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NO1^BNO,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6NCR)工艺。SCR和SNCR脱硝工艺的化学反应原理都是一 样的，都是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)。[0004]SNCR工艺一般在800-1300°C锅炉的炉膛内喷入脱硝剂，将脱硝剂(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),并排出与脱硝剂接触后的烟气。SNCR工艺存在的问题是脱硝的效率低，一般 SNCR脱硝技术的脱硝效率在40%以下。[0005]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。SCR工艺的脱硝效率较SNCR相对较高，一般可达到 50-60%。[0006]而且，尽管SCR脱硝效果较SNCR工艺的好，但如上所述，SCR的脱硝率也 仅为60%以下，有待进一步提高。虽然通过进一步提高催化剂床层的厚度能够稍微提高 SCR的脱硝率，但由于催化剂比较昂贵，会导致成本大幅提高。[0007]另外，如上所述，SNCR在800-1300°C进行，脱硝后烟气的温度通常为800°C甚 至1000°C以上，为了实现烟气的降温，目前通常的做法是一方面使烟道由内装除盐水的 多个金属管(也称包墙过热器)围成，烟气中的高热量通过辐射等传递方式传递给金属管 内的除盐水，从而获得过热蒸汽。多个金属管汇集于包墙过热器的集箱，催化剂床层通 常位于烟道尾部且集箱的底部。另一方面在烟道的后部SNCR后增设一个省煤器(即换 热器)，省煤器由多个互相串联连接的换热管形成。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。[0008]尽管通过金属管和现有省煤器能够一定程度上降低SNCR后烟气的温度，但 是，SNCR烟气的温度仍然高达500°C以上。这样高的烟气排放温度，一方面不符合环保 要求，另一方面，烟气也带走大量的热量，不利于能源的再利用。而且将催化剂床层设 置在集箱底部的这种设置方式不仅会导致催化剂床层不平整，还会导致催化剂床层与集 箱接触部位与其他部位温度不一致，从而整个催化剂床层温度分布不均，容易对催化剂 床层造成破坏。实用新型内容[0009]本实用新型的目的是为了克服现有烟气脱硝设备存在的脱硝率低且催化剂床层 容易破坏的缺点，提供一种脱硝率高且不容易导致催化剂床层被破坏的烟气脱硝设备。[0010]为了提高脱硝的效率，本实用新型的发明人试图通过直接增大SNCR中所用脱 硝剂的量，然而却意外地发现，虽然脱硝剂的量明显增加，但烟气中的氮氧化物NOxW 量不但没有降低反而有所上升，这可能是因为氨被氧化成了 NOx。[0011]为了解决上述问题，本实用新型的发明人进行了大量的研究，提出一种能够将 SNCR和SCR相结合的设备。[0012]本实用新型提供了一种烟气脱硝设备，该设备包括由包墙过热器围成的烟道以 及设置在该烟道内的脱硝剂供给装置，其特征在于，该设备还包括扰动装置、省煤器和 催化反应器，脱硝剂供给装置、扰动装置和省煤器沿烟气的流向依次设置在烟道内，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，脱硝剂供给装置位于第一垂直段内，脱硝剂供给装置到第一垂直段的底 部的距离A与第一垂直段的顶部到底部的距离B之间满足A B = 10-25 30，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，包墙过热器的集箱)到省煤器的顶部的距离为包墙过热器的集箱到挡板 顶部的距离的85-100% ；催化反应器与第二垂直段的底部连通。[0013]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的情况 下，能够使省煤器下方的烟道的空间尽可能大，并通过在烟道第二垂直段的底部连接催 化反应器，从而同时实现了 SNCR和SCR过程，与SNCR反应相比提高了脱硝效率，与 SCR反应相比在保证脱硝效率的情况下，减少了催化剂的用量，降低了成本。
[0014]图1为本实用新型的烟气脱硝设备的一种实施方式的结构示意图；[0015]图2为显示本实用新型提供的烟气脱硝设备的一种实施方式中扰动装置位置的 局部结构示意图；[0016]图3为显示本实用新型提供的烟气脱硝设备的一种实施方式中扰动装置为管状 物时，管状物位于烟道中的端口的朝向Y与烟气流动方向X的夹角α的示意图；[0017]图4为本实用新型的烟气脱硝设备的换热器的一种实施方式的结构示意图；[0018]图5为本实用新型的烟气脱硝设备的换热器的换热片的一种实施方式的结构示 意图；[0019]图6为本实用新型的烟气脱硝设备中省煤器的换热片的另一种实施方式的结构 示意图。
具体实施方式
[0020]
以下结合附图对本实用新型进行详细的说明。[0021 ] 如图1所示，本实用新型提供了 一种烟气脱硝设备包括由包墙过热器8围成的烟道1以及设置在该烟道1内的脱硝剂供给装置2，其中，该设备还包括扰动装置3、省煤 器4和催化反应器5，脱硝剂供给装置2、扰动装置3和省煤器4沿烟气的流向依次设置在 烟道1内，烟道1包括第一垂直段a、第二垂直段c和水平段b，水平段b的两端分别与第 一垂直段a和第二垂直段c的上部连通，脱硝剂供给装置2位于第一垂直段a内，脱硝剂 供给装置2到第一垂直段a的底部的距离B与和第一垂直段a的顶部到底部的距离A之间 满足B A = 10-25 30，省煤器4位于第二垂直段c内，包墙过热器8的集箱9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10，包墙过热器8的集箱 9到省煤器4的顶部的距离为包墙过热器8的集箱9到挡板10顶部的距离的85-100% ； 催化反应器5与第二垂直段c的底部连通。[0022]根据本实用新型提供的烟气脱硝设备，所述水平段b和第二垂直段C之间的挡板 的下端优选与所述水平段b的底部紧密接触。所述挡板可以由不锈钢、铜或者各种合金 制成。[0023]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，通过向烟道喷射气体作为扰动介质，可以对 烟气产生扰动效应，提高脱硝剂在烟气中分布的均勻性。[0024]所述扰动装置3在烟道内的位置只要满足位于所述脱硝剂供给装置2和催化反应 器5之间即可，优选情况下，所述扰动装置3位于所述脱硝剂供给装置2和省煤器4之 间，更进一步优选情况下，所述扰动装置3位于所述烟道(1)的第一垂直段a和/或水平 段b之间，最优选所述扰动装置3位于所述烟道的第一垂直段a内。[0025]根据本实用新型，优选情况下，如图2所示，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， 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之间的夹角α为 70-90° 的角。[0026]为了使得脱硝剂在进入催化剂床层3之前与烟气充分混合均勻，优选情况下， 所述管状物位于烟道1中的端口位于第一垂直段a内或者邻近第一垂直段a的位置。[0027]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。[0028]优选情况下，所述为管状物位于烟道1中的端口与所述催化剂床层3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的表面实际走过的距离。[0029]综合考虑扰动效果和对扰动装置3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。[0030]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。[0031]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。[0032]所述扰动介质还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。[0033]所述省煤器4可以为各种能够用于换热的换热器，为了在保证换热效率的情况 下进一步缩小省煤器4的体积，优选情况下，如图4所示，所述省煤器4包括换热管6和 多个换热片7，所述换热管6穿过所述换热片7，并且换热管6的外壁与换热片7紧密接 触。通过使用上述省煤器，能够在现有的SNCR用设备的基础上改进以同时实现SNCR 和SCR过程。[0034]所述换热片7的结构可以根据换热的需要和换热管6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6的尺寸匹配的空间。[0035]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6的形状相适应的空间，所述换 热管6穿过该空间与换热片7紧密接触。[0036]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6多次往返地 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。[0037]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6为多个， 多个换热管6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。[0038]在本实用新型中，所述省煤器4中换热片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6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。[0039]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6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6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6的截面积可以为10-100平方厘米。[0040]此外，在所述省煤器4中，所述换热管6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6中相邻的两行或两列的换热管6的距离可以为 5-25厘米。[0041]根据本实用新型，所述脱硝剂供给装置2位于所述烟道的选择性非催化还原即 SNCR区。优选情况下，所述脱硝剂供给装置2到第一垂直段a的底部的距离A和脱硝剂供给装置2和第一垂直段a的顶部到底部的距离B之间满足A B = 10-25 30，优 选 A B = 15-23 30。[0042]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。[0043]在一种优选的实施方式中，所述多个管道沿烟道1的轴向或周向排列，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。为了使脱硝 剂与烟气更好的接触，所述开口的方向优选与烟道1中烟气流动的方向相反。[0044]本实用新型中，所述开口的方向与烟道1中烟气流动的方向相反并非绝对相 反，包括所述开口的方向朝下、朝向水平或者向下倾斜1-15°的情况。[0045]根据本实用新型的一种实施方式，所述烟道1的横截面积与所述脱硝剂供给装 置2的管道的开口的总面积之比为5000-50000 1，优选为20000-30000 1。[0046]所述脱硝剂供给装置2中，所述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。[0047]根据本实用新型的一种实施方式，所述包墙过热器8的集箱9到所述省煤器3的 顶部的距离为所述包墙过热器8的集箱9到挡板10顶部的距离的100%，即省煤器3的顶 部与挡板10的顶部持平，这样能够使省煤器4下的体积最大化，以便于更好地设置催化 反应器5。[0048]本实用新型中，所述烟道1由包墙过热器8围成，包墙过热器8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，所述包墙过热器8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。[0049]所述催化反应器5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，当所述催化剂以催化剂床层形式使用时，所 述催化反应器5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，催化剂床层置于催化反应器1的底部。所述催化剂床 层的厚度可以在很大范围内改变，优选为1.5-2.0米。[0050]其中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。所述金属氧化物如％05、Fe2O3^ CuO> Cr2O3> Co304、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KO5为主要活性组分、 WO3或MoO3为助催化剂的钒钛体系，即\^205-W03/Ti02或\^205-Mo03/Ti02。优选所 述催化剂床层为将上述％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ο[0051]在本实用新型中，所述烟气脱硝设备的使用方法包括通过脱硝剂供给装置2向 烟道1中提供脱硝剂，使烟气与脱硝剂在第一垂直段a内发生选择性非催化还原反应，即 进行SNCR脱硝，SNCR脱硝后的烟气与未反应的脱硝剂穿过所述水平段7后进入第二垂 直段C，通过扰动装置3进行扰动均勻后，与第二垂直段c内的省煤器4中的换热介质进 行热交换，之后通过催化剂反应器5内的催化剂床层，烟气中的氮氧化物与未反应的脱 硝剂在催化剂床层的作用下进一步发生选择性催化还原脱硝，得到氮氧化物含量进一步 降低的烟气，从而完成所述烟气的SNCR和SCR联合脱硝过程。[0052]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，以氨基脱硝剂为佳，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0.3-2 1，优选为 0.5-1.5 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区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[0053]4NH3 + 5 O24NO + 6H20[0054]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。[0055]烟气选择性催化还原脱硝的条件包括，所述氮的氧化物还原为氮气的条件包括 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―1，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。[0056]显然，通过控制所述脱硝剂供给装置2供给的脱硝剂相对于进行选择性非催化 还原反应来说是过量的，可以更好地地同时进行SCR和SNCR反应。[0057]本实用新型通过使包墙过热器8的集箱9到所述省煤器4的顶部的距离为所述包 墙过热器8的集箱9到挡板10顶部的距离的85-100%，在保证省煤器4侧面不被烟气直 接冲刷的情况下，能够使省煤器4下方的空间尽可能大，并通过在烟道1第二垂直段c的 底部连接催化反应器5，从而同时实现了 SNCR和SCR过程，与SNCR反应相比提高了 脱硝效率，与SCR反应相比在保证脱硝效率的情况下，减少了催化剂的用量，降低了成 本。
权利要求1.一种烟气脱硝设备，该设备包括由包墙过热器围成的烟道以及设置在该烟道内的 脱硝剂供给装置，其特征在于，该设备还包括扰动装置、省煤器和催化反应器，脱硝剂 供给装置、扰动装置和省煤器沿烟气的流向依次设置在烟道内，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，脱硝 剂供给装置位于第一垂直段内，脱硝剂供给装置到第一垂直段的底部的距离A与第一垂 直段的顶部到底部的距离B之间满足A B = 10-25 30，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 热器的集箱)到省煤器的顶部的距离为包墙过热器的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。
2.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。
3.根据权利要求2所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述管状物位于所述烟道内的 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2-4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。
6.根据权利要求5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 径向排列。
7.根据权利要求5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。
8.根据权利要求1或2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。
9.根据权利要求1所述的烟气脱硝设备，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。
10.根据权利要求9所述的烟气脱硝设备，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。
11.根据权利要求8或9所述的烟气脱硝设备，其特征在于，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，形成平行的多行和平行的多列 换热管阵列；或者，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，形成平行的多行和平行的多列换热管阵列。
专利摘要一种烟气脱硝设备，该烟气脱硝设备通过使包墙过热器(8)的集箱(9)到所述省煤器(4)的顶部的距离为所述包墙过热器(8)的集箱(9)到挡板(10)顶部的距离的85-100％，在保证省煤器(4)侧面不被烟气直接冲刷的情况下，能够使省煤器(4)下方的烟道(1)的空间尽可能大，并通过在烟道(1)第二垂直段(c)的底部连接催化反应器(5)，从而同时实现了SNCR和SCR过程，与SNCR反应相比提高了脱硝效率，与SCR反应相比在保证脱硝效率的情况下，减少了催化剂的用量，降低了成本。
文档编号B01D53/79GK201807303SQ20102025981
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