CN86101184A - 烟道气处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明为烟道气处理装置，带有一个加热器和一个除氮氧化物装置。除氮氧化物装置位于除硫氧化物装置下游。在除氮氧化物装置的下游还装有一个热交换器，它用以使除氮氧化物装置放出的处理过的气体与燃烧用的空气进行热量交换。这样，处理后的气体的废热量就能有效地利用，而加热烟道气所需要的热量便可以减少。

Description

本发明是关于一种处理烟道气的装置，它可以消除由锅炉、工业炼炉、煤气轮机和其他处理废物的燃烧设备放出的烟道气中的氮氧化物和硫氧化物，以下将各种氮氧化物称为NOx、各种硫氧化物称为SOx。

最近，日本用于燃烧的燃料品种正由重油改变为煤。这是由于重油供应紧张，为了减少对石油的依赖性而代之以煤。公用事业公司所需的大功率电站的燃煤锅炉正在建造，但是作为燃料，和石油燃料相比，煤具有较差的可燃性能，而且氮氧化物和硫氧化物以及未燃烧的物质很容易进入燃煤锅炉的烟道气中。为了减少氮氧化物的释放，已经采取措施减慢煤的燃烧，这些措施包括：将燃烧火焰分割成几部分;使烟道气循环使用;两级燃烧;或者在氮氧化物被释放到外部以前于炉内加以清除。

在燃煤的发电站中，锅炉并不总是在满负荷状态下操作，而是满负荷的75%，50%或25%等各种负荷情况，或者使锅炉在不连续状态下操作，例如，按照每日点火一停炉（Daily    Start-Stop）的安排（以下简单称之为“DSS安排”）或按照每周点火-停炉（weekly    Start-stop）的安排（以下简称为“WSS安排”）。这就是说，可以在这种中间负荷状态下操作的燃煤电站是很需要的。

另一方面，一个具有很好的起动性能的燃气轮机和一个余热回收锅炉的联合体，即所谓的联合装置，现在正在建造。这样，除燃煤锅炉以外，又有一种处于中间负荷状态的动力装置满足发电需要。这种装置应该按照“DSS或WSS安排”仅仅在从星期一到星期五的白天工作，以满足大功率要求，在夜间或星期六或星期日或假日停止工作。

但是，按照对烟道气中氮氧化物和硫氧化物浓度的更加严格的限制，已经越来越多地建造这样一些可在中间负荷状态下工作的电站，它们不但具备常规的改进燃烧条件方面的措施，而且具备处理烟道气的装置，例如用干法催化还原消除氮氧化物的装置，即在催化剂存在下，用氨气作还原剂消除氮氧化物的装置，或者消除硫氧化物的装置。

图14和15代表装置的工艺流程图，这种装置用以处理来自锅炉的烟道气，它基于一种典型的平衡气流体系，按照先有技术安装的一套除硫氧化物的装置和一套除氮氧化物的装置。

图14中，除氮氧化物装置被装配在节热器下游，于是这个装置称为“后节热器体系”（After-Economizer    System）。图5中，除氮氧化物的装置配置在除硫氧化物装置的下游，于是这个装置称为“后脱硝体系”（After-De    NOx    System）。

图14中，被鼓风机1增压的空气在空气加热器2中与流经烟道气管道3的烟道气进行热交换而被加热，热空气经过管道4进入锅炉5作为燃烧时用的空气。锅炉5中燃烧生成的烟道气通过节热器6后通向除氮氧化物的装置。中途，氨气作为还原氮氧化物的气体通过注射管道8注入烟道气中。流经管道3的在除氮氧化物装置中被处理的烟道气的余热在空气加热器2中得到回收，烟道气到达集尘器9进行除尘。然后烟道通过一个吸风机10，一个气-气加热器11和风扇12导向除硫氧化物装置13。在除硫氧化物装置中，烟道气必须在较低的温度下进行处理（通常这一处理是通过湿法处理或半湿法处理的）。在装置13中经过除硫氧化物处理的烟道气通过烟囱14释放出去时，还有白烟存在，于是，就装设了气-气加热器11，以使用未处理的烟道气再加热处理过的气体。气-气加热器11用以降低通向湿法除硫氧化物装置13的烟道气的温度，以便在水冷却过程中减少水的气化。

按照所说的“后节热器体系”除氮氧化物装置7装设在最适于除氮氧化物的温度区域，即锅炉5（节热器6）的出口处，除硫氧化物装置也是装设在最适于除硫氧化物的温度区域。

另一方面，按照“后脱硝体系”，除硫氧化物装置13装设在除氮氧化物装置7的上游，这样就先除硫氧化物，后除氮氧化物，如图15所示。来自风扇12的烟道气在装置13中脱除硫氧化物，再通过气-气加热器11、气-气加热器15和风扇16（为除氮氧化物装置所设）导向加热器17，在加热器17中，脱除硫氧化物后的气体被加热到除氮氧化物所要求的最适宜温度范围300℃到400℃。然后，被处理的烟道气与氨气混合，氨气来自氨注射管道8，烟道气在装置7中进行除氮氧化物处理后，通过气-气加热器15，经由烟囱14排入大气。

但是，常规的“后节热器体系”和“后脱硝体系”均有以下问题。就是说，在“后节热器体系”的烟道气处理装置中，氮氧化物的消除是在除去硫氧化物之前进行的，于是从除氮氧化物装置7中漏出的氨有和烟道气中的硫氧化物结合的倾向，结果产生的硫酸氢铵沉淀在空气加热器2的部件上，这样就会阻塞各部件之间的空隙。况且，在集尘器9中回收的灰尘有被漏出的氨污染的趋向，这就引起各种问题。还有，来自除硫氧化物装置的废水也有被漏氨污染的倾向，这就增加了废水的含氮量进而引起所谓的营养品富集现象。

在后节热器体系中，用于燃烧的空气（由空气管道4引入）在空气加热器2中的漏进烟道气（通常估计这种漏量大约为7%），于是处理烟道气装置的负荷量就增加了，继而通风系统的负荷量（包括增压风风扇1，增压风扇10，除硫氧化物装置的风扇12）也随之增加，这也就导致能量消耗的增加。

为了解决这些问题，已经设想了各种类型的处理烟道气装置。例如，集尘器9装设在除氮氧化物装置7的上游，这样灰尘被氨污染的问题可以解决，但是来自除硫氧化物装置13的废水被氨污染的问题并未解决。于是在后脱硝体系中，将除氮氧化物装置7装设在烟道气处理装置下游最远的地方，以解决漏氨问题，如图15所示。

按照后脱硝体系方式，集尘器9中回收的灰尘不被漏氨污染，用作水泥材料等时有较高的效用，没有氨的气味，排出去不会造成对雨水等的污染。

况且，来自除硫氧化物装置的废水不被漏氨污染，也就不需要除渗氮的处理。进入除氮氧化物装置7的烟道气中不含硫的成分，这样脱硝催化剂的寿命就可以保持较长的时期。但是后脱硝体系有一个热量利用的问题，即大量的热能基本丢失，这是因为在图15所示的后脱硝体系中，除硫氧化物装置13的风扇12出口处（也就是除硫氧化物装置13的入口处）的气体温度是140～150℃，而在装置13出口处理后的气体被冷却到40～50℃，这样在烟道气通到除氮氧化物装置7之前，还必须将其加热到除氮氧化物所需要的适宜温度300～400℃，这靠加热器17来完成。这样一来，在除硫氧化物和除氮氧化物两个设备之间如何进行有效的热回收就成为后脱硝体系的关键所在，为此目的，目前已采用两个气-气加热器11和15进行热回收，其中气-气加热器15对生产费用有更大的影响。气-气加热器15是用以使加热器17进口处的烟道气和除氮氧化物装置出口处的处理过的气体进行热量交换的，加热器17的加热效率，即所用燃料的量，取决于气-气加热器15的热交换效率。热交换效率越高，加热器17进口处的烟道气温度越高，与除氮氧化物装置7进口处的烟道气温度差到越小，这样加热器17所用燃料可以节省，但是热交换效率自然会有一个极限值，甚至在使用具有高热交换效率的气-气加热器15的情况下，通向加热器17的烟道气的温度也仅仅增加30～50℃。加热器17装在除硫氧化物装置13的下游，而且只能使用含硫量低的燃料。换句话说，燃料费用将会提高，当处理锅炉（商用电站等）的大量烟道气时，甚至温度提高30℃至50℃也意味着生产费用的大大增加。就是说，如何回收这种高价燃料燃烧生成的热量，以便降低燃料费用，在整体设备中已成为需要解决的问题。

本发明的目的是为了克服先有技术中的缺点并提供一种处理烟道气的装置，当除氮氧化物的装置安装在除硫氧化物装置的下游时，加热烟道气所需热量的损失量可以减少，烟道气处理装置的负荷量不会因空气加热器中空气的漏入而有任何增加。

本发明是基于对除氮氧化物装置的出口处烟道气的有效利用。至今为止，可以大量回收热量的处理过的气体是被放空的。本发明利用在空气加热器中燃烧空气的方法，回收除氮氧化物装置位于除硫氧化物装置下游的被处理过的气体的热量。在本发明中，甚至在后脱硝体系的烟道气处理设备中，加热烟道气所需的热量也可以被节省，以达到节省能量的目的。由烟囱放出的热量减到最小程度，以有效地利用废热。

下面将通过具体实施详细叙述本发明的内容，参见附图。

图1是按本发明的具体实施处理烟道气的示意图。

图2是上述具体实施的详细工艺流程图。

图3是本发明另一具体实施工艺流程示意图。

图4是本发明处理烟道气的其它具体实施的控制系统程序方框图。

图5是特征曲线图，表明负荷和被处理气体流量（SV比）之间的关系，以及负荷和为保持出口氮氧化物的恒定浓度所需反应温度之间的关系。

图6是特征曲线图，表明催化剂的温度特性。

图7是特征曲线图，表明负荷和所需氮气流量之间的关系。

图8是一特征曲线图，表明负荷和所需燃料流量之间的关系。

图9是一特征曲线图，表明当负荷迅速增加时，反应器进口温度和出口温度的变化情况，以及用摩尔比调整的出口氮氧化物浓度的变化情况。

图10是按本发明其它具体实施处理烟道气的加热器工艺流程图。

图11是一个前燃烧器的详细剖面图，这个燃烧器用于图10所示的设备中。

图12是本发明中所使用的前燃烧器的另一种具体实施的剖面图。

图13是按本发明其它具体实施的处理烟道气的加热器。

图14和15各为先有技术中的烟道气处理装置示意流程图。

图1是一烟道气处理装置的示意流程图，它是本发明的一具体实施流程。其中燃烧用的空气由增压通风风扇1增压，在空气加热器18中被来自除氮氧化物装置的处理过的烟道气加热，再由空气管道4供给锅炉作为燃烧时用的空气。由锅炉5来的燃烧烟道气在节热器6中进行热量回收，再在气-气加热器11中被通过烟道气管道3来自除硫氧化物装置13的处理后的烟道气进行热量回收，然后通到集尘器9，被风扇12压入除硫氧化物装置13中。

在设备13中烟道气通常用湿法处理，或者用半湿法处理，这样烟道气的温度降低了。经过处理的烟道气在气-气加热器11中被加热，被风扇16增压通到除氮氧化物装置中，导入加热器17中，在其中加热到可以消除氮氧化物的温度（通常为350℃左右，相当于节热器6出口处的气体温度，节热器6位于锅炉5的出口处），接着，烟道气在除氮氧化物装置7中进行后脱硝处理。加热器17通常采用这样一种型式：即通过一个燃烧器等，使经过处理的烟道气和燃烧烟道气直接混合，从而达到对经过处理的烟道气进行加热的目的。加热以后，通过氨气注入管道8将氨气注入到烟道气中，烟道气在装置7中进行脱硝处理，再在空气加热器18中由通向锅炉5的燃烧用的空气进行热量回收，由风机10加压以后通过烟囱14排到大气中。

图2是一流程图，表示图1中处理烟道气的具体实施，其中除硫氮氧化物装置13和除氮氧化物装置7设有旁路管线，而且还设有控制线路。

图2中，在除硫氧化物装置13附近装设一个脱硫旁路通管路（a-b-e-c），在除氮氧化物装置7附近装设一个脱硝旁路通管路（a-d-e-b-c），还为它们提供了开关阀19a，19b，19c和19d。通过脱硫旁通管路（a-b-e-c），脱硝旁通管路（a-d-e-b-c），开关阀18a，18b，18c和18d，13和7就可以有选择性地操作了。在通风系统中，可以通过燃烧用的空气的流量计（FX）20来控制气流调节器21，从而控制增压通风风扇1的操作，这和以前的工艺相同。而通过锅炉炉灶压力计（PX）22可以控制气流调节器23和24，从而控制风机10的操作。除硫氧化物装置前的风扇12的操作是通过控制气流调节器25进行的，而气流调节器25则是由装置13的进口和出口间的压力差来控制的，这和先有技术相同。这样，通风系统基本上可以按照和先有技术相同的控制系统进行操作了。

加热器17的操作是通过检测除氮氧化物装置的进口处的气体温度，进而控制阀28来执行的，气体温度的检测由气体温度检测器（TE）26来完成的，阀28位于通往加热器17的燃料管道27上，这样检测到的温度便是除氮氧化物的最适宜的温度。设置的温度可以等于锅炉出口处的气体温度或者可以是一个恒定的气体温度而不考虑锅炉的负荷。热量最终可以在锅炉一边的空气加热器18中被回收，因此，如何在锅炉一边获得热量平衡才是重要的。

在图1和2中所示的装置中，可以得到下面的效果。第一种效果是当把锅炉5和烟道气处理装置作为一个整体考虑时，热量损失最小。就是说，当最终从烟囱14放出的热量也考虑在这个系统中，除氮氧化物装置上游的加热器17所提供的热量全部被炉一边的空气加热器18回收了，没有实质性热量损失。

第二种效果是没有增加烟道气处理装置的负荷量，而是和先有技术具有相同的负荷，这是因为烟道气的热交换是在锅炉一边的加热器18中进行的，这个加热器位于集尘器9、除硫氧化物装置13和除氮氧化物装置7的后面，这样在空气加热器18中漏进烟道气的空气只是从烟囱14中释放出去而不再经过其他装置。这一效果是显著的，因为在空气加热器18中，例如当7%的空气量漏进烟道气，则风机10、除氮氧化物装置的风扇16等的功率就要增加7%，并且要多装入7%的催化剂以维持除氮氧化物装置中SV值不变。而在本发明中就不存在这种负荷量的增加。

第三种效果是，图15所示的先有技术总共需要三个热交换器，即空气加热器2，气-气加热器11和气-气加热器15，而在本发明中，只需要两个热交换器，即气-气加热器11和空气加热器18。况且，在先有技术中，气-气加热器11和气-气加热器15中高温气体和低温气体之间的温差小，不如本发明中空气加热器18中的温差大，这样为了增加热交换能力，以前的加热器就必须具备大的传热面积，这是先有技术存在的经济问题。另一方面，本发明的空气加热器18能够有大的温差，就是说能用较小的传热面积进行热量交换。这样本发明就是经济节约的。从前面的叙述中明显看出，本发明能够解决以前的工艺中存在的问题，这些问题是：当除氮氧化物装置7设在除硫氧化物13的下游时，由于对烟道气的补充加热而增加了操作费用;由于在空气加热气18中空气的漏进而增加了处理烟道气装置的负荷量等等。还有，可以减少热交换器的个数。这样，利用本发明可以收到明显的效果。

在图1中，由于在集尘器9的下游安装了气-气加热器11′，可以避免气-气加热器11和集尘器9的低温腐蚀。由于集尘器安装在气-气加热器11的上游，集尘器9可以处在高温体系中。

本发明的另一具体实施示于图3。在图3所示的烟道气处理装置中，空气加热器2用以使来自锅炉5的烟道气和燃烧用空气进行热交换，集尘器9安装在气-气加热器11的上游。气-气加热器15安装在除氮氧化物装置7的出口处，来自气-气加热器15的烟道气通过空气加热器18以回收热量。

在图3中，燃烧用的空气在空气加热器18中通过与烟道气进行热交换被加热，继而在空气加热器2中进一步加热，然后通到锅炉作为燃烧用的空气。锅炉5中燃烧生成的烟道气通过烟道气管道3到空气加热器2、集尘器9、除硫氧化物装置的风扇12再到气-气加热器11中被冷却，然后在除硫氧化物装置3中进行除硫氧化物的处理。装置13是基于例如湿法处理的。来自装置13的处理过的烟道气在气-气加热器11中通过热交换而被加热，在气-气加热器15中进一步被加热，再通入加热器17。在加热器17中被加热的烟道气与氨气混合，氨气从氨气注入管8中注入，这些烟道气在除氮氧化物装置7中进行处理，在气-气加热器15中冷却（例如冷至130℃），在空气加热器18中通过与燃烧用的空气进行热交换而进一步冷却（例如冷到100℃），最后从烟囱14中释放出去。来自增压通风风扇1的燃烧用的空气在空气加热器18中被加热，例如从30℃加热到60℃，在空气加热器18中达到的温升范围有希望达到在通常的蒸气空气预热器中得到的相同的温升范围。但是当温升范围太大时，安装在空气加热器2下游的集尘器9的负荷量将会增加，这是不利的。

在开始点燃锅炉5的时候，加热器18不能进行热量回收。这尤其不能算作一个问题，这和先有技术中锅炉刚点燃时的情况一样。在低负荷的时候，锅炉5出口点的烟道气温度降低，这样锅炉下游的烟道气温度也就降低了，随后，引入空气加热器18中的烟道气温度也降低了，于是通向锅炉5的燃烧用的空气的温度也降低了。在这种情况下，就只能对锅炉5补充一定量的燃料，补充燃料的数量和由于温度降低产生的温差相符合。

在前面叙述的具体实施中，烟道气的余热可以被有效地利用，这些余热目前是作为废热释放掉的。这样总体设备的燃料费用就减少了。就是说，如图3所示的装置中，按照先有技术，由烟囱14放出的气体温度是130℃左右，气-气加热器11出口点的烟道气温度，即将要导入气-气加热器15的烟道气温度大约是100℃。这样，即使气-气加热器15的热交换效率尽可能地提高，从气-气加热器15出来的烟道气的温度也不可能降到130℃左右以下。从这一事实可以看出，由于在加热器17中被加热，烟道气温度提高30℃，这是一个浪费。如果从气-气加热器15出来的烟道气可以于100℃时由烟囱14释放出去，热量就可以被完全回收。

在本发明中，烟道气被导入空气加热器18中，并与燃烧用的空气进行热交换，这些空气由增压风扇1提供，其温度约为30℃。因此在空气加热器18中可以将烟道气的热量加以回收，而这部分热量迄今为止都是被释放掉而未加利用的。

在先有技术中，空气加热器18是个蒸气加热器，用以维持空气加热器2的低温部分的温度，以使硫酸等的腐蚀性气体可以不在此部分冷凝。为达此目的，出口的平均温度维持在60℃左右。当烟囱14出口处的烟道气温度由空气加热器18保持在100℃时，空气加热器18出口点的空气温度经计算将是60℃左右，这样就不需要象先有技术那样用蒸气来预热空气，锅炉5所需要的燃料也就可以减少了。在某种情况下，这种蒸汽预热可以用来作为辅助手段，但是这时所用蒸气的量要比以前的工艺中的用量明显减少。

若是与燃烧用的空气进行热交换的来自锅炉5等的烟道气中含有硫的组分，那就需要使空气加热器2中低温部分的温度维持在腐蚀性气体的露点以上，这在上面已经叙述过。上面提到的具体实施中的空气加热器18是用来使燃烧用空气与干净烟道气进行热交换的，这种烟道气，也不存在低温腐蚀的问题。

当图3所示具体实施用在一个实际的燃煤锅炉装置时，为了计算锅炉燃料费用的降低情况，设定锅炉具有250，000千瓦的功率，每小时产生烟道气750，000标准立方米，由空气加热器18所提供的热量大约占锅炉5所消耗的总热量的1%，换句话说，可以减少1%的燃料费用。在实际锅炉装置中每小时消耗100吨煤，减少1%就是很明显的效果。

图4表示后脱硝体系中的燃料控制工艺流程图。在进行干法处理从烟道气中除去氮氧化物时，在基于后节热器体系的烟道气处理装置中，若烟道气温度是350℃到400℃，则催化剂可以维持较高的活性，而且可以在催化剂用量较小的情况下有效地除去氮氧化物。但是，在装置中要维持除氮氧化物装置7进口点的气体温度处于上面所说的温度范围，这并不总是容易做到的。尤其是在按照后脱硝体系设计的烟道气处理装置中，除硫氧化物装置13装在除氮氧化物装置7的上游，烟道气温度就会大幅度地降低到40℃到100℃。

在图4所示的具体实施中，气体温度计29装在加热器17的上游，气体温度计26装在氨气注入管8的下游，两个温度计都连在一个控制盒30上，以进行记忆和发出指令信号形成一个信号回路。

同样，在除氮氧化物装置7的出口点装有出口氮氧化物的浓度计，它也连在控制盒30上。另一方面，在为加热器17提供燃料F的燃料管道27上装有阀28，它由来自控制盒30的指令信号驱动，在控制盒30和阀28之间就形成了回路。

32表示一个辅助的控制盒，它接受来自氮氧化物浓度计33的信号，进而驱动氨气控制阀35，控制氨气摩尔比和烟道气流量，其中氮氧化物浓度计装在氨气注入管道8的上游，氨气控制阀35装在氨气供应管道34上。辅助控制盒32可以并入控制盒30。

在上面所说结构的装置中，在加热器17中被加热的烟道气和通过氨气注入管道8注入的氨气相混合，在除氮氧化物装置7中进行除氮氧化物的处理，通过出口管道导入气-气加热器15以回收热量，再从烟囱14中释放出去。供给加热器17的燃料通过阀28控制流量，流量的控制依赖于控制盒30的计算结果，这样除氮氧化物装置出口点的气体状态（氮氧化物的消除效率或氮氧化物的浓度）就可以通过来自氮氧化物浓度计31的信号维持在所期望的数值，这个浓度计31位于除氮氧化物装置7的出口点。注入的氨气的摩尔比通常控制为恒定值，注入的氨气流量可以通过测定通入除氮氧化物装置7的氮氧化物和绝对数值加以控制，这种测定是通过两个信号完成的，一个信号来自信号加热器17出口点的氮氧化物浓度计33，另一个信号是气体的流量，在测定氮氧化物绝对数量的基础上设定所需要的注入摩尔比。在这种情况下，作为一个增加响应速度的手段，气-气加热器15的烟道气的出口温度通过出口气体温度计29加以测定，加热器17的出口温度也用一个温度计测量（图中未标出来），为了产生一个先行的控制作用，在这些温度信号和负荷信号的基础上，会产生燃料的临时性增加。

在按照DSS安排操作时，或按照DSS安排操作产生的负荷的迅速波动的情况下，相对于气体温度的增加，催化温度的增加会有一个延迟，这种延迟可能在一个短时间内降低除氮氧化物的能力，在这种情况下，通入的氨气摩尔比必须增加，增加的氨的数量要和除氮氧化物的能力的减弱相匹配，以便防止产生除氮氧化物的能力的减弱。

图5表明了两种关系：一种是烟道气处理装置的负荷变化和所处理的气体流量比（相对于最大持续功率操作时的气体流量）之间的关系;一种是烟道气处理装置的负荷变化和所需要的反应气体温度之间的关系，这一反应温度应能在除氮氧化物装置7进口点的氮氧化物浓度保持恒定时使其出口点的氮氧化物浓度也能维持恒定值，即保持一个恒定的氮氧化物消除效率，从曲线图明显看出，当气体流量减少时，所需要的反应温度降低，加热器17所需要的热量也相应减少。在图1所示的装置中，对加热器17的燃料供应量就是根据这些关系进行调整的，以防止燃料F的不必要的消耗。图5的曲线图是根据这样一种情况画出的，即进口氮氧化物浓度是300ppm，氮氧化消除效率是80%，漏掉的氨是5ppm。

图6表明气体温度和氮氧化物消除效率之间的关系，随着气体温度降低，氮氧化物消除效率也降低，催化剂的活性也随着气体温度的降低而降低，但是可以大幅度地节约加热用的燃料F，这样注入的氨气的增量也就得到补偿。

图7表示（A）、（B）两种控制方法中负荷和氨气流量之间的关系。方法（A）是现在的装置所使用的保持恒定的摩尔比而控制气体温度的方法，方法（B）是常用的保持恒定的气体温度而控制摩尔比的方法。在现在的控制方法中，氨的流量总的来说稍有提高，但差别只是1%左右，并且基本上可以忽略不计。

图8表示负荷和供给加热器17的燃料流量（相对于最大持续功率时的燃料流量）之间的关系，该图还表明现在的控制方法（A）和传统的控制方法（B）相比，能够在整个的负荷范围内明显地减少燃料流量，尤其在低负荷范围内，这种效果是明显的。

在图9中，当负荷在T时突然增加，气体温度的增加基本上与负荷一致而催化剂床的温度的增加却有一个时间延迟T，这是因为催化剂具有限定的比热值。这样催化剂的活性就会有一个短时间降低，如果摩尔比保持恒定，则除氮氧化物装置出口点的氮氧化物浓度将会增加到P₁。在这样一个负荷突然增加的情况下，氨气控制阀35就会开得大一点，以短时间增加注入氨气的摩尔比，如Q₁所示，并防止了氮氧化物浓度的增加，如P₂所示。这些控制过程是由图4中的辅助控制盒30在一个很短的时间内完成的，因此在控制过程中没有产生时间延迟。

正如实际情况所表明的，加热烟道气时价格很高的燃料消耗可以明显减少，而仍维持较高的氮氧化物消除效率，于是本发明便是相当经济合算了。

图10表示一个除氮氧化物装置的工艺流程图，这一装置是按照再加热方式设计的。烟道气通过气-气加热器11，在这里和进行过除氮氧化物处理的烟道气进行热量交换，而本身被加热到大约250℃到300℃左右。在被加热的烟道气中，一部分被风扇36吸入旁路，并通向前燃烧器37，其中有一个催化燃烧器（燃烧催化剂）38作为催化燃烧装置。这些旁路的经处理的烟道气和燃料混合（例如气体燃料或液体燃料，最好是煤油），通过催化剂燃烧器38进行燃烧。在催化剂燃烧器38中，可以实现充分的引燃和燃烧，甚至当流入气体中氧气浓度只有大约5%～6%时，只要将流入气体（即燃料和烟道气的混合物）的温度调节到250℃～300℃，就可以实现充分燃烧。

在前面提到的具体实施中，当开始投入运转或其它原因使流入气体的温度处于燃点以下时，可以用辅助燃烧39将流入气体的温度提高到燃点以上。辅助燃烧器39燃烧时所用的空气由风机40提供，供应的空气量可以是燃料总量的10～15%。如详图11所示，一部分燃料在气室41中被烟道气预热后，通过喷嘴52到前燃烧器37的底部。其它部分的燃料通过一个支管辅助燃烧器39的喷嘴通到预混室43。

在图10中，管道44，46，49，51起着各自不同的作用。有了管道44，出口氮氧化物浓度计31可用以测定除氮氧化物装置出口点的氮氧化物浓度，进而相应地控制由氮气注入管道8提供的氨气流量;有了管道46，燃料流量计（Ff）45就可用以测定通向辅助燃烧器39的燃料的流量，进而相应地控制通向辅助燃烧器39的空气流量;有了管道49，空气进口温度检测器47就可用以测定前燃烧器37中的催化燃烧器38（催化剂床）进口处的温度，进而相应地控制燃料支管48中的燃料流量，这样温度可以比给定的数值更高一些;有了管道51，出口温度检测器50就可用以测定前燃烧器37的出口气体温度，进而控制通向前燃烧器37的气体流量，这样就使温度落在给定范围内。

用这种结构，通过与烟道气混合而得到一种大约2，000千卡/标准立方米的低热值的气体，加之燃烧过程发生在氧气浓度较低的区域，催化燃烧器38中的燃烧气体温度达到大约800℃到900℃左右，这也适合于催化燃烧器38的条件，因而也减轻了燃烧室53的负荷。

本发明对催化燃烧器38本身的形状和安装方法未加特殊限制，但是催化燃烧器38中催化剂床的高度大约150～200毫米左右较好，在这样的催化剂床规定范围内，压力降可以保持在低达约40～60毫米水柱。例如，较好的催化燃烧器38是一个氧化催化剂，如钯等，固定在铝载体上，但并不限于这一种情况。

来自前燃烧器37的烟道气在一个气体混合器中与烟道气混合，调节其温度以便适合在除氮氧化物装置7中反应，再与来自氨气注入管道8的氨气相混合，在除氮氧化物装置7中发生消除氮氧化物的反应，在气-气加热器11中预热烟道气之后，便从装置中释放出去，这在上面已有叙述。

图12表示本发明中所使用的前燃烧器的另一种具体设备的截面图，在烟道气供应部分装有一个辅助的燃烧器39。必要时，如开始引燃时，部分燃料在供给空气的条件下，在辅助燃烧器39中燃烧，燃烧气体和烟道气混合，混合气体供给前燃烧器37的预混室43，在这里进一步和来自燃料喷嘴52的主燃料混合，产生的混合物供给催化燃烧器38。

在这一具体实施中，烟道气供应部分和辅助燃烧器39成为一个整体，热效率得到进一步改善。

图13是本发明另一具体实施中的除氮氧化物装置的工艺流程图，它和图10所示的流程的区别在于前燃烧器37的出口处装有一个气-气加热器54，以便使风扇36提供的烟道气可以和前燃烧器37放出的热气体进行热交换，这种热交换可使供给前燃烧器的烟道气的温度提高到所期望的数值。由于来自前燃烧器37的燃烧气体在气-气加热器54中与烟道气进行了热交换，这一装置可以有效地工作。

下面是一个例子，它表明现在的装置的质量平衡与先有技术中的质量平衡相比较的结果。

对于一个350兆瓦输出功率的锅炉，通过湿法处理除去硫氧化物的装置每小时释放大约1.2×10⁶标准立方米的烟道气，这些烟道器被加热到350℃，再进行除氮氧化物的处理。质量平衡情况通过比较方式示于下表：

表

先有技术    本发明    备注

辅助燃料    2500〔1〕    2100〔0.84〕    Hu＝10，000

（标准立方米/小时）    千卡/标准立

方米

辅助燃烧的空气    33，000〔1〕    （2640）＊    ＊开始点燃时

（标准立方米/小时）    〔0.08〕

除氮氧化物装置进口点 1.234×10⁶1.200×10

的气体流量    〔1〕    （0.976）

（标准立方米/小时）

气体循环量    70，000〔1〕    95，000

（标准立方米/小时）    〔1.36〕

如上表所示，在本发明中有可能产生一种氧气浓度低的燃烧过程，辅助燃烧用的空气流量可以减少。这样燃烧烟道气的流量可以减少，辅助燃料的燃料流量也可以减少。从设备制造的观点来看，流通式燃烧器的体积也可以小一些。由于是在氧气浓度较低的条件下燃烧，烟道气中氮氧化物浓度就会降低，除氮氧化物装置中所需催化剂的量也可减少。

由于有效地利用了烟道气中所含的氧气，前燃烧器中的燃料是在催化剂存在时进行燃烧，就可以减少辅助燃料的流量和辅助燃烧所需空气的流量（可用更小的增压通风扇）;燃烧烟道气流量的增加和辅助燃烧时氮氧化物浓度的增加都可以得到抑制。况且，由于后脱硝体系的消除氮氧化物装置中催化剂用量的减少，由于它的实用性，由于设备的体积更小，本发明可以提供经济的烟道气处理装置。

本发明可以收到以下效果：

（1）在包括锅炉在内的整个烟道气处理装置中，由于热量损失少，有可能减少操作费用。

（2）从空气加热器中漏进空气经烟囱直接排放到大气中去，这样就不会增加烟道气处理装置的负荷，相反地，由于风扇等的功率减少，可使装置更加紧凑。

（3）只要两个热交换器就足够了，因此装置可以简化。热交换器中的温差加大了，对于相等热量的交换，只需要更小的传热面积。

（4）通往空气加热器的烟道气是不含氮氧化物和硫氧化物也不含灰尘的清洁烟道气，这样在空气加热器中就不存在腐蚀问题、阻塞问题等等。

本发明更加适合于用除氮氧化物装置补充装配已有的锅炉设备。除去硫氧化物之后再除氮氧化物这一操作的最大缺点是由于再加热引起的燃料费用增加，但这种缺点能够受到抑制。本发明可提供一套经济而又相当可靠的烟道气处理装置。

Claims (6)

1、一套烟道气处理装置，它配备有一个加热器和一个装在除硫氧化物装置下游的除氮氧化物装置，其特征在于它包括一个热交换器，用以使来自除氮氧化物装置的处理过的气体与燃烧用的空气进行热交换，这个热交换器装在除氮氧化物装置的下游。

2、按照权利要求1所述的装置，其特征在于其中的加热器配有一个控制回路，以便随着负荷的变化来设定烟道气的温度，这样可以维持我们所期望的氮氧化物消除百分率。这个控制回路通过控制通往加热器的燃料流量来保持我们所期望的烟道气温度。

3、按照权利要求1所述的装置，其特征在于其中的加热器配有一个前燃烧器，它用来进行催化燃烧，是一个烟道气加热装置。

4、按照权利要求1所述的装置，其特征是它设有为除去硫氧化物和氮氧化物的几条旁路管道通入除硫氧化物装置或除氮氧化物装置或同时通入二者。

5、按照权利要求3所述的装置，其特征在于其中的控制回路和另一个控制回路联合使用，后一个控制回路的作用是：当负荷有一个突然的短暂的波动时，可以增加注入氮氧化物消除剂的摩尔比，以防止氮氧化物浓度的暂时增加。

6、按照权利要求3所述的装置，其特征在于其中装有气-气加热器用以加热烟道气，在气-气加热器下游装有一个带催化燃烧装置的前燃烧器。

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