专利名称：一种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NOi^BNO,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)脱硝 工艺和选择性非催化还原(SNCR)脱硝工艺。SCR和SNCR脱硝工艺的化学反应原理 都是一样的，都是将脱硝剂(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)。SNCR工艺一般在锅炉的炉膛内即燃 烧区(800-1250°C )进行选择性还原反应。SCR工艺则是在烟道内设置催化剂床层，在 280-420°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。SNCR和SCR各自有优缺点，SNCR的优点是不需要价格昂贵的催化剂床，缺点 是脱硝效果较差，脱硝率一般不超过40%。SCR的缺点则是需要使用价格昂贵的催化剂 床，而且需要有足够的空间设置催化剂床，优点则是脱硝效果较SNCR好，脱硝率一般 为 50-60% ο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。
实用新型内容本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的脱硝率低的缺点，提供一种能够 明显提高脱硝率且成本较低的烟气脱硝设备。为了有效提高脱硝率，本实用新型的发明人试图通过在烟气的非催化还原脱硝 区增大脱硝剂的供给量，然而却意外地发现，随着烟道内非催化脱硝区脱硝剂供给量的 明显增加，烟气中的氮氧化物NOx的量不但没有降低，反而较脱硝剂在上述范围内时有 所上升，这可能是因为氨被氧化成了 NOx。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，结果发现，在位 于非催化还原脱硝区之后的烟道尾部增加一个催化剂床层，使非催化脱硝后的烟气直接 进行选择性催化还原脱硝，并通过在所述烟道的1000-1300°C区域的下游至催化剂床层之 前增加脱硝剂补给单元可以有效解决上述问题。原因可能是因为，烟道的1000-1300°C区 域的下游的温度由于较低，在没有催化剂存在下，氨的上述副反应不能发生，而补充的 脱硝剂能够与烟气一起在SCR区在催化剂的作用下进行进一步脱硝反应，由此真正实现 烟气的SNCR和SCR联合脱硝。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烟 道内的脱硝剂供给装置，其特征在于，该烟气脱硝设备还包括设置在烟道内的脱硝剂补给装置和催化剂床层，所述脱硝剂补给装置位于所述脱硝剂供给装置和催化剂床层之 间。本实用新型提供的烟气脱硝设备，通过在位于非催化还原脱硝区之后的烟道尾 部增加一个催化剂床层，并在不同于SNCR工艺提供脱硝剂的位置的特定位置增加一个 脱硝剂补充装置，从而能够在SNCR工艺之后向烟气中补充脱硝剂，保证SCR工艺所需 的脱硝剂的量，使得SCR工艺能够充分发挥作用，进一步降低SNCR脱硝后的烟气中的 NOx的含量。
图1为本实用新型提供的烟气脱硝设备的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行详细的说明。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 以及设置在烟道1内的脱硝剂供给装置4，其特征在于，该烟气脱硝设备还包括设置在烟 道1内的脱硝剂补给装置5和催化剂床层7，所述脱硝剂补给装置5位于所述脱硝剂供给 装置4和催化剂床层7之间。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 述烟道包括第一垂直段a、第二垂直段c和位于该两个垂直段之间的一个水平段b，所述 水平段b的两端各自与第一垂直段a、第二垂直段c的顶部连通。根据本实用新型的第一种实施方式，所述脱硝剂供给装置4和脱硝剂补给装置5 位于第一垂直段a内，所述催化剂床层7位于第二垂直段c内。优选情况下，脱硝剂供给装置4到该脱硝剂供给装置5所在垂直段的底部的距 离A、脱硝剂供给装置4到所述脱硝剂补给装置5的距离B、该脱硝剂补给装置5所在垂 直段的底部到顶部的距离C之间优选满足A B C = 10-25 5-15 30，更优选 A B C = 15-23 5-13 30。此时所述脱硝剂补给装置5补给的脱硝剂进入所述 烟道的位置对应于使用时所述烟道的温度为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5位于所述第一垂直段a的距第一垂直段a的底部23-28 米的位置，所述脱硝剂供给装置4位于所述第一垂直段a的距第一垂直段a的底部15-23 米的位置。根据本实用新型的第二种实施方式，所述脱硝剂供给装置4位于第一垂直段a 内，脱硝剂补给装置5位于水平段b内，催化剂床层7位于第二垂直段c内。该实施方 式适用于脱硝剂补给装置5补给的脱硝剂为氨水的情况。根据本实用新型的第三种实施方式，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4和脱硝剂补给装置5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4和脱硝剂补给装置5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4和脱硝剂补给装置5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 硝剂源提供脱硝剂。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。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 可作为所述脱硝剂供给装置和所述脱硝剂补给装置，但优选情况下，所述脱硝剂供给装 置和所述脱硝剂补给装置各自为管道，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4和脱硝剂补给装置5的所述脱硝剂 非同向接触，能够更好的获得脱硝效果。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4的管道的开口的总面积之比为5000-50000 1，优选为20000-30000 1。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补给装 置5的管道的开口的总面积之比为5000-50000 1，优选为20000-30000 1。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4所在的第一垂直段a、水平段b以及催化剂床层7所在第二垂直段c的催化剂 床层7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。本实用新型的烟气脱硝设备使用时，通过脱硝剂供给装置4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5向该SNCR脱硝后的烟气中 补充脱硝剂，从而使补充的脱硝剂和SNCR脱硝后的烟气一起通过催化剂床层7，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，在该温度下接 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
5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NOx，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―1，优选为1000-10000小时、以氮 元素计，脱硝剂中氮与烟气中NOx的氮(以NO计)的摩尔比可以为0.5-1.1 1，优选 为 0.7-1 1。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V205、Fe2O3> CuO> Cr2O3> Co3O4> NiO> CeO2> La2O3> Pr6O11 > Nd2O3> Gd2O3> Yb2O3 中的一种或多种，优选 V205。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/Ti02 或 V205-Mo03/Ti02。V205_W03/Ti02 或 V205_Mo03/Ti02 催
化剂固定在不锈钢板表面或制成蜂窝陶瓷状，形成不锈钢波纹板式和蜂窝陶瓷的结构形 式。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。
权利要求1.一种烟气脱硝设备，该烟气脱硝设备包括烟道以及设置在烟道内的脱硝剂供给 装置，其特征在于，该烟气脱硝设备还包括设置在烟道内的脱硝剂补给装置和催化剂床 层，所述脱硝剂补给装置位于所述脱硝剂供给装置和催化剂床层之间。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述烟道包括第一垂直段、第 二垂直段和位于第一垂直段、第二垂直段之间的水平段，所述水平段的两端分别与第一 垂直段和第二垂直段的顶部连通，所述脱硝剂供给装置和脱硝剂补给装置位于第一垂直 段内，所述催化剂床层位于第二垂直段内。
3.根据权利要求2所述的烟气脱硝设备，其特征在于，脱硝剂供给装置到该脱硝 剂供给装置所在垂直段的底部的距离A、脱硝剂供给装置到所述脱硝剂补给装置的距 离B、该脱硝剂补给装置所在垂直段的底部到顶部的距离C之间满足A B C = 10-25 5-15 30。
4.根据权利要求3所述的烟气脱硝设备，其特征在于，A B C = 15-23 5-13 30。
5.根据权利要求1所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述烟道包括第一垂直段、第 二垂直段和位于第一垂直段、第二垂直段之间的水平段，所述水平段的两端分别与第一 垂直段和第二垂直段的顶部连通，所述脱硝剂供给装置位于第一垂直段内，脱硝剂补给 装置位于水平段内，所述催化剂床层位于第二垂直段内。
6.根据权利要求1-5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 装置和所述脱硝剂补给装置各自为管道，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。
7.根据权利要求6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 道中的管道上的开口为多个。
8.根据权利要求7所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述多个管道沿烟道的轴向或 周向排列。
9.根据权利要求7所述的烟气脱硝设备，其特征在于，每根伸入烟道中的管道上的多 个开口沿所述管道的轴向分布。
10.根据权利要求6所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述开口的方向与烟道中烟 气流动的方向相反。
11.根据权利要求7-10中任意一项所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述烟道的横 截面积与所述脱硝剂供给装置的所述开口的总面积之比为5000-50000 1，所述烟道的 横截面积与所述脱硝剂补给装置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以及设置在烟道内的脱硝剂供给装置，其特征在于，该烟气脱硝设备还包括设置在烟道内的脱硝剂补给装置和催化剂床层，所述脱硝剂补给装置位于所述脱硝剂供给装置和催化剂床层之间。本实用新型提供的烟气脱硝设备能够有效降低烟气中的NOx含量，使得脱硝后的烟气能够达到排放标准。
文档编号B01D53/90GK201791478SQ20102026000
公开日2011年4月13日 申请日期2010年7月13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