述控制模块13控制对应的阀门或泵输出指定量的水或药液。

本实施例中，所述混合罐23为一圆柱形罐体，其内还设置有一超声装置，以及若干圈加热丝，环绕在所述混合罐的内侧；所述超声装置未设置在所述混合罐罐口的超声波发生器。

在所述脱销剂的合成过程中，本实施例的超声波发生器以及加热丝按照下述进行控制，其中，超声装置按照下述超声振动频率与加热温度的关系进行振动，

其中，在第一温度段，在25-40℃温度范围内：

式中，f₁表示第一温度段的实时振动频率，T表示第一温度段内的实时温度，T₀表示参考预设温度值，温度为30℃，m表示加入的混合液中的尿素重量，M表示加入的混合液中的氨气的质量，c表示混合液的比热，f₀表示第一温度段的预设振动频率，其为25kHz；

其中，在第二温度段，在40-45℃温度范围内：

式中，f₂表示第二温度段的实时振动频率，T表示第二温度段内的实时温度，T₁₀表示参考预设温度值，恒温温度为40℃，m表示加入的混合液中的尿素重量，M表示加入的混合液中的氨气的质量，c表示混合液的比热，f₁₀表示第二温度段的预设振动频率，其为55kHz；

在上述步骤d中，常温升温至45℃温度范围内的振动频率为25kHz；

升温至45℃时，在45-55℃温度范围内：

式中，f₃表示第三温度段的实时振动频率，T表示第三温度段内的实时温度，T₂₀表示参考预设温度值，温度为45℃，c表示混合液的比热，f₂₀表示第一温度段的预设振动频率，其为40kHz；

其中，在降温过程中，在25-55℃温度范围内：

式中，f₄表示第四温度段的实时振动频率，T表示第四温度段内的实时温度，c表示混合液的比热，m表示加入的混合液中的尿素重量，M表示加入的混合液中的氨气的总质量，f₃₀表示第四温度段的预设振动频率，其为30kHz。

使用本发明所述系统分别对不同体积的烟气进行脱硝，经所述浓度计算模块12计算后对各试剂的需求量如表1所示：

表1

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型；对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超高压立体脱硝系统,其特征在于，包括：

用于检测烟气中的氮氧化物浓度，并通过部分控制所述系统，以完成对烟气中氮氧化物进行去除的控制单元；

与所述控制单元相连，用于根据所述氮氧化物的浓度自动进行脱硝剂配制，并进行存储的配药装置；

部分设置在所述配药装置中、并与所述控制单元相连，用以将所述配药装置中的所述脱硝剂通过高压方式多层次立体地喷洒至锅炉高温区的喷洒装置。

2.根据权利要求1所述的超高压立体脱硝系统，其特征在于，所述配药装置包括：

与所述控制单元相连的储水罐，所述储水罐用以储存水，并在所述控制单元的控制下根据烟气中氮氧化物的浓度输送水；

与所述控制单元相连的药液罐，所述药液罐用以储存药液，并在所述控制单元的控制下根据烟气中氮氧化物的浓度输送药剂；

分别与所述储水罐和所述配药罐相连的混合罐，所述混合罐用于将所述储水罐中输出的水与所述药液罐中输出的药剂混合，以形成预设浓度的脱硝剂。

3.根据权利要求2所述的超高压立体脱硝系统，其特征在于，所述喷洒装置包括：

设置在所述混合罐中的超高压泵，所述超高压泵用于将所述脱硝剂从所述混合罐中的泵出，并提供超高压；

一端与所述高压泵相连的超高压管，所述超高压管用于输送经所述超高压泵泵出的脱硝剂；

与所述超高压管另一端相连的高压喷药嘴，所述高压喷药嘴设置在所述锅炉高温区，用于将所述脱硝剂多层次立体地喷洒至所述锅炉高温区。

4.根据权利要求3所述的超高压立体脱硝系统，其特征在于，所述超高压泵的流量为3000Kg/h。

5.根据权利要求3所述的超高压立体脱硝系统，其特征在于，所述超高压管由不锈钢制作而成，其的直径为32mm、厚度为20mm。

6.根据权利要求3所述的超高压立体脱硝系统，其特征在于，所述高压喷药嘴的设置数量为17个，分层设置在所述锅炉的高温区上方。

7.根据权利要求3所述的超高压立体脱硝系统，其特征在于，所述控制单元包括：

用以检测烟气中氮氧化物浓度的浓度检测模块，其外接有浓度检测器，所述浓度检测器用以检测烟气中氮氧化物的浓度、并将浓度值输送至浓度检测模块；

与所述浓度检测模块相连，用以计算药液浓度的浓度计算模块，当所述浓度检测模块检测完成后，所述浓度计算模块会根据烟气中氮氧化物浓度进行计算并得出最佳的脱硝剂浓度，根据脱硝剂浓度再次计算以分别得出水和药液的使用量；

与所述浓度计算模块相连的控制模块，所述控制模块分别与储水罐、药液罐和脱硝泵连接，用以分别对其进行控制。

8.根据权利要求7所述的超高压立体脱硝系统，其特征在于，所述储水罐出水口处设有水阀，所述水阀与所述控制模块相连，通过控制模块控制其开合以使所述储水罐输出指定量的水。

9.根据权利要求7所述的超高压立体脱硝系统，其特征在于，所述药液罐出口处设有加药泵，所述加药泵与所述控制模块相连，通过控制模块控制其功率以使所述药液罐输出指定量的药液。

10.根据权利要求7所述的超高压立体脱硝系统，其特征在于，所述浓度检测器设置在所述锅炉高温区，以检测所述锅炉中烟气的氮氧化物浓度。