本发明属于环保技术烟气净化处理领域，具体涉及一种燃气锅炉氮氧化物高效控制装置及方法。
背景技术：
氮氧化物的主要存在形式是no和no2，对其自然环境和人体均会产生不同程度的危害，可参与形成光化学烟雾，导致产生酸雨、酸雾，加重温室效应，破坏臭氧层，直接或间接地对人体和其他生物产生毒害作用。天然气是一种相对清洁的能源，其燃烧产生的主要污染物为氮氧化物，但随着相继颁布的大气污染排放标准的日趋严格，部分燃气锅炉的烟气排放不符合标准，燃气锅炉烟气降氮工作迫在眉睫。
申请号为201620131576.6的中国发明专利，公开了一种结合scr反应的燃气锅炉脱硝处理催化系统，需要外加还原剂尿素，脱硝系统中增设尿素溶液制备喷射系统，但脱硝催化剂容易发生水中毒，降低使用效果，且系统复杂，缺乏安全性；申请号为201420469202.6的中国发明专利，公开了一种低氮燃烧和选择性非催化还原脱硝设备，包括低氮燃烧器，多个喷枪，还原剂分配器，雾化空气分配器，喷枪冷却空气分配器，压缩空气源和还原剂供给装置，利用低氮燃烧脱硝技术和sncr技术进行脱硝，但系统装置复杂，节能性差，需要改进。对于燃气锅炉，传统的脱硝装置改造复杂，投资运行成本高，难以推广。
技术实现要素：
本发明为了解决上述技术问题，提供了一种燃气锅炉氮氧化物高效控制装置及方法，无需外加还原剂，操作简单，同时预防催化剂水中毒，提高使用效果，延长催化剂使用寿命，并且系统对烟气排放过程中产生的预热与冷凝水进行了回收利用。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种燃气锅炉氮氧化物高效控制装置，包括锅炉本体、燃烧器、干燥系统、催化反应装置、余热利用装置、水处理系统、补水装置及烟气在线检测系统；所述的燃烧器与锅炉本体连通，锅炉本体的烟气出口管道通过干燥系统设置的挡板门后与干燥系统连通，干燥系统通过其上设置的挡板门以及烟道后与催化反应装置连通，催化反应装置的烟气出口管道通过引风机与余热利用装置连接，余热利用装置出口连接外部排烟管道，余热利用装置分别连接水处理系统和补水装置，锅炉本体还与补水装置相连，干燥系统与烟气出口之间的烟气管道上还连接有烟气在线检测系统。
所述的干燥系统下方通过挡板门设置有对其干燥剂进行烘干的烘干装置，烘干装置另一侧通过设置在干燥系统上的挡板门及烟道连接换热器，换热器分别连接水处理系统和补水装置。
所述的干燥系统与催化反应装置之间、催化反应装置与引风机之间、余热利用装置与烟气出口之间均设置有采样点，多个采样点均通过开关阀连接到烟气在线检测系统的控制系统中。
所述的燃烧器为低氮燃烧器，余热利用装置通过冷凝水出水管与水处理系统连接。
所述的干燥系统内置多孔吸水材料。
所述的多孔吸水材料为耐热多孔干燥剂，用于干燥锅炉排出的烟气。
所述的催化反应装置内置有板式、波纹式或蜂窝式催化剂模块，模块上负载有含有贵金属活性成分的催化剂，用于催化烟气中氮氧化物与一氧化碳的氧化还原反应；反应式为：no+co→n2+co2。
所述的含有贵金属活性成分的催化剂为pda-rhb/(coox)c(mnox)d，其中0<a≤0.2，0<b≤0.2，0<c≤0.8，0<d≤0.7；其中，此催化剂的反应温度窗口为50-350℃。
所述的余热利用装置为换热器、节能器或省煤器，也可以以其他余热利用装置形式存在，换热器中的循环水系统与补水装置连接，换热器产生的少量冷凝水通过冷凝水管进入水处理系统。
所述的水处理系统还与补水装置相连，水处理系统包含储药罐、加药控制装置及水箱，用于收集并处理换热器产生的大量冷凝水及余热利用装置产生的少量冷凝水，以及新加入的给水，处理后的水进入补水装置。
一种燃气锅炉氮氧化物高效控制方法，包括以下步骤：
1)锅炉正常使用时，锅炉本体燃烧产生的浓度在80mg/nm3以下的烟气通过烟气管道进入干燥系统中，干燥系统中的干燥剂对浓度在80mg/nm3以下的烟气中的水蒸气进行干燥，去除水蒸气，防止催化剂水中毒；
2)经干燥系统干燥后烟气通过挡板门经由烟气管道进入催化反应装置，在含有贵金属活性成分的催化剂的作用下，烟气中的氮氧化物与一氧化氮进行氧化还原反应，反应式为：no+co→n2+co2；反应后的净化烟气经引风机后进入余热利用装置；
3)进入余热利用装置的净化烟气与其中的循环介质进行热交换后排入大气，同时采用烟气在线检测系统对烟气进行时时在线检测；余热利用装置产生的大量的冷凝水进入水处理系统处理；
4)锅炉停炉时，干燥系统与锅炉本体及催化反应装置连接的挡板门处于关闭状态，干燥系统上其余两个挡板门处于开启状态，烘干装置对干燥系统中的干燥剂进行烘干，使干燥剂可以重复使用；
5)烘干后的湿润空气经过与烘干装置连接的换热器对空气预热进行利用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的燃气锅炉氮氧化物高效控制装置及方法，针对现有燃气锅炉降氮问题，本发明无需外加还原剂，操作简单，同时预防催化剂水中毒，提高使用效果，延长催化剂使用寿命，并且系统对烟气排放过程中产生的余热与冷凝水进行了回收利用，总体环境效益及经济效益显著。
(1)与传统燃气锅炉低氮燃烧技术和尾部scr及sncr脱硝技术相比，新型采用低氮燃烧技术与催化降氮技术，不需要外加还原剂及烟气外循环管道，即可达到目前的排放标准，锅炉低氮改造方便，操作简单，安全性高。
(2)本发明对锅炉出口烟气进行了干燥，降低了催化剂水中毒程度，提高催化效果，延长催化剂使用寿命；干燥剂可以重复使用，降低成本。
(3)系统对烟气余热及干燥剂烘干产生的热量进行回用，减少了能源浪费。
附图说明
图1为本发明提供的燃气锅炉氮氧化物高效控制装置结构示意图。
图中：1为锅炉本体，2为燃烧器，3为干燥系统，4为催化反应装置，5为引风机，6为余热利用装置，7为烘干装置，8为挡板门，9为换热器，10为烟气在线检测系统，11为开关阀，12为采样点，13为水处理系统，14为补水装置，15为冷凝水出水管。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1，一种燃气锅炉氮氧化物高效控制装置，包括锅炉本体1、燃烧器2、干燥系统3、催化反应装置4、余热利用装置6、水处理系统13、补水装置14及烟气在线检测系统10；所述的燃烧器2与锅炉本体1连通，锅炉本体1的烟气出口管道通过干燥系统设置的挡板门后与干燥系统3连通，干燥系统3通过其上设置的挡板门以及烟道后与催化反应装置4连通，催化反应装置4的烟气出口管道通过引风机5与余热利用装置6连接，余热利用装置6出口连接外部排烟管道，余热利用装置6分别连接水处理系统13和补水装置14，锅炉本体1还与补水装置14相连，干燥系统3与烟气出口之间的烟气管道上还连接有烟气在线检测系统10。
所述的干燥系统3下方通过挡板门设置有对其干燥剂进行烘干的烘干装置7，烘干装置7另一侧通过设置在干燥系统上的挡板门及烟道连接换热器9，换热器9分别连接水处理系统13和补水装置14。烘干装置工作时处于锅炉停炉状态，干燥系统与锅炉本体及催化反应装置连接的挡板门处于关闭状态，其余两个挡板门处于开启状态。
所述的干燥系统3与催化反应装置4之间、催化反应装置4与引风机5之间、余热利用装置6与烟气出口之间均设置有采样点12，多个采样点12均通过开关阀11连接到烟气在线检测系统10的控制系统中。
所述的余热利用装置6通过冷凝水出水管15与水处理系统13连接。
所述的燃烧器2为低氮燃烧器，干燥系统内置多孔吸水材料。
所述的多孔吸水材料为耐热多孔干燥剂，用于干燥锅炉排出的烟气。
所述的催化反应装置内置有板式、波纹式或蜂窝式催化剂模块，模块上负载有含有贵金属活性成分的催化剂，用于催化烟气中氮氧化物与一氧化碳的氧化还原反应；反应式为：no+co→n2+co2。
所述的含有贵金属活性成分的催化剂为pda-rhb/(coox)c(mnox)d，其中0<a≤0.2，0<b≤0.2，0<c≤0.8，0<d≤0.7；其中，此催化剂的反应温度窗口为50-350℃。
所述的余热利用装置为换热器、节能器或省煤器，也可以以其他余热利用装置形式存在，换热器中的循环水系统与补水装置连接，换热器产生的少量冷凝水通过冷凝水管进入水处理系统。
所述的水处理系统还与补水装置相连，水处理系统包含储药罐、加药控制装置及水箱，用于收集并处理换热器产生的大量冷凝水及余热利用装置产生的少量冷凝水，以及新加入的给水，处理后的水进入补水装置。
具体的，干燥系统与催化反应装置通过烟道连接，之间设有挡板门。
优选的，所述的燃烧器为低氮燃烧器，用于燃气锅炉的点火燃烧装置，通过低氮燃烧技术在源头上降低氮氧化物的产生量，原始排放浓度可控制在80mg/nm3以下。所述的燃烧器的显示及控制系统既可以与锅炉控制系统合并也可以独立于锅炉控制系统。
所述的干燥系统，内置多孔吸水材料，可以是但不仅限于耐热多孔干燥剂，用于干燥锅炉排出的烟气，并在更高温度下析出水分。
所述的催化反应装置，催化反应装置内置有板式、波纹式或蜂窝式催化剂模块，模块上负载有含有贵金属等活性成分的催化剂，用于催化烟气中氮氧化物与一氧化碳的氧化还原反应。反应式为：no+co→n2+co2。
所述的含有贵金属等活性成分的催化剂为pda-rhb/(coox)c(mnox)d，其中0<a≤0.2，0<b≤0.2，0<c≤0.8，0<d≤0.7。此催化剂的反应温度窗口为50-350℃。通过对燃烧过程的优化调整，控制co生成量等烟气参数，催化反应可实现80％以上的脱硝效率。
为克服干燥系统和催化反应装置的阻力，催化反应装置与余热利用装置连接的烟道中设有引风机。
所述的余热利用装置可以但不仅限于以换热器的形式存在，余热利用装置内的循环水系统与锅炉补水装置连接，用于与锅炉烟气进行换热，加热锅炉补充的水分，回收利用烟气余热；装置产生的少量冷凝水通过冷凝水管进入水处理系统后，进入补水装置。
进一步的，本发明还包括烘干装置，烘干装置工作时处于锅炉停炉状态，干燥系统与锅炉本体及催化反应装置连接的挡板门处于关闭状态。烘干装置一侧与干燥系统相连，另一侧通过烟道与换热器连接，用于烘干干燥剂和烘干后空气余热的利用及冷凝。换热器的循环水来自锅炉补水装置，换热器产生的大量的冷凝水进入水处理系统处理后进入补水装置。所述的烘干装置的控制系统既可以与锅炉控制系统合并也可以独立于锅炉控制系统。
所述的烟气在线检测系统，检测催化反应装置烟气管道前后及系统烟气出口的成分浓度，不仅用于检测烟气出口处烟气的各成分浓度，并用于判断催化剂的性能，作为催化剂更换与否的依据。所述的烟气在线检测系统的显示及控制系统既可以与锅炉控制系统合并也可以独立于锅炉控制系统。
所述的水处理系统，包含储药罐、加药控制装置及水箱(此处未画出)，用于收集并处理换热器产生的大量冷凝水及烟气的余热利用装置产生的少量冷凝水，以及新加入的给水，处理后的水进入补水装置。
所述的补水装置，用于提供烟气余热利用装置及烘干装置换热器的循环水，接收水处理系统处理后的水，以及补充锅炉所缺水分。
燃气锅炉产生的烟气中主要污染物为氮氧化物，本发明采用低氮燃烧技术与催化降氮技术，不需要外加还原剂及烟气外循环管道，即可达到目前的排放标准，操作简单，安全性高。同时，本发明对锅炉出口烟气进行了干燥，降低了催化剂水中毒程度，提高催化效果，延长催化剂使用寿命；干燥剂可以重复使用，降低成本。系统对烟气余热及干燥剂烘干产生的热量进行回用，减少了能源浪费，总体环境效益及经济效益显著。
一种基于上述装置的燃气锅炉氮氧化物高效控制方法，包括以下步骤：
1)锅炉正常使用时，锅炉本体燃烧产生的浓度在80mg/nm3以下的烟气通过烟气管道进入干燥系统中，干燥系统中的干燥剂对浓度在80mg/nm3以下的烟气中的水蒸气进行干燥，去除水蒸气，防止催化剂水中毒；
2)经干燥系统干燥后烟气通过挡板门经由烟气管道进入催化反应装置，在含有贵金属活性成分的催化剂的作用下，烟气中的氮氧化物与一氧化氮进行氧化还原反应，无需另外加入还原剂，使烟气中nox与co浓度达到排放标准；反应式为：no+co→n2+co2；反应后的净化烟气经引风机后进入余热利用装置；
3)进入余热利用装置的净化烟气与其中的循环介质进行热交换后排入大气，同时采用烟气在线检测系统对烟气进行时时在线检测；余热利用装置产生的大量的冷凝水进入水处理系统处理；
4)锅炉停炉时，干燥系统与锅炉本体及催化反应装置连接的挡板门处于关闭状态，干燥系统上其余两个挡板门处于开启状态，烘干装置对干燥系统中的干燥剂进行烘干，使干燥剂可以重复使用；
5)烘干后的湿润空气经过与烘干装置连接的换热器对空气预热进行利用。
本发明提供的燃气锅炉氮氧化物高效控制装置及方法，针对现有燃气锅炉降氮问题，本发明无需外加还原剂，操作简单，同时预防催化剂水中毒，提高使用效果，延长催化剂使用寿命，并且系统对烟气排放过程中产生的余热与冷凝水进行了回收利用，总体环境效益及经济效益显著。
(1)与传统燃气锅炉低氮燃烧技术和尾部scr及sncr脱硝技术相比，新型采用低氮燃烧技术与催化降氮技术，不需要外加还原剂及烟气外循环管道，即可达到目前的排放标准，锅炉低氮改造方便，操作简单，安全性高。
(2)本发明对锅炉出口烟气进行了干燥，降低了催化剂水中毒程度，提高催化效果，延长催化剂使用寿命；干燥剂可以重复使用，降低成本。
(3)系统对烟气余热及干燥剂烘干产生的热量进行回用，减少了能源浪费。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。