CN212383483U - 一种适用于高浓度粉尘、高温度波动烟气的scr脱硝装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种适用于高浓度粉尘、高温度波动烟气的SCR脱硝装置，在烟气流动方向依次设置旋风除尘器用于初步除尘、自适应温度调节及超细粉尘预清除装置以自适应调控烟气温度并清除超细粉尘和SCR脱硝反应器用于脱除NOx，自适应温度调节及超细粉尘预清除装置通往SCR脱硝反应器的烟道上配设喷氨装置；自适应温度调节及超细粉尘预清除装置包括立式罐、布设在立式罐内的蓄热体和声波发生装置，烟气流经立式罐内蓄热体时温度实现自适应调节且部分超细粉尘被蓄热体吸附，同时配设在立式罐内的声波发生装置对超细粉尘进行团聚、清除。本实用新型解决了大量超细粉尘吸附在催化剂表面导致催化效率下降的问题。

Description

一种适用于高浓度粉尘、高温度波动烟气的SCR脱硝装置

技术领域

本实用新型涉及烟气脱硝技术领域，具体涉及一种适用于高浓度粉尘、高温度波动烟气的SCR 脱硝装置。

背景技术

目前，新建电厂通常会采用选择性催化还原(SCR)工艺进行脱硝。SCR脱硝系统一般由SCR 反应器、催化剂模块、氨储存以及供应系统、氨喷射系统、省煤器旁路、SCR旁路以及相关的测试控制系统等组成。其中，催化剂模块以固定床的形式放置在SCR反应器的烟道中，在催化剂固定床的上游区域，NH₃被喷入烟道中与烟气混合。当烟气流经催化剂固定床时，NH₃与烟气中的氮氧化物在催化剂的参与下反应生成N₂，实现脱硝。

许多工业窑炉在生产的过程中存在周期性，这种间歇性生产方式会产生高浓度粉尘、高温度波动的烟气。例如工业硅的冶炼，在冶炼过程中，除了需要加入矿石原料外还需加入石油焦以及破碎后的煤等添加物料。工业硅矿热炉采用间歇性操作，整个过程有倒料、翻料等过程,一个周期耗时约2小时40分钟。工业硅矿热炉的工艺特点决定了其出口烟气存在以下特点：一，烟气流量、温度波动范围较大，波动频率较高，烟气温度高值出现的时间点与矿热炉塌料或翻料相对应，烟气温度波动范围大约在200℃-650℃；二，矿热炉烟气中含有的细微颗粒物(主要成分为微硅粉)具有粘附性强、粒径极小、比表面积大、绝热性能极强的特性。除了工业硅矿热炉外，还有其他工业窑炉的烟气也存在上述特点，如玻璃窑炉、冶金熔炼炉等。上述工业窑炉的烟气特点使得已成熟应用于电力行业烟气脱硝的主流中温催化剂(最佳适用温度320℃-420℃)难以直接应用，且大量的超细粉尘容易通过静电作用吸附SCR催化剂的表面，造成催化剂活性位点被堵塞导致脱硝效率下降。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种适用于高浓度粉尘、高温度波动烟气的SCR脱硝装置及方法，解决了某些工业窑炉出口烟气温度波动范围大、无法满足SCR中温催化剂温度窗口的问题，同对窑炉烟气中绝大多数超细粉尘进行了预处理，解决了大量超细粉尘吸附在催化剂表面导致催化效率下降的问题。

为实现上述目的，本实用新型的一种适用于高浓度粉尘、高温度波动烟气的SCR脱硝装置，配合锅炉使用并对其烟气进行脱硝，在烟气流动方向依次设置旋风除尘器用于初步除尘、自适应温度调节及超细粉尘预清除装置以自适应调控烟气温度并清除超细粉尘和SCR脱硝反应器用于脱除NOx，所述自适应温度调节及超细粉尘预清除装置通往SCR脱硝反应器的烟道上配设喷氨装置；

所述自适应温度调节及超细粉尘预清除装置包括立式罐、布设在立式罐内的蓄热体和声波发生装置，烟气流经立式罐内蓄热体时温度实现自适应调节且部分超细粉尘被蓄热体吸附，同时配设在立式罐内的声波发生装置对超细粉尘进行团聚、清除。

进一步地，所述立式罐至少设有二个；

所述立式罐内设声波发生装置，所述声波发生装置包括位于立式罐顶部的第一声波发生器和位于立式罐下端的第二声波发生器；

所述第一声波发生器发生的声波具有高声压级、低频率的特性用于粉尘团聚；

所述第二声波发生器选用高声压级、宽频率范围的声波发生器用于粉尘清除。

进一步地，所述第一声波发生器的声波频率为1200Hz-1400Hz，声压级135dB-155dB；

进一步地，所述第一声波发生器并排设置两组，每组交替发生声波。

进一步地，所述第二声波发生器的声波频带30-2100Hz、声压级125dB-153dB。

进一步地，所述第二声波发生器选用间歇式工作发生声波。

进一步地，所述蓄热体的比热容为2.4-2.5kJ/(kg·K)。

进一步地，所述蓄热体平行、整齐堆砌在立式罐内，并与立式罐内壁预留间隙用作蓄热体的膨胀缝。

进一步地，所述蓄热体选用正六边形。

进一步地，所述立式罐在烟气入口设置第二烟道段，所述第二烟道段呈下坡方向设置，以下坡方向倾斜地通入烟气至立式罐。

进一步地，所述立式罐下端连接有一锥形斗，所述的锥形斗下端连接有重锤式锁气器；所述的重锤式锁气器下端连接有集灰罐，当锥形斗中的粉尘积累到一定重量后，经重锤式锁气器后落入集灰罐。

进一步地，所述旋风除尘器为多个旋风子切向连接组成，所述旋风除尘器去除粒径大于 5μm的粉尘。

进一步地，所述的自适应温度调节及超细粉尘预清除装置与喷氨装置之间的烟道内设有导流板，所述喷氨装置与SCR脱硝反应器之间的烟道内设置有导流板。

本结构在烟气选择性催化还原前，烟气先经旋风除尘器除尘，后进入自适应温度调节及超细粉尘预清除装置，通过声波发生装置清除超细粉尘，利用蓄热体实现温度自调节，再与喷氨装置供给的氨气混合后进入SCR脱硝反应器进行脱硝反应。

本实用新型的有益效果如下：本实用新型通过自适应温度调节及超细粉尘预清除装置对高浓度粉尘、高温度波动烟气进行预处理后再进入SCR脱硝反应器能将温度波动范围大的烟气调节到320℃-420℃之间，正好吻合中温SCR催化剂的温度窗口。同时自适应温度调节及超细粉尘预清除装置能够预清除大量的超细粉尘，本实用新型通过下述方式来控制进入SCR脱硝反应器的超细粉尘量：首先，绝大部分超细粉尘在立式罐顶部声波发生装置的作用下团聚长大为大粒径粉尘(粒径在10μm以上)，其次还有少部分超细粉尘被吸附到蓄热体上，团聚长大后的粉尘和直接吸附到蓄热体的粉尘在烟气冲刷和立式罐底部声波发生装置的作用下被清除。通过上述工艺及装置确保进入SCR脱硝反应器的烟气温度适宜且含有超细粉尘量大幅减少，从而保证催化剂脱硝效率长期处于较高水平。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为导流板结构示意图；

图3为蓄热体布置示意图；

图4为声波发生装置布置示意图；

附图中，烟道1；旋风除尘器2；有一定倾斜角度的特制烟道3；声波发生装置4；第一声波发生器41；第二声波发生器42；自适应温度调节及超细粉尘预清除装置5；立式罐51；蓄热体52；锥形斗6；重锤式锁气器7；集灰罐8；导流板9；开孔10；喷氨装置11；SCR脱硝反应器12。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明：

实施例1：

为了更好的说明本实用新型在工业硅矿热炉上的应用，现以我国某地区一台矿热炉为实例来阐述实用新型利广泛的烟气适应性和高效的脱硝效率。

一台工业硅矿热炉其典型的烟气特性：烟气性质波动具有周期性，一个周期耗时约2小时40分钟；单周期内温度波动范围在200℃-650℃，烟气流量波动范围150000m³-200000m³；烟气中含有大量颗粒细小的微硅粉。

如图1-4所示，本实用新型的一种适用于高浓度粉尘、高温度波动烟气的SCR脱硝装置，用于对锅炉的烟气进行脱硝，所述锅炉具有用于排放烟气的烟道1，所述烟道1在气流方向依次设置旋风除尘器2、自适应温度调节及超细粉尘预清除装置5和SCR脱硝反应器12，所述自适应温度调节及超细粉尘预清除装置5通往SCR脱硝反应器12的烟道上配设喷氨装置。

出口烟气经旋风除尘器2除尘后，进入自适应温度调节及超细粉尘预清除装置5，调整温度并清除超细粉尘，再与喷氨装置供给的氨气混合后进入SCR脱硝反应器进行脱硝反应。

本实用新型解决了某些工业窑炉出口烟气温度波动范围大、无法满足SCR中温催化剂温度窗口的问题，同时本工艺及其装置对窑炉烟气中绝大多数超细粉尘进行了预处理，解决了大量超细粉尘吸附在催化剂表面导致催化效率下降的问题。

所述自适应温度调节及超细粉尘预清除装置5至少包含2台串联的含有特制的蓄热体52 的立式罐51；所述蓄热体52的比热容为2.4-2.5kJ/(kg·K)。

所述蓄热体52由页岩40-50份、石灰12-20份、碳化硅6-10份、Fe₂O₃10-15份、Al₂O₃10-15 份、CaO10-15份、Na₂O10-15份、水4-6份，将上述原料按比例配制好后经研磨、烘干、烧结后得到，其对小粒径的超细粉尘具有较强的吸附能力。本结构中特制的蓄热体能实现烟气的温度调节功能，也能吸附烟气中的部分超细粉尘。

所述蓄热体52选用横向剖面为正六边形的成型方式，所述蓄热体52堆砌在所述立式罐 51内，并与立式罐51内壁预留间隙用作膨胀缝。所述的蓄热体52在立式罐51内的排列方式为：平行整齐自下往上堆砌，该排列方式，确保了粉尘被清除时存在通道，也保证了较大的换热面积；所述的蓄热体距离立式罐的壁面留有一定空隙，用作是膨胀缝，以适应蓄热体温度变化时导致的体积变化。单个立式罐内蓄热体堆砌方式为12m×12m×14m。

所述的装有蓄热体52的立式罐51内部设置有声波发生装置4，声波发生装置4用于清除烟气中团聚长大的粉尘和蓄热体52吸附的超细粉尘，所述声波发生装置设置在所述立式罐 51内烟气流动方向的下端。所述声波发生装置4包括多个声波发生器，声波发生器设有多个，均匀分布在立式罐51内。

所述立式罐51至少设有二个；

所述立式罐51设置声波发生装置4，所述声波发生装置4包括位于立式罐顶部的第一声波发生器41和位于立式罐下端的第二声波发生器42；

所述第一声波发生器41发生的声波具有高声压级、低频率的特性用于粉尘团聚；

所述第二声波发生器42选用高声压级、宽频率范围的声波发生器用于粉尘清除。

所述的声波发生装置包括位于立式罐顶部的第一声波发生器41，其产生的声波具有高声压级、低频率的特性，对烟气中的超细粉尘起到团聚作用，可以减小超细粉尘的数目浓度，利于清除，该声波发生器采用连续工作的方式；所述的声波发生装置还包括位于第二个立式罐(自烟气流动方向)下端的第二声波发生器42，其产生的声波具有高声压级、宽频率范围的特性，对吸附到蓄热体上的超细粉尘起到清除作用，该声波发生器采用间歇工作的方式，每组交替发生声波。

所述立式罐51下端连接有一锥形斗6，锥形斗夹角约为75°；所述的锥形斗6下端连接有重锤式锁气器7；所述的重锤式锁气器7下端连接有集灰罐8，声波发生装置4清除的超细粉尘慢慢掉落至锥形斗6中，当锥形斗6中的粉尘积累到一定重量后，经重锤式锁气器7后落入集灰罐8。

本实用新型中，所述立式罐51的烟气进口设置在下方，所述立式罐51的烟气进口连接第二烟道段3，并通过第二烟道段3通入烟气，所述第二烟道段3一端连通烟道1，另一端通入立式罐52的烟气进口，所述第二烟道段3呈下坡方向地倾斜地将粉尘送入立式罐51的烟气进口。

第二烟道段3为一段特制烟道，具有一定的倾斜角，本实施例中倾斜角为30°，避免了超细粉尘返回进入进口烟道。

本结构中，烟气经烟道1引入旋风除尘器2，所述的旋风除尘器2为多个旋风子切向连接组成，经过旋风除尘器2后绝大部分粒径在5μm以上的粉尘被除去。粉尘通过静电吸附作用吸附到物体表面，蓄热体52中的金属氧化物增强了蓄热体对粒径在5μm以下的超细粉尘的吸附能力。

所述的喷氨装置11通过开孔10进入到烟道1中。

所述的自适应温度调节及超细粉尘预清除装置5与喷氨装置11之间的烟道内设有导流板 9，所述喷氨装置11与SCR脱硝反应器12之间的烟道内设置有导流板9，使得混合气体能均匀地进入SCR脱硝反应器，提高反应完成度。

采用本实用新型提供适用高浓度粉尘、高温度波动烟气的SCR脱硝装置的脱硝方法，可以实现烟气温度的自适应调节，保证烟气温度长期处于中温催化剂的温度窗口内(320℃ -420℃)；能够有效减少烟气中的超细粉尘，保证脱硝效率。

本实用新型中的蓄热体52的比热容为2.4-2.5kJ/(kg·K)，高于普通的粘土耐火砖1-1.05 kJ/(kg·K)，因此该蓄热体是一种理想的自适应温度调节载体。

通过蓄热体51调节，温度周期性波动的工业窑炉(温度范围大约位于100℃-700℃之间) 出口烟气温度能被自动调节到320℃-420℃的范围内。本实用新型的一种适用于高浓度粉尘、高温度波动烟气的SCR脱硝装置采用的脱硝方法为：当烟气在高温周期内，通过自适应温度调节装置时，将热量传递给自适应温度调节装置，热量由自适应温度调节装置的蓄热体储存，经过换热，烟气温度降低至420℃以下；当窑炉烟气在低温周期内，烟气通过自适应温度调节装置，自适应温度调节装置将蓄热体储存的热量传递给烟气，经过换热，烟气温度升高到 320℃以上。

经过旋风除尘器2后的烟气通过具有一定倾斜角度的第二烟道段3后自下而上地进入自适应温度调节及超细粉尘预清除装置5，自适应温度调节及超细粉尘预清除装置5至少包含两组串联的立式罐，更一步地加强了其蓄热清灰能力。

本实用新型的有益效果如下：本实用新型通过自适应温度调节及超细粉尘预清除装置对高浓度粉尘、高温度波动烟气进行预处理后再进入SCR脱硝反应器能将温度波动范围大的烟气调节到320℃-420℃之间，正好吻合中温SCR催化剂的温度窗口。同时自适应温度调节及超细粉尘预清除装置能够清除大量的超细粉尘，使得进入SCR脱硝反应器的粉尘大量减少，保证催化剂脱硝效率处于较高水平。

如图1所示，为一种适用于高浓度粉尘、高温度波动烟气的SCR脱硝工艺及其装置，其包括烟道1、旋风除尘器2、自适应温度调节及超细粉尘预清除装置5、喷氨装置11及SCR脱硝反应器12。

所述旋风除尘器2为多个旋风子切向连接组成，工业硅矿热炉的出口烟气经过旋风除尘器2后绝大部分粒径在5μm以上的粉尘被除去。

所述自适应温度调节及超细粉尘预清除装置5至少包含2台串联的含有特制的蓄热体52 的立式罐51。特制的蓄热体52由包括以下重量分数的原料制备得到:页岩40-50份、石灰12-20 份、碳化硅6-10份、Fe₂O₃10-15份、Al₂O₃10-15份、CaO10-15份、Na₂O10-15份、水4-6份。将上述原料按比例配制好后经研磨、烘干、烧结后得到所述的蓄热体。

所述的蓄热体一种典型的成型标准为正六边形、内切圆直径210mm、19孔、孔径30mm、厚度120mm；所述的蓄热体在立式罐内的排列方式如图3所示：平行整齐自下往上堆砌，该排列方式，确保了粉尘被清除时存在通道，也保证了较大的换热面积；所述的蓄热体距离立式罐的壁面留有一定空隙，用做是膨胀缝，以适应蓄热体温度变化时导致的体积变化。单个立式罐内蓄热体堆砌方式为12m×12m×14m。

所述蓄热体的比热容为2.4-2.5kJ/(kg·K)，高于普通的粘土耐火砖1-1.05kJ/(kg·K)。通过蓄热体地调节，在200℃-650℃周期性波动的矿热炉出口烟气温度能被自适应地调节到320℃ -420℃的范围内。其原理是：烟气在高温周期内，通过自适应温度调节装置时，将热量传递给自适应温度调节装置，经换热，烟气温度降低至420℃以下；当窑炉烟气在低温周期内，烟气通过自适应温度调节装置，自适应温度调节装置将热量传递给烟气，进换热，烟气温度升高到320℃以上。蓄热体中的金属氧化物增强了蓄热体对粒径在5μm以下的粉尘的吸附能力。

所述的装有蓄热体的立式罐烟气进口经过一段第二烟道段3，所述的第二烟道段3倾斜角为30°，避免了粉尘返回进入进口烟道；所述的装有蓄热体的立式罐内部设置有声波发生装置4。所述的声波发生装置4包括位于立式罐顶部第一声波发生器41，其产生的声波具有高声压级、低频率的特性，例如适用于工业硅矿热炉的声波发生器声波频率1200Hz-1400Hz，声压级135dB-155dB，对烟气中的粉尘起到团聚作用，可以减小粉尘的数目浓度，利于清除，该声波发生器在顶部布置为并排的两组，每组交替工作，使整个立式罐顶部发出连续性声波；所述的声波发生装置4还包括位于立式罐下端的第二声波发生器42，其产生的声波具有高声压级、宽频率范围的特性，可以选用适用于工业硅矿热炉的声波发生器声波频带30-2100Hz、声压级125dB-153dB，对吸附到蓄热体上的粉尘起到清除作用，该声波发生器采用间歇工作的方式：一种典型的工作方式为每间隔10分钟工作1分钟，如此反复。

声波发生装置4的布置方式如图4所示，该布置方式保证声波吹灰器作业面积能覆盖整个立式罐范围。烟气中含有的大量超细粉在立式罐顶部第一声波发生器41的作用下团聚长大，其次还有少部分超细粉尘被吸附到蓄热体上，团聚长大后的粉尘和直接吸附到蓄热体的粉尘在烟气冲刷和立式罐底部第二声波发生器42的作用下被清除。

所述的立式罐下端连接有一锥形斗6，锥形斗6夹角约为75°；所述的锥形斗6下端连接有重锤式锁气器7；所述的重锤式锁气器7下端连接有集灰罐8。当锥形斗6中的粉尘积累到一定重量后，经重锤式锁气器7后落入集灰罐8。

所述的喷氨装置11通过开孔10进入到烟道1中。所述的自适应温度调节及超细粉尘预清除装置5与喷氨装置11之间和喷氨装置11与SCR脱硝反应器12之间的烟道内设置有导流板9，使得混合气体能均匀地进入SCR脱硝反应器12。导流板结构如图2所示。

经验证，矿热炉的出口烟气直接进入SCR脱硝反应器12时，系统脱硝效率随着运行时间的增加，脱硝效率越来越低，约从80％降低到30％左右，且在烟气高温段，在高于420℃会造成催化剂失活；采用本实用新型的自适应温度调节脱硝工艺后，系统脱硝效率能长期保持在70％以上。

本说明书中所描述的上述内容仅仅是对本实用新型所作的举例说明。本实用新型中所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施案例，做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型中说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型中的保护范围。

Claims (13)

1.一种适用于高浓度粉尘、高温度波动烟气的SCR脱硝装置，配合锅炉使用并对其烟气进行脱硝，其特征在于：在烟气流动方向依次设置旋风除尘器用于初步除尘、自适应温度调节及超细粉尘预清除装置以自适应调控烟气温度并清除超细粉尘和SCR脱硝反应器用于脱除NOx，所述自适应温度调节及超细粉尘预清除装置通往SCR脱硝反应器的烟道上配设喷氨装置；

所述自适应温度调节及超细粉尘预清除装置包括立式罐、布设在立式罐内的蓄热体和声波发生装置，烟气流经立式罐内蓄热体时温度实现自适应调节且部分超细粉尘被蓄热体吸附，同时配设在立式罐内的声波发生装置对超细粉尘进行团聚、清除。

2.如权利要求1所述的适用于高浓度粉尘、高温度波动烟气的SCR脱硝装置，其特征在于：所述立式罐至少设有二个；

所述立式罐内设声波发生装置，所述声波发生装置包括位于立式罐顶部的第一声波发生器和位于立式罐下端的第二声波发生器；

所述第一声波发生器发生的声波具有高声压级、低频率的特性用于粉尘团聚；

所述第二声波发生器选用高声压级、宽频率范围的声波发生器用于粉尘清除。

3.如权利要求2所述的适用于高浓度粉尘、高温度波动烟气的SCR脱硝装置，其特征在于：所述第一声波发生器的声波频率为1200Hz-1400Hz，声压级135dB-155dB。

4.如权利要求2所述的适用于高浓度粉尘、高温度波动烟气的SCR脱硝装置，其特征在于：所述第一声波发生器并排设置两组，每组交替发生声波。

5.如权利要求2-4任一权利要求所述的适用于高浓度粉尘、高温度波动烟气的SCR脱硝装置，其特征在于：所述第二声波发生器的声波频带30-2100Hz、声压级125dB-153dB。

6.如权利要求2-4任一权利要求所述的适用于高浓度粉尘、高温度波动烟气的SCR脱硝装置，其特征在于：所述第二声波发生器选用间歇式工作发生声波。

7.如权利要求1-4任一权利要求所述的适用于高浓度粉尘、高温度波动烟气的SCR脱硝装置，其特征在于：所述蓄热体的比热容为2.4-2.5kJ/(kg·K)。

8.如权利要求7所述的适用于高浓度粉尘、高温度波动烟气的SCR脱硝装置，其特征在于：所述蓄热体平行、整齐堆砌在立式罐内，并与立式罐内壁预留间隙用作蓄热体的膨胀缝。

9.如权利要求8所述的适用于高浓度粉尘、高温度波动烟气的SCR脱硝装置，其特征在于：所述蓄热体选用正六边形。

10.如权利要求1-4、8、9任一权利要求所述的适用于高浓度粉尘、高温度波动烟气的SCR脱硝装置，其特征在于：所述立式罐在烟气入口设置第二烟道段，所述第二烟道段呈下坡方向设置，以下坡方向倾斜地通入烟气至立式罐。

11.如权利要求1-4、8、9任一权利要求所述的适用于高浓度粉尘、高温度波动烟气的SCR脱硝装置，其特征在于：所述立式罐下端连接有一锥形斗，所述的锥形斗下端连接有重锤式锁气器；所述的重锤式锁气器下端连接有集灰罐，当锥形斗中的粉尘积累到一定重量后，经重锤式锁气器后落入集灰罐。

12.如权利要求1-4、8、9任一权利要求所述的适用于高浓度粉尘、高温度波动烟气的SCR脱硝装置，其特征在于：所述旋风除尘器为多个旋风子切向连接组成，所述旋风除尘器去除粒径大于5μm的粉尘。

13.如权利要求1-4、8、9任一权利要求所述的适用于高浓度粉尘、高温度波动烟气的SCR脱硝装置，其特征在于：所述的自适应温度调节及超细粉尘预清除装置与喷氨装置之间的烟道内设有导流板，所述喷氨装置与SCR脱硝反应器之间的烟道内设置有导流板。

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