CN210544300U - 烟气深度脱硝系统及其烟气脱硫单元 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种烟气脱硫单元，其设置在烟道中，该烟气脱硫单元包括：至少一组混合组件，每一组混合组件包括：密封板，其形状与烟道的内径相匹配；多个环形通孔，其均匀地设置在密封板上，环形通孔的截面为文丘里管状；以及多个空心锥形喷嘴，其设置在多个环形通孔的上游，每一个空心锥形喷嘴对应一个环形通孔的中心，空心锥形喷嘴向环形通孔喷淋吸收剂。本实用新型还公开了一种烟气深度脱硝系统。本实用新型的烟气脱硫单元中通过设置截面为文丘里管状的环形通孔，并配合空心锥形喷嘴，能够使得气液接触混合效果更好，从而提高脱硫效率和脱硫剂利用率。
Description
技术领域
本实用新型涉及废烟气处理领域，特别涉及一种烟气深度脱硝系统及其烟气脱硫单元。
背景技术
氮氧化物（NOx）可造成多种危害，例如，与大气中的挥发性有机物（VOC）产生光化学烟雾等。为应对国家NOx排放浓度≤50mg/Nm3的超低排放指标，很多装置都在进行改造，如在锅炉上游增加选择性非催化还原（SNCR）或低氮燃烧器作为脱除NOx的预处理设备，与选择性催化还原（SCR）技术联合使用。低温氧化技术（LoTOx）的NOx脱除率虽然较高，但该技术电耗和建设投资非常高，并且产生含硝酸盐的高含盐废水或具有强腐蚀性的硫酸/硝酸，如专利文献CN102600709A、CN102343212A和CN101337152A。选择性催化还原（SCR）技术可分为高温SCR、中温SCR和低温SCR，其中，低温SCR所需温度一般为150～300℃。现有工业化烟气脱硝装置中，中温SCR技术因其技术成熟、效率高，应用最为广泛。《燃煤电厂超低排放烟气治理工程技术规范》（HJ2053-2018）提出，当锅炉炉膛出口NOx浓度为200～550mg/m3时，SCR反应器催化剂床层可按“3+1”层装设，即初装3层，备用1层，即要连续稳定实现NOx≤50mg/Nm3的超低排放，需要至少3层脱硝催化剂。按此进行改造，锅炉省煤器以下全部换热段都需要重新设计和改造，投资非常大。
相比而言，低温SCR烟气脱硝可在150～200℃进行，具有更大的优势。燃煤锅炉及催化裂化装置锅炉排烟温度一般在180℃以上，非常适合进行低温SCR烟气脱硝。然而，研究表明，烟气中的SOx会影响低温SCR烟气脱硝，主要表现在两个方面：（1）SO2被氧化为SO3与喷入的氨反应生成硫酸氢铵，堵塞催化剂孔道，并且硫酸氢铵在250℃以下很难分解；（2）SO3与催化剂金属反应生成硫酸盐，使催化剂彻底失活。因此，若能将烟气中SOx（SO2和SO3）脱除，即可进行低温SCR烟气脱硝，从而减小锅炉NOx超低排放改造投资。
烟气脱硫可分为湿法、干法和半干法。半干法脱硫反应在气液固三相中进行，利用烟气显热蒸发吸收液中的水分，使最终产物为干粉态。半干法脱硫分为喷雾干燥法、循环流化床脱硫、半干半湿法脱硫、粉末-颗粒喷动床（PPSB）半干法脱硫、喷雾喷动床半干法烟气脱硫和烟道喷射半干法烟气脱硫等。其中，烟道喷射半干法烟气脱硫浆滴边蒸发边反应，反应产物以干态粉末出烟道，该技术已被美国能源部列为洁净煤技术示范项目。该技术以烟道为反应器，气液接触时间短，仅1~3s，这造成了脱硫效率和脱硫剂利用率较低。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种烟气脱硫单元，从而改善现有烟道喷射半干法脱硫技术中脱硫效率和脱硫剂利用率较低的问题。
本实用新型的另一目的在于提供一种能够实现烟气深度脱硝的系统，从而降低现有锅炉NOx超低排放改造成本。
为实现上述目的，根据本实用新型的第一方面，本实用新型提供了一种烟气脱硫单元，其设置在烟道中，该烟气脱硫单元包括：至少一组混合组件，每一组混合组件包括：密封板，其形状与烟道的内径相匹配；多个环形通孔，其均匀地设置在密封板上，环形通孔的截面为文丘里管状；以及多个空心锥形喷嘴，其设置在多个环形通孔的上游，每一个空心锥形喷嘴对应一个环形通孔的中心，空心锥形喷嘴向环形通孔喷淋吸收剂。
进一步，上述技术方案中，环形通孔沿烟气流动方向依次包括收缩段、喉口段和扩散段。
进一步，上述技术方案中，收缩段的收缩角为23°~30°，扩散段的扩散角不大于90°，优选为5°~20°。
进一步，上述技术方案中，收缩段的入口端与扩散段的出口端的宽度相同，喉口段的宽度为收缩段的入口端的宽度的0.5倍。
进一步，上述技术方案中，吸收剂为NaOH溶液、Na2CO3溶液或NaHCO3溶液。
根据本实用新型的第二方面，本实用新型提供了一种烟气深度脱硝系统，沿烟气流动方向烟气深度脱硝系统依次包括：空预器；如上述技术方案中任意一项的烟气脱硫单元；除尘器；低温SCR脱硝装置；低温氨选择性催化氧化装置；以及排气筒。
进一步，上述技术方案中，还包括：中温SCR脱硝装置，其设置在空预器的上游。
进一步，上述技术方案中，中温SCR脱硝装置上游的烟道中设有第一喷氨格栅，除尘器与低温SCR脱硝装置之间的烟道中设有第二喷氨格栅。
进一步，上述技术方案中，还包括：换热器，其设置在低温氨选择性催化氧化装置与排气筒之间。
进一步，上述技术方案中，除尘器为袋式除尘器、电除尘器或旋风除尘器。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
1. 烟气脱硫单元中通过设置截面为文丘里管状的环形通孔，并配合空心锥形喷嘴，能够使得气液接触混合效果更好，从而提高脱硫效率和脱硫剂利用率。
2. 烟气脱硫单元中的混合组件安装在烟道内，不占用地面空间，也不需要额外增加灰渣循环设施，投资较低；并且使用常规脱硫剂，不需要增加其他试剂费用。
3. 本实用新型的烟气深度脱硝系统能够充分利用原有设备，并将烟气中SOx脱除，增加低温SCR烟气脱硝，能够减少锅炉NOx超低排放改造投资。
上述说明仅为本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本实用新型的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本实用新型的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。
附图说明
图1是现有技术中烟气脱硝系统的流程示意图。
图2是根据本实用新型的一个或多个实施方式的烟气深度脱硝系统的流程示意图。
图3是根据本实用新型的一个或多个实施方式的烟气深度脱硝系统的流程示意图。
图4是根据本实用新型的一个或多个实施方式的烟气脱硫单元的结构示意图。
图5是根据本实用新型的一个或多个实施方式的密封板的结构示意图。
主要附图标记说明：
10-锅炉，11-换热模块，12-烟气，13-烟道，21-第一喷氨格栅，22-中温SCR脱硝装置，23-空预器，24-除尘器，25-脱硫反应器，26-低温SCR脱硝装置，27-低温氨选择性催化氧化装置，28-换热器，29-第二喷氨格栅，30-排气筒，40-氨气，50-烟气脱硫单元，51-密封板，52-环形通孔，521-收缩段，522-喉口段，523-扩散段，53-空心锥形喷嘴，60-吸收剂。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。
在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向（旋转90度或其他取向）且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。
在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。
如图1所示，现有技术中锅炉烟气经一个或多个换热模块11换热后，由锅炉10排出时烟气12的温度一般为300~450℃。经第一喷氨格栅21喷入稀释氨气40后，烟气12进入中温SCR脱硝装置22进行烟气脱硝。按照装置最初设计，中温SCR脱硝装置22出口烟气中NOX浓度通常控制在100mg/Nm3以下。接着，烟气12进入空预器23降温至160~200℃后，依次经过除尘器24和脱硫反应器25脱除粉尘和SO2，净化后的烟气12经排气筒30排入大气。在国家NOX浓度≤50mg/Nm3超低排放指标提出后，为了满足排放要求，现有的绝大多数烟气脱硝系统都是通过在锅炉10上游增设SNCR脱硝装置或低氮燃烧器的预脱硝单元（图中未示出）的方式，还有部分是通过改造烟气脱硝系统及其下游换热段来增加催化剂床层的方式，来实现超低排放的。然而，以上两种方式均需要较大的改造投资。少数装置因没有改造空间，单纯通过增加投氨量来实现超低排放，结果造成氨逃逸或NH4HSO4/(NH4)2SO4在低温省煤器换热管束上的沉积结垢和腐蚀。经过空预器23的排烟温度一般为160~200℃，非常适合低温SCR脱硝反应，但是烟气中的SOX易与氨反应产生硫酸氢铵/硫酸氨，腐蚀设备或堵塞催化剂床层。
参考图2所示，根据本实用新型的一个或多个实施方式的烟气深度脱硝系统，在现有技术的脱硝系统的空预器23与除尘器24之间的烟道上设置烟气脱硫单元50，并加入吸收剂60，烟气中的SOX与吸收剂60反应，被转化为Na2SO3/Na2SO4。示例性地，吸收剂60为NaOH溶液、Na2CO3溶液或NaHCO3溶液。经烟气脱硫单元50脱硫后的烟气经除尘器24脱除粉尘，然后以NOX脱除量计，按照NH3/NOX摩尔比1.5：1～1.0：1向第二喷氨格栅29加入稀释氨气40。烟气中的NOX在低温SCR脱硝装置26中与NH3发生选择性催化还原反应被转化为N2和H2O，而逃逸氨则在低温氨选择性催化氧化装置27的催化剂床层中被O2氧化转化为N2和H2O，完成烟气的深度脱硝，净化后的烟气可以进入换热器28降温至100～120℃，再由排气筒30排入大气。在本实用新型的烟气深度脱硝系统中，先将烟气中的SOX脱除，再向烟气中喷入氨气，进行低温SCR脱硝，即使加入过量的氨，也不必担心有NH4HSO4/(NH4)2SO4产生，同时还可将烟气中的NOX浓度降低至比较低的水平。经本实用新型的烟气深度脱硝系统处理后的烟气中NOX可降至20mg/Nm3以下，SO2可降至30mg/Nm3以下，达到国家超洁净排放标准，SO3降至5mg/Nm3以下，同时将逃逸氨控制在1.0mg/Nm3以下。应了解的是，图中所示的第一喷氨格栅21、中温SCR脱硝装置22、空预器23、第二喷氨格栅29等仅是为了示意脱硝流程，也可以是设置在锅炉内部或烟道中的结构，例如，第一喷氨格栅21和第二喷氨格栅29设置在烟道中，为内构件，本实用新型并不以此为限。
图3所示实施方式中的烟气深度脱硝系统是针对尚未建设中温SCR脱硝装置的锅炉烟气，其与图2所示的实施方式区别在于没有设置中温SCR脱硝装置及其第一喷氨格栅21，其他结构和原理基本相同，在此不再赘述。
结合图4和图5所示，在本实用新型的一个或多个实施方式中烟气脱硫单元50设置在烟道13中，烟气脱硫单元50包括至少一组混合组件。优选地，烟气脱硫单元50包括2~5组混合组件，各组混合组件沿烟道13内烟气12的流向顺序布置。应了解的是，图4中仅示出一组混合组件，本实用新型并不以此为限。每一组混合组件包括与烟道13的内径相匹配的密封板51，密封板51上均匀地设置有多个环形通孔52，环形通孔52的截面为文丘里管状。示例性地，环形通孔52沿烟气12的流动方向依次包括收缩段521、喉口段522和扩散段523。每一个环形通孔52的中心上游对应一个空心锥形喷嘴53，空心锥形喷嘴53向环形通孔52喷淋吸收剂60。示例性地，吸收剂60为NaOH溶液、Na2CO3溶液或NaHCO3溶液，优选为NaOH溶液。吸收剂60的加入量以SOX脱除量计，Na/S的摩尔比为1：1～8：1，优选为1：1～2：1，吸收剂质量浓度2%～20%，优选8%～15%。本实用新型的烟气脱硫单元50通过在烟道13内设置内构件，减小烟气流通面积，增大烟气流速，利用喷嘴雾化及高流速烟气对吸收剂的风力切割作用，使吸收剂达到多级雾化效果，极大的降低了雾滴的粒径，增加了气液两相接触面积，并在环形通孔52的喉口段内实现气液两相强烈混合及气液传质和反应，大大增加了脱硫剂利用率及脱硫效率，Na/S摩尔比1：1～2：1，脱除SOX后的烟气中无碱性物质存在，不会影响脱硝催化剂性能。
优选而非限制性地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，收缩段521的收缩角为23°~30°，扩散段523的扩散角小于等于90°，优选为5°~20°。优选而非限制性地，收缩段521的入口端与扩散段523的出口端的宽度相同，喉口段522的宽度为收缩段521的入口端的宽度的0.5倍。优选而非限制性地，喉口段522的气流速度为20~80m/s。
在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，除尘器24可以选用袋式除尘器、电除尘器或旋风除尘器，优选袋式除尘器。除尘器24的过滤速度为0.5～5.0m/s，当袋式除尘器压降达到0.5～1.3kPa时，进行清灰。
在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，除尘器24与低温SCR脱硝装置26之间的烟道上设有第二喷氨格栅29，加入稀释氨气40。氨气体积浓度为0.5%～5.0%，氨气稀释用气可以为空气、氮气或水蒸汽等惰性气体。
示例性地，低温SCR脱硝装置26的操作温度为130～250℃，优选150～200℃，空速为2000～10000h-1。示例性地，低温氨选择性催化氧化装置27的操作温度为130～250℃，优选150～200℃，空速为2000～100000h-1，优选为30000～80000h-1。
在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，氨选择性催化氧化的催化剂为浸渍法制备的板式或蜂窝状催化剂，活性组分为Ag、Ni、Mn、Cu、V、Ti、Fe、Ce或Mo等金属或金属氧化物中的一种或几种，含量占0.2%～10.0%，载体为堇青石、陶瓷、TiO2、SiO2或Al2O3。
在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，氨选择性催化氧化催化剂为板式或蜂窝状催化剂，直接挤出成型，其中活性组分为Ag、Ni、Mn、Cu、V、Ti、Fe、Ce或Mo等金属或金属氧化物中的一种或几种，含量占0.2%～10.0%，也可加入少量的稀土元素作助剂，含量占0.05%～5.0%，其余组分为陶瓷、TiO2、SiO2或Al2O3。
参考图3所示，本实用新型的一个或多个实施方式中，烟气深度脱硝系统工作说明如下：向烟气脱硫单元50加入吸收剂60，利用烟气脱硫单元50中的混合组件脱除烟气中的SOX；烟气进入除尘器24脱除烟气中的粉尘及脱硫产生的硫酸盐/亚硫酸盐；通过低温SCR脱硝装置及其第二喷氨格栅29，烟气中的NOX在催化剂及还原剂氨的作用下被转化为N2和H2O；烟气进入低温氨选择性催化氧化装置27，烟气中的逃逸氨在催化剂作用下被氧化转化为N2和H2O，脱硝净化烟气经换热器28降温后由排气筒30排入大气。
在本实用新型的一个或多个实施方式中，烟气脱硫单元50内，主要发生如下反应：
2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O ①
2NaOH + SO3 → Na2SO4 + H2O ②
在本实用新型的一个或多个实施方式中，低温SCR脱硝装置内，主要发生如下反应：
4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O ③
8NH3 + 6NO2→ 7N2 + 12H2O ④
此过程中，主要副反应如下：
2SO2+O2→ 2SO3 ⑤
2NH3+SO3+H2O→ (NH4)2SO4 ⑥
NH3+SO3+H2O→ NH4HSO4 ⑦
当烟气中的逃逸氨和SO3浓度的乘积达到相应温度下NH4HSO4/(NH4)2SO4生成条件时，NH4HSO4/(NH4)2SO4就会产生。因此，脱除锅炉排烟中的SO2和SO3，就可以通过加入稍过量的氨，利用低温SCR脱硝装置达到深度脱除烟气中NOX的目的，而不会产生NH4HSO4/(NH4)2SO4。
在本实用新型的一个或多个实施方式中，低温氨选择性催化氧化装置内，主要发生如下反应：
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O ⑧
此过程中主要副反应式如下：
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O ⑨
2NH3 + 2O2 → N2O + 3H2O ⑩
当由低温SCR脱硝装置来的烟气通过低温氨选择性催化氧化装置时，烟气中的逃逸NH3通过主反应⑧被转化为N2和H2O，另有少量的氨通过副反应⑨和⑩被转化为NO和N2O。
前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种烟气脱硫单元，其设置在烟道中，其特征在于，该烟气脱硫单元包括：
至少一组混合组件，每一组混合组件包括：
密封板，其形状与所述烟道的内径相匹配；
多个环形通孔，其均匀地设置在所述密封板上，所述环形通孔的截面为文丘里管状；以及
多个空心锥形喷嘴，其设置在所述多个环形通孔的上游，每一个所述空心锥形喷嘴对应一个所述环形通孔的中心，所述空心锥形喷嘴向所述环形通孔喷淋吸收剂。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硫单元，其特征在于，所述环形通孔沿烟气流动方向依次包括收缩段、喉口段和扩散段。
3.根据权利要求2所述的烟气脱硫单元，其特征在于，所述收缩段的收缩角为23°~30°，所述扩散段的扩散角不大于90°。
4.根据权利要求2所述的烟气脱硫单元，其特征在于，所述收缩段的入口端与所述扩散段的出口端的宽度相同，所述喉口段的宽度为所述收缩段的入口端的宽度的0.5倍。
5.根据权利要求1所述的烟气脱硫单元，其特征在于，所述吸收剂为NaOH溶液、Na2CO3溶液或NaHCO3溶液。
6.一种烟气深度脱硝系统，其特征在于，沿烟气流动方向所述烟气深度脱硝系统依次包括：空预器；如权利要求1~4中任意一项所述的烟气脱硫单元；除尘器；低温SCR脱硝装置；低温氨选择性催化氧化装置；以及排气筒。
7.根据权利要求6所述的烟气深度脱硝系统，其特征在于，还包括：
中温SCR脱硝装置，其设置在所述空预器的上游。
8.根据权利要求7所述的烟气深度脱硝系统，其特征在于，所述中温SCR脱硝装置上游的烟道中设有第一喷氨格栅，所述除尘器与所述低温SCR脱硝装置之间的烟道中设有第二喷氨格栅。
9.根据权利要求6或7所述的烟气深度脱硝系统，其特征在于，还包括：
换热器，其设置在所述低温氨选择性催化氧化装置与所述排气筒之间。
10.根据权利要求6或7所述的烟气深度脱硝系统，其特征在于，所述除尘器为袋式除尘器、电除尘器或旋风除尘器。
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