本发明涉及燃烧烟气脱硝领域，特别是涉及一种选择性催化还原scr脱硝装置及选择性催化还原scr脱硝方法。
背景技术：
nox是一种重要的大气污染物，是引发酸雨、雾霾、光化学烟雾的重要因素。我国各地的环保标准都对nox排放量进行了严格限制。在工业及民用锅炉领域，传统上常采用煤或石油作为燃料。但是，由于这些燃料本身特点的限制，实现低氮氧化物排放难度极大，需要进行尾气脱硝处理以实现污染物排放的达标。
脱硝是指通过还原剂将烟气中的氮氧化物去除的过程。一般，工业领域主流的脱硝工艺路线有scr(selectivecatalyticreduction，选择性催化还原)和sncr(selectivenon-catalyticreduction，选择性非催化还原)。其中，scr方法的脱硝效率高，但是通常需要在催化剂的作用下才可以实现。目前，工程上广泛采用的scr催化剂基本都是以tio2为基材，以v2o5为主要活性成分，以wo3、moo3为抗氧化、抗毒化辅助成分。由于钒钛基scr催化剂工作温度一般为300-400℃，因此，在工程应用中，烟气来流的温度需要进行精确的控制。而在来流烟气温度低于催化剂工作温度范围时，通常的做法是引入锅炉当中的高温烟气掺混，或者在烟道当中加入再加热燃烧器。当来流温度较低时(＜250℃)，在烟气中so2浓度较高的情况下，在催化剂表面会有nh4hso4沉积附着，使得催化剂失活，从而降低了脱硝的效率。
现有技术中，将微波发生装置放置于反应器的主体四周或三面宽带多口馈入，以保证反应器腔体内热量均匀，并利用微波加热促使nh4hso4分解，使scr催化剂在不拆卸的情况下实现原位再生。当烟气温度低于低温scr催化剂的工作温度时，利用微波加热scr催化剂本体到反应温度，使scr反应顺利进行。
但是，将微波发生装置放置于反应器主题四周或者三面宽带多口馈入处，并没有充分利用微波容易被金属反射的特点，因此，存在微波能量无法被充分利用的问题。
技术实现要素：
本发明的一个目的是要提供一种选择性催化还原scr脱硝装置及选择性催化还原scr脱硝方法，以解决现有技术中的微波能量无法被充分利用的问题。
本发明的另一个目的是要节约电能源。
特别地，本发明提供了一种选择性催化还原scr脱硝装置，用于对锅炉烟道排出的烟气进行氧化还原，以去除烟气中的氮氧化物，其中，所述脱硝装置包括：
喷氮装置，与所述锅炉烟道连接，用于向所述锅炉烟道内喷入还原剂，使所述烟气与所述还原剂进行充分混合；和
具有催化剂的scr反应器，连接至所述喷氮装置与所述锅炉烟道的交汇点，用于接收所述烟气与所述还原剂的混合气体；
其中，所述scr反应器配置成在所述混合气体进入其中时，产生能够完全覆盖其内部面积的微波辐射线束，通过所述微波辐射线束迅速加热所述催化剂和所述混合气体，使所述混合气体中的烟气温度达到预设温度值，另所述还原剂与所述烟气中的氮氧化物迅速产生氧化还原反应。
进一步地，所述scr反应器包括：
scr反应层，其设置于所述scr反应器内的上方位置处，所述催化剂设于所述scr反应层处；和
微波发生器，其设置于所述scr反应层的下方，所述微波发生器配置成在正常通电时产生由下而上的微波辐射线束，所述微波辐射线束经过多次反射后完全照射在所述scr反应层上。
进一步地，所述scr反应层还包括敏化剂，所述敏化剂设于所述催化剂的表层，所述微波辐射线束射于所述scr反应层时先加热所述敏化剂，再通过加热后的敏化剂对所述催化剂和烟气进行加热。
进一步地，还包括控制器，其配置成在所述混合气体进入所述scr反应器时控制所述微波发生器产生由下而上的微波辐射线束，所述微波辐射线束经过多次反射后完全照射在所述scr反应层上。
进一步地，所述scr反应器还包括整流器，其配置成在所述混合气体进入所述scr反应器时对所述微波发生器进行供电，使所述微波发生器在正常通电的情况下受控地产生微波辐射线束。
进一步地，所述控制器还配置成根据进入所述scr反应器中的烟气的温度控制所述微波发生器的功率，使得所述微波发生器产生与所述烟气温度相对应功率的微波辐射线束对所述scr反应层进行加热。
进一步地，所述微波发生器设有多个，且均匀设置于所述scr反应层的下方。
进一步地，所述预设温度值为200-500度。
本发明还提供一种选择性催化还原scr脱硝方法，用于对锅炉烟道排出的烟气进行氧化还原，以去除烟气中的氮氧化物，其中，所述脱硝方法包括：
向锅炉烟道烟气喷入还原剂，使锅炉烟道中的烟气与还原剂进行混合；
使混合气体进入scr反应器中，且使所述scr反应器中的微波发生器受控地产生完全覆盖其内部面积的微波辐射线束；
通过所述微波辐射线束迅速加热所述催化剂和所述混合气体，在所述混合气体中的烟气温度达到预设温度值时，使所述还原剂与所述烟气中的氮氧化物迅速产生氧化还原反应。
进一步地，在所述使混合气体进入scr反应器中，且使所述scr反应器中的微波发生器受控地产生完全覆盖其内部面积的微波辐射线束之后，且在所述通过所述微波辐射线束迅速加热所述催化剂和所述混合气体，在所述混合气体中的烟气温度达到预设温度值时，使所述还原剂与所述烟气中的氮氧化物迅速产生氧化还原反应之前，包括：
检测进入所述scr反应器中的烟气的温度，根据所述烟气的温度控制所述微波发生器的功率，使所述微波发生器产生与所述烟气温度相对应的功率的微波辐射线束进行加热。
本发明的有益效果为：
首先，本发明的scr脱硝装置通过喷氮装置向锅炉烟道内喷入还原剂，以使得烟气与还原剂进行充分混合，待混合后的混合气体进入scr反应器中时，scr反应器内产生可以完全覆盖其内部面积的微波辐射线束，通过微波辐射线束迅速加热scr反应器内的催化剂和混合气体，并在混合气体中的烟气温度达到预设温度值时还原剂与烟气中的氮氧化物迅速产生氧化还原反应。如此，由于混合气体进入scr反应器内时，scr反应器内可以产生完全覆盖其内部面积的微波辐射线束，从而微波辐射线束可以完全照射在scr反应器内的催化剂上，以加快催化剂和混合气体中烟气的温度，从而可以加快烟气满足scr条件时的温度，如此，可以使得还原剂迅速与烟气中的氮氧化物产生氧化反应，最终达到去除烟气中氮氧化物的目的。与现有技术中微波能量无法被充分利用的方案相比，本发明的scr脱硝装置可以充分提高微波能量在scr反应器内的辐射，以提高去除烟气中氮氧化物的效率。从而可以解决现有技术中微波能量无法被充分利用的问题。
其次，由于本发明的scr脱硝装置或scr脱硝方法可以充分利用微波能量，以达到加快去除烟气中氮氧化物的目的，从而与现有技术中通过在烟道中加入再加热燃烧器以对烟气进行加热的方案相比，本发明的scr脱硝装置或scr脱硝方法不需要增加额外的加热设备(传统方法要增加一个热风炉)，因此，可以节约场地使用面积，减少scr改造现场施工量。
再者，微波发生器产生的微波辐射线的功率可根据scr反应器中的烟气的温度进行控制，一般烟气的温度越高，需要微波发生器加热的功率越小，如此，根据当前scr反应器内的烟气的温度控制微波发生器输出与烟气温度相对应的功率的微波辐射线束对scr层进行加热，从而不仅可以充分利用微波发生器所产生的微波能量，而且还可以节约电能源(输出功率越小，微波发生器所消耗的能量也越低)。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明一个实施例的一种选择性催化还原scr脱硝装置的示意性结构图；
图2是根据本发明另一个实施例的一种选择性催化还原scr脱硝装置的示意性结构图；
图3是根据本发明第三个实施例的一种选择性催化还原scr脱硝装置的示意性结构图；
图4是图3中的scr反应器的示意性结构图；
图5是图4中的a-a处的示意性剖视结构图；
图6是根据本发明一个具体实施例的一种选择性催化还原scr脱硝装置的示意性结构图；
图7是根据本发明一个实施例的一种选择性催化还原scr脱硝方法的示意性流程图；
图8是根据本发明另一个实施例的一种选择性催化还原scr脱硝方法的示意性流程图。
具体实施方式
图1是根据本发明一个实施例的一种选择性催化还原scr脱硝装置的示意性结构图，用于对锅炉烟道排出的烟气进行氧化还原，以去除烟气中的氮氧化物，以解决现有技术中的微波能量无法被充分利用的问题。其中，脱硝装置可包括：喷氮装置2，与锅炉烟道1连接，用于向锅炉烟道1内喷入还原剂，以使得烟气与还原剂进行充分混合；和具有催化剂的scr反应器3，连接至喷氮装置2与锅炉烟道1的交汇点，用于接收烟气与还原剂进行混合的混合气体。其中，scr反应器3可配置成在混合气体进入其中时，产生可以完全覆盖其内部面积的微波辐射线束，以通过微波辐射线束迅速加热催化剂和混合气体，从而在混合气体中的烟气温度达到预设温度值时还原剂与烟气中的氮氧化物迅速产生氧化还原反应。
由于本实施例的scr脱硝装置通过喷氮装置2向锅炉烟道1内喷入还原剂，以使得烟气与还原剂进行充分混合，待混合后的混合气体进入scr反应器3中时，scr反应器3内产生可以完全覆盖其内部面积的微波辐射线束，通过微波辐射线束迅速加热scr反应器3内的催化剂和混合气体，并在混合气体中的烟气温度达到预设温度值时还原剂与烟气中的氮氧化物迅速产生氧化还原反应。如此，由于混合气体进入scr反应器3内时，scr反应器3内可以产生完全覆盖其内部面积的微波辐射线束，从而微波辐射线束可以完全照射在scr反应器内的催化剂上，以加快催化剂和混合气体中烟气的温度，从而可以加快烟气满足scr条件时的温度，如此，可以使得还原剂迅速与烟气中的氮氧化物产生氧化反应，最终达到去除烟气中氮氧化物的目的。与现有技术中微波能量无法被充分利用的方案相比，本实施例的scr脱硝装置可以充分提高微波能量在scr反应器内的辐射，以提高去除烟气中氮氧化物的效率。从而可以解决现有技术中微波能量无法被充分利用的问题。
上述实施例中的预设温度值指的是烟气的温度达到催化剂反应窗口的温度值，一般可以是200-400摄氏度。本实施例的预设温度值也可以为200-500度，或者可以设为300-400度，又或者可以为350度左右。具体数值范围可根据实际工况进行设置，即上述任一项实施例所述的预设温度值的取值范围不限于本实施例所述的数值范围。其中，scr反应器当中的催化剂有效成分可以为铁系硫酸盐氧化物。
在上述实施例中，结合图2至图5进行说明，scr反应器3可包括scr反应层31，其设置于scr反应器3内的上方位置处，其中，催化剂设于scr反应层31处。scr反应器3还可包括微波发生器32，其设置于scr反应层31的下方，且微波发生器32配制成在其正常通电时产生由下而上的微波辐射线束，以使得微波辐射线束经过多次反射后可以完全照射在scr反应层31上。也就是说，微波发生器32的微波传输方向朝向scr反应层31。
在上述进一步的实施例中，scr反应层31还可包括敏化剂，敏化剂可设于催化剂的表层(即可将敏化剂材料覆盖在催化剂表面)，以在微波辐射线束射于scr反应层31时可先加热敏化剂，再通过加热后的敏化剂对催化剂和烟气进行加热。具体来讲，烟气自锅炉烟道1引流，经过喷氮装置2时，喷氮装置2向锅炉烟道1内的烟气喷入还原剂(可以为nh3)，以使得还原剂与烟气进行充分混合。混合后的气体进入scr反应器3内，此时，微波发生器在外部电能输入的作用下，产生微波辐射，微波辐射可直接覆盖在scr反应层31上，从而可以有效地加热催化剂表层的敏化剂材料，敏化剂材料则迅速升温，并将热量传递给催化剂和烟气，从而使得催化剂和烟气迅速升温。当烟气的温度升温至满足scr条件后，在催化剂的作用下，还原剂如nh3可与烟气中的氮氧化物迅速发生氧化反应，如此，即可达到去除烟气当中氮氧化物的目的。
在上述一些实施例中，如图4所示，scr脱硝装置还可包括控制器4，其配置成在混合气体进入scr反应器时控制微波发生器产生由下而上的微波辐射线束，以使得微波辐射线束经过多次反射后可以完全照射在scr反应层上。scr反应器3还可包括整流器33，其可配置成在混合气体进入scr反应器3时对微波发生器32进行供电，以使微波发生器32在正常通电的情况下受控地产生微波辐射线束。具体地，微波发生器32可安置于整流器33的下游(下方)或者上游(上方)。
在上述另一些实施例中，控制器4还可配置成根据进入scr反应器3中的烟气的温度控制微波发生器32的功率，以使得微波发生器32产生与烟气温度相对应功率的微波辐射线束对scr反应层31进行加热。即通过调节微波发生器32的输出功率可拓宽scr反应器的催化反应的工作范围。
由于微波发生器32可产生的微波辐射线的功率可根据scr反应器3中的烟气的温度进行控制，一般烟气的温度越高，需要微波发生器32加热的功率越小，并可根据检测scr反应器3入口处烟气的温度，来决定是调高还是调低微波发生器32的加热功率。如此，根据当前scr反应器3内的烟气的温度控制微波发生器32输出与烟气温度相对应的功率的微波辐射线束对scr反应层31进行加热，从而不仅可以充分利用微波发生器32所产生的微波能量，而且还可以节约电能源(输出功率越小，微波发生器所消耗的能量也越低)。
在上述任一项实施例中，scr脱硝装置可设有多个微波发生器32，且多个微波发生器32可均匀设置于scr反应层31的下方。进一步地，多个微波发生器32可根据scr反应器3的内部截面积等距离布置。如图4或图5所示，scr反应器3内具有多个隔层，多个微波发生器32设置于底部(或scr反应器3下方)的隔层处，且scr反应层31位于多个微波发生器32所处隔层的上方隔层处，结合图4或图5进行说明，烟气和还原剂的混合气体进入scr反应器3时，从scr反应器3的底部的b入口进入scr反应器3内部，从而混合气体由下而上进行流通。此时，多个微波发生器32受到控制器4的作用产生由下而上的微波辐射线束。由于scr反应器3的内侧壁均可以由金属材料(或者反光材料)制成，因此，多个微波发生器32产生的微波辐射线束由下而上并经过scr反应器3内侧壁的多次反射，完全照射在scr反应层31上，从而可以充分利用微波能量加热催化剂表面的敏化剂材料，以使敏化剂材料迅速升温，从而加热催化剂和烟气，以在烟气温度升至满足scr条件(预设温度值)时，还原剂与烟气中的氮氧化物产生氧化还原反应，以达到去除烟气中氮氧化物的目的。
在一个具体的实施例中，如图6所示，烟气沿着锅炉烟道的烟气走向进行流动，当流至快速热解器处时，还原剂从还原剂储液箱处按照计量分配模块通过快速热解器被喷至烟道中，以与烟道中的烟气进行混合，混合后的气体由下而上进入scr反应器中，此时，设于scr反应器底部或下方的微波装置(微波发生器)被控制产生可直接覆盖scr反应器内的scr反应层的微波辐射线束，从而加快scr反应层上催化剂表层的敏化剂材料的升温，最终加热催化剂和烟气，以在烟气温度升至满足scr条件(预设温度值)时，还原剂与烟气中的氮氧化物产生氧化还原反应，以达到去除烟气中氮氧化物的目的。其中，控制系统可用来根据来流烟气的温度调节微波发生器的功率，从而达到实现scr脱硝的最佳试试效果的目的。
本实施例还提供一种scr脱硝方法，如图7所示，用于对锅炉烟道排出的烟气进行氧化还原，以去除烟气中的氮氧化物，其中，脱硝方法可包括：
s100.向锅炉烟道烟气喷入还原剂，以使锅炉烟道中的烟气与还原剂进行混合；
s200.使混合气体进入scr反应器中，且使scr反应器中的微波发生器受控地产生可以完全覆盖其内部面积的微波辐射线束；
s300.通过微波辐射线束迅速加热催化剂和混合气体，以在混合气体中的烟气温度达到预设温度值时使得还原剂与烟气中的氮氧化物迅速产生氧化还原反应。
由于本实施例的scr脱硝方法先通过向锅炉烟道1内喷入还原剂，以使得烟气与还原剂进行充分混合，待混合后的混合气体进入scr反应器3中时，scr反应器3内产生可以完全覆盖其内部面积的微波辐射线束，通过微波辐射线束迅速加热scr反应器3内的催化剂和混合气体，并在混合气体中的烟气温度达到预设温度值时还原剂与烟气中的氮氧化物迅速产生氧化还原反应。如此，由于混合气体进入scr反应器3内时，scr反应器3内可以产生完全覆盖其内部面积的微波辐射线束，从而微波辐射线束可以完全照射在scr反应器内的催化剂上，以加快催化剂和混合气体中烟气的温度，从而可以加快烟气满足scr条件时的温度，如此，可以使得还原剂迅速与烟气中的氮氧化物产生氧化反应，最终达到去除烟气中氮氧化物的目的。与现有技术中微波能量无法被充分利用的方案相比，本实施例的scr脱硝方法可以充分提高微波能量在scr反应器内的辐射，以提高去除烟气中氮氧化物的效率。从而可以解决现有技术中微波能量无法被充分利用的问题。
在上述实施例中，如图8所示，在步骤s200之后，且在s300之前，scr脱硝方法还可包括：
s30.检测进入scr反应器中的烟气的温度，以根据烟气的温度控制微波发生器的功率，使微波发生器产生与烟气温度相对应的功率的微波辐射线束对scr层进行加热。如此，根据当前scr反应器3内的烟气的温度控制微波发生器32输出与烟气温度相对应的功率的微波辐射线束对scr反应层31进行加热，不仅可以充分利用微波发生器32所产生的微波能量，而且还可以节约电能源(输出功率越小，微波发生器所消耗的能量也越低)。
在上述任一项实施例中，由于本实施例的scr脱硝装置或scr脱硝方法可以充分利用微波能量，以达到加快去除烟气中氮氧化物的目的，从而与现有技术中通过在烟道中加入再加热燃烧器以对烟气进行加热的方案相比，本发明的scr脱硝装置或scr脱硝方法不需要增加额外的加热设备(传统方法要增加一个热风炉)，因此，可以节约场地使用面积，减少scr改造现场施工量。
上述任一项实施例所述的scr脱硝装置或scr脱硝方法用于1吨锅炉中，整个系统用电需求约为20kw左右。用在2吨锅炉中，整个系统的用电需求约为30kw左右。与更换1吨电锅炉的方案相比，电锅炉的功率为720kw/h左右，而上述任一项实施例所述的scr脱硝装置或scr脱硝方法的用电远远小于电锅炉的用电量，且仅占电锅炉用电量的3％左右。从而可以极大降低了用电量，以达到节约电能的目的。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。