专利名称：一种烟气脱硝设备的制作方法
技术领域：
本实用 新型涉及一种烟气脱硝设备。
背景技术：
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N0，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。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(SCR)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(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反应器，在280-42(TC温度下，在催化剂存在的条件下进行催化选择性还原反应。SNCR和SCR各自有优缺点，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。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。另外，如上所述，无论是SNCR还是SCR，都是在烟道中进行的，为了回收烟气中的热量，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。对于SCR脱硝，催化剂床层通常位于烟道尾部且集箱的顶部。然而，将催化剂床层设置在集箱顶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。
实用新型内容本实用新型的目的是为了克服现有技术中SNCR脱硝装置和SCR脱硝装置存在的脱硝率较低的缺点，提供一种能够明显降低烟气中NOx含量且成本较低的烟气脱硝设备。为了有效提高脱硝率，本实用新型的发明人试图通过对脱硝剂供给装置进行改进，以增大脱硝剂在烟气的非催化还原脱硝区的供给量，并在位于非催化还原脱硝区之后的烟道尾部增加一个催化反应器，使非催化脱硝后的烟气直接进行选择性催化还原脱硝， 然而却意外地发现，随着烟道内非催化脱硝区脱硝剂供给量的明显增加，烟气中的氮氧化物NOx的量不但没有降低，反而较脱硝剂在上述范围内时有所上升，这可能是因为氨被氧化成了 N0X。[0010]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，结果发现，通过在所述烟道的1000-1300°c区域的下游至催化反应器之前增加脱硝剂补给单元可以有效解决上述问题。原因可能是因为，烟道的1000-1300°C区域的下游的温度由于较低，在没有催化剂存在下，氨的上述副反应不能发生，而补充的脱硝剂能够与烟气一起在SCR区在催化剂的作用下进行脱硝反应，由此真正实现烟气的SNCR和SCR联合脱硝。 本实用新型的发明人还发现，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。由此对于脱硝设备的脱硝效率影响也很大。如果通过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也是提高脱硝设备脱硝效率的关键所在。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，烟道内设置有脱硝剂供给装置，其特征在于，该设备还包括脱硝剂补给装置、扰动装置和催化反应器，沿烟气的流动方向，所述脱硝剂供给装置、脱硝剂补给装置和扰动装置依次设置在烟道内，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，包墙过热器的集箱位于第二垂直段的底部，催化反应器与第二垂直段的底部连通。本实用新型提供的烟气脱硝设备，通过在烟道第二垂直段的底部连接催化反应器，在烟道内增加脱硝剂补给装置和扰动装置，能够在SNCR工艺之后向烟气中补充脱硝齐U，保证SCR工艺所需的脱硝剂的量，并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，使得SCR工艺能够真正发挥作用，进一步降低SNCR脱硝后的烟气中的NOxW含量，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。另外，通过使包墙过热器的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。
图1为本实用新型提供的烟气脱硝设备的一种实施方式的结构示意图；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；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。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行详细的说明。如图1所示，本实用新型提供的烟气脱硝设备包括由包墙过热器8围成的烟道1， 沿烟气的流动方向，烟道内依次设置有脱硝剂供给装置2、脱硝剂补给装置3和扰动装置4， 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，包墙过热器8的集箱9位于第二垂直段C的底部；该设备还包括催化反应器5，该催化反应器5与第二垂直段C的底部连通。所述烟道1的横截面可以为圆形、椭圆形、矩形、正方形或者各种不规则形状，烟道1本身可以是直行的，也可以是弯形的，根据本实用新型的一种实施方式，所述烟道包括第一垂直段a、第二垂直段c和位于该两个垂直段之间的一个水平段b，所述水平段b的两端各自与第一垂直段a、第二垂直段c的顶部连通。 根据本实用新型的第一种实施方式，所述脱硝剂供给装置2和脱硝剂补给装置3 位于第一垂直段a内。优选情况下，脱硝剂供给装置2到该脱硝剂供给装置2所在第一垂直段a的底部的距离A、脱硝剂供给装置2到所述脱硝剂补给装置3的距离B、第一垂直段a的底部到顶部的距离C之间优选满足A B C = 10-25 5-15 30，更优选A !BiC = 15-23 5-13 30。此时所述脱硝剂供给装置2供给的脱硝剂进入所述烟道的非催化还原脱硝区域，所述脱硝剂补给装置3供给的脱硝剂进入所述烟道的位置对应于使用时所述烟道的温度为800°C左右的区域，有利于脱硝剂为尿素时，尿素分解为氨。通常情况下，相对于烟道的第一垂直段a的高度为30米、宽度10米、深度10米时，所述脱硝剂补给装置3位于所述第一垂直段a的23-28米的位置，所述脱硝剂供给装置2位于所述第一垂直段a的 15-23米的位置。根据本实用新型的第二种实施方式，所述脱硝剂供给装置2位于第一垂直段a内， 脱硝剂补给装置3位于水平段b内。该实施方式适用于脱硝剂补给装置3补给的脱硝剂为氨水的情况。根据本实用新型的第三种实施方式，所述烟气脱硝设备还包括脱硝剂源(未示出)，为脱硝剂供给装置2和脱硝剂补给装置3提供脱硝剂。所述脱硝剂源例如可以是脱硝剂储罐或泵。所述脱硝剂供给装置2和脱硝剂补给装置3的一端端口与脱硝剂源连通，另一端端口则穿过所述烟道1的壁而伸入所述烟道1内。脱硝剂供给装置2和脱硝剂补给装置 3可以共用一个脱硝剂源，也可以各自与不同的脱硝剂源连通，由不同的脱硝剂源提供脱硝齐IJ。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，例如可以是氨或各种在烟气脱硝条件下能够产生氨的物质，如尿素。上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。根据本实用新型提供的烟气脱硝设备，尽管各种能够用来提供脱硝剂的装置均可作所述脱硝剂供给装置和所述脱硝剂补给装置，但优选情况下，所述脱硝剂供给装置和所述脱硝剂补给装置各自为管道，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。脱硝剂通过该开口进入烟道内。进一步优选情况下，所述管道为多根，例如为3-10根。更进一步优选情况下，所述多根管道沿烟道1的轴向或周向排列。更进一步优选情况下，所述多根管道沿烟道1的轴向排列并沿烟道1的径向均勻分布。进一步优选情况下，每根伸入烟道1中的管道上的开口为多个，如2-20个。更进一步优选情况下，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。为了使所述脱硝剂与烟气的接触更加充分，所述开口的方向与烟道1中烟气流动的方向相反，从而烟气与来自所述脱硝剂供给装置2和脱硝剂补给装置3的所述脱硝剂非同向接触，能够更好的获得脱硝效果。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。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。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补给装置 3的管道的开口的总面积之比为5000-50000 1，优选为20000-30000 1。根据本实用新型提供的烟气脱硝设备，所述包墙过热器8由金属管形成。所述金属管例如为碳钢管、不锈钢管、铜管、钛管或者各种金属合金管等。所述扰动装置4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4位于位于所述烟道(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4位于所述烟道1的第一垂直段a内。根据本实用新型提供的烟气脱硝设备，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4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1-2所示，所述扰动装置4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。为了使得脱硝剂在进入催化反应器5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中的端口与所述催化反应器5之间的路程为所述催化反应器厚度的 5-10倍。其中，所述管状物位于烟道1中的端口与所述催化反应器5之间的路程指在烟气脱硝过程中，烟气从所述管状物位于烟道1中的端口行进至催化反应器5的表面实际走过的距离。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。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。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4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4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。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。所述扰动介质还可以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。而是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。根据本实用新型的烟气脱硝设备，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 5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。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NOx转化为氮气的催化剂。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NOx转化为氮气的催化剂，优选为金属氧化物催化剂。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,优选至少含有V2O5的金属氧化物的混合物。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V205-W03/Ti02或V205-Mo03/Ti02。可以通过将上述金属氧化物固定在不锈钢板表面或制成蜂窝陶瓷状，形成板式催化剂或蜂窝状催化剂而制得所述催化剂床层，且在所述板式催化剂或蜂窝状催化剂中，以所述催化剂的总重量为基准，所述金属氧化物的含量优选为1-5重量％。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。本实用新型的烟气脱硝设备使用时，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中接触并进行烟气的选择性非催化还原反应，降低烟气中的氮氧化物含量，得到SNCR脱硝后的烟气，并通过脱硝剂补给装置3向该SNCR脱硝后的烟气中补充脱硝剂，通过扰动装置4向SNCR脱硝后的烟气中注入扰动介质，从而使补充的脱硝剂和SNCR 脱硝后的烟气经过扰动介质的扰动后一起通过催化反应器5，进行烟气的选择性催化脱硝即SCR脱硝，得到氮氧化物含量进一步降低的烟气。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的氮(以NO计) 的摩尔比(简称氨氮摩尔比)可以为0.3-1. 5 1，优选为0.3-1 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N0X，即发生下述反应
4NH3 + 502 <^=> 4NO+6H20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。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、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1.一种烟气脱硝设备，该设备包括由包墙过热器(8)围成的烟道(1)，烟道(1)内设置有脱硝剂供给装置(2)，其特征在于，该设备还包括脱硝剂补给装置(3)、扰动装置(4)和催化反应器(5)，沿烟气的流动方向，所述脱硝剂供给装置(2)、脱硝剂补给装置(3)和扰动装置(4)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，包墙过热器(8)的集箱(9)位于第二垂直段(c)的底部； 催化反应器(5)与第二垂直段(c)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，脱硝剂补给装置(3)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Α、脱硝剂供给装置(2) 到所述脱硝剂补给装置(3)的距离B和所述第一垂直段(a)的顶部到底部的距离C之间满足A B C = 10-25 5-15 30。
3.根据权利要求1或2所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述脱硝剂供给装置(2)和所述脱硝剂补给装置(3)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。
4.根据权利要求3所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述管道为多根，每根伸入烟道 (1)中的管道上的开口为多个。
5.根据权利要求4所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述多根管道沿烟道(1)的轴向排列，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。
6.根据权利要求4或6所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述烟道(1)的横截面积与所述脱硝剂供给装置⑵的所述开口的总面积之比为5000-50000 1，所述烟道⑴的横截面积与所述脱硝剂补给装置(3)的所述开口的总面积之比为5000-50000 1。
7.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(4)为管状物，该管状物穿过烟道(1)的壁，一端端口位于烟道(1)的所述第一垂直段(a)和/所述水平段 (b)中。
8.根据权利要求7所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述管状物位于烟道(1)中的端口的朝向与烟气流动方向的夹角为70-90°。
9.根据权利要求8所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述催化反应器(5)内装有催化剂床层，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。
10.根据权利要求8或9所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述管状物为多个。
11.根据权利要求10所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述多个管状物沿烟道(1)的径向排列。
12.根据权利要求10所述的烟气脱硝设备，其特征在于，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。
13.根据权利要求7、8或9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(4)提供扰动介质。
专利摘要一种烟气脱硝设备，该设备包括由包墙过热器围成的烟道，烟道内设置有脱硝剂供给装置，其特征在于，该设备还包括脱硝剂补给装置、扰动装置和催化反应器，沿烟气的流动方向，所述脱硝剂供给装置、脱硝剂补给装置和扰动装置依次设置在烟道内，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，包墙过热器的集箱位于第二垂直段的底部；催化反应器与第二垂直段的底部连通。该烟气脱硝设备能够大大降低脱硝后的烟气中的NOx的含量，而且还能避免由于氨分布不均造成局部氨逃逸量超标的问题。
文档编号B01D53/86GK202015572SQ20112006004
公开日2011年10月26日 申请日期2011年3月9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