一种低温烟气脱硝催化反应系统的制作方法

本实用新型涉及烟气脱硝技术领域，特别是涉及电厂及化工厂的锅炉烟气低温选择性催化还原SCR脱硝催化反应装置。

背景技术：

氮氧化物(NOx)是造成雾霾、酸雨、光化学烟雾及温室效应的罪魁祸首之一。我国是世界第一大NOx排放国，NOx治理(烟气脱硝)成为国家“十二五”大气污染强制治理的重点。随着国家对大气污染的日益重视，我国相继对NOx排放提出了更严格的要求。2015年12月，国家环保部、发改委、能环局发布《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》，要求东部、中部和西部地区分别在2017年，2018年和2020年前基本完成超低排放改造。

选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction，简称SCR)脱硝技术成熟、效率高、稳定性好，成为当前国内外治理NOx的主流技术和发展方向，其中，SCR技术核心为脱硝催化剂。SCR技术与其他技术相比，具有脱硝效率高，技术成熟等优点，是目前国内外烟气脱硝工程应用最多的技术。根据催化剂的适宜温度范围，SCR可分为高温、中温和低温工艺，其温度分别为：高温SCR工艺：450～590℃；中温SCR工艺：260～380℃；低温SCR工艺：80～300℃。

低温SCR工艺可使脱硝装置置于脱硫和除尘装置之后，从而减少硫、飞灰等对催化剂污染毒害。以NH3或尿素为还原剂的选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction，以下简称SCR)是目前工业(如硝酸、硝盐尾气净化、柴油机尾气净化及火电行业尾气脱硝等)应用最多的NOx脱除技术。快速SCR反应中NO的氧化效率明显影响整个脱硝效率，主要发生反应如下：

2NO+O2→2NO2 (1)

2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O (2)

研究表明，当n(NO2)/n(NOx)＝0.5时，快速SCR的还原效率最高。由于火电行业NOx尾气中NO的含量一般为90％以上，因此预先对烟气中的NO进行氧化可以提高脱硝效率。

目前SCR使用最为成熟的催化剂是V2O5/TiO2或者在V2O5/TiO2基础上进行改性的催化剂，但目前传统的钒钛系SCR催化剂在操作温度高于350℃时才具有较高活性，因此只能将SCR反应器布置于省煤器和除尘器之间。但是现有锅炉中在该位置大多没有预留脱硝空间，因此给SCR工艺的工业应用带来了很大的困难；此外在该工艺段的烟气中含有高浓度的灰尘，灰尘中还含有碱金属、砷和汞等物质，会对催化剂产生很强的侵蚀和毒化作用，影响其寿命。

为节约运行和锅炉改造成本，研究和开发在低温条件下具有活性的SCR催化剂和相应的工艺具有重要的经济和实际意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种低温烟气脱硝催化反应系统。

为解决上述的技术问题，本实用新型提供的技术方案为：

一种低温烟气脱硝催化反应系统，包括锅炉、供氨单元、除尘器、脱硫单元、加热器、NO氧化器、烟气-氨气混合器、催化还原反应器以及烟囱；

所述锅炉的烟气出口与所述除尘器的烟气进口连通，所述除尘器的烟气出口与所述脱硫单元的脱硫前烟气总进口连通，所述加热器的烟气进口与所述脱硫单元的脱硫后烟气总出口连通，所述加热器的烟气出口与所述NO氧化器的烟气进口连通，所述NO氧化器的烟气出口与所述烟气-氨气混合器的烟气进口一连通；

所述供氨单元与所述烟气-氨气混合器的烟气进口二连通以向所述烟气-氨气混合器中供给氨气；

所述烟气-氨气混合器的烟气出口与所述催化还原反应器的烟气进口连通，所述催化还原反应器的烟气出口与所述烟囱的烟气进口连通。

优选的，所述加热器、NO氧化器、烟气-氨气混合器和催化还原反应器组合形成框架式塔式结构。

优选的，所述除尘器为电除尘器或布袋除尘器。

优选的，所述脱硫单元为湿法脱硫单元。

优选的，所述NO氧化器为NO催化氧化器。

优选的，所述催化还原反应器为低温SCR催化还原反应器。

本申请具有以下的有益的技术效果：

(1)本实用新型装置在烟气中粉尘量发生波动的情况下，将烟气中粉尘对SCR催化剂活性的影响降至最小，而且不影响烟气中NOx的去除率；

(2)本申请中，氨水在脱硫设备中吸收SOx，将逃逸出氨气至气体中，逃逸的氨气可作为氨法脱硝的部分的还原剂，因此，采用该组合工艺可避免单纯的氨法脱硫存在的氨逃逸问题。

(3)在锅炉烟气温度变化时，可以保证进入催化还原反应器的烟气温度保持平稳，不会发生较大的波动。

(4)在通用的SCR脱硝设施之前，添加用于催化氧化NO的催化剂塔，从而将烟气中部分NO氧化成NO2，当烟气进入SCR脱硝设施，进行低温SCR脱硝时，可以进行快速SCR反应，提高脱硝效率。

(5)本实用新型的低温烟气脱硝装置结构紧凑、占地面积小，提高了工艺的反应效率。

附图说明

图1为本实用新型的实施例提供的一种低温烟气脱硝催化反应系统的工作原理示意图。

图中：1锅炉；2供氨单元；3除尘器；4脱硫单元；5加热器；6NO氧化器；7烟气-氨气混合器；8催化还原反应器；9烟囱。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，图1为本实用新型的实施例提供的一种低温烟气脱硝催化反应系统的工作原理示意图。

本申请提供了一种低温烟气脱硝催化反应系统，包括锅炉1、供氨单元2、除尘器3、脱硫单元4、加热器5、NO氧化器6、烟气-氨气混合器7、催化还原反应器8以及烟囱9；

所述锅炉1的烟气出口与所述除尘器3的烟气进口连通，所述除尘器3的烟气出口与所述脱硫单元4的脱硫前烟气总进口连通，所述加热器5的烟气进口与所述脱硫单元4的脱硫后烟气总出口连通，所述加热器5的烟气出口与所述NO氧化器6的烟气进口连通，所述NO氧化器6的烟气出口与所述烟气-氨气混合器7的烟气进口一连通；

所述供氨单元2与所述烟气-氨气混合器7的烟气进口二连通以向所述烟气-氨气混合器7中供给氨气；

所述烟气-氨气混合器7的烟气出口与所述催化还原反应器8的烟气进口连通，所述催化还原反应器8的烟气出口与所述烟囱9的烟气进口连通。

在本申请的一个实施例中，所述加热器5、NO氧化器6、烟气-氨气混合器7和催化还原反应器8组合形成框架式塔式结构。

在本申请的一个实施例中，所述除尘器3为电除尘器或布袋除尘器。

在本申请的一个实施例中，所述脱硫单元4为湿法脱硫单元。

在本申请的一个实施例中，所述NO氧化器6为NO催化氧化器。

在本申请的一个实施例中，所述催化还原反应器8为低温SCR催化还原反应器。

本实用新型在锅炉1后面连接除尘器3，把粉尘对低温烟气脱硝工艺的影响减至最低；

选用的除尘器3可以是电除尘器或布袋除尘器；

除尘器3的前置可以在烟气中粉尘量发生波动的情况下，将烟气中粉尘对SCR催化剂活性的影响降至最小，而且不影响烟气中NOx的去除率。

本实用新型的脱硫单元4采取氨法脱硫，通过控制排放液的pH值大于7，可防止脱硫设备的排放气中形成气溶胶，同时由脱硫设备中逃逸出的氨可作为脱硝反应的还原剂，脱硫外排液可去污水处理场或其它脱硫装置。

烟气经脱硫后通过加热器5加热后进入脱硝单元；烟气经过脱硝后从烟囱9排入大气，至此完成除尘、脱硫、脱硝的工艺过程。

本实用新型中在除尘、脱硫后设置加热器5，加热器5的功能是要在烟气温度未达到低温SCR反应温度时对烟气加热，从而保证在烟气温度变化时，进入催化还原反应器8的烟气温度不发生较大波动，以确保烟气中的NOx和投加的NH3在较佳温度反应区间反应。

本实用新型中在加热器5之后烟气-氨气混合器7之前设置NO氧化器6，可以将部分NO氧化成NO2，同时避免将NH3氧化成NO，可以有效提高脱硝效率。

本实用新型优选的，把加热器5、NO氧化器6、烟气-氨气混合器7以及催化还原反应器8组合做成一个框架式塔式结构，从而可以有效提高脱硝工艺的加热效率和反应效率，并节省占地面积。

所述的NO氧化器6是催化氧化NO的催化塔，所述的催化塔中的催化剂其活性成分为V2O5、CeO2、WO3、CuOx、MnOx、FeOx、CoOx和CrOx中的一种或者几种以任意比例的混合；载体为TiO2、Al2O3、SiO2、分子筛、活性炭和碳纳米管中的一种或几种以任意比例的混合。

所述催化还原反应器8中的金属氧化催化剂，采用蜂窝结构，该结构具有活性面积大，抗堵塞，耐中毒，老化等优异特性，催化剂分为3～6层，其中1层设置为预留层，便于更换和添加催化剂；所述的催化剂以蜂窝状堇青石作为载体，采用二氧化钛和Al等组分产生的溶胶在其表面进行涂敷，然后浸渍V、W、Fe、Mn、Ce等金属作为催化剂的活性组份，并加入适量助剂；该催化剂对SCR反应具有良好的催化活性。

实施例1(参见附图1)

来自锅炉1的含有NOx的烟气经除尘器3除尘，除尘后烟气进入脱硫单元4，在脱硫单元4内，烟气与雾状碱液滴充分接触，NH3与SOx反应，生成铵盐；

烟气经脱硫后，烟气进入加热器5进一步加热至160～300℃后，进入NO氧化反应器6内把NO部分氧化成NO2，再进入烟气-氨气混合器7，在此烟气与来自供氨单元2的氨气充分均匀地混合，而后再进入催化还原反应器8，在催化剂床层中NOx和NH3反应生成N2和H2O，脱硝后的烟气从烟囱9排入大气。

催化还原反应器8中的催化剂模块采用蜂窝结构，该结构具有活性面积大，抗堵塞，耐中毒，老化等优异特性，催化剂分为3～6层，其中1层设置为预留层，便于更换和添加催化剂。该催化剂为自主研发，以蜂窝状堇青石作为载体，采用二氧化钛和Al等组分产生的溶胶在其表面进行涂敷，然后浸渍V、W、Fe、Mn、Ce等金属作为催化剂的活性组份，并加入适量助剂；该催化剂对SCR反应具有良好的催化活性。

由此可以看出：本实用新型的烟气脱硝反应系统，针对锅炉烟气的特点做了针对性的改进：

将除尘器3设置在锅炉1后，消除了粉尘对催化剂寿命和活性的影响；

采用该组合工艺可避免单纯的氨法脱硫存在的氨逃逸问题；

合理设置加热器5，增强了装置的适应能力，在烟气温度发生较大波动时，能够进行自我调节以适应变化的工况；

通过添加NO氧化器6提高了脱硝效率。

本申请未详细描述的方法及装置均为现有技术。

本文中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。