一种烟气脱硝设备的制作方法

文档序号:4984591阅读:124来源:国知局
专利名称:一种烟气脱硝设备的制作方法
技术领域
一种烟气脱硝设备技术领域[0001 ] 本实用新型涉及一种烟气脱硝设备。
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主要有两种选择性催化还原6CR)工艺 和选择性非催化还原脱硝(SNCR)工艺。SCR和SNCR脱硝工艺的化学反应原理都是 一样的,都是将脱硝剂(例如尿素或者氨)与烟气接触,使脱硝剂与烟气中的NOx进 行选择性还原反应生成氮气(N2)和水蒸气(H2O)。SNCR工艺一般在锅炉的炉膛内即燃 烧区(800-1250°C )进行选择性还原反应。SCR工艺则是在烟道内设置催化剂床层,在 280-420°C温度下,在催化剂存在的条件下进行催化选择性还原反应。[0004]SNCR和SCR各有利弊,SNCR的优点是不需要价格昂贵的催化剂床,缺点是 脱硝效果较差,脱硝率一般不超过40%。SCR的缺点则是需要使用价格昂贵的催化剂 床,而且需要有足够的空间设置催化剂床,优点则是脱硝效果较SNCR好,脱硝率一般 为60%以下。[0005]因此,如何高效地脱除烟气中的氮氧化物仍然是一个亟待解决的技术问题。 实用新型内容[0006]本实用新型的目的在于克服现有脱硝工艺存在的脱硝效率不高的问题,提供一 种能够高效地脱除烟气中的氮氧化物的烟气脱硝设备。[0007]本实用新型提供了一种烟气脱硝设备,该烟气脱硝设备包括烟道以及沿烟气流 动方向依次设置在该烟道内的脱硝剂供给装置和催化剂床层,其中,该烟气脱硝设备还 包括设置在脱硝剂供给装置和催化剂床层之间的烟道内的扰动装置,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,所述脱硝剂供给装置位于第一垂直段内,所述催化剂床层位于第二垂直 段内,所述脱硝剂供给装置到第一垂直段的底部的距离与所述第一垂直段的底部到顶部 的距离的比值为10-25 30。[0008]根据本实用新型的烟气脱硝设备实现了烟气选择性非催化还原反应与烟气选择 性催化还原反应的联合,提高了烟气的脱硝效率。并且,根据本实用新型的烟气脱硝设 备在所述催化剂床层与脱硝剂供给装置之间设置扰动装置,所述扰动装置用于对烟气进 行扰动,将烟气与脱硝剂混合均勻,从而既避免了局部氨浓度过大导致的局部催化剂床 层失效加速和局部氨逃逸量超标的问题,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。


[0009]图1为根据本实用新型的烟气脱硝设备的一种实施方式;[0010]图2为根据本实用新型的烟气脱硝设备的扰动装置的结构示意图;[0011]图3为显示本实用新型的烟气脱硝设备的扰动装置的管状物的端口朝向的示意 图。
具体实施方式
[0012]
以下结合附图对本实用新型进行详细地描述。[0013]如图1所示,根据本实用新型的烟气脱硝设备包括烟道1以及沿烟气流动方向依 次设置在该烟道1内的脱硝剂供给装置2和催化剂床层4,其中,该烟气脱硝设备还包括 设置在脱硝剂供给装置2和催化剂床层4之间的烟道1内的扰动装置3,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,所述脱硝剂供给装置2位于第一垂直段a内,所述催化剂 床层位于第二垂直段c内,所述脱硝剂供给装置2到第一垂直段a的底部的距离与所述第 一垂直段a的底部到顶部的距离的比值为10-25 30。[0014]根据本实用新型的烟气脱硝设备包括烟道1,一方面,所述烟道1用于引导烟气 按照预定方向流动;另一方面,所述烟道还可以作为对烟气进行脱硝处理的场所。根据 本实用新型的烟气脱硝设备,所述烟道1包括第一垂直段a、水平段b和第二垂直段c, 既可以降低烟道的高度,提高烟道的安全性,又便于同时在烟道内安装脱硝剂供给装置 2和催化剂床层4,从而实现烟气选择性催化还原反应与烟气选择性非催化还原反应的联 用,进而提高烟气脱硝效率。[0015]所述第一垂直段a的高度、水平段b的长度以及第二垂直段c的高度之间的比值 可以根据具体的使用场合进行适当的选择。[0016]根据本实用新型的烟气脱硝设备包括设置在第一垂直段a内的脱硝剂供给装置 2。所述烟气脱硝剂供给装置2用于向烟气提供脱硝剂,从而使得烟气内的氮氧化物与脱 硝剂进行还原反应,实现脱硝的目的。根据本实用新型的烟气脱硝设备,所述烟气脱硝 剂供给装置2设置在第一垂直段a内,并且所述烟气脱硝剂供给装置2到第一垂直段的底 部的距离A与所述第一垂直段a的顶部到底部的距离B的比值为10-25 30,这样可以 确保进入所述烟道1内的烟气温度处于800-1300°C内,从而可以使通过脱硝剂供给装置2 进入所述烟道1内的脱硝剂与烟气中的氮氧化物进行烟气选择性非催化还原反应。更优 选地,所述脱硝剂供给装置2到第一垂直段a的底部的距离A与所述第一垂直段a的底部 到顶部的距离的比值为15-23 30。[0017]根据本实用新型的烟气脱硝设备还包括设置在第二垂直段C内的催化剂床层4, 脱硝剂与烟气一起进入所述催化剂床层4,进行选择性催化还原反应,从而实现SNCR与 SCR的联合,提高了烟气的脱硝效率。[0018]所述催化剂床层4在第二垂直段C内的位置可以根据第一垂直段a和水平段b的 尺寸进行适当地选择,只要使得进入所述催化剂床层4的烟气与脱硝剂的混合物的温度 满足烟气的选择性非催化还原反应(即,进入所述催化剂床层4的烟气与脱硝剂的混合物 的温度处于280-420°C的范围内)的要求即可。[0019]本实用新型中的催化剂床层4中的催化剂可以是各种能够使氮氧化物NOxRK 为氮气的催化剂,优选为金属氧化物催化剂。所述金属氧化物如V205、Fe203> CuO、 Cr2O3> Co3O4> NiO> CeO2> La2O3> Pr6O11 > Nd2O3> Gd2O3> Yb2O3 中的一种或多种,优选%05。进一步优选所述催化剂是分散在TiO2上、以%05为主要活性组分、\^03或 MoO3为助催化剂的钒钛体系,即%05-W03/Ti02或%05-Mo03/Ti02。优选所述催化剂 床层4为将上述%05-W03/Ti02或%05-Mo03/Ti02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。[0020]相对于烟气选择性非催化还原反应而言,烟气选择性催化还原反应对于烟气中 脱硝剂的分布是否均勻更为敏感。脱硝剂在烟气中的分布不均勻不仅将导致催化剂床层 内局部脱硝剂脱硝效率低,还将使得催化剂失效加速和/或局部脱硝剂逃逸量超标。因 此,根据本实用新型的烟气脱硝设备还包括扰动装置3,所述扰动装置3位于所述脱硝剂 供给装置2和所述催化剂床层4之间,用于对烟气进行扰动,从而在烟气和脱硝剂进入所 述催化剂床层4之前,将烟气与脱硝剂混合均勻,避免由于脱硝剂在烟气中分布不均勻 而引起的催化剂失效加速、局部脱硝剂脱硝效率低的问题。[0021]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3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。本实用新型的发明人在实践中发现,通过向烟道到喷射为气体的扰动介质可以对 烟气产生扰动效应,提高脱硝剂在烟气分布的均勻性。[0022]如图2所示,根据本实用新型,所述扰动装置3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。优选情况下,为了更好的获得扰动效果,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(如图3所示)。[0023]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3 位于脱硝剂供给装置2和催化剂床层4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4的厚度的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。[0024]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。[0025]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1中的端口的总面积之比为 20000-30000 1。[0026]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3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3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。5[0027]所述扰动介质可以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。[0028]所述扰动介质也可以为烟气或者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。而使用脱硝剂和烟气的混合物时,特别是使用氨氮摩尔 比符合脱硝反应的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。因此优选所述扰动介质为未经脱硝 处理的烟气或者脱硝剂和烟气的混合物,尤其优选所述扰动介质为脱硝剂和烟气的混合 物,更为优选以氮元素计,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)为0.5-1.1 1的脱硝剂和烟气的混合物。[0029]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中混合并进行SNCR脱硝反应,得到SNCR脱硝后 的反应产物,将扰动介质由扰动介质提供装置提供给扰动装置3,扰动装置3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 催化剂床层4,进行选择性催化脱硝。[0030]所述烟气与所述脱硝剂发生选择性非催化还原反应的条件包括温度优选为 800-1300°C更优选为800-1100°C,以氮元素计,脱硝剂中氮与烟气中NOx(以NO计)的 氮的摩尔比(简称氨氮摩尔比)可以为0.5-2 1,优选为0.8-1.5 1,在该温度下接触 的时间优选为0.1-2秒,更优选为0.5-1秒。上述温度可以通过选择所述脱硝剂供给的位 置从而利用该温度段烟气本身的温度来实现,因而无需额外供热或降温。上述选择性非 催化还原的温度需要严格控制,当温度高于1300°C时,氨就被氧化为NOx,即发生下述 反应[0031]4ΝΗ3 + 502<=> 4Ν0+6Η20[0032]而当温度低于800°C时,前述选择性非催化还原反应在无催化剂存在下不能发生。[0033]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、优选为1000-10000小时Λ
权利要求1.一种烟气脱硝设备,该烟气脱硝设备包括烟道以及沿烟气流动方向依次设置在 该烟道内的脱硝剂供给装置和催化剂床层,其特征在于,该烟气脱硝设备还包括设置在 脱硝剂供给装置和催化剂床层之间的烟道内的扰动装置,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,所述脱硝剂供给装置位于第一垂直段内,所述催化剂床层位于第二垂直段内,所述 脱硝剂供给装置到第一垂直段的底部的距离与所述第一垂直段的底部到顶部的距离的比 值为 10-25 30。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硝设备,其特征在于,所述脱硝剂供给装置到第一垂 直段的底部的距离与所述第一垂直段的底部到顶部的距离的比值为15-23 30。
3.根据权利要求1所述的烟气脱硝设备,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,使得一端端口位于所述烟道内。
4.根据权利要求3所述的烟气脱硝设备,其特征在于,所述管状物位于所述烟道内的 端口的朝向与烟气流动方向的角度α为70-90°。
5.根据权利要求2所述的烟气脱硝设备,其特征在于,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。
6.根据权利要求3-5中任意一项所述的烟气脱硝设备,其特征在于,所述管状物为多个。
7.根据权利要求6所述的烟气脱硝设备,其特征在于,所述多个所述管状物沿烟道的 径向或周向分布。
8.根据权利要求3所述的烟气脱硝设备,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8所述的烟气脱硝设备,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20000-30000 1。
10.根据权利要求1或3所述的烟气脱硝设备,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。
专利摘要一种烟气脱硝设备,该烟气脱硝设备包括烟道以及沿烟气流动方向依次设置在该烟道内的脱硝剂供给装置和催化剂床层,该烟气脱硝设备还包括设置在脱硝剂供给装置和催化剂床层之间的烟道内的扰动装置,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,所述脱硝剂供给装置位于第一垂直段内,所述催化剂床层位于第二垂直段内,所述脱硝剂供给装置到第一垂直段的底部的距离与所述第一垂直段的底部到顶部的距离的比值为10-25∶30。所述烟气脱硝设备将SNCR与SCR联用,并设置了扰动装置,将烟气与脱硝剂混合均匀,避免了局部催化剂床层失效加速和局部氨逃逸量超标。
文档编号B01D53/78GK201807298SQ20102025969
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
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