一种用于含N2O工业尾气的高温分解装置及方法与流程

一种用于含n2o工业尾气的高温分解装置及方法
技术领域
1.本发明涉及工业尾气处理技术领域，具体涉及一种用于含n2o工业尾气的高温分解装置及方法。


背景技术：

2.工业尾气中通常含有大量的氮氧化物，氮氧化物通常包括一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮、三氧化二氮、四氧化三氮等，含有氮氧化物的工业尾气直接排放会对大气造成负担。
3.对于含有n2o的工业尾气的处理，常规的处理方式是通过催化分解法对氮氧化物进行分解处理，在催化分解的过程中n2o转变为n2、o2和少量的no、no2，少量的no和no2再通过scr反应器进行催化还原反应生成h2o和n2o，从而实现对含氮氧化物工业尾气的无害化处理。其中，在n2o的催化分解反应为高度放热反应，为控制反应温度需要通过空压机鼓入大量空气对原料气进行稀释，不仅大大增加催分解化系统处理负担，而且降低了脱硝剂、催化剂的使用效率；此外，如反应温度控制不好，容易导致反应器及催化剂因高温损毁，不利于降本增效。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种用于含n2o工业尾气的高温分解装置及方法，以解决现有技术中存在的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种用于含n2o工业尾气的高温分解装置，包括：原料气进气系统；高温分解炉，所述高温分解炉进气端与原料气进气系统连通，且供原料气高温分解；窑炉，窑炉包括竖向设置的炉膛、热回收烟道，炉膛与热回收烟道通过其上端水平设置的脱硝烟道连通；所述炉膛与高温分解炉的燃烧腔室连通；脱硝剂分配系统，所述脱硝剂分配系统包括若干组脱硝剂喷枪，脱硝剂喷枪均匀分布于脱硝烟道圆周向，且脱硝剂喷枪与脱硝剂源连通，在所述脱硝烟道内与高温烟气脱硝分解；脱硝催化剂填料层，所述脱硝催化剂填料层设于热回收烟道出口端，且供脱硝烟气催化分解。
6.优选地，高温分解炉包括卧式炉体，卧式炉体前端设有伸入炉腔内的天然气喷枪，且卧式炉体一侧设有与天然气喷枪前端对应的点火机构；卧式炉体后部圆周向设有若干组原料气喷枪，且卧式炉体圆周向与原料气喷枪对应至少设有一圈进风口；所述原料气喷枪与原料气进气系统连通；卧式炉体前端设有火焰监控机构，与火焰监控机构电性连接有燃烧控制模块及控
制机构，且控制机构天然气进气控制阀电性连接。
7.优选地，卧式炉体圆周向与原料气喷枪前侧、后侧分设有至少一圈进风口。
8.优选地，热回收烟道的排烟通道内设有至少一组空气预热器；其一所述空气预热器进口端连接有一次风机，所述一次风机通过第一鼓风管路与卧式炉体的进风口连通。
9.优选地，其一所述空气预热器进口端连接有二次风机，所述二次风机通过第二鼓风管路与炉膛连通。
10.优选地，炉膛内壁四周设有水冷壁，水冷壁出口端设有水冷壁上联箱、水冷壁进口端设有水冷壁下联箱；水冷壁上联箱、水冷壁下联箱分别与汽包循环连通，所述汽包底部供水冷壁下联箱热水进入，水冷壁下联箱热水经水冷壁加热后转化为汽水混合物，汽水混合物流出至水冷壁上联箱，水冷壁上联箱中水汽混合物通过连通管进入气泡中上部。
11.优选地，热回收烟道进气端设有第一热回收盘管；所述第一热回收盘管进口端与汽包顶部饱和热蒸汽出口端连通，且第一热回收盘管出口端与过热蒸汽外供管路连通。
12.优选地，热回收烟道内还设有第二热回收盘管，所述第二热回收盘管位于第一热回收盘管后侧；所述第二热回收盘管进口端与脱盐水源连通，且第二热回收盘管的出口端与汽包连通。
13.优选地，热回收烟道出口端设有烟气管道，所述烟气管道依次连通除尘器、引风机和烟囱；所述烟囱内设有cems传感器。
14.一种采用高温分解装置分解含n2o工业尾气的方法，包括以下步骤：步骤1：开启高温分解炉，将含有n2o工业尾气通过原料气进气系统喷射于高温分解炉内；步骤2：经过燃烧分解的高温烟气自高温分解炉排气端进入炉膛内并流经脱硝烟道；步骤3：开启脱硝剂分配系统，将脱硝剂源以雾状或粉状均匀喷射进入脱硝烟道与高温烟气混合脱硝，经过脱硝的烟气向后流动进入热回收烟道；步骤4：脱硝烟气经过热回收烟道出口端的脱硝催化剂填料层，进行二次脱硝；步骤5：经过二次脱硝排出系统。
15.本发明的上述技术方案的至少包括以下技术效果：1、本技术实施例的高温分解装置，高温分解炉对含n2o的工业尾气在高温条件下，将 n2o分解为n2、o2、no、no2，该过程无需对原料气进行空气稀释，不仅实现对反应温度精确控制，而且工业尾气脱硝处理量大大降低，从而可提高脱硝剂单位浓度，提高脱硝剂及脱硝催化剂使用效率；进入脱硝烟道及脱硝催化剂填料层前的待处理烟气温度可控，从而提高窑炉及脱硝催化剂的使用寿命，实现降本增效；2、本技术实施例与高温分解装置配合设有一次风机、二次风机、一次风机可为高温燃烧腔室提供空气富氧，二次风机可为炉膛提供低温空气以调节炉膛高温烟气进入脱硝烟道前的温度，以及提供空气含氧量以降低no
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含量；一次风机、二次风机在对相应部分进
行供风时，通过空气预热器对空气进行预热，从而实现对净化烟气余热的热回收；此外，经过预热的预热空气在进入燃烧腔室或炉膛时，在与燃烧气体、原料气或高温烟气混合过程中，防止温度过大的波动，从而提高温度的控制精度；3、本技术实施例中水冷壁可实现对炉膛温度调控，并实现对高温烟气的热回收，高温烟气的温度调控主要是通过该冷却系统实现，二次风机通风仅作为辅助调控手段予以配合；工作时，脱盐水自水冷壁下联箱进入水冷壁并流经水冷壁上联箱，在此过程中脱盐水转变成高温汽水混合物自水冷壁上联箱顶部排出至汽包中，在汽包下部的脱盐水再次流入水冷壁下联箱内进行循环换热；4、本技术实施例中与汽包配合设置有第一热回收盘管、第二热回收盘管，不仅可实现对热回收烟道高温烟气的热回收，并控制烟气的温度，满足各阶段脱硝对温度的需求，提高温度控制精度，降低脱硝催化剂消耗，提高设备使用寿命；5、本技术实施例的配合设有引风机，引风机可为窑炉及高温分解炉构造负压状态，从而保证窑炉内烟气不会发生逸散或爆炸，从而提高系统的安全性。
16.此外，本技术实施例还包括其他有益效果，详见各项实施例阐述。
附图说明
17.图1为本技术实施例的高温分解装置结构示意图；图2为图1中高温分解炉结构示意图；图3为图2中窑炉上部结构示意图。
18.附图标记：100、高温分解装置；1、原料气进气系统；101、原料气源；102、气液分离器；103、原料气控制阀；2、高温分解炉；201、卧式炉体；202、耐火炉衬；203、天然气喷枪；204、火焰监控机构；205、控制机构；206、燃烧控制模块；207、点火机构；208、进风口；209、原料气喷枪；210、进气截止阀；211、进气控制阀；3、脱硝剂分配系统；301、脱硝剂源；302、定量分配机构；303、脱硝剂控制阀；304、脱硝剂喷枪； 4、窑炉；5、炉膛；6、水冷壁上联箱；7、汽包；8、脱硝烟道；9、热回收烟道；10、第一热回收盘管；1001、过热蒸汽外供管路；11、第二热回收盘管；1101、脱盐水源；12、脱硝催化剂填料层；13、空气预热器；14、烟气管道；15、除尘器；16、引风机；17、烟囱；18、cems传感器；19、水冷壁下联箱；20、一次风机；2001、第一鼓风管路；21、二次风机；2101、第二鼓风管路。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图1-3，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技
术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.一种用于含n2o工业尾气的高温分解装置，高温分解装置100包括原料气进气系统1、高温分解炉2、窑炉4、脱硝剂分配系统3和脱硝催化剂填料层12；高温分解炉2进气端与原料气进气系统1连通，且供原料气高温分解；窑炉4包括竖向设置的炉膛5、热回收烟道9，炉膛5与热回收烟道9通过其上端水平设置的脱硝烟道8连通；炉膛5与高温分解炉2的燃烧腔室连通；脱硝剂分配系统3包括若干组脱硝剂喷枪304，脱硝剂喷枪304均匀分布于脱硝烟道8圆周向，且脱硝剂喷枪304与脱硝剂源301连通，在脱硝烟道8内与高温烟气脱硝分解；脱硝催化剂填料层12设于热回收烟道9出口端，且供脱硝烟气催化分解。
21.具体实施例如下，如图1所示：一种用于含n2o工业尾气的高温分解装置，包括原料气进气系统1、高温分解炉2、窑炉4、脱硝剂分配系统3、脱硝催化剂填料层12；其中，原料气进气系统1包括原料气源101以及与原料气源连通的气液分离器102，气液分离器102出气端设有原料气控制阀103，原料气控制阀可控制原料气进入高温分解炉的速度和进气量；气液分离器可脱除含n2o工业尾气中的硝酸或雾滴，实现对原料气的净化干燥；其中，高温分解炉2进气端与原料气进气系统1连通，经过干燥的原料气在高温分解炉内在1200℃的条件下高温分解，将工业尾气中的n2o分解成n2、o2,和少量的no、no2，该过程中通过控制原料气进气量及通风量可控制分解烟气终端温度；其中，窑炉4为“π”结构；窑炉4包括竖向设置的炉膛5、热回收烟道9，炉膛5与热回收烟道9通过其上端水平设置的脱硝烟道8连通；炉膛5一侧与高温分解炉2的燃烧腔室连通，高温烟气在进入炉膛内流通过程中，可与窑炉配合设置的冷却系统进行热交换，高温烟气在进入脱硝烟道前降至780℃-850℃；其中，脱硝剂分配系统3包括若干组脱硝剂喷枪304，脱硝剂喷枪304均匀分布于脱硝烟道8圆周向，且脱硝剂喷枪304与脱硝剂源301连通，脱硝剂分配系统3包括与脱硝剂源连通的定量分配机构302，定量分配机构302分别与脱硝剂喷枪304连通，与脱硝剂喷枪配合设有脱硝剂控制阀303；脱硝剂可采用尿素溶液或氨水溶液，并通过定量分配机构将脱硝剂以一定的流量、以雾状均匀的喷射进入脱硝烟道内，脱硝剂在脱硝烟道8内与高温烟气中的no
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进行还原反应，实现对no
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的分解；其中，脱硝催化剂填料层12设于热回收烟道9出口端，热回收烟道出口端温度控制在300-400℃，脱硝催化剂采用的是scr脱硝催化剂，脱硝烟气在通过脱硝催化剂填料层过程中，实现对烟气中残余的no
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的进一步催化还原，从而实现对烟气no
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达标排放。
22.本技术实施例的高温分解装置，通过高温分解炉对含n2o的工业尾气在高温条件下，将 n2o分解为n2、o2、no、no2，该过程无需对原料气进行空气稀释，不仅实现对反应温度精确控制，而且工业尾气脱硝处理量大大降低，从而可提高脱硝剂单位浓度，提高脱硝剂及脱硝催化剂使用效率；进入脱硝烟道及脱硝催化剂填料层前的待处理烟气温度可控，从而提高窑炉及脱硝催化剂的使用寿命，实现降本增效。
23.在本技术的一实施例中，如图2所示；高温分解炉2包括卧式炉体201，卧式炉体201前端设有伸入炉腔内的天然气喷枪203，且卧式炉体201一侧设有与天然气喷枪前端对应的点火机构207；卧式炉体201后部圆周向设有若干组原料气喷枪209，原料气喷枪给气管上连接有进气截止阀210和进气控制阀
211，进气控制阀和原料气控制阀可采用电动阀或电磁阀以便于自动化控制，进气截止阀可采用手动阀以便于检修作业；且卧式炉体201圆周向与原料气喷枪对应至少设有一圈进风口208；原料气喷枪209与原料气进气系统1连通，原料气进气系统可将原料气均匀的喷射进入卧式炉体内的燃烧腔室内进行高温分解；卧式炉体201前端设有火焰监控机构204，与火焰监控机构204电性连接有燃烧控制模块206及控制机构205，且控制机构205天然气进气控制阀电性连接，火焰监控机构可实时观察燃烧腔室内火焰燃烧状态，并通过燃烧控制模块及控制机构控制天然气的进气流量，从而实现高温分解炉的温度控制；卧式炉体的燃烧腔室内壁涂覆有耐火炉衬202，卧式炉体的外壁采用钢构壳体，该种设置的高温分解炉制造成本低，使用寿命长，可高效的实现对高温分解炉温度的精确控制。
24.在本技术的另一实施例中，如图2所示；卧式炉体201圆周向与原料气喷枪前侧、后侧分设有至少一圈进风口208；该种设置的进风口位于原料气喷枪前后侧，从而使得高温分解炉的燃烧腔室内天然气、空气和原料气进行均匀混合，以提高原料气中n2o的分解效率。
25.在本技术的另一实施例中，如图2所示：热回收烟道9的排烟通道内位于脱硝催化剂填料区后部设有至少一组空气预热器13；该实施例中空气预热器包括两组，其一空气预热器13进口端连接有一次风机20，一次风机20通过第一鼓风管路2001与卧式炉体的进风口208连通，一次风机向高温分解炉提供空气以满足天然气燃烧的需求；另一空气预热器13进口端连接有二次风机21，二次风机21通过第二鼓风管路2101与炉膛5连通；二次风机可为炉膛提供低温空气以调节炉膛高温烟气进入脱硝烟道前的温度，以及提供空气含氧量以降低no
x
含量；一次风机、二次风机在对相应部分进行供风时，通过空气预热器对空气进行预热，从而实现对净化烟气余热的热回收；此外，经过预热的预热空气在进入燃烧腔室或炉膛时，在与燃烧气体、原料气或高温烟气混合过程中，防止温度过大的波动，从而提高温度的控制精度；需要说明的是，一次风机或二次风机均可自主进行截止或启动。
26.在本技术的另一实施例中，如图1-3所示：炉膛5内壁四周设有水冷壁，水冷壁出口端设有水冷壁上联箱6、水冷壁进口端设有水冷壁下联箱19；水冷壁上联箱6、水冷壁下联箱19分别与汽包7循环连通，汽包7底部供水冷壁下联箱19热水进入，水冷壁下联箱热水经水冷壁加热后转化为汽水混合物，汽水混合物流出至水冷壁上联箱6，水冷壁上联箱6中水汽混合物通过连通管进入气泡7中上部；水冷壁可实现对炉膛温度调控，并实现对高温烟气的热回收，高温烟气的温度调控主要是通过该冷却系统实现，二次风机通风仅作为辅助调控手段予以配合；工作时，脱盐水自水冷壁下联箱进入水冷壁并流经水冷壁上联箱，在此过程中脱盐水转变成高温汽水混合物自水冷壁上联箱顶部排出至汽包中，在汽包下部的脱盐水再次流入水冷壁下联箱内进行循环换热。
27.在本技术的另一实施例中，如图3所示；热回收烟道9进气端设有第一热回收盘管10，也即第一热回收盘管设于脱硝烟道后部；第一热回收盘管10进口端与汽包7顶部饱和热蒸汽出口端连通，且第一热回收盘管10出口端与过热蒸汽外供管路1001连通；脱硝烟气温度在700℃左右，在向后流动时可通过第一热回收盘管进行换热，从而可对汽包内流动至第一热回收盘管时进行二次加热，从而得
到过热蒸汽供外部车间使用或外卖；该种设置不仅实现对热能的高效回收，而且可实现温度的强制调控，以控制到达scr脱硝催化剂填料层前的温度。
28.在本技术的一实施例中，如图3所示；热回收烟道9内还设有第二热回收盘管11，第二热回收盘管11位于第一热回收盘管10后部；第二热回收盘管11进口端与脱盐水源1101连通，且第二热回收盘管11的出口端与汽包7连通；工作时，脱盐水源将水鼓入第二热回收盘管，第二热回收盘管可进一步实现对脱硝烟气的热能回收，并将脱盐水装换成热水进入汽包，并通过汽包底部进入水冷壁下联箱，再进入水冷壁进一步加热。
29.在本技术的另一实施例中，如图1所示，热回收烟道9出口端设有烟气管道14，烟气管道14依次连通除尘器15、引风机16和烟囱17；烟囱17内设有cems传感器18；工作时，首先开启引风机从而使得窑炉及高温分解炉总体处于负压状态，从而保证窑炉内烟气不会发生逸散或爆炸，从而提高系统的安全性；cems传感器可实时监测烟囱的no
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含量，如尾气no
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超标，从而通过控制机构控制脱硝剂分配系统提高脱硝剂的进料速度，加强对高温烟气中no
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的分解，以满足烟气no
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的达标排放。
30.一种采用高温分解装置分解含n2o工业尾气的方法，包括以下步骤：步骤1：开启高温分解炉2，将含有n2o工业尾气通过原料气进气系统1喷射于高温分解炉2内，在高温分解炉中将n2o分解为n2、o2、no、no2；步骤2：经过燃烧分解的高温烟气自高温分解炉2排气端进入炉膛5内并流经脱硝烟道8，在炉膛中流动过程中通过水冷壁或补充空气的方式实现对高温烟气的降温，将温度控制脱硝反应所需温度区间；步骤3：开启脱硝剂分配系统，将脱硝剂源以雾状或粉状均匀喷射进入脱硝烟道8与高温烟气混合脱硝，经过脱硝的烟气向后流动进入热回收烟道9；在脱硝烟道内，no、no2转化成h2o和n2；步骤4：脱硝烟气经过热回收烟道出口端的脱硝催化剂填料层12，进行二次脱硝；脱硝催化剂采用的是scr脱硝剂；脱硝烟气在热回收烟道内与第一换热盘管、第二换热盘管进行强制换热，在进入scr反应器时温度控制在300-400℃，从而降低对scr脱硝催化剂的损伤，实现降本增效。
31.步骤5：经过二次脱硝排出系统；经过二次脱硝的烟气尾气在经过脱尘后达标排放。本发明的使用方法或工作原理：本技术实施例的高温分解装置，工作流程：首先，启动引风机，调整系统内部压力为负压，启动一次风机、二次风机，一次风通过空气预热器进入高温分解炉的高温燃烧室夹套，从高温燃烧室内壁进风口进入高温燃烧室，调整引风机、一次风机，使高温燃烧室内压力为-100pa，启动点火器、天然气控制模块、天然气喷枪控制器、天然气喷枪，点火机构点燃天然气使高温燃烧室升温至1200℃；其次，启动含n2o工业气体气液分离器，脱除含n2o工业气体中的硝酸或其它杂质雾滴，调整含n2o工业气体原料气控制阀并打开进气控制阀、进气控制阀，调整原料气喷枪进气流量，含n2o工业气体进入高温燃烧室进行高温分解反应；再次，高温分解反应后的高温烟气中污染物主要有nox(no、no2)，高温烟气进入炉膛，炉膛四周为水冷壁，吸收高温烟气中热量，水冷壁进水通过汽包底部进入水冷壁下联
箱，水冷壁中水转换成汽水混合物通过水冷壁上联箱后返回汽包，通过炉膛水冷壁换热将高温烟气温度降低至780℃-850℃；再次，经过换热的高温烟气进入脱硝烟道，脱硝烟道布置有sncr脱硝剂喷枪，根据烟囱cems传感器测量的烟气nox浓度调整脱硝定量分配机构，调整脱硝剂如尿素溶液或氨水的流量，对nox进行还原反应；再次，脱硝反应后的脱硝烟气进入通过第一热回收盘管与管内蒸汽进行换热，进行强制热交换，转换为过热蒸汽对外供热；经过第一热回收盘管的脱硝烟气通过第二热回收盘管，进行第二次强制换热，将脱盐水加热后汽包供水；再次，经过第二热回收盘管脱硝烟气温度降低至300-400℃，通过scr脱硝催化剂填料区，脱硝烟气中残余的nox进一步进行催化还原反应，实现烟气nox完全达标排放；最后，经过二次脱硝的脱硝烟气经过空气预热器，并与一次冷风、二次冷风继续换热，换热后的一次风进入高温燃烧腔室，提供天然气燃烧所需氧量；二次风机送风进入炉膛，进行炉膛氧量调节及降低nox生成，并可调节炉膛内烟气温度；经过与空气预热器换热后，烟气温度降低至120℃-130℃；最后，经过空气换热器的烟气进入除尘器进行除尘作业，脱除燃烧过程产生的颗粒物，并通过引风机输送至烟囱排入大气。
32.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。