专利名称：一种烟气选择性催化还原脱硝设备的制作方法
技术领域：
一种烟气选择性催化还原脱硝设备技术领域[0001]本实用新型涉及一种烟气选择性催化还原脱硝设备。
技术背景[0002]烟气是热电厂的主要排放物之一，通过可燃物在燃烧器(即锅炉)中燃烧产生。 由于烟气中通常含有大量的氮氧化物NOx(如NO)，这些氮氧化物如果直接排放到大气 中，会导致腐蚀性很强的酸雨，因此烟气在排放之前必须经过脱氮(即脱硝)处理。[0003]目前运用比较成熟的烟气脱硝技术之一为选择性催化还原6CR)工艺，SCR 脱硝工艺的化学反应原理为在催化剂存在的条件下，在烟气中喷入脱硝剂(尿素或者 氨)，在特定的温度范围内与烟气中的NOx进行选择性还原反应生成氮气(N2)和水蒸气 (H2O)。由于SCR脱硝的温度为280-420°C，而烟气的温度通常为800°C甚至1000°C以 上，为了实现烟气的降温，目前通常的做法是在催化剂床层前增设一个省煤器(即换热 器)。对于包括两个垂直段和一个水平段的η型烟道，省煤器通常设置在包墙过热器 的集箱所在的垂直段内，即包墙过热器的集箱到所述省煤器的顶部的距离小于所述包墙 过热器的集箱到水平段与垂直段相邻的位置的距离，从而限制了催化剂床层的厚度。此 外，由于烟气中存在大量的灰尘，这些灰尘在经过烟道时会沉积在催化剂床层上，从而 使脱硝的效率降低。[0004]并且，与选择性非催化还原6NCR)工艺相比，SCR的脱硝效果好。但是， SCR工艺需要有足够的空间设置催化剂床，并且，SCR的脱硝率也仅为60%以下，有待进一步提高。[0005]另外，对于包括两个垂直段和一个水平段的π型烟道，省煤器通常设置在包墙 过热器的集箱所在的垂直段内，即包墙过热器的集箱到所述省煤器的顶部的距离小于所 述包墙过热器的集箱到水平段与垂直段相邻的位置的距离，从而限制了催化剂床层的厚 度。此外，由于烟气中存在大量的灰尘，这些灰尘在经过烟道时会沉积在催化剂床层 上，从而使脱硝的效率降低。实用新型内容[0006]本实用新型的目的是为了克服现有技术SCR工艺存在的脱硝率较低且催化剂床 层容易破坏的缺点，提供一种脱硝效率较高且不容易导致催化剂床层被破坏的烟气选择 性催化还原脱硝装置。[0007]本实用新型的发明人发现，由于尾部烟道的容积较大，同时受锅炉本身结构和 位置的限制，脱硝剂的送入位置非常受限，因而进入尾部烟道的脱硝剂在尾部烟道的分 布通常都不均勻。而脱硝剂的均勻性对于SCR系统的脱硝效率影响很大。如果进入SCR 催化剂的氨分布不均勻，对于氨浓度大的部位将加速催化剂的失效，对于氨浓度小的部 位又达不到设计的脱硝效率，并且氨分布不均将必然造成局部氨逃逸量超标。因此，使 氨在尾部烟道的均勻分布是提高SCR系统脱硝效率的关键所在。[0008]本实用新型提供了一种烟气选择性催化还原脱硝设备，该设备包括由包墙过热 器围成的烟道，沿烟气的流动方向，烟道内依次设置有脱硝剂供给装置和省煤器，其 中，所述烟道包括第一垂直段、第二垂直段和水平段，所述水平段的两端分别与第一垂 直段的上部和第二垂直段的上部连通，所述省煤器位于第二垂直段内，包墙过热器的集 箱位于第二垂直段的底部，第二垂直段和水平段之间设置有挡板，所述包墙过热器的集 箱到所述省煤器的顶部的距离为所述包墙过热器的集箱到挡板顶部的距离的85-100% ； 该设备还包括扰动装置和催化反应器，所述扰动装置位于所述脱硝剂供给装置和催化反 应器之间的烟道内，所述催化反应器与第二垂直段的底部连通。[0009]本实用新型提供的烟气选择性催化还原脱硝设备，通过在烟道内脱硝剂供给装 置和催化剂床层之间增加扰动装置，使得脱硝剂在烟道内均勻分布，从而既避免了局部 氨浓度过大导致的催化剂快速失效的问题，同时也避免了局部氨浓度过小导致的达不到 设计的脱硝效率的问题，而且也避免了由于氨分布不均造成局部氨逃逸量超标的问题。[0010]并且，本实用新型通过使包墙过热器的集箱到所述省煤器的顶部的距离为所述 包墙过热器的集箱到挡板顶部的距离的85-100%，在保证省煤器侧面不被烟气直接冲刷 腐蚀的情况下，能够使省煤器下方的烟道的空间尽可能大，从而可以预留出更大的空间 来设置催化剂床层。[0011]另外，本实用新型通过使集箱位于所述催化反应器的上部，能够防止催化剂床 层因受热不均或位置不平整而导致的对催化剂床层的破坏。
[0012]图1为本实用新型提供的烟气选择性催化还原脱硝设备的结构示意图；[0013]图2为本实用新型提供的烟气选择性催化还原脱硝设备中涉及扰动装置部分的 局部旋转剖视图；[0014]图3为显示本实用新型提供的烟气选择性催化还原脱硝设备中扰动装置的管状 物的端口朝向的示意图；[0015]图4为本实用新型的一种实施方式中的烟气选择性催化还原脱硝设备中省煤器 的结构示意图；[0016]图5为本实用新型的一种实施方式中的烟气选择性催化还原脱硝设备中省煤器 的换热片的结构示意图；[0017]图6为本实用新型的另一种实施方式中的烟气选择性催化还原脱硝设备中省煤 器的换热片的结构示意图。
具体实施方式
[0018]
以下结合附图对本实用新型进行详细的说明。[0019]如图1所示，本实用新型提供了一种烟气选择性催化还原脱硝设备，该设备包 括由包墙过热器9围成的烟道1，沿烟气的流动方向，烟道1内依次设置有脱硝剂供给装 置2和省煤器3，其中，所述烟道1包括第一垂直段a、第二垂直段c和水平段b，所述水 平段b的两端分别与第一垂直段a的上部和第二垂直段c的上部连通，所述省煤器3位于 第二垂直段c内，包墙过热器9的集箱10位于第二垂直段c的底部，第二垂直段c和水平段b之间设置有挡板11，所述包墙过热器9的集箱10到所述省煤器3的顶部的距离为 所述包墙过热器9的集箱10到挡板11顶部的距离的85-100%;该设备还包括扰动装置5 和催化反应器6，所述扰动装置5位于所述脱硝剂供给装置2和催化反应器6之间的烟道 内，所述催化反应器6与第二垂直段c的底部连通。[0020]本实用新型中，所述烟道1由金属管围成，金属管中可以通入热交换介质，从 而能够充分利用烟气中的热。优选情况下，所述金属管例如可以是碳钢管、不锈钢管、 铜管、钛管或者各种金属合金管等。[0021]根据本实用新型的烟气选择性催化还原脱硝设备，所述包墙过热器9的集箱10 位于第二垂直段c的底部，所述催化反应器6与第二垂直段c的底部连通。通过将催化 反应器6设置为与包墙过热器9的集箱10的底部连通，一方面烟气可以进入所述催化反 应器6进行选择性催化还原反应，另一方面能够防止催化剂床层因受热不均或位置不平 整而导致的对催化剂床层的破坏。[0022]所述催化反应器6可以为各种能够用于烟气选择性催化还原脱硝的反应器，具 体可以根据催化剂的形式进行选择，例如，所述催化反应器6可以为底部具有孔隙或者 缝隙的槽型反应器，槽型反应器的侧壁与烟道1的第二垂直段c的底部侧壁连接。[0023]按照本实用新型提供的烟气选择性催化还原脱硝设备，所述催化反应器6内装 有催化剂床层4，所述催化剂床层4的厚度可以在很大范围内改变，优选为1.5-2.0米。[0024]所述催化剂床层4可以根据所需达到的脱硝率进行适当选择。通常，要求获得 的脱硝率越高，在其他条件相同的情况下，催化剂床层4的厚度也越大。在同样脱硝率 的情况下，烟气的流速越大，催化剂床层4的厚度也就越大。[0025]形成所述催化剂床层4的所述催化剂可以是各种能够催化脱硝剂与氮氧化物NOx 反应，使氮氧化物NOxR化为氮气的催化剂，优选为金属氧化物催化剂。[0026]例如，所述金属氧化物可以是V205、Fe2O3> CuO> Cr2O3> Co3O4> NiO> CeO2> La2O3> Pr6O11 > Nd2O3> Gd2O3> Yb2O3 中的一种或多种，优选 V205。进一步优选 所述催化剂是分散在TiO2上、以V2O5为主要活性组分、WO3或MoO3为助催化剂的钒钛 体系，即\^205-\￥03/^02或\^205-^/[003/^02。由于SCR反应中大量飞灰的存在，为防 止堵塞、减少压力损失、增加机械强度，优选将上述\^205-\￥03/^02或\^205-^/[003/1102 催化剂固定在不锈钢板表面或制成蜂窝陶瓷状，形成不锈钢波纹板式和蜂窝陶瓷的结构 形式。上述催化剂可以商购得到，例如可以购自日本触媒化成、日立公司、德国雅佶隆 公司以及美国的Cormetech公司。[0027]尽管各种能够实现扰动功能的扰动装置均可实现本实用新型的目的，例如，所 述扰动装置5可以为固定式均流装置，如均流板。但由于这种固定式均流装置需要通过 多次均流才能实现使脱硝剂与烟气的均勻混合，从而需要多组均流板，因而需要较大的 空间。因此，优选情况，如图2所示，所述扰动装置5为管状物，该管状物穿过烟道1的 壁，一端端口位于烟道1中。进一步优选情况下，为了更好的获得扰动效果，如图3所 示，管状物位于烟道1中的端口的朝向Y与烟气流动方向X的夹角α为70-90°角(图 2为本实用新型提供的烟气选择性催化还原脱硝设备中涉及扰动装置部分的局部旋转剖视 图，即将图1所示的烟气选择性催化还原脱硝设备从扰动装置3左侧部分截取，并将截取 部分旋转90°后得到图2)。6[0028]为了使得脱硝剂在进入催化剂床层4之前与烟气充分混合均勻，所述扰动装置5 位于所述脱硝剂供给装置2和催化反应器6之间的烟道内。优选情况下，所述管状物位 于烟道1中的端口与所述催化剂床层4之间的路程为所述催化剂床层厚度的5-10倍。其 中，所述管状物位于烟道1中的端口与所述催化剂床层4之间的路程指在烟气选择性催化 还原脱硝反应过程中，烟气从所述管状物位于烟道1中的端口行进至催化剂床层4的表面 实际走过的距离。[0029]所述管状物可以为一个或多个，优选为3-10个。进一步优选所述多个管状物沿 烟道1的径向或周向分布。[0030]综合考虑扰动效果和对扰动装置的设备要求，本实用新型优选所述烟道1的 横截面积与所述管状物的位于烟道1中的端口的总面积之比为5000-50000 1。进 一步优选所述烟道1的横截面积与所述管状物的位于烟道？中的端口的总面积之比为 20000-30000 1。[0031]根据本实用新型的一种实施方式，该设备还包括扰动介质提供装置(图1中未示 出)，扰动介质提供装置为扰动装置5提供扰动介质。所述扰动介质提供装置可以是各种 能够提供扰动介质的装置，如高压钢瓶或泵。所述扰动装置5的一端端口与扰动介质提 供装置连通，另一端端口则穿过所述烟道1的壁而伸入所述烟道1内。[0032]根据本实用新型的第二种实施方式，所述扰动介质为不与烟气和脱硝剂反应的 惰性介质，根据现场情况和成本核算确定，优选是水蒸气、空气、氮气和元素周期表中 第零族元素中的一种或多种，从而不会因扰动而给烟气引入新的杂质，脱硝后的烟气能 够直接排放。[0033]根据本实用新型的第三种实施方式，所述扰动介质为烟气或者含脱硝剂和烟气 的混合物。所述作为扰动介质的烟气可以是经过脱硝处理或未经脱硝处理的烟气。当 使用未经脱硝处理的烟气作为扰动介质时，一方面无需外界供给扰动介质，另一方面还 能够使未经脱硝处理的烟气在起到扰动作用后也能获得脱硝效果。而使用含脱硝剂和 烟气的混合物时，特别是是用氨氮摩尔比符合脱硝反应的含脱硝剂和烟气的混合物作为 扰动介质时，扰动介质的通入还不会导致烟气和脱硝剂的混合物中脱硝剂浓度的大幅降 低。因此本实用新型优选所述扰动介质为未经脱硝处理的烟气或者含脱硝剂和烟气的混 合物，尤其优选所述扰动介质为含脱硝剂和烟气的混合物，更为优选NOx的氨氮摩尔比 为0.5-1.1 1的脱硝剂和烟气的混合物。[0034]本实用新型中，所述省煤器3和扰动装置5之间的在烟道1内的先后关系没有特 别限定，省煤器3可以位于所述扰动装置5与所述脱硝剂供给装置2之间，也可以位于所 述扰动装置5与所述催化反应器6之间，但优选情况下，所述省煤器3位于所述扰动装置 5和催化反应器6之间。[0035]所述省煤器3实质上是一种换热器，可以为本领域技术人员公知的各种换热 器。从提高换热效率和减少占用空间的角度出发，如图4所示，所述省煤器3优选包括 换热管8和多个换热片7，所述换热管8穿过所述换热片7，并且换热管8的外壁与换热 片7紧密接触。[0036]所述换热片7的结构可以根据换热的需要和换热管8的尺寸改变，例如，如图5 所示，所述换热片7上形成有与所述换热管8的尺寸匹配的空间。[0037]如图6所示，在另一种实施方式中，每个换热片7包括多个板体，该板体具有凹 槽且相邻的两个板体中的凹槽彼此相对，形成与换热管8的形状相适应的空间，所述换 热管8穿过该空间与换热片7紧密接触。[0038]在一种优选实施方式中，所述多个换热片7平行排列，所述换热管8多次往返地 依次穿过多个平行排列换热片7，形成平行的多行和多列的换热管阵列。[0039]在另一种优选实施方式中，所述多个换热片7平行排列，所述换热管8为多个， 多个换热管8依次穿过多个平行排列的换热片7，形成平行的多行和多列的换热管阵列。[0040]在本实用新型中，所述省煤器3中的换热片7的数量可以在很大范围内改变，可 以根据换热的需要以及尺寸的需要进行调整，优选情况下，多个平行排列的换热片7的 总厚度可以为单行或单列换热管8长度的10-20%，更优选的情况下，多个平行排列的换 热片7中相邻的两个换热片7的距离可以为1-5厘米，多个平行排列的换热片7中每个换 热片7的厚度可以为0.5-5厘米。[0041]在本实用新型中，所述换热片7的大小可以在很大范围内改变，可以根据换热 的需要即尺寸的需要进行调整，优选情况下，穿过每个所述换热片7的换热管8的总截面 积可以占该换热片7单面面积的10-50%。所述换热管8的尺寸没有特别的限定，可以选 用各种常规的换热管尺寸，例如，所述换热管8的截面积可以为10-100平方厘米。[0042]此外，在所述省煤器3中，所述换热管8排列的密度可以在很大范围内改变，优 选情况下，平行的多行或多列的换热管8中相邻的两行或两列换热管8的距离可以为5-25 厘米。[0043]在本实用新型的一种优选实施方式中，所述换热管8与多个换热片7形成一体结 构。[0044]根据本实用新型的烟气选择性催化还原脱硝设备，所述包墙过热器9的集箱10 位于第二垂直段C的底部，所述第二垂直段C和水平段b之间设置有挡板11，所述包墙过 热器9的集箱10到所述省煤器3的顶部的距离为所述包墙过热器9的集箱10到挡板11 顶部的距离的85-100%，这样可以防止烟气直接冲刷省煤器3的侧面，从而避免所述省 煤器3的侧面腐蚀。[0045]在一种优选实施方式中，所述包墙过热器的集箱10到所述省煤器3的顶部的距 离为所述包墙过热器的集箱10到挡板11顶部的距离的100%，即省煤器3的顶部与挡板 11的顶部持平，这样能够使省煤器3下的体积最大化，以便于使用。[0046]本实用新型中，所述挡板11位于所述水平段b和所述第二垂直段c之间的连接 部处，并且所述挡板11的下端与所述水平段b的底部紧密接触，从而可以防止烟气不经 省煤器3而直接进入第二垂直段C。所述挡板11的材质可以为各种耐高温和烟气腐蚀的 材料，例如，所述挡板11可以由不锈钢、铜板或者各种合金板制成。[0047]根据本实用新型，所述脱硝剂供给装置2可以是各种能够用于提供脱硝剂的装 置，优选情况下，所述脱硝剂供给装置2为管道，该管道穿过烟道1的壁，伸入烟道1 中，伸入烟道1中的管道上形成有开口。优选情况下，所述管道1可以为多个，每根伸 入烟道1中的管道上的开口可以为多个。[0048]在一种优选的实施方式中，所述多个管道沿烟道1的轴向排列，更优选的情况 下，每根伸入烟道1中的管道上的多个开口沿所述管道的轴向分布。[0049]所述脱硝剂供给装置2的管道的另一端与脱硝剂源连通。所述脱硝剂源可以是 脱硝剂储罐，所述脱硝剂可以是各种能够与NOx反应从而降低烟气中NOx含量的试剂， 例如可以是氨。所述脱硝剂优选以其水溶液的形式使用，所述溶液的浓度已为本领域技 术人员所公知，可以为脱硝剂所能达到的各种浓度。为了降低脱硝剂的用量，优选所述 脱硝剂以其饱和溶液的形式使用。[0050]本实用新型的烟气选择性催化还原脱硝设备使用时，通过脱硝剂供给装置2将 脱硝剂送入烟道1内，与烟气在烟道1中混合，得到脱硝剂与烟气的混合物，在所述脱硝 剂与烟气的混合物通过省煤器3之前或之后，将扰动介质由扰动介质提供装置提供给扰 动装置5，扰动装置5将扰动介质注入烟道1，对该脱硝剂和烟气的混合物进行扰动，从 而使脱硝剂和烟气混合均勻后通过省煤器3进入催化反应器6，进而通过催化剂床层4， 进行催化脱硝。[0051]烟气选择性催化还原脱硝的条件包括，温度可以为280-420°C，优选为 300-400°C,烟气的体积空速可以为200-20000小时―1，优选为1000-10000小时、以氮 元素计，脱硝剂中氮与烟气中NOx的氮(以NO计)的摩尔比(简称氨氮摩尔比)可以为 0.5-1.1 1，优选为 0.7-1 1。
权利要求1.一种烟气选择性催化还原脱硝设备，该设备包括由包墙过热器围成的烟道，沿烟 气的流动方向，烟道内依次设置有脱硝剂供给装置和省煤器，其特征在于，所述烟道包 括第一垂直段、第二垂直段和水平段，所述水平段的两端分别与第一垂直段的上部和第 二垂直段的上部连通，所述省煤器位于第二垂直段内，包墙过热器的集箱位于第二垂直 段的底部，第二垂直段和水平段之间设置有挡板，所述包墙过热器的集箱到所述省煤器 的顶部的距离为所述包墙过热器的集箱到挡板顶部的距离的85-100% ；该设备还包括扰 动装置和催化反应器，所述扰动装置位于所述脱硝剂供给装置和催化反应器之间的烟道 内，所述催化反应器与第二垂直段的底部连通。
2.根据权利要求1所述的烟气选择性催化还原脱硝设备，其特征在于，所述扰动装置 为管状物，该管状物穿过烟道的壁，一端端口位于烟道中。
3.根据权利要求2所述的烟气选择性催化还原脱硝设备，其特征在于，管状物位于烟 道中的端口的朝向与烟气流动方向的夹角为70-90°。
4.根据权利要求2所述的烟气选择性催化还原脱硝设备，其特征在于，所述催化反应 器内装有催化剂床层，所述管状物位于烟道中的端口与所述催化剂床层之间的路程为所 述催化剂床层厚度的5-10倍，其中，所述管状物位于烟道中的端口与所述催化剂床层之 间的路程指在烟气选择性催化还原脱硝反应过程中，烟气从所述管状物位于烟道中的端 口行进至催化剂床层的表面实际走过的距离。
5.根据权利要求2、3或4所述的烟气选择性催化还原脱硝设备，其特征在于，所述 管状物为多个。
6.根据权利要求5所述的烟气选择性催化还原脱硝设备，其特征在于，所述管状物的 数量为3-10个。
7.根据权利要求5所述的烟气选择性催化还原脱硝设备，其特征在于，所述多个管状 物沿烟道的径向或周向分布。
8.根据权利要求5所述的烟气选择性催化还原脱硝设备，其特征在于，所述烟道的横 截面积与所述管状物的位于烟道中的端口的总面积之比为5000-50000 1。
9.根据权利要求1或2所述的烟气选择性催化还原脱硝设备，其特征在于，该设备还 包括扰动介质提供装置，扰动介质提供装置为扰动装置提供扰动介质。
10.根据权利要求1所述的烟气选择性催化还原脱硝设备，其特征在于，所述省煤器 包括换热管和多个换热片，所述换热管穿过所述换热片，并且换热管的外壁与换热片紧 密接触。
11.根据权利要求10所述的烟气选择性催化还原脱硝设备，其特征在于，每个换热片 包括多个板体，该板体具有凹槽且相邻的两个板体中的凹槽彼此相对，形成与换热管的 形状相适应的空间，所述换热管穿过该空间与换热片紧密接触。
12.根据权利要求10或11所述的烟气选择性催化还原脱硝设备，其特征在于，所述 多个换热片平行排列，所述换热管多次往返地依次穿过多个平行排列的换热片，形成平 行的多行和多列的换热管阵列；或者所述多个换热片平行排列，所述换热管为多个，多个换热管依次穿过多个平行排列 的换热片，形成平行的多行和多列的换热管阵列。
13.根据权利要求12所述的烟气选择性催化还原脱硝设备，其特征在于，平行的多行或多列换热管中相邻的两行或两列换热管的距离为5-25厘米。
专利摘要一种烟气选择性催化还原脱硝设备，该设备包括由包墙过热器围成的烟道，沿烟气流动方向，烟道内依次设置有脱硝剂供给装置和省煤器，该设备还包括催化反应器，烟道内还设置有位于脱硝剂供给装置和催化反应器之间的扰动装置，烟道包括第一垂直段、第二垂直段和水平段，水平段的两端分别与第一垂直段和第二垂直段的上部连通，省煤器位于第二垂直段内，包墙过热器的集箱位于第二垂直段的底部，第二垂直段和水平段之间设置有挡板，包墙过热器集箱到省煤器顶部的距离为包墙过热器集箱到挡板顶部的距离的85-100％；催化反应器与第二垂直段的底部连通。该设备易于将脱硝剂与烟气混合均匀，为催化剂床层预留出更大的空间，不会对催化剂床层产生破坏。
文档编号B01D53/56GK201807297SQ20102025969
公开日2011年4月27日 申请日期2010年7月13日 优先权日2010年5月21日
发明者周国民, 唐建城, 李振忠, 王松峰, 赵海军 申请人:中国神华能源股份有限公司, 北京国华电力有限责任公司, 神华国华国际电力股份有限公司北京热电分公司