一种微波加热氨水还原脱硝的处理系统及其烟气脱硝方法
【专利摘要】本发明公开了一种微波加热氨水还原脱硝的处理系统及其烟气脱硝方法，包括微波管式炉、送风机、温度传感器、脱硝反应腔体、浓度传感器；所述管式炉腔体的出口通过管路连接送风机的入口，送风机出口管路连接温度传感器，温度传感器通过设有第一电磁阀的管路连接脱硝反应腔体的底部入口，脱硝反应腔体的顶部出口通过管路连接浓度传感器，浓度传感器通过设有第三电磁阀的第二烟气管路连接管式炉腔体的A入口；温度传感器还通过设有第二电磁阀的第一烟气管路连接管式炉腔体的输入管路A。本系统脱硝过程简单科学，与系统结合使用，可有效保证烟气排放满足国家烟气排放标准要求，可广泛适用于需要脱硝以减少NOx排放的场合，应用前景广阔。
【专利说明】一种微波加热氨水还原脱硝的处理系统及其烟气脱硝方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及烟气脱硝处理系统，尤其涉及一种微波加热氨水还原脱硝的处理系统及其烟气脱硝方法。
【背景技术】
[0002]近年来，我国经济快速发展，电力需求和供应持续增长。截止2013年底，全国电力装机容量已达12.47亿千瓦，，其中火电为8.62亿千瓦，占全国总装机容量的69%。截至“十一五”末，累计建成运行5.65亿千瓦燃煤电厂脱硫设施，全国火电脱硫机组比例从2005年12%提高到80%，但我国人均装机容量却远低于发达国家平均水平，并且我国的能源结构决定了在今后相当长的时间内燃煤机组装机容量还将不断增长，火电厂排放的二氧化硫、氮氧化物和烟尘仍将增加。火电厂排放的大气污染物若得不到有效控制，将直接影响我国大气环境质量的改善和电力工业的可持续和健康发展。烟气脱硝是继烟气脱硫之后国家控制火电厂硫氮氧化物排放的又一个重点领域。从2012年I月I日开始，2011年发布的《火电厂大气污染物排放标准GB_13223-2011》取代2003年发布的《火电厂大气污染物排放标准GB_13223-2003》，并开始实施。新标准的实施将提高火电行业环保准入门槛，推动火电行业排放强度降低并减少污染物排放。但是，由于在燃煤电厂烟气污染控制领域缺乏自主知识产权的核心技术和装备，造成我国能源发展与环境保护之间存在尖锐矛盾。因此，通过不断的技术创新，实现高效、低耗的烟气污染控制，是解决这一矛盾的重要途径。
[0003]作为烟气净化方式的选择性催化还原(SCR)虽然可以取得高达90%的NOx脱除率，但SCR技术由于其昂贵的催化剂及寿命问题造成了投资过大，限制了其广泛应用。而相对较廉价的选择性非催化还原(SNCR)的最大NOx脱除率可达70%?80%，得到了相对广泛的应用。但是SNCR还原NO的反应对于温度条件非常敏感，炉膛上喷入点的选择，也就是所谓的温度窗口的选择，是SNCR还原NO效率高低的关键。一般认为理想的温度范围为700°C?1100°C，并随反应器类型的变化而有所不同。当反应温度低于温度窗口时，由于停留时间的限制，往往使化学反应进行的程度较低反应不够彻底，从而造成NO的还原率较低，同时未参与反应的NH3增加也会造成氨气泄漏。同时，为提高SNCR对NOx的还原效率，降低氨的泄漏量，必须在设计阶段重点考虑燃料类型、锅炉负荷、炉膛结构、受热面布置、过量空气量、NOx浓度、炉膛温度分布、炉膛气流分布以及CO浓度等关键的工艺参数。
[0004]鉴于锅炉炉膛内脱硝的SNCR技术要应用时要重点考虑锅炉炉膛内部相关的众多关键的工艺参数，这无疑将会使设计阶段的工作变得更加复杂，同时将大大降低其技术经济性。因此，我国迫切需要能对目前的SNCR技术进行改造，开发其他更加高效、低成本的烟气脱硝技术。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种微波加热氨水还原脱硝的处理系统及其烟气脱硝方法。烟气脱硝方法可大幅度减少锅炉烟气中NOx的排放，处理系统结构简单、实用性强，与烟气脱硝方法有机结合能够大幅提高脱硝的脱除效率、成本低。
[0006]本发明通过下述技术方案实现:
[0007]—种微波加热氨水还原脱硝的处理系统，包括微波管式炉1、送风机3、温度传感器4、脱硝反应腔体6、浓度传感器8 ；
[0008]所述微波管式炉I内具有一管式炉腔体2 ;所述管式炉腔体2的出口通过管路连接送风机3的入口，送风机3通过其出口管路连接温度传感器4，温度传感器4通过设有第一电磁阀5的管路连接脱硝反应腔体6的底部入口，脱硝反应腔体6的顶部出口通过管路连接浓度传感器8，浓度传感器8通过设有第三电磁阀15的第二烟气管路17连接管式炉腔体2的A入口；
[0009]所述温度传感器4还通过设有第二电磁阀10的第一烟气管路11连接管式炉腔体2的输入管路A。
[0010]所述温度传感器4上还通过管路连接有冷却器13的入口，冷却器13的出口通过设有一个第四电磁阀12的管路与送风机3的出口管路连接。
[0011]所述微波管式炉I腔体内壁设有复合吸波材料。
[0012]所述浓度传感器8还具有一输出管路B，输出管路B上设置有第五电磁阀9。
[0013]所述脱硝反应腔体6的外周面设有多个氨水喷枪7。
[0014]采用上述述的处理系统对烟气进行脱硝的方法如下:
[0015](I)烟气首先由输入管路A进入微波管式炉I的管式炉腔体2，微波管式炉I腔体内壁的复合吸波材料吸收微波后温度迅速升高，烟气经过管式炉腔体2并被快速加热；
[0016](2)加热后的烟气经送风机3到达温度传感器4，温度传感器4对烟气温度进行检测；
[0017](3)当温度传感器4检测到烟气温度低于设定温度范围内时，第二电磁阀10打开，第一电磁阀5和第四电磁阀12关闭，烟气在微波管式炉I中再次被加热；
[0018](4)当温度传感器4检测到烟气温度高于设定温度范围内时，第四电磁阀12打开，同时第一电磁阀5和第二电磁阀10关闭,烟气在冷却器13中被冷却；
[0019](5)当温度传感器4检测到烟气温度在设定温度范围内时，第一电磁阀5打开，同时第二电磁阀10和第四电磁阀12关闭，烟气经第一烟气管路11进入脱硝反应腔体6 ；
[0020](6)脱硝反应腔体6四周布置的氨水喷枪7喷出雾化的氨水，氨水遇到加热后的烟气迅速分解为NH3, NH3和烟气中NOx发生还原反应生成N2和水蒸气；
[0021](7)从脱硝反应腔体6出来的烟气到达浓度传感器8 ;当浓度传感器8检测到烟气浓度高于排放标准浓度时，第五电磁阀9关闭，同时第三电磁阀15打开，烟气经过第二烟气管路17重新进入微波管式炉I进行再次加热，进行下一个循环脱硝过程；
[0022](8)当浓度传感器8检测到烟气浓度低于排放标准浓度时，第五电磁阀9打开，同时第三电磁阀15关闭，烟气经输出管路B排除，脱硝过程结束。
[0023]本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果:
[0024]1、以微波作为烟气的加热源，加热迅速且能耗较少，避免炉内SNCR脱硝还原反应影响炉膛温度和锅炉运行的稳定性。
[0025]2、采用温度传感器和冷却器，保证烟气温度维持在最佳的脱硝反应温度范围内，从而大大提高烟气中NOx的脱除率，同时避免氨气的泄漏。
[0026]3、采用较大空间的脱硝反应腔体，能够保证还原剂NH3在脱硝反应腔体的停留时间，提闻NOx的脱除效果。
[0027]4、采用氨水溶液作为反应还原剂的来源，氨水溶液在高温下快速分解得到还原剂NH3，价格低廉且易获取。
[0028]5、采用浓度传感器检测反应后烟气中NOx浓度，保证NOx的脱除效果。
[0029]6、脱硝过程简单科学，与系统结合使用，可有效保证烟气排放满足国家烟气排放标准要求。
[0030]7、本系统结构简单、投资少、成本低、实用性强，可广泛适用于需要脱硝以减少NOx排放的场合，应用前景广阔。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本发明结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
[0033]实施例
[0034]如图1所示。本发明微波加热氨水还原脱硝的处理系统，包括微波管式炉1、送风机3、温度传感器4、脱硝反应腔体6、浓度传感器8 ；
[0035]所述微波管式炉I内具有一管式炉腔体2 ;所述管式炉腔体2的出口通过管路连接送风机3的入口，送风机3通过其出口管路连接温度传感器4，温度传感器4通过设有第一电磁阀5的管路连接脱硝反应腔体6的底部入口，脱硝反应腔体6的顶部出口通过管路连接浓度传感器8，浓度传感器8通过设有第三电磁阀15的第二烟气管路17连接管式炉腔体2的A入口；
[0036]所述温度传感器4还通过设有第二电磁阀10的第一烟气管路11连接管式炉腔体2的输入管路A。
[0037]所述温度传感器4上还通过管路连接有冷却器13的入口，冷却器13的出口通过设有一个第四电磁阀12的管路与送风机3的出口管路连接。
[0038]所述微波管式炉I腔体内壁设有复合吸波材料。
[0039]所述浓度传感器8还具有一输出管路B，输出管路B上设置有第五电磁阀9。
[0040]所述脱硝反应腔体6的外周面设有多个氨水喷枪7。
[0041]采用本系统对烟气进行脱硝的方法，可通过如下步骤实现:
[0042](I)烟气首先由输入管路A进入微波管式炉I的管式炉腔体2，微波管式炉I腔体内壁的复合吸波材料吸收微波后温度迅速升高，烟气经过管式炉腔体2并被快速加热；
[0043](2)加热后的烟气经送风机3到达温度传感器4，温度传感器4对烟气温度进行检测；
[0044](3)当温度传感器4检测到烟气温度低于设定温度范围内时，第二电磁阀10打开，第一电磁阀5和第四电磁阀12关闭，烟气在微波管式炉I中再次被加热；
[0045](4)当温度传感器4检测到烟气温度高于设定温度范围内时，第四电磁阀12打开，同时第一电磁阀5和第二电磁阀10关闭,烟气在冷却器13中被冷却；
[0046](5)当温度传感器4检测到烟气温度在设定温度范围内时，第一电磁阀5打开，同时第二电磁阀10和第四电磁阀12关闭，烟气经第一烟气管路11进入脱硝反应腔体6 ；
[0047](6)脱硝反应腔体6四周布置的氨水喷枪7喷出雾化的氨水，氨水遇到加热后的(高温)烟气迅速分解为NH3, NH3和烟气中NOx发生还原反应生成N2和水蒸气；
[0048](7)从脱硝反应腔体6出来的烟气到达浓度传感器8 ;当浓度传感器8检测到烟气浓度高于(国家大气污染物)排放标准浓度时，第五电磁阀9关闭，同时第三电磁阀15打开，烟气经过第二烟气管路17重新进入微波管式炉I进行再次加热，进行下一个循环脱硝过程；
[0049](8)当浓度传感器8检测到烟气浓度低于(国家大气污染物)排放标准浓度时，第五电磁阀9打开，同时第三电磁阀15关闭，烟气经输出管路B排除，脱硝过程结束。
[0050]为达到更好效果，下面对本脱硝过程作进一步分析说明。
[0051 ] 根据物质吸收微波的能力，可将物质分穿透、反射、吸收三大类。
[0052]金属基本上不吸收微波，一般微波碰到金属后会被反射回来。而微波对陶瓷微波管式炉腔体(一种陶瓷复合材料)，具有很好的穿透性，只有极少的一部分被吸收。实验所用的微波管式炉设备，就是利用微波的这种性质，将微波管式炉的外壳设计为金属钢板结构用来防止微波泄漏，内壁为微波透波的以碳化硅为主体的复合吸波材料制造的陶瓷管，陶瓷管与外层钢板之间填充保温材料如石棉，用于保温。这样，微波管式炉腔体内壁的复合吸波材料吸收微波后温度迅速升高，烟气经过微波管式炉腔体并被快速加热。在烟气进入脱硝反应腔体前，温度传感器会检测烟气的温度。当烟气温度低于温度范围800°C-1150°C时，通往微波管式炉的第三电磁阀15和第二电磁阀10会打开，对烟气再次进行加热；当烟气温度高于温度范围800°C -1150°C时，通往冷却器的第四电磁阀12会打开，对烟气进行冷却，直至达到设定的温度范围。
[0053]氨水经氨水喷枪喷入温度为800°C -1150°C范围的脱硝反应腔体,氨水溶液会迅速热分解成NH3和水蒸气，随后NH3与烟气中的NOx进行SNCR还原反应而生成N2。采用NH3作为还原剂，在温度为800°C _1150°C的范围内，还原NOx的化学反应方程式主要为:
[0054]4NH3+4N0+02 — 4N2+6H2
[0055]4NH3+2N0+202 — 3N2+6H20
[0056]8NH3+6NO — 7N2+12H20
[0057]温度对SNCR的还原反应的影响最大。
[0058]基于微波管式炉和温度传感器的作用，进入脱硝反应腔体的烟气温度比较均匀，温度分布在850°C -1150°C范围，保证NH3和NOx发生还原反应的反应温度。避免当烟气温度高于1150°C时，NOx的脱除率由于氨气的热分解而降低；当烟气温度低于850°C以下时，NH3的反应速率下降，还原反应进行得不充分，NOx脱除率下降，同时氨气的逸出量可能也在增加。
[0059]还原剂NH3在最佳温度窗口的停留时间越长，则脱除NOx的效果越好。NH3的停留时间超过Is则可以出现最佳NOx脱除率。
[0060]如上所述，便可较好地实现本发明。
[0061]本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种微波加热氨水还原脱硝的处理系统，其特征在于:包括微波管式炉(I)、送风机(3)、温度传感器(4)、脱硝反应腔体￠)、浓度传感器(8)； 所述微波管式炉(I)内具有一管式炉腔体(2);所述管式炉腔体(2)的出口通过管路连接送风机(3)的入口，送风机(3)通过其出口管路连接温度传感器(4)，温度传感器(4)通过设有第一电磁阀(5)的管路连接脱硝反应腔体￠)的底部入口，脱硝反应腔体(6)的顶部出口通过管路连接浓度传感器(8)，浓度传感器(8)通过设有第三电磁阀(15)的第二烟气管路(17)连接管式炉腔体(2)的A入口； 所述温度传感器(4)还通过设有第二电磁阀(10)的第一烟气管路(11)连接管式炉腔体⑵的输入管路A。
2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于:所述温度传感器(4)上还通过管路连接有冷却器(13)的入口，冷却器(13)的出口通过设有一个第四电磁阀(12)的管路与送风机(3)的出口管路连接。
3.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于:所述微波管式炉(I)腔体内壁设有复合吸波材料。
4.根据权利要求1至3任一项所述的处理系统，其特征在于:所述浓度传感器(8)还具有一输出管路B,输出管路B上设置有第五电磁阀(9)。
5.根据权利要求4所述的处理系统，其特征在于:所述脱硝反应腔体(6)的外周面设有多个氨水喷枪(7)。
6.采用权利要求1至5中任一项所述的处理系统对烟气进行脱硝的方法，其特征在于如下步骤: (1)、烟气首先由输入管路A进入微波管式炉(I)的管式炉腔体(2)，微波管式炉(I)腔体内壁的复合吸波材料吸收微波后温度迅速升高，烟气经过管式炉腔体(2)并被快速加执.(2)、加热后的烟气经送风机(3)到达温度传感器(4)，温度传感器(4)对烟气温度进行检测； (3)、当温度传感器(4)检测到烟气温度低于设定温度范围内时，第二电磁阀(10)打开，第一电磁阀(5)和第四电磁阀(12)关闭，烟气在微波管式炉(I)中再次被加热； (4)、当温度传感器(4)检测到烟气温度高于设定温度范围内时，第四电磁阀(12)打开，同时第一电磁阀(5)和第二电磁阀(10)关闭,烟气在冷却器(13)中被冷却； (5)、当温度传感器(4)检测到烟气温度在设定温度范围内时，第一电磁阀(5)打开，同时第二电磁阀(10)和第四电磁阀(12)关闭，烟气经第一烟气管路(11)进入脱硝反应腔体(6)； (6)脱硝反应腔体(6)四周布置的氨水喷枪(7)喷出雾化的氨水，氨水遇到加热后的烟气迅速分解为NH3, NH3和烟气中NOx发生还原反应生成N2和水蒸气； (7)、从脱硝反应腔体￠)出来的烟气到达浓度传感器(8);当浓度传感器(8)检测到烟气浓度高于排放标准浓度时，第五电磁阀(9)关闭，同时第三电磁阀(15)打开，烟气经过第二烟气管路(17)重新进入微波管式炉(I)进行再次加热，进行下一个循环脱硝过程； (8)、当浓度传感器(8)检测到烟气浓度低于排放标准浓度时，第五电磁阀(9)打开，同时第三电磁阀(15)关闭，烟气经输出管路B排除，脱硝过程结束。
【文档编号】B01D53/56GK104437065SQ201410664930
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】马晓茜, 胡善超 申请人:华南理工大学