脱硝反应器、脱硝装置及烟气脱硝的方法与流程

本发明涉及烟气脱硝技术领域，具体而言，涉及一种脱硝反应器、脱硝装置及烟气脱硝的方法。

背景技术：

随着我国经济的发展，国民生活要求的提高，环境污染带来的压力日益加大，氮氧化物作为当前大气污染的主要污染物之一，其治理水平与我国大气环境优劣息息相关。燃煤电站作为氮氧化物集中排放的主要污染来源，其排放的烟气中氮氧化物减排成为当今治理的重要目标，烟气脱硝也成为燃煤电站必备的环保设施，该设施通常采用NH₃-SCR(氨法选择性催化还原法)脱硝技术进行脱硝，其原理是NH₃或者尿素作为还原剂，在催化剂的作用下将NOx还原为N₂，达到去除氮氧化物的目的。

随着燃煤电站脱硝装置的大规模应用，传统的NH₃-SCR脱硝技术暴露了一系列问题，如逃逸的NH₃与烟气中SO₂和H₂O生成硫铵盐，堵塞下游设备，并且逃逸的氨还会导致雾霾的产生，所以寻找替代NH₃的SCR还原剂成为研究的热点。CO、H₂、HC等具有较好的还原NOx能力，但是烟气中存在的O₂会优先与还原剂反应，导致还原剂的大量消耗，从而影响脱硝反应的正常进行。但烟气中NO_X 90％是以NO的形式存在，根据已有的研究发现，NO不能直接被吸附在催化剂活性位，需要在O₂的参与下，以NO₂的形式吸附，所以说O₂对于NO_X的吸附有重要的作用，而在还原时，O₂的存在则会明显抑制CO、H₂、HC等还原剂的还原能力。

为了解决上述矛盾，现有技术中将吸附区和还原区隔离开，将吸附和还原反应分区域进行。然而，该吸附区和还原区分开的脱硝装置一般是将催化剂制成催化剂固定床。由于催化剂在使用过程中容易失效，就需要时常停机更换催化剂固定床，以达到良好的催化脱硝的目的。但是，一般状态下，烟气的脱硝是连续的过程，将脱硝装置停机时，容易造成烟气不经过处理就排放，造成环境的污染。而且，将催化剂制成催化剂固定床，不但大大降低了催化剂的有效催化面积，催化剂之间的空隙较小，对气体物质的扩散起到一定的阻碍作用，不利于提高催化剂固定床的催化效率。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种脱硝反应器、脱硝装置及烟气脱硝的方法，以解决现有技术中的脱硝装置采用催化剂固定床时存在的脱硝效率低、催化剂更换时易造成烟气逃逸的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种脱硝反应器，其包括：壳体，壳体的下部设置有烟气进口和还原气进口，壳体的上部设置有气体出口；烟气进口和还原气进口相对设置；旋转轴，旋转轴沿壳体的轴向设置在壳体的内部；隔板，隔板固定设置在旋转轴上，隔板将壳体的内部分隔为至少两个反应腔，各反应腔中填充有催化剂颗粒，且烟气进口和还原气进口分别与不同的反应腔连通。

进一步地，脱硝反应器包括至少两个隔板，隔板具有第一边和与第一边相对的第二边，第一边固定设置在旋转轴上，第二边与壳体的内壁间隙设置。

进一步地，脱硝反应器还包括第一布风板，第一布风板位于壳体内部，第一布风板的高度高于烟气进口和还原气进口的高度，第一布风板的高度低于隔板的高度，且第一布风板与隔板配合形成各反应腔。

进一步地，第一布风板上开设有进风孔，进风孔的上方设置有风帽。

进一步地，壳体包括底壁和侧壁，侧壁的位于第一布风板以下的部分和底壁共同组成壳体的下盖，烟气进口和还原气进口设置在下盖上。

进一步地，脱硝反应器还包括第一分隔部，第一分隔部设置在底壁的朝向第一布风板的一侧，第一分隔部将下盖分隔为第一进气腔和第二进气腔，第一进气腔与烟气进口连通，第二进气腔和还原气进口连通。

进一步地，气体出口包括净化气出口和还原气出口；净化气出口设置在烟气进口所在一侧的上方，还原气出口设置在还原气进口所在一侧的上方。

进一步地，脱硝反应器还包括第二布风板，第二布风板位于壳体内部，第二布风板的高度高于隔板的高度，第二布风板的高度低于净化气出口和还原气出口的高度，且第二布风板、第一布风板与隔板配合形成各反应腔。

进一步地，壳体还包括顶壁，侧壁的高于第二布风板的部分和顶壁共同组成壳体的上盖。

进一步地，脱硝反应器还包括第二分隔部，第二分隔部设置在顶壁的朝向壳体内部的一侧，第二分隔部将上盖分隔为第一排气腔和第二排气腔，净化气出口与第一排气腔连通，还原气出口与第二排气腔连通。

进一步地，脱硝反应器还包括：第一气固分离器，第一气固分离器上设置有第一进料口、第一气相出口和第一固相出口，第一进料口与净化气出口连通，第一固相出口与反应腔连通；第二气固分离器，第二气固分离器上设置有第二进料口、第二气相出口和第二固相出口，第二进料口与还原气出口连通，第二固相出口与反应腔连通。

进一步地，壳体上还设置有催化剂进口和催化剂出口，脱硝反应器还包括：催化剂送料装置，催化剂送料装置与催化剂进口连通；催化剂回收装置，催化剂回收装置与催化剂出口连通。

进一步地，催化剂进口设置在催化剂出口的上方。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种脱硝装置，其包括上述脱硝反应器。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种利用上述脱硝反应器进行烟气脱硝的方法，其包括以下步骤：烟气通过烟气进口进入壳体的至少一个反应腔中，使催化剂颗粒呈沸腾状，并将烟气中的氮氧化物吸附；旋转轴带动隔板旋转，将至少一个反应腔旋转至还原气进口处；将还原气通过还原气进口通入至少一个反应腔中，使吸附有氮氧化物的催化剂颗粒呈沸腾状态，并将氮氧化物脱除且还原，进而使烟气脱硝。

进一步地，烟气的进气温度为80～400℃，还原气的进气温度为150～500℃。

进一步地，催化剂颗粒的填充高度为反应腔高度的1/3～2/3。

进一步地，催化剂颗粒的粒径为0.1～5mm。

进一步地，旋转轴的旋转周期为0.1-5min/r。

进一步地，还原气为CO、H₂和HC中的一种或多种。

应用本发明的技术方案，脱硝反应器包括壳体，旋转轴和隔板，壳体的下部设置有烟气进口和还原气进口，壳体的上部设置有气体出口；烟气进口和还原气进口相对设置；旋转轴沿壳体的轴向设置在壳体的内部；隔板固定设置在旋转轴上，隔板将壳体的内部分隔为至少两个反应腔，各反应腔中填充有催化剂颗粒，且烟气进口和还原气进口分别与不同的反应腔连通。

利用本发明上述的脱硝反应器，烟气进口与烟道连通后，烟气进入了壳体内部。由于隔板将壳体的内部分隔为至少两个反应腔，且烟气进口和还原气进口分别与不同的反应腔连通，使得烟气先进入了其中的部分反应腔中与催化剂颗粒进行吸附反应。而随着旋转轴的转动，该反应腔旋转至还原气进口处口，进一步进行还原反应。因此，本发明中的装置实现了吸附区和还原区的分开。

同时，本发明中脱硝反应器的反应腔中填充的是催化剂颗粒，烟气自下而上流经催化剂，在一定的流速下能够将催化剂颗粒吹起呈沸腾，即半流化状。这样增大了催化剂颗粒之间的间隙，提高了气体在催化剂颗粒之间的扩散能力，且催化剂堆积，而不是固定，减少了有效吸附面积的浪费，催化剂呈颗粒状，也可以增大接触面积。这就能够显著增强催化剂对NO_X的吸附能力。旋转轴旋转后，当吸附有NO_X的催化剂旋转至通有还原气体的位置时，还原气体同样自反应器下部通入，催化剂在沸腾的状态下将吸附的NO_X脱附并还原，通过改变催化剂颗粒状态，使催化剂颗粒充分与烟气或者还原气接触，增强其吸附与脱附速率。从而显著提高了烟气的脱硝效率。另外，由于采用的是催化剂颗粒，且反应腔处于旋转状态，使得本发明的脱硝反应器可以在不停机的条件下随时更换、调整反应腔中的催化剂，从而避免了烟气溢出对环境的污染。

总之，利用本发明提供的脱硝反应器，不但可以将吸附过程与还原脱硝过程分开进行，避免O₂对还原剂干扰的情况下，增强脱硝效率。同时，催化剂在气流带动下呈沸腾状态，进一步提高了脱硝效率。另外，还可以对催化剂颗粒进行不停机随时更换调整，避免了烟气的逃逸。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明一种实施例的脱硝反应器的结构示意图；

图2示出了根据本发明图1的脱硝反应器结构示意图中A处的放大图；以及

图3示出了根据本发明一种实施例中的脱硝反应器的壳体内部的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、壳体；11、反应腔；12、下盖；13、上盖；101、烟气进口；102、还原气进口；103、净化气出口；104、还原气出口；20、旋转轴；30、隔板；40、第一布风板；41、风帽；50、第二布风板；60、第一气固分离器；70、第二气固分离器；80、催化剂送料装置；90、催化剂回收装置；100、电机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

正如背景技术部分所描述的，现有技术中的脱硝装置采用催化剂固定床，其存在的脱硝效率低、催化剂更换时易造成烟气逃逸的问题。

为了解决这一问题，本发明提供了一种脱硝反应器，如图1和图3所示，其包括壳体10，旋转轴20和隔板30，壳体10的下部设置有烟气进口101和还原气进口102，壳体10的上部设置有气体出口；烟气进口101和还原气进口102相对设置；旋转轴20沿壳体10的轴向设置在壳体10的内部；隔板30固定设置在旋转轴20上，隔板30将壳体10的内部分隔为至少两个反应腔11，各反应腔11中填充有催化剂颗粒，且烟气进口101和还原气进口102分别与不同的反应腔11连通。

利用本发明上述的脱硝反应器，烟气进口101与烟道连通后，烟气进入了壳体10内部。由于隔板30将壳体10的内部分隔为至少两个相互不连通的反应腔11，且烟气进口101和还原气进口102分别与不同的反应腔11连通，使得烟气先进入了其中的部分反应腔11中与催化剂颗粒进行吸附反应。而随着旋转轴20的转动，该反应腔11旋转至还原气进口102处口，进一步进行还原反应。因此，本发明中的装置实现了吸附区和还原区的分开。

同时，本发明中脱硝反应器的反应腔11中填充的是催化剂颗粒，烟气自下而上流经催化剂，在一定的流速下能够将催化剂颗粒吹起呈沸腾，即半流化状。这样增大了催化剂颗粒之间的间隙，提高了气体在催化剂颗粒之间的扩散能力，且催化剂堆积，而不是固定，减少了有效吸附面积的浪费，催化剂呈颗粒状，也可以增大接触面积。这就能够显著增强催化剂对NO_X的吸附能力。旋转轴20旋转后，当吸附有NO_X的催化剂旋转至通有还原气体的位置时，还原气体同样自反应器下部通入，催化剂在沸腾的状态下将吸附的NO_X脱附并还原，通过改变催化剂颗粒状态，使催化剂颗粒充分与烟气或者还原气接触，增强其吸附与脱附速率。从而显著提高了烟气的脱硝效率。另外，由于采用的是催化剂颗粒，且反应腔11处于旋转状态，同一个反应腔11在吸附区和还原区之间不断转换，使得本发明的脱硝反应器可以在不停机的条件下随时更换、调整反应腔中的催化剂，从而避免了烟气溢出对环境的污染。

总之，利用本发明提供的脱硝反应器，不但可以将吸附过程与还原脱硝过程分开进行，避免O₂对还原剂干扰的情况下，增强脱硝效率。同时，催化剂在气流带动下呈沸腾状态，进一步提高了脱硝效率。另外，还可以对催化剂颗粒进行不停机随时更换调整，避免了烟气的逃逸。

在一种优选的实施例中，如图3所示，脱硝反应器包括至少两个隔板30，隔板30具有第一边和与第一边相对的第二边，第一边固定设置在旋转轴20上，第二边与壳体10的内壁间隙设置。在实际的操作过程中，反应腔11在旋转轴20的转动携带下，交替性地与烟气进口101和还原气进口102连通，实现吸附区和还原区的交替转变。具体地，如图3所示，反应腔11有两个，壳体10为柱状筒体，两个隔板30之间的夹角为180-270°。当然，也可以设置多个隔板30，将壳体10的内部分为多个反应腔11。

在本发明的一种未示出的实施例中，隔板30的中轴线固定设置在旋转轴20上，隔板30的平行于旋转轴20的两个边分别与壳体10的内壁间隙配合。

在一种优选的实施例中，脱硝反应器还包括第一布风板40，第一布风板40位于壳体10内部，第一布风板40的高度高于烟气进口101和还原气进口102的高度，第一布风板40的高度低于隔板30的高度，且第一布风板40与隔板30配合形成各反应腔11。设置第一布风板40，可以使烟气和还原气更均匀地通过第一布风板40进入反应腔11中进行吸附反应或还原反应。

在一种优选的实施例中，如图2所示(其为图1中脱硝反应器A处的放大图)，第一布风板40上开设有进风孔，进风孔的上方设置有风帽41。这样，无论气体进入时的方向如何，风帽41都可以使烟气或还原气自下而上吹入反应腔11中，将催化剂吹起，形成流化态，有利于气体与催化剂的充分接触。同时，风帽41可以阻止催化剂从壳体10的下方泄露，减少催化剂的浪费。

在一种优选的实施例中，壳体10包括底壁和侧壁，侧壁的位于第一布风板40以下的部分和底壁共同组成壳体10的下盖12，烟气进口101和还原气进口102设置在下盖12上。这样，烟气或还原气可以从下盖12内部稳定地通过第一布风板40，进入反应腔11中进行反应。

在一种优选的实施例中，脱硝反应器还包括第一分隔部，第一分隔部设置在底壁的朝向第一布风板40的一侧，第一分隔部将下盖12分隔为第一进气腔和第二进气腔，第一进气腔与烟气进口101连通，第二进气腔和还原气进口102连通。这样，在同时通入烟气和还原气时，二者不会相互干扰，而是各自通过第一布风板40进入反应腔11中进行反应，从而可以进一步防止氧气对还原气的干扰，进一步提高脱硝效率。

在一种优选的实施例中，气体出口包括净化气出口103和还原气出口104；净化气出口103设置在烟气进口101所在一侧的上方，还原气出口104设置在还原气进口102所在一侧的上方。将净化气出口103和还原气出口104分开，方便将还原气体回收利用。

在一种优选的实施例中，脱硝反应器还包括第二布风板50，第二布风板50位于壳体10内部，第二布风板50的高度高于隔板30的高度，第二布风板50的高度低于净化气出口103和还原气出口104的高度，且第二布风板50、第一布风板40与隔板30配合形成各反应腔11。设置第二布风板50，可以防止催化剂颗粒随气流流走。

在一种优选的实施例中，壳体10还包括顶壁，侧壁的高于第二布风板50的部分和顶壁共同组成壳体10的上盖13。这样，净化气和反应后的还原气可以通过上盖13的内部稳定地排出。

在一种优选的实施例中，脱硝反应器还包括第二分隔部，第二分隔部设置在顶壁的朝向壳体10内部的一侧，第二分隔部将上盖13分隔为第一排气腔和第二排气腔，净化气出口103与第一排气腔连通，还原气出口104与第二排气腔连通。这样，可以将净化气和反应后的还原气的排出路径进一步分开，更方便对还原气进行回收利用。

具体地，第一分隔部和第二分隔部可以是分隔板。

在一种优选的实施例中，脱硝反应器还包括第一气固分离器60和第二气固分离器70，第一气固分离器60上设置有第一进料口、第一气相出口和第一固相出口，第一进料口与净化气出口103连通，第一固相出口与反应腔11连通；第二气固分离器70上设置有第二进料口、第二气相出口和第二固相出口，第二进料口与还原气出口104连通，第二固相出口与反应腔11连通。利用第一气固分离器60和第二气固分离器70可以将随气流跑出的细小催化剂分离下来，返回反应腔11中进行重复利用。同时还有利于进一步的净化处理。第一气固分离器60和第二气固分离器70可以是本领域常用的类型，比如重力式分离器、旋风分离器或过滤式分离器，优选为旋风分离器。

在一种优选的实施例中，壳体10上还设置有催化剂进口和催化剂出口，装置还包括催化剂送料装置80和催化剂回收装置90，催化剂送料装置80与催化剂进口连通；催化剂回收装置90与催化剂出口连通。由于烟气、还原气不断从底部吹入，催化剂与气体之间以及催化剂颗粒之间容易发生相互的摩擦，进而造成催化剂的磨损失效。为了保证催化剂的催化脱硝效果，需要及时对催化剂进行更换。由于催化剂为颗粒状催化剂，且催化剂直接填充在腔室中，可以在不停机的条件下实现催化剂的补充和更换。具体的催化剂送料装置80优选为螺旋给料机。

在一种优选的实施例中，催化剂进口设置在催化剂出口的上方。催化剂出口位于下方，由于催化剂堆积会产生一定的压强，出口位于下方，会使催化剂及时排出。催化剂进口位于上方，在催化剂进口处，由于催化剂堆积产生的压强小，便于将催化剂输送进入反应腔11中，减小了催化剂分散填充的阻力，保证了催化剂的及时输送。

在具体实施过程中，由于催化的失活往往会在一个相同的时间段内发生，因此对催化剂的更换与补充可采用集中更换与补充的方式进行，集中对所有催化剂腔室里的腔室进行更换与补充因此并没有对特定腔室催化剂更换的问题。

优选地，上述脱硝反应器还包括电机100，电机100和旋转轴20之间通过联轴器连接。

上述反应器中，烟气进口101和还原气进口102可以是竖直设置，此时可以将电机100设置在壳体10的顶部。

优选地，烟气进口101和还原气进口102均设置在壳体10的下方侧壁上，烟气进口101和还原气进口102均为水平设置。一方面便于将烟气进口101和还原气进口102与相应的管道连接，便于施工。另一方面，烟气进口101和还原气进口102均水平设置，壳体10的底部可以制作成平底，增加了与地面或其他支撑结构的接触面，提高了装置的牢固性。此时可以将电机100设置在壳体10的底部。

根据本发明的另一方面，还提供了一种脱硝装置，其包括上述的脱硝反应器。

利用本发明提供的脱硝装置，采用的脱硝反应器不但可以将吸附过程与还原脱硝过程分开进行，避免O₂对还原剂干扰的情况下，增强脱硝效率。同时，催化剂在气流带动下呈沸腾状态，进一步提高了脱硝效率。另外，还可以对催化剂颗粒进行不停机随时更换调整，避免了烟气的逃逸。

根据本发明的另一方面，还提供了一种脱硝反应器进行烟气脱硝的方法，其包括以下步骤：将烟气通过烟气进口101进入壳体10的至少一个反应腔11中，使催化剂颗粒呈沸腾状，并将烟气中的氮氧化物吸附；使旋转轴20带动隔板30旋转，将至少一个反应腔11旋转至还原气进口102处；将还原气通过还原气进口102通入至少一个反应腔11中，使吸附有氮氧化物的催化剂颗粒呈沸腾状态，并将氮氧化物脱除且还原，进而使烟气脱硝。

这样，不但可以将吸附过程与还原脱硝过程分开进行，避免O₂对还原剂干扰的情况下，增强脱硝效率。同时，催化剂在气流带动下呈沸腾状态，进一步提高了脱硝效率。另外，还可以对催化剂颗粒进行不停机随时更换调整，避免了烟气的逃逸。

在一种优选的实施例中，烟气的进气温度为80～400℃，还原气的进气温度为150～500℃。这样可以充分避免SCR脱硝催化剂有效反应温度窗口窄，不能应用于宽温度窗口下脱硝难题。该温度下还原气可将催化剂颗粒吸附的NO_X更充分脱附以及还原。

在一种优选的实施例中，催化剂颗粒的填充高度为反应腔11高度的1/3～2/3。这可以保证流化态之后的催化剂能够充满整个反应腔11，使反应腔11内部的路径均为有效路径。

在一种优选的实施例中，催化剂颗粒的粒径为0.1～5mm。催化剂颗粒直径大于反应器扇形框体上下分布板的孔径，防止催化剂随气流流走。

在一种优选的实施例中，旋转轴20的旋转周期为0.1-5min/r。

在一种优选的实施例中，还原气为CO、H₂和HC中的一种或多种。基于本发明脱硝反应器的运行原理，本发明中的烟气脱硝采用的还原气可以是CO、H₂和HC中的一种或多种。这些还原气具有较高的脱硝效率，且较为环保。

优选地，上述方法中，脱硝后的烟气(净化气)经过第一气固分离器60回收催化剂颗粒后，排放；排放的还原性气体经过和第二气固分离器70分离催化剂颗粒后，回收还原性气体。

优选地，当催化剂颗粒因磨损减小导致对烟气中NOx吸附性能较差时，采用催化剂送料装置80(具体可以采用螺旋给料机)向壳体10内部添加催化剂颗粒。不需要添加催化剂颗粒时，催化剂送料装置80处于关闭状态，防止烟气泄漏。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明的脱硝反应器可以同时实现回转和提供半流化态催化剂，回转可以将吸附区与还原区分开，避免O₂对还原剂干扰，提高脱硝效率，方便催化剂的装载与更换，同时有利于催化剂的再生。半流化态催化剂不但可以提高吸附效率，还可以提高还原脱硝效率，缩短了烟气脱硝的路径，进而节约了投入成本和脱硝时间。具体地：

1、本发明中的催化剂颗粒直接填充在反应腔中，在气流的吹动作用下，呈半流化态。利用半流化床原理，提高了催化剂利用率以及吸附与脱附还原速率。采用催化剂颗粒可以增大接触面积提高吸附效率。

2、本发明中氧化吸附区和脱附还原区分开，可以避免氧气对还原气体的氧化。使得在该脱硝装置中可以利用CO、H₂和HC等作为还原剂，减少了NH₃的使用，避免氨逃逸带来的堵塞下游设备以及产生雾霾等问题。

3、催化剂持续进行吸附脱附过程，使催化剂颗粒充分再生，以便继续吸附NO_X。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。