专利名称：燃油锅炉的二次联合烟气脱硝装置及其烟气脱硝方法
技术领域：
本发明涉及一种燃油锅炉的烟气处理技术，更具体地说，是有关一种燃油锅炉的二次联合烟气脱硝装置及其烟气脱硝方法。
背景技术：
对于普通的燃油锅炉来说，当锅炉的耗油量约为280公斤(kg)/小时(h)，以每天工作8小时计，每年耗油817. 6吨(t)/年(a)。燃油为低硫轻质柴油，其含硫量以0. 3%计，含氮量0. 02%，含灰分0. 025%，烟气量以1. 2 X IO4NmVt油计，每年燃油废气体积为9. 82 X IO6 Nm3 / a。各污染物排放速率及排放浓度如下表1所示
表1
,·|·Ι·1；SOllNOx
50080020
49107856196
从上表1可以看出，燃油锅炉燃烧产生的的氮氧化物NOx的排放浓度和排放量都是很大的。相对自然界氧与煤中氮元素热解产物发生反应和其它氮的氧化反应生成的NOx，燃油锅炉、燃煤锅炉和汽车排放等的燃烧过程所产生的NOx占环境中整个NOx总量的75% 90%，因此燃烧过程是NOx的主要来源。燃烧过程中产生的氮氧化物NOx，其中一氧化氮NO 占95%，二氧化氮NO2占5%。NOx是酸雨形成的主要因素，会出现强烈刺激性的蓝色的烟雾使能见度降低，使得行人眼睛红肿流泪，刺激呼吸系统，损害肺功能，并造成橡胶开裂，植物叶片受毒变黄以致枯死等危害性。因此，燃油锅炉等已成为NOx污染物的一大来源，为了保护环境，减少污染，需要对燃油锅炉进行脱硝。为了减少向环境排放烟气，环保部门在不断修订烟气中NOx的环评指标，从整体来看，希望通过燃油锅炉等的脱硝技术来控制NOx的排放浓度。应该注意到，现有的燃油锅炉烟气中NOx排放浓度为45(T600 mg/m3，特别是对燃油锅炉这样的烟气NOx脱硝还处于起步状态，需要积极进行摸索和探讨。按照化学原理，可采用选择性非催化还原法或催化还原法技术和设备以脱除NOx，但在脱硝效率和NOx的控制排放浓度上都不理想，达不到上述环评指标的要求，为此，必须寻求一种新的脱除NOx的装置和方法。
发明内容
本发明的目的是根据燃油锅炉的结构和烟气温度分布特点提供一种可通过非催化还原法和催化还原的二次联合烟气脱硝装置及其处理方法。
实现以上目的的技术方案是提供一种燃油锅炉的二次联合烟气脱硝装置，包括尿素溶液储罐、尿素溶液搅拌机、尿素溶液泵、引风机、烟囱、燃油锅炉，该燃油锅炉的燃烧室具有中间、内测和外侧三回程，其中，中间回程为炉胆，内测回程和外测回程为位于中间回程侧面和后面的的第一和第二炉道，内测回程连接在中间回程和外测回程之间，在燃油锅的炉顶上设有与外测回程连接的排气管，该装置还包括 喷枪，包括输液管和安装在输液管一端的喷嘴；催化反应器，该催化反应器包括具有烟气进气管和出气管的箱体，箱体内设有将NOx 还原为N2和H2O的整流催化层，通过其进气管安装和连接在燃油锅炉的排气管的排气口上， 其出气管通过引风机和管道连接到烟囱；
所述尿素溶液泵通过管道连接在尿素溶液储罐输出口和喷枪输液管的进口之间，以为喷枪提供尿素溶液；
所述燃油锅炉的侧壁和相对燃油喷嘴的后壁上设有安装孔，所述喷枪通过输液管安装在燃油锅炉安装孔上，其喷嘴的喷口正对燃油锅炉的燃烧室中间回程的后部的最佳的喷射
点ο
如以上所述的燃油锅炉的二次烟气脱硝装置，其中，所述喷枪的喷嘴是由耐热材料制成，所述耐热材料为选自 HK-40 系列 ZG40Crf5Ni22、SCH22、HT-30 系列 ZG30Ni;35Crl5、 SCH24 之一。如以上所述的燃油锅炉的二次烟气脱硝装置，其中，所述催化反应器的箱体内设置有支撑架，该支撑架设有间隔布置的3飞个搁置框，在搁置框中安置整流催化层，所述整流催化层包括一层位于最上面的带孔的整流板，位于整流板下面的2飞层催化剂层。如以上所述的燃油锅炉的二次烟气脱硝装置，其中，所述催化反应器的箱体内的支撑架，该支撑架设有间隔布置的4个搁置框，在搁置框中安置整流催化层，所述整流催化层包括一层位于最上面的作为整流格栅的、带孔的整流板，二至三层安置在整流板下面的催化剂层。如以上所述的燃油锅炉的二次烟气脱硝装置，其中，所述催化剂层由钛钒鎢 Ti-V-W或钛钒钼Ti-V-M0类型的催化剂干燥、烧结制成的蜂窝状块的组合体。如以上所述的燃油锅炉的二次烟气脱硝装置，其中，所述Ti-V-W类型催化剂是 V205-W03/Ti02催化剂，所述Ti-V-Mo类型催化剂是V205_Mo03/Ti02催化剂。如以上所述的燃油锅炉的二次烟气脱硝装置，其中，所述蜂窝状的组合体则由多个制成象煤饼孔那样直孔的蜂窝状催化剂模块组合而成，每一块的孔径在2. (Γ9. O mm,孔距在2. 4 10. 8_。如以上所述的燃油锅炉的二次烟气脱硝装置，其中，所述多个催化剂模块在额定蒸发量2 20 t/h的燃油锅炉中总的体积用量在0.5 5M3，外形尺寸长度和宽度范围在 800"2300mm,高度均为 1500mm。如以上所述的燃油锅炉的二次烟气脱硝装置，其中，所述喷枪是广4支，安装在燃油锅炉的侧壁的一侧、相对两侧或与燃油喷嘴相对的燃油锅炉的后壁上。综上所述，本发明的装置和其烟气脱硝方法很好地减少了燃油锅炉对环境造成的污染，弱化酸雨的形成，有利于人类的健康，以及对动植物的生成和保护。
图1是现有技术的燃油锅炉的剖视图，图中示出了锅炉燃烧室的烟气分布、流动、 烟气脱硝最佳的喷射点以及本发明可安装喷枪的位置之一
图2是本发明的烟气脱硝装置的组成、布置和连接示意图3是本发明的烟气脱硝装置中催化反应器的局部剖视图4是图3的催化反应器内使用的蜂窝状催化剂模块的立体放大视图。
具体实施例方式请参阅图1、图2和图3，本发明的一种燃油锅炉的二次联合烟气脱硝装置，包括 燃油锅炉1，尿素溶液储罐2、尿素溶液搅拌机3，尿素溶液泵4，喷枪5和催化反应器6，其中，该燃油锅炉1包括燃烧喷嘴11、锅炉本体12、处于该本体内的燃烧室13、位于燃油锅炉外部的引风机7和烟囱8。所述燃烧室13具有中间、内测和外侧三回程131、132和133，其中，中间回程131 为炉胆，烟气温度为最高，中间回程的炉胆后部，温度在90(Tii0(rc 士20°C，通过向炉胆后部高温区的烟气喷施还原剂(以下将详细描述的)，能将NOx还原为队和H2O ；内测回程132 和外测回程133为位于中间回程的近侧和远侧的炉道，内测回程132连接在中间回程131 和外测回程133之间，在燃油锅的炉顶顶面上设有与外测回程连接的排气管134，这样可将从排气管134排出的烟气温度一般控制在25(T400°C 士20°C，以便在下面将进一步说明的烟气穿过时在催化剂作用下将NOx还原为N2和H20。尿素溶液储罐2是用于对燃油锅炉产生的烟气中所含的氮氧化物(NOx)的还原提供还原剂。尿素溶液储罐2包括其主体的液储罐21外，还装配有液位计22、阀门或流量调节阀和流量计23等。根据NH3与NOx的反应化学计量比为2，可以计算出燃烧过程中消耗的氨量，因此所述尿素溶液储罐2，必要时加装热解器分解，所提供的尿素溶液的浓度控制在约10-25%。在使用时，尿素溶液储罐的溶液经阀门或流量调节阀对供给量的调节并由遮量计进行计量。众所周知，所述还原剂的类型有尿素、氨水、液氨，都可使用。如果采用氨水，它是通过氨水泵送入分解炉，浓度25%，氨溶液经过滤后进入流量调节阀和流量计，经计量的溶液进入喷嘴，在喷嘴内与压缩空气混合，雾化后喷入分解炉内，只是氨水有刺激性臭味和操作不当易爆炸。当选用液氨情况下，还要安装一液氨蒸发器等，这样成本就稍高，而且安全性将成为更担心的事，所以相对比较而言，这里推荐的是尿素配制的溶液。尿素溶液搅拌机3主要包括电动机、传动轴和搅拌叶，安装在尿素溶液储罐2罐顶而其搅拌叶延伸到靠近储罐内底，以通过对尿素的搅拌形成均勻的尿素溶液的浓度。喷枪5包括喷管51和喷嘴52，通过喷管安装在燃油锅炉的侧壁上，喷嘴的结构和喷嘴的质量是尿素添加设备的技术关键，例如所述喷枪的喷嘴暴露在1000°c左右烟气下， 需要由耐热材料制成。所述耐热材料可选自选自HK-40系列ZG40Cr35Ni22、SCH22、HT-30 系列ZG30Ni35Crl5、SOE4之一，喷管可采用一般性耐热或耐氧化的钢，还可制成水套夹层形式用循环水冷却。应该在了解到，安装时，喷枪5的喷嘴52通过喷口正对燃油锅炉的燃烧室中作为中间回程的炉胆后部的最佳的喷射点A，也就是温度在90(Tll0(rC 士20°C的区域，以在喷施还原剂时保证充分与氮氧化物产生还原作用。喷枪是广4支，安装在燃油锅炉的侧壁的一侧(如图2所示)、或相对两侧，或与燃油喷嘴相对的另一侧，也就是后壁(如图1 所示)。尿素溶液泵4是通过管道连接在尿素溶液储罐和喷枪的进口之间，以为保证向喷枪提供单位时间一定数量和压力的尿素溶液。通常，按照燃油锅炉的额定蒸发量2-20吨 (t)/小时(h)或烟气量2735 27352m3/h的燃油锅炉中，所述尿素溶液泵将10-25%左右浓度的尿素溶液通过喷枪选择地以318kg/h喷入燃油锅炉。
催化反应器6包括具有烟气进气管62和出气管63的箱体61，通过其进气管62安装和连接在燃油锅炉1的排气管134的排气口上，其出气管63通过引风机7和管道连接到烟囱8。在一个实施例中，所述催化反应器的箱体61内设置有支撑架，该支撑架设有间隔布置的3飞个搁置框，在搁置框中安置整流催化层，所述整流催化层包括一层位于最上面的、 使烟气均勻穿过的带孔的整流板，位于整流板下面的2飞层催化剂层，以在烟气穿过催化剂层时在催化剂作用下将NOx还原为N2和H20。作为一较佳实施例，所述催化反应器的箱体内的支撑架，该支撑架设有间隔布置的4个搁置框，在搁置框中安置整流催化层，所述整流催化层包括一层位于最上面的带孔的整流板611，位于整流板下面的2 3层催化剂层612、613和614。所述2 3层催化剂层可采取安装2层或安装3层催化剂层。在安装2层催化剂层时，为更换催化剂层，将有1层催化剂层暂时不插入搁置框以作为替换用过的二层催化剂层612、613之一的备用催化剂层 614，如图3所示。所述催化剂层由钛钒鎢Ti-V-W或钛钒钼Ti-V-Mo类型的催化剂经干燥、烧结制成的蜂窝状的组合体，特别是采里钛钒鎢Ti-V-W或钛钒钼Ti-V-M0的催化剂和少量粘合纤维通过干燥和烧结制成的蜂窝状的组合体，它们由北京中天催化剂有限公司、杭州三龙催化剂有限公司等催化剂生产厂家提供。这里，所述Ti-V-W类型催化剂是V205-W03/Ti02催化剂，所述Ti-V-Mo类型催化剂是V205-Mo03/TiA催化剂。请参阅图4，图中示出了以蜂窝状的组合体612为例的蜂窝状催化剂模块6121。 所述蜂窝状的组合体是表明由多块制成具有直孔的长方形蜂窝状催化剂模块组成的组合体，每一催化剂模块的外部尺寸可以任意选择，例如每一块尺寸可以是150 mmX150 mmX750mm的催化剂块模块，孔形可以是圆孔、方孔和长方形孔等，而其孔径或相邻边的平均长度在2. (Γ9. O mm，孔距2. Πθ. 8mm的蜂窝型栅格，以到达所述烟气在催化反应器内的停留时间是2000 3500 h Λ根据额定蒸发量在纩20 t/h的燃油锅炉中，需要催化剂模块总的体积用量在 0. 5飞M3，外形尺寸长度和宽度范围在80(T2300mm，高度均为1500mm，以供铺设2_4层催化剂层。本发明的一种燃油锅炉烟气脱硝装置的烟气脱硝方法，包括下列步骤
步骤1，给喷枪供液，打开尿素溶液储罐的调节阀将尿素配制溶液通过输送泵4将其中的含碱液通过尿素溶液泵以泵抽方式提供给喷枪以便对燃油锅炉中烟气进行喷雾和喷淋脱硝；
步骤2，烟气的预处理，燃油锅炉燃烧中所排出的含有NOx，其中NO占95%，NO2占5%的烟气与在锅炉内喷入的碱液，即喷入作为还原剂的10-25%左右尿素溶液，在90(Γ1100 发生下列化学反应
4NH3+4N0+02 — 4N2+6H20 4NH3+2N02+02 — 3N2+6H20
步骤3，剩余烟气的第二次处理，经过烟气预处理后的剩余烟气和尿素溶液中未作用的氨气从燃油锅炉的排气管134进入催化反应器在穿过其内的钛钒鎢Ti-V-W或钛钒钼 Ti-V-Mo类型催化剂层时，在25(T400°C温度和在催化剂作用下，NOx还原为N2和H2O,达到再一次脱除NOx，还原反应为4NH3+4N0+02 — 4N2+6H20 6N0+4NH3 — 5N2+6H20 8NH3+6N02+02 — 7N2+12H20
步骤4，二次烟气脱硝的烟气排放，由引风机从烟气出口将经过处理的、符合排放要求的烟气排放到烟囱外，一般，该经过二次联合处理的烟气NOx排放浓度< 150~ 200mg/m3,脱硝率> 70~78%。在以上步骤2中，氨水的浓度控制在10%左右，对于额定蒸发量为2 20 t/h的燃油锅炉喷入10%左右尿素溶液的用量为l(T30kg/h。在以上步骤3中，所述催化剂层由钛钒鎢Ti-V-W或钛钒钼Ti-V-Mo类型的催化剂烧结制成的蜂窝状的组合体。所述Ti-V-W类型催化剂是V205-W03/Ti02催化剂，所述 Ti-V-Mo类型催化剂是V2O5-MoOZTiA催化剂。另外，为维持排气管134中排出而进入催化反应器6的烟气温度，在设计上应该考虑催化反应器的进气管62与锅炉的排气管134的连接长度和引风机7的引风速度。所述蜂窝状的组合体则是由多块制成象煤饼孔那样直孔的蜂窝状催化剂模块形成，每一块的外部尺寸可以任意选择，例如其孔径在3. O mm，孔距在3. 8mm,以到达所述烟气在催化反应器内的停留时间约为2600 h Λ由上可见，经过多次试验，应用本发明的脱硝装置效率平均达到73%，处理后NOx 排放浓度约在180mg/m3，氨逃逸浓度不大于3ppm，系统阻力不大于500Pa。
8
权利要求
1.一种燃油锅炉的二次联合烟气脱硝装置，包括尿素溶液储罐、尿素溶液搅拌机、尿素溶液泵、引风机、烟囱、燃油锅炉，该燃油锅炉的燃烧室具有中间、内测和外侧三回程，其中，中间回程为炉胆，内测回程和外测回程为位于中间回程侧面和后面的的第一和第二炉道，内测回程连接在中间回程和外测回程之间，在燃油锅的炉顶上设有与外测回程连接的排气管，其特征在于，还包括喷枪，包括输液管和安装在输液管一端的喷嘴；催化反应器，该催化反应器包括具有烟气进气管和出气管的箱体，箱体内设有将NOx 还原为队和H2O的整流催化层，通过其进气管安装和连接在燃油锅炉的排气管的排气口上， 其出气管通过引风机和管道连接到烟囱；所述尿素溶液泵通过管道连接在尿素溶液储罐输出口和喷枪输液管的进口之间，以为喷枪提供尿素溶液；所述燃油锅炉的侧壁和相对燃油喷嘴的后壁上设有安装孔，所述喷枪通过输液管安装在燃油锅炉安装孔上，其喷嘴的喷口正对燃油锅炉的燃烧室中间回程的后部的最佳的喷射点ο
2.如权利要求1所述的燃油锅炉的二次联合烟气脱硝装置，其特征在于，所述喷枪的喷嘴是由耐热材料制成，所述耐热材料为选自HK-40系列ZG40Cr35Ni22、SCH22、HT-30系列 ZG30Ni!35Crl5、SCH24 之一。
3.如权利要求1所述的燃油锅炉的二次联合烟气脱硝装置，其特征在于，所述催化反应器的箱体内设置有支撑架，该支撑架设有间隔布置的3飞个搁置框，在搁置框中安置整流催化层，所述整流催化层包括一层位于最上面的带孔的整流板，位于整流板下面的2、 层催化剂层。
4.如权利要求1所述的燃油锅炉的二次联合烟气脱硝装置，其特征在于，所述催化反应器的箱体内的支撑架，该支撑架设有间隔布置的4个搁置框，在搁置框中安置整流催化层，所述整流催化层包括一层位于最上面的作为整流格栅的、带孔的整流板，二至三层安置在整流板下面的催化剂层。
5.如权利要求4所述的燃油锅炉的二次联合烟气脱硝装置，其特征在于，所述催化剂层由钛钒鎢Ti-V-W或钛钒钼Ti-V-M0类型的催化剂干燥、烧结制成的蜂窝状块的组合体。
6.如权利要求5所述的燃油锅炉的二次联合烟气脱硝装置，其特征在于，所述Ti-V-W 类型催化剂是V205-W03/TiA催化剂，所述Ti-V-M0类型催化剂是V205-Mo03/TiA催化剂。
7.如权利要求5所述的燃油锅炉的二次联合烟气脱硝装置，其特征在于，所述蜂窝状的组合体则由多个制成象煤饼孔那样直孔的蜂窝状催化剂模块组合而成，每一块的孔径在 2. 0 9. O mm,孔距在 2. 4 10. 8mm。
8.如权利要求5所述的燃油锅炉的二次联合烟气脱硝装置，其特征在于，所述多个催化剂模块在额定蒸发量纩20 t/h的燃油锅炉中总的体积用量在0.5 5M3，外形尺寸长度和宽度范围在80(T2300mm，高度均为1500mm。
9.如权利要求1或2所述的燃油锅炉的二次联合烟气脱硝装置，其特征在于，所述喷枪是1、支，安装在燃油锅炉的侧壁的一侧、相对两侧或与燃油喷嘴相对的燃油锅炉的后壁上。
10.一种燃油锅炉的二次联合烟气脱硝装置的烟气脱硝方法，其特征在于，包括下列步骤步骤1，给喷枪供液，打开尿素溶液储罐的调节阀阀门将尿素配制溶液通过输送泵将其中的含碱液通过尿素溶液泵以泵抽方式提供给喷枪以便对燃油锅炉中烟气进行喷雾脱硝；步骤2，烟气的预处理，燃油锅炉燃烧中所排出的NOx，其中NO占95%，NO2占5%的烟气与在锅炉内喷入的碱液作为还原剂，在90(Γ1100 发生下列化学反应 4NH3+4N0+02 — 4N2+6H204NH3+2N02+02 — 3N2+6H20步骤3，剩余烟气的第二次处理，经过烟气预处理后的剩余烟气和尿素溶液中部分未作用的氨气从燃油锅炉的排气管进入催化反应器在穿过其内的催化剂层时，在30(T40(TC温度和在催化剂作用下，NOx还原为N2和H2O,达到再一次脱除NOx，还原反应为4NH3+4N0+02 — 4N2+6H206N0+4NH3 — 5N2+6H208NH3+6N02+02 — 7N2+12H20步骤4，二次烟气脱硝的烟气排放，由引风机从烟气出口将经过处理的、符合排放要求的烟气排放到烟囱外，一般，该经过处理的烟气NOx排放浓度彡150~200mg/m3，脱硝率> 70-78% ο
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在步骤2中，所述尿素溶液的浓度控制在 10-25%，喷入10-25%尿素溶液的用量为l(T30kg/h。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在步骤3中，所述催化剂层由钛钒鎢 Ti-V-W或钛钒钼Ti-V-Mo类型的催化剂经过干燥、烧结制成的蜂窝状的组合体，所述 Ti-V-W类型催化剂是V205-W03/Ti&催化剂，所述Ti-V-Mo类型催化剂是V205-Mo03/TiA催化剂。
全文摘要
一种燃油锅炉的二次联合烟气脱硝装置及其烟气脱硝方法，包括尿素溶液储罐、搅拌机、尿素溶液泵、引风机、烟囱、燃油锅炉，在燃油锅的炉顶上设有排气管，还包括喷枪，催化反应器，其中催化反应器包括具有烟气进气管和出气管的箱体，箱体内设有将氮氧化物还原流催化层，通过其进气管连接在燃油锅炉的排气管，其出气管通过引风机连接到烟囱，所述燃油锅炉的侧壁和相对燃油喷嘴的后壁上设有安装孔，所述喷枪安装在燃油锅炉安装孔上，其喷嘴的喷口正对燃油锅炉的燃烧室中间回程的后部的最佳的喷射点。本发明的装置及其烟气脱硝方法很好地减少了燃油锅炉对环境造成的污染，弱化酸雨的形成，有利于人类的健康，以及对动植物的生成和保护。
文档编号B01D53/90GK102553405SQ20101059632
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者邱吉康, 邱芳 申请人:邱吉康, 邱芳