专利名称：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。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。SCR工艺则是在烟道内设置催化剂床层，在^0_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%。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。另外，如上所述，SNCR在800_1300°C下进行，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。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。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。
实用新型内容本实用新型的目的是为了克服现有脱硝工艺存在的脱硝效率较低、且不利于能源再利用的缺点，提供一种脱硝程度高、且利于能源再利用的烟气脱硝设备。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 N0X。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，并且这种设备能够在现有的SNCR用设备的基础上改进以同时实现SNCR和SCR过程。[0011]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脱硝剂补给装置和省煤器，沿烟气的流动方向，所述脱硝剂供给装置、脱硝剂补给装置、省煤器和催化剂床层依次设置在所述烟道内；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。本实用新型通过使用新的省煤器(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)，从而在保证换热效率的情况下，大大降低了省煤器的体积，由此能够在节省出的空间内设置催化剂床层，同时实现了 SNCR和SCR 过程，与SNCR相比提高了脱硝效率，与SCR相比在保证脱硝效率的情况下，降低了催化剂床层的厚度，降低了成本。
图1为本实用新型提供的烟气脱硝设备的结构示意图；图2为本实用新型的一种实施方式的烟气脱硝设备中省煤器的结构示意图；图3为本实用新型的一种实施方式的烟气脱硝设备中省煤器的换热片的结构示意图；图4为本实用新型的另一种实施方式的烟气脱硝设备中省煤器的换热片的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的烟气脱硝设备进行详细的说明。如图1所示，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1以及设置在该烟道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脱硝剂补给装置3和省煤器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、 省煤器5和催化剂床层4依次设置在所述烟道1内。如图2所示，在本实用新型提供的烟气脱硝设备中，所述省煤器5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。根据在本实用新型的一种实施方式，如图3所示，所述换热片7具有多个与换热管 6的形状相适应的空间，且该换热片7中的多个与换热管6的形状相适应的空间形成为平行的多行和多列的阵列，从而所述换热管6能够多次往返地依次穿过该换热片7，所述换热管 6形成与换热片7的上述阵列对应的阵列。根据本实用新型的另一种实施方式，如图4所示，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。根据本实用新型的一种优选实施方式，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。根据本实用新型的另一种优选实施方式，所述多个换热片7平行排列，所述换热管6可以为多个，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。[0024]根据在本实用新型的烟气脱硝设备，所述省煤器5中换热片7的数量可以在很大范围内变动，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中每个换热片的厚度可以为0. 5-5厘米。所述换热片7的大小可以在很大范围内变动，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。此外， 在所述省煤器5中，所述换热管6排列的密度可以在很大范围内变动，优选情况下，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可以为5-25厘米。在所述烟气脱硝设备中，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1包括第一垂直段a、第二垂直段c和水平段b，该水平段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。根据本实用新型的一种优选实施方式，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4位于第二垂直段c内。所述脱硝剂补给装置3可以设置在所述第一垂直段a、水平段b和第二垂直段c中的至少一处。优选情况下，所述脱硝剂补给装置3位于第一垂直段a内。在这种情况下，所述脱硝剂供给装置2到第一垂直段a底部的最小距离A、脱硝剂供给装置2到脱硝剂补给装置3的最小距离B和第一垂直段a的顶部到底部的距离C之间优选满足A B C= 10-25 5-15 30，进一步优选满足A !BiC = 15-23 5-13 30。此时所述脱硝剂补给装置3供给的脱硝剂进入所述烟道1的位置对应于使用时所述烟道1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1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- 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用作所述脱硝剂供给装置2和所述脱硝剂补给装置3，但优选情况下，所述脱硝剂供给装置 2和所述脱硝剂补给装置3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。[0034]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的所述管道的开口的总面积之比为5000-50000 1，所述烟道1的横截面积与所述脱硝剂补给装置3的所述管道的开口的总面积之比为5000-50000 1。根据本实用新型的另一种实施方式，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。为了充分利用烟气中的热，优选情况下，所述烟道1尤其是所述烟道1的脱硝剂供给装置2所在的第一垂直段a、水平段b以及催化剂床层4所在第二垂直段c的催化剂床层4以上(即靠近水平段b)的部分由金属管围成。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。根据本实用新型提供的烟气脱硝设备，所述催化剂床层4为由催化剂形成的催化剂床，所述催化剂床层4的厚度没有特别的限定，优选情况下，所述催化剂床层4的厚度可以为1. 5-2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，优选为金属氧化物催化剂。例如，所述金属氧化物可以是％051%03、 CuO、Cr2O3> Co3O4, NiO、CeO2, La2O3> Pr6O11, Nd2O3> Gd203、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/Ti&或V205-Mo03/Ti02。由于通常烟气中存在大量的飞灰，从而给催化剂的应用增加了难度，因此，为了防止堵塞、减少压力损失、增加机械强度，进一步优选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，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脱硝后的烟气中补入脱硝剂。然后，使补入了脱硝剂的混合物通过省煤器5以进行进一步换热，并使该混合物通过催化剂床层4，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，脱硝剂中的氮与烟气中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，在该条件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，脱硝剂中的氮与烟气中NOx的氮(以NO计)的摩尔比(简称氨氮摩尔比)可以为 0. 8-1. 5 1，优选为 1-1. 3 1。
权利要求1.一种烟气脱硝设备，该烟气脱硝设备包括烟道(1)以及设置在该烟道(1)内的脱硝剂供给装置( 和催化剂床层G)，其特征在于，该烟气脱硝设备还包括脱硝剂补给装置 (3)和省煤器(5)，沿烟气的流动方向，所述脱硝剂供给装置O)、脱硝剂补给装置(3)、省煤器( 和催化剂床层(4)依次设置在所述烟道(1)内；所述省煤器( 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。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硝设备，其特征在于，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。
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换热片(7)，形成平行的多行和多列的换热管阵列。
4.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。
5.根据权利要求1所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述烟道(1)包括第一垂直段 (a)、第二垂直段(c)和水平段(b)，该水平段(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；所述脱硝剂供给装置( 位于第一垂直段(a)内，所述省煤器( 和催化剂床层(4)位于第二垂直段(c)内。
6.根据权利要求5所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述脱硝剂补给装置C3)位于第一垂直段(a)内。
7.根据权利要求6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(a)底部的最小距离Α、脱硝剂供给装置⑵到脱硝剂补给装置(3)的最小距离B 和第一垂直段(a)的顶部到底部的距离C之间满足A B C = 10-25 5-15 30。
8.根据权利要求1和5-7中任意一项所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述脱硝剂供给装置⑵和所述脱硝剂补给装置⑶各自为管道，该管道穿过烟道的壁，伸入烟道中，伸入烟道中的管道上形成有开口。
9.根据权利要求8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。
10.根据权利要求9所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述多个管道沿烟道(1)的轴向或周向排列；
11.根据权利要求9所述的烟气脱硝设备，其特征在于，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。
12.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(1)的横截面积与所述脱硝剂供给装置O)的所述开口的总面积之比为5000-50000 1，所述烟道(1)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。
专利摘要一种烟气脱硝设备，该烟气脱硝设备包括烟道(1)以及设置在该烟道(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脱硝剂补给装置(3)和省煤器(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)、省煤器(5)和催化剂床层(4)依次设置在所述烟道(1)内；所述省煤器(5)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。根据本实用新型的烟气脱硝设备实现了烟气的SNCR和SCR联合脱硝，从而不仅能够提高了脱硝效率，而且还能够减少了催化剂的用量，并有利于能源的再利用。
文档编号B01D53/86GK202010510SQ20112006021
公开日2011年10月19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