一种一体式梯度除尘、脱硝装置的制作方法

本实用新型涉及水泥行业大气污染物治理技术领域，具体涉及一种一体式梯度除尘、脱硝装置。

背景技术：

随着环保要求的提高，要求排入大气的工业气体中nox及颗粒物含量要求越来越低。在水泥窑尾烟气脱硝技术中，一般的，采用低氮燃烧技术可以将nox控制在800mg/nm³以下，采用非催化还原技术可以将nox控制在300mg/nm³以下，采用催化还原技术可以将nox控制在50mg/nm³以下。所以，大气污染物排放标准提高到50mg/nm³以后，催化还原技术被广泛应用。

催化还原脱硝技术工作原理是在烟气通道中放置催化剂，在催化剂的催化作用下，喷入烟气中的nh3与烟气中nox发生反应生成水和氮气。

水泥窑尾烟气中粉尘浓度高达120g/nm³，且粉尘中cao含量高达30％以上，这些特点带来的危害如下：a)含高浓度粉尘的烟气流经催化剂时，由于粉尘的冲刷作用，会造成催化剂的快速磨损；浓度过高时，如果气流分布不均匀，可能发生因局部流速过低而沉积在催化剂上，导致催化剂孔通道堵死；b)高浓度的cao覆盖在催化剂表面，与烟气中的so3反应生成caso4，堵塞催化剂的微孔；c)粉尘中的其他碱土金属也会导致催化剂中毒。这些都会导致催化剂失去催化作用，造成系统达不到理想的nox脱除效果。所以需要将烟气中颗粒物降低到一定的浓度，现有技术一般采用在催化还原脱硝反应器前用电除尘器、袋式除尘器或电袋复合除尘器来降低烟气中粉尘浓度。

电除尘器工作原理是高压静电电离烟气产生的离子吸附在粉尘颗粒上，荷电的粉尘颗粒在高压静电场的作用下移动到电除尘器的阴阳极上，再经过振打，粉尘被收集下来。根据粉尘浓度及需要除去的粉尘量，电除尘器设计为一到多个电场。电除尘器的运行阻力一般小于200pa，采用电除尘降低粉尘浓度，是比较好的技术手段，但是现有技术都是在电除尘器后面串联一个脱硝系统，烟气路径为电除尘器锥形出口，然后经过一个直段、再扩口进入脱硝系统，这样流程长、烟气流速多次变化，造成局部阻力增加。

袋式除尘器的工作原理是含尘烟气通过有一定孔隙率的陶瓷或金属滤袋等过滤材料，过滤材料将粗颗粒的粉尘隔离下来，气流流经被隔离的粉尘层和过滤材料，受到较大的阻力，长期运行后有的阻力高达2000pa以上。

电袋复合除尘器的工作原理是在袋式除尘器前增加一个或多个电除尘电场，将高浓度的粉尘除去一部分，然后再进入后面的袋除尘区，这时粉尘浓度大大降低，电袋复合除尘器的运行阻力比纯袋式除尘器低100-300pa。

综上所述，现有的电除尘器、袋式除尘器或电袋复合除尘器与脱硝系统结合后的除尘脱硝组合系统均存在系统运行阻力高的缺点。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的水泥窑尾烟气除尘、脱硝系统阻力高的问题，提供一种一体式梯度除尘、脱硝装置，它能够实现一体化的除尘及脱硝功能，并且脱硝效率高、系统运行阻力低。

本实用新型为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种一体式梯度除尘、脱硝装置，包括喷氨系统、预除尘系统、分级电除尘系统、电源及控制系统和脱硝催化剂；

所述喷氨系统包括氨水喷枪；

所述预除尘系统包括前扩散段和后扩散段，前扩散段顶部设置烟气入口，所述氨水喷枪安装于前扩散段的烟气入口内，前扩散段底部与后扩散段顶部连接，后扩散段后部与所述分级电除尘系统连通；

所述分级电除尘系统包括外部壳体、储灰斗和出气烟道，外部壳体前部与后扩散段后部连接，外部壳体后部与所述出气烟道连接，外部壳体底部安装所述储灰斗；所述外部壳体内安装有阳极板，所述阳极板前部设置i级供电系统、后部设置ii级供电系统，i级供电系统与ii级供电系统分别与所述电源及控制系统连接，电源及控制系统根据烟气中粉尘浓度分布特性分别为i级供电系统、ii级供电系统供电；

所述脱硝催化剂安装在所述出气烟道的内部。

上述方案中，所述i级供电系统包括i阴极线和i高频电源，所述ii级供电系统包括ii阴极线和ii高频电源；所述i阴极线和ii阴极线分别安装于所述阳极板的前部和后部，i高频电源安装于外部壳体顶部并通过电源线与i阴极线连接，ii高频电源安装于外部壳体顶部并通过电源线与ii阴极线连接。

上述方案中，所述i级供电系统还包括i绝缘支撑，所述ii级供电系统还ii绝缘支撑，i绝缘支撑和ii绝缘支撑均安装于外部壳体内，所述i绝缘支撑位于i阴极线上部用于支撑i阴极线的电源线，ii绝缘支撑位于ii阴极线上部用于支撑ii阴极线的电源线。

上述方案中，所述预除尘系统还包括导流板和挡尘均流板；所述前扩散段与后扩散段的连接处设置中部开口的隔板，隔板的开口处安装所述导流板，所述挡尘均流板安装于后扩散段的后部。

上述方案中，所述预除尘系统底部与所述储灰斗连通。

上述方案中，所述喷氨系统还包括设置于预除尘系统外部的氨水泵和氨水罐，所述氨水泵的入口与氨水罐连接，氨水泵的出口与氨水喷枪连接。

上述方案中，所述分级电除尘系统还包括振打装置，所述振打装置用于振打所述阳极板。

上述方案中，所述分级电除尘系统还包括闸板门和卸灰密封阀，所述闸板门安装于所述储灰斗的下部，所述卸灰密封阀安装于所述闸板门的下部。

上述方案中，所述外部壳体与出气烟道的连接处设有降阻整流装置。

上述方案中，所述脱硝催化剂沿气流方向设置多层，每层脱硝催化剂的旁边安装一个清灰装置。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型设计了预除尘和分级电除尘系统的梯度除尘系统，把分级电除尘系统的烟气分为前后两部分，根据烟气的阻抗大小采用不同的供电系统，使供电系统与烟气特性更符合，确保了经过分级电除尘系统后，能够除去85％粉尘。除去大部分颗粒物后，避免了后续脱硝系统催化剂的磨损、堵塞及中毒，降低了系统运行阻力的同时提高了脱硝效率。

2、本实用新型在多级电除尘系统的出气烟道内放置脱硝催化剂，催化剂在粉尘浓度较低的工况工作，脱硝效率可以达到90％以上，可以实现nox的小于20mg/nm³的超低排放。

3、本实用新型的脱硝催化剂放置在多级电除尘系统的出气烟道内，与常规的电除尘器+脱硝反应器系统相比较，减少了电除尘器出口的收缩段、电除尘器与脱硝反应器的连接段及脱硝反应器入口的扩散段，降低了局部阻力损失，系统阻力不超过600pa。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型一体式梯度除尘、脱硝装置的整体结构图；

图2是图1所示一体式梯度除尘、脱硝装置的喷氨系统的结构图；

图3是图1所示一体式梯度除尘、脱硝装置的预除尘系统的结构图；

图4是图1所示一体式梯度除尘、脱硝装置的分级电除尘系统的结构图。

图中：1、喷氨系统；1-1、氨水喷枪；1-2、氨水泵；1-3、氨水罐；

2、预除尘系统；2-1、前扩散段；2-2、导流板；2-3、后扩散段；2-4、挡尘均流板；

3、分级电除尘系统；3-1、外部壳体；3-2、振打装置；3-3、储灰斗；3-4、闸板门；3-5、卸灰密封阀；3-6、i阴极线；3-7、i绝缘支撑；3-8、i高频电源；3-9、阳极板；3-10、ii阴极线；3-11、ii绝缘支撑；3-12、ii高频电源；3-13、出气烟道；3-14、降阻整流装置；3-15、清灰装置；

4、电源及控制系统；5、脱硝催化剂；6、支架。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，为本实用新型实施例提供的一种一体式梯度除尘、脱硝装置，包括喷氨系统1、预除尘系统2、分级电除尘系统3、电源及控制系统4和脱硝催化剂5。

如图2所示，喷氨系统1包括氨水喷枪1-1、氨水泵1-2和氨水罐1-3。氨水喷枪1-1安装于预除尘系统2前扩散段2-1的烟气入口内，根据处理烟气量的多少确定氨水喷枪1-1的安装数量，氨水喷枪1-1均匀布置在前扩散段2-1的横截面上。氨水泵1-2和氨水罐1-3设置于预除尘系统2外部，氨水泵1-2的入口与氨水罐1-3连接，氨水泵1-2的出口与氨水喷枪1-1连接。

如图3所示，预除尘系统2包括前扩散段2-1、导流板2-2、后扩散段2-3和挡尘均流板2-4。前扩散段2-1顶部设置烟气入口，前扩散段2-1底部与后扩散段2-3顶部连接，二者连接处设置中部开口的隔板，隔板的开口处安装导流板2-2，挡尘均流板2-4安装于后扩散段2-3的后部，后扩散段2-3后部与分级电除尘系统3连通。

如图4所示，分级电除尘系统3包括外部壳体3-1、储灰斗3-3和出气烟道3-13，外部壳体3-1前部与后扩散段2-3后部连接，外部壳体3-1后部与出气烟道3-13连接，外部壳体3-1底部安装储灰斗3-3。外部壳体3-1内安装有阳极板3-9，阳极板3-9前部设置i级供电系统、后部设置ii级供电系统，i级供电系统与ii级供电系统分别与电源及控制系统4连接，电源及控制系统4根据烟气中粉尘浓度分布特性分别为i级供电系统、ii级供电系统供电，并控制器其高效运行。i级供电系统包括i阴极线3-6和i高频电源3-8，ii级供电系统包括ii阴极线3-10和ii高频电源3-12。i阴极线3-6和ii阴极线3-10分别安装于阳极板3-9的前部和后部，i高频电源3-8安装于外部壳体3-1顶部并通过电源线与i阴极线3-6连接，ii高频电源3-12安装于外部壳体3-1顶部并通过电源线与ii阴极线3-10连接。分级电除尘系统3根据烟气中粉尘浓度的梯度分级供电。

脱硝催化剂5安装在出气烟道3-13的内部。

待处理的烟气由预除尘系统2的前扩散段2-1的入口进入一体化梯度除尘、脱硝装置，依次流经预除尘系统2、分级电除尘系统3，在脱硝催化剂5的催化作用下，nox脱除后，经过出气烟道3-13排出。预除尘系统2除去粉尘中的大颗粒物；分级电除尘系统根据粉尘浓度分布特性，对烟气流场进行分别供电，提高除尘效率，进一步脱除粉尘；脱除了大部分粉尘的烟气进入分级电除尘系统3的出气烟道3-13，在出气烟道3-13内脱硝催化剂5的催化作用下，喷入烟气的nh3与烟气中的nox发生反应，生成水和氮气，实现了一体化的除尘及脱硝功能。

进一步优化，本实施例中，i级供电系统还包括i绝缘支撑3-7，ii级供电系统还ii绝缘支撑3-11，i绝缘支撑3-7和ii绝缘支撑3-11均安装于外部壳体3-1内，i绝缘支撑3-7位于i阴极线3-6上部用于支撑i阴极线3-6的电源线，ii绝缘支撑3-11位于ii阴极线3-10上部用于支撑ii阴极线3-10的电源线。

进一步优化，本实施例中，预除尘系统2底部与储灰斗3-3连通。

进一步优化，本实施例中，分级电除尘系统3还包括振打装置3-2，振打装置3-2用于振打阳极板3-9。

进一步优化，本实施例中，分级电除尘系统3还包括闸板门3-4和卸灰密封阀3-5，闸板门3-4安装于储灰斗3-3的下部，卸灰密封阀3-5安装于闸板门3-4的下部。

进一步优化，本实施例中，外部壳体3-1与出气烟道3-13的连接处设有降阻整流装置3-14，用于降低烟气流经时的局部阻力损失。

进一步优化，本实施例中，根据脱硝效率及进口nox浓度，催化剂5沿气流方向设置2～4层，每层脱硝催化剂5的旁边安装一个清灰装置3-15，清灰装置3-15与电源及控制系统4连接，电源及控制系统4为清灰装置3-15供电并控制其高效运行。

进一步优化，本实施例中，一体式梯度除尘、脱硝装置还包括支架6，分级电除尘系统3安装在支架6上，支架6安装在地基上。

本实用新型的工作原理：

高温烟气进入一体化梯度除尘、脱硝装置后，氨水泵1-2将氨水从氨水罐1-3中抽出，经由氨水喷枪1-1喷入前扩散段2-1内，氨水喷枪1-1喷出的氨水雾滴的平均粒径小于80μm，并且均匀分布在前扩散段2-1的水平截面内，氨水迅速蒸发与烟气均匀混合。烟气从前扩散段2-1进入后，流通截面逐渐扩大，烟气流速也逐渐降低，进入后扩散段2-3，烟气流速再次降低，并且烟气的流向发生90°的转向，粒径较大的粉尘颗粒因为惯性力的作用，而不易发生转向，冲撞在后扩散段2-3的底板或导流板2-2上，最终顺着后扩散段2-3的底板流入储灰斗3-3。经过预除尘系统2后，烟气中的粉尘除去约20％。挡尘均流板2-4使经过预除尘的烟气均匀流入分级电除尘系统3，在分级电除尘系统3中，i阴极线3-6、ii阴极线3-10与阳极板3-9之间形成高压静电场，该静电场使流经其内部的气体发生电离，电离出的电子吸附在粉尘颗粒上，荷电的粉尘颗粒在电场力的驱动下向阳极板3-9移动，沉积在阳极板3-9上，达到一定厚度后，振打装置3-2振打阳极板3-9，积灰从阳极板3-9上脱落入储灰斗3-3，经由闸板门3-4和卸灰密封阀3-5排出一体化梯度除尘、脱硝装置。经过分级电除尘系统3后，除去约85％的粉尘，含尘约15％的粉尘进入脱硝催化剂5，此时粉尘浓度大大降低，不会造成催化剂5的堵塞，也降低了催化剂5中毒的风险，经过两级除尘，烟气中的大颗粒基本全部除掉，大大降低了粉尘对催化剂5的磨蚀。同时除去了大部分的cao和碱土金属，降低了脱硝催化剂5中毒的风险。

本实用新型的优点包括：

进入分级电除尘系统3的烟气随着向后流动，粉尘逐渐被收集，烟气中的粉尘浓度逐渐降低，而烟气中的粉尘浓度是决定烟气阻抗的主要因素之一，本方案把分级电除尘系统3的烟气分为前后两部分，根据烟气的阻抗大小采用不同的供电系统，使供电系统与烟气特性更符合，确保了经过分级电除尘系统3后，能够除去85％粉尘。

脱硝催化剂5安装在出气烟道3-13内，省去了电除尘器出口的收缩段、电除尘器与脱硝反应器的连接段及脱硝反应器入口的扩散段，减少了局部压力损失，安装在出气烟道3-13内的降阻整流装置3-14降低了烟气流经时的局部阻力损失，根据工程试验，整体阻力小于600pa。

位于催化剂5上部的降阻整流装置3-14还起到调整气流方向与脱硝催化剂5通道方向一致以及气流均布到催化剂整个面的作用，避免烟气偏流导致脱硝催化剂5的磨损，避免因局部气流分布不均引起低流速区域积灰堵塞催化剂通道。

喷氨系统1安装在前扩散段2-1上，喷入的氨水蒸发出的nh3经过预除尘系统2、分级电除尘系统3的充分混合，nh3与烟气达到良好的传质效果，保证nox的脱除效率在90％以上，使流出一体化梯度除尘、脱硝装置的nox浓度达到20-50mg/nm³以下。

电源及控制系统4能够实时跟踪各供电区域的阻抗大小，根据阻抗大小调整供电电压，使分级电除尘系统3发挥更高的效率。电源及控制系统4还控制清灰装置3-15，使脱硝催化剂5表面始终保持干净，脱硝催化剂5的效率得以良好发挥。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。