CN214075972U - 一种用于低温scr脱硝的氨水制氨设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于低温SCR脱硝的氨水制氨设备，包括氨水输送系统、热风系统和SCR反应系统，氨水输送系统包括依次连接的氨水储罐、氨水输送泵、氨水调节阀和氨水喷枪；热风系统包括助燃风机、热风炉、循环风机和喷射格栅；SCR反应系统包括依次连接入口烟道、SCR反应器、出口烟道。利用热风炉产生的高温气体与调温气体混合形成的补热气体作为氨水蒸发的高温稀释风，在进行烟气补热的同时实现氨水蒸发，制备出氨气体积浓度低于5％的混合气用于SCR脱硝，简化了工艺流程，降低了设备投资成本和氨水蒸发能耗，节能环保，经济实用。

Description

一种用于低温SCR脱硝的氨水制氨设备

技术领域

本实用新型涉及环保技术领域，尤其涉及一种用于低温SCR脱硝的氨水制氨设备。

背景技术

氨水是SCR脱硝常用的还原剂之一，目前最常见的氨水制氨方法是：(1)稀释风经电加热器加热后，送入氨水蒸发器中；(2)氨水经压缩空气雾化成微小液滴后也送入氨水蒸发器中；(3)在蒸发器内，氨水从加热后的稀释风中吸热蒸发，同时与稀释风混合形成氨气空气混合气。

在上述过程中，稀释风流量需同时满足两个条件：(1)保证氨水蒸发后形成的氨气空气混合气温度不低于150℃；(2)保证氨气空气混合气中氨体积浓度不超过5％。研究发现，氨水蒸发器入口稀释风温度越高，所需的稀释风流量及加热电耗越小。以100kg/h质量浓度20％的氨水为例，氨水蒸发器入口稀释风温度不同时，所需的稀释风流量和加热电耗变化情况见表1。

表1稀释风流量及加热电耗与稀释风温度的关系

稀释风温度/℃	200	250	300	350	400	450	500	550	600	650
											混合气温度/℃	150	150	150	150	150	150	150	150	150	150
稀释风量/Nm<sup>3</sup>/h	4395	2197	1465	1099	879	732	628	549	488	439
											加热电耗/kW	308	198	162	145	134	127	123	119	117	115
混合气氨浓度/％	0.58	1.12	1.62	2.10	2.54	2.96	3.35	3.72	4.08	4.41

由表1可见，随着稀释风温度提高，加热电耗降低，加热成本随之降低。但是，温度过高，会超过设备及管道常用材料的耐受范围，同时氨气易氧化为一氧化氮；另一方面，随着稀释风流量的降低，混合气中氨浓度越来越接近5％。根据表1数据，稀释风温度达到450℃后，加热电耗不再随稀释风温度提高有明显变化，且在此温度下氨气不会氧化为一氧化氮。因此采用450℃左右的稀释风，在技术上和经济上具有明显优势。

除了利用电加热将稀释风加热至450℃左右外，还可以通过燃料燃烧的方式产生450℃左右的气体用于氨水蒸发。以产生1000Nm³/h温度450℃的高温稀释风为例，不同产生方式的运行成本见表2。

表2不同高温稀释风产生方式运行成本对比

产生方式	电加热	天然气燃烧	焦炉煤气燃烧	高炉煤气燃烧
					能耗	173.5kW	17.4m<sup>3</sup>/h	38.3m<sup>3</sup>/h	164.8m<sup>3</sup>/h
单价/元	0.56	2.63	0.5	0.1
					运行成本/元/h	97.2	45.8	19.2	16.5

由表2可见，产生等量的450℃稀释风，采用天气热、焦炉煤气、高炉煤气的能耗成本分别是电加热成本的47.12％、19.75％、16.97％。采用燃料燃烧的方式可以显著节约运行能耗，而采用电加热的方式产生高温稀释风能耗很高。

另一方面，为了满足脱硝催化剂的运行温度要求，在低温SCR脱硝系统中通常设有热风炉。高炉煤气/焦炉煤气/天然气等燃料气通过热风炉燃烧产生高温气体，高温气体最终与烟气混合，使烟气温度升高到满足催化剂性能要求。但在实际应用中，烟气补热系统和氨水蒸发系统通常分别进行设计和建设，造成整体工艺复杂，且设备投资成本高。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种用于低温SCR脱硝的氨水制氨设备。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种用于低温SCR脱硝的氨水制氨设备，包括：

氨水输送系统，包括氨水储罐、氨水输送泵、氨水调节阀和氨水喷枪，所述氨水储罐、所述氨水输送泵、所述氨水调节阀和所述氨水喷枪依次连接；

热风系统，包括助燃风机、热风炉、循环风机和喷射格栅，所述助燃风机与所述热风炉的入口端相连接，所述循环风机也与所述热风炉相连接，所述氨水喷枪还与所述热风炉相连接；

SCR反应系统，包括入口烟道、SCR反应器和出口烟道，所述入口烟道、所述SCR反应器和所述出口烟道依次连接；所述喷射格栅设置在所述入口烟道中，并与所述热风炉的出口端相连接。

进一步地，所述助燃风机的出口还与所述循环风机的入口相连接。

进一步地，所述氨水喷枪与所述热风炉的接口位于所述循环风机与所述热风炉接口的下游。

进一步地，所述氨水喷枪为双流体雾化装置。

进一步地，所述氨水喷枪的数量为4～8个。

一种基于上述的用于低温SCR脱硝的氨水制氨设备的用于低温SCR脱硝的氨水制氨方法，包括以下步骤：

所述助燃风机将环境空气同时输送至所述热风炉内和所述循环风机入口。

在助燃空气作用下，燃料气在所述热风炉内燃烧产生高温气体。

所述循环风机从所述出口烟道内抽取脱硝后的净烟气，净烟气与环境空气混合形成调温气体。调温气体进一步经所述循环风机输送至所述热风炉的炉膛内，并与燃料气燃烧产生的高温气体混合形成补热气体。

所述氨水储罐内的氨水经所述氨水输送泵输送及所述氨水调节阀计量后，通过所述氨水喷枪喷入到所述热风炉的炉膛内。

氨水在从补热气体中吸热蒸发，同时被补热气体稀释成氨体积浓度小于5％的混合气，混合气经所述喷射格栅喷入到所述入口烟道内与烟气混合。

烟气通过所述入口烟道进入所述SCR反应器，在所述SCR反应器内完成脱硝反应，脱硝后的净烟气通过所述出口烟道排放至下游设备中。

优选地，所述燃料气在热风炉内燃烧产生高温气体温度为700～800℃。

优选地，所述净烟气与环境空气混合形成调温气体的温度为120～250℃。

优选地，所述调温气体与高温气体在热风炉内混合形成补热气体温度为400～450℃。

本实用新型具有如下有益效果：

为了满足脱硝催化剂的运行温度要求，高炉煤气/焦炉煤气/天然气等燃料气通过热风炉燃烧产生高温气体，高温气体最终与烟气混合，使烟气温度升高到满足催化剂性能要求。本实用新型利用热风炉产生的高温气体与调温气体混合形成的补热气体作为氨水蒸发的高温稀释风，在进行烟气补热的同时实现氨水蒸发，制备出氨气体积浓度低于5％的混合气用于SCR脱硝，简化了工艺流程，降低了设备投资成本。同时，利用燃气燃烧产生高温稀释风的方式可以大幅节约氨水蒸发能耗，节能环保，经济实用。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种用于低温SCR脱硝的氨水制氨设备的结构示意图。

图例说明：

1-氨水储罐；2-氨水输送泵；3-氨水调节阀；4-氨水喷枪；5-助燃风机；6-热风炉；7-循环风机；8-喷射格栅；9-入口烟道；10-SCR反应器；11-出口烟道。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1，本实用新型提供的一种实施例：本实用新型提供一种用于低温SCR脱硝的氨水制氨设备，包括：

氨水输送系统，包括氨水储罐1、氨水输送泵2、氨水调节阀3和氨水喷枪4，氨水储罐1、氨水输送泵2、氨水调节阀3和氨水喷枪4依次连接；

热风系统，包括助燃风机5、热风炉6、循环风机7和喷射格栅8，助燃风机5与热风炉6的入口端相连接，循环风机7也与热风炉6相连接，氨水喷枪4还与热风炉6相连接；

SCR反应系统，包括入口烟道9、SCR反应器10和出口烟道11，入口烟道9、SCR反应器10和出口烟道11依次连接，喷射格栅8设置在入口烟道9中，并与所述热风炉6的出口端相连接。

其中，优选地，助燃风机5的出口还与循环风机7的入口相连接。

其中，优选地，氨水喷枪4与热风炉6的接口位于循环风机7与热风炉6接口的下游。

一种基于上述用于低温SCR脱硝的氨水制氨设备的用于低温SCR脱硝的氨水制氨方法，是将氨水转换为氨气并投入到烟道中的方法，氨气与烟气混合，并通过脱硝催化剂与烟气中的氮氧化物反应生成氮气以达到脱硝的目的，包括以下步骤：

第一步，助燃风机5将环境空气同时输送至热风炉6内和循环风机7入口。

第二步，在助燃空气作用下，燃料气在热风炉6内燃烧产生高温气体。

第三步，循环风机7从出口烟道11内抽取脱硝后的净烟气，净烟气与环境空气混合形成调温气体，调温气体进一步经循环风机7输送至热风炉6的炉膛内，并与燃料气燃烧产生的高温气体混合形成补热气体。

第四步，氨水储罐1内的氨水经氨水输送泵2输送及氨水调节阀3计量后，通过氨水喷枪4喷入到热风炉6的炉膛内。

第五步，氨水在从补热气体中吸热蒸发，同时被补热气体稀释成氨体积浓度小于5％的混合气，混合气经喷射格栅8喷入到入口烟道内9与烟气混合。

第六步，烟气通过入口烟道9进入SCR反应器10，在SCR反应器10内完成脱硝反应，脱硝后的净烟气通过出口烟道11排放至下游设备中。

优选地，所述燃料气在热风炉6内燃烧产生高温气体温度为700～800℃。本用于低温SCR脱硝的氨水制氨设备，利用热风炉产生的高温气体与调温气体混合形成的补热气体作为氨水蒸发的高温稀释风。空气中的氮在高温下会氧化生成氮氧化物，即热力型NOx。热力型NOx生成量随温度升高而增大，当温度低于1350℃时，热力型NOx生成量很少，当温度高于1500℃时热力型NOx生成量按指数规律迅速增加。另外，温度较高时，氨气会与氮氧化物发生选择性非催化还原(SNCR)，SNCR反应过程在消耗大量的氨气的同时脱硝效率仅有20％～40％，氨水消耗量高于SCR脱硝，运行成本随之提高，而氨水的SNCR反应最佳温度区间为870～1100℃。最后，温度过高会超过设备及管道常用材料的耐受范围。基于上述原因，用于低温SCR脱硝的氨水制氨设备，通过调整燃料气与空气的比例，将燃料气在热风炉内燃烧产生的高温气体控制在700～800℃。

优选地，所述净烟气与环境空气混合形成调温气体的温度为120～250℃。本用于低温SCR脱硝的氨水制氨设备，利用环境空气与净烟气混合形成调温气体，保证进入循环风机的调温气体的温度在120～250℃之间。常用高温风机的最高使用温度一般不超过250℃，而低温SCR脱硝运行温度在140～280℃之间。温度较高时，风机需要价格昂贵的耐高温材料，因此当净烟气温度高于250℃时需采取降温措施。将净烟气降温至120～250℃，一方面避免烟气温度超过风机材料承受范围；另一方面避免温度过低烟气中的水分凝结成液滴，对风机造成损坏或腐蚀。

优选地，所述调温气体与高温气体在热风炉6内混合形成补热气体温度为400～450℃。本用于低温SCR脱硝的氨水制氨设备，调温气体与高温气体在热风炉内混合形成的补热气体温度为400～450℃。在此温度范围内氨水蒸发能耗成本较低，并且避免了SNCR反应的发生。同时，将部分净烟气循环用作调温，可以减少温度较低的环境空气的使用量，减少燃料气的消耗量，降低运行成本，在技术上和经济上均具有明显优势。

优选地，所述氨水喷枪4为双流体雾化装置，数量为4～8个。

本用于低温SCR脱硝的氨水制氨设备，利用热风炉产生的高温气体与调温气体混合形成的补热气体作为氨水蒸发的高温稀释风，在进行烟气补热的同时实现氨水蒸发，制备出氨气体积浓度低于5％的混合气用于SCR脱硝，简化了工艺流程，降低了设备投资成本。同时，利用燃气燃烧产生高温稀释风的方式可以大幅节约氨水蒸发能耗，节能环保，经济实用。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (5)

1.一种用于低温SCR脱硝的氨水制氨设备，其特征在于，包括：

氨水输送系统，包括氨水储罐(1)、氨水输送泵(2)、氨水调节阀(3)和氨水喷枪(4)，所述氨水储罐(1)、所述氨水输送泵(2)、所述氨水调节阀(3)和所述氨水喷枪(4)依次连接；

热风系统，包括助燃风机(5)、热风炉(6)、循环风机(7)和喷射格栅(8)，所述助燃风机(5)与所述热风炉(6)的入口端相连接，所述循环风机(7)也与所述热风炉(6)相连接，所述氨水喷枪(4)还与所述热风炉(6)相连接；

SCR反应系统，包括入口烟道(9)、SCR反应器(10)和出口烟道(11)，所述入口烟道(9)、所述SCR反应器(10)和所述出口烟道(11)依次连接，所述喷射格栅(8)设置在所述入口烟道(9)中，并与所述热风炉(6)的出口端相连接。

2.根据权利要求1所述的用于低温SCR脱硝的氨水制氨设备，其特征在于：所述助燃风机(5)的出口还与所述循环风机(7)的入口相连接。

3.根据权利要求1所述的用于低温SCR脱硝的氨水制氨设备，其特征在于：所述氨水喷枪(4)与所述热风炉(6)的接口位于所述循环风机(7)与所述热风炉(6)接口的下游。

4.根据权利要求1所述的一种用于低温SCR脱硝的氨水制氨设备，其特征在于：所述氨水喷枪(4)为双流体雾化装置。

5.根据权利要求4所述的一种用于低温SCR脱硝的氨水制氨设备，其特征在于：所述氨水喷枪(4)的数量为4～8个。

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