一种装填脱硝催化剂和催化剂涂层的一体化烟气脱硝装置的制作方法

本实用新型涉及一种装填脱硝催化剂和催化剂涂层的一体化烟气脱硝装置。

背景技术：

工业炉在各行各业中均属于能源消耗和污染排放大户，一般占全厂能源消耗的50%~70%，几乎是所有大气污染物产生的源头。

工业炉的节能减排非常重要。

常见的脱硝技术中，根据氮氧化物的形成机理，降氮减排的技术措施可以分为两大类：

一类是从源头上治理。控制燃烧过程中生成NOx。其技术措施：①低氮燃烧器；②燃烧器阶梯布置，分层分段燃烧，控制燃烧温度；③烟气再循环等。

另一类是从末端治理。控制烟气中排放的NOx，其技术措施：①“分级燃烧+SNCR”；

②选择性非催化还原法（SNCR）；③选择性催化还原法（SCR）；③SNCR/SCR联合脱硝技术；④氧化剂（如，臭氧，双氧水或其他氧化剂）氧化脱硝技术；⑤生物脱硝技术。

使用低氮和（或）超低氮燃烧器，可使燃料为燃料气的工业炉烟气中NOx浓度降低至30~100mg/Nm³。

但是，低氮或者超低氮燃烧器对燃料组份的稳定性要求较高，一旦组份出现大的波动，其脱氮效果随之下降，很容易使得NOx排放超标。而一些行业，如，石油化工行业工业炉所用燃料一般为自产燃料，随着其原料来源和组份的变化，副产品燃料气的组份变化很大，其热值变化范围在30%左右。

随着环保力度的增加，单独使用低氮燃烧器来脱硝的措施是不能满足越来越严苛的环保排放指标的要求的。

这就需要应用末端治理的方式来脱硝，即，应用烟气脱硝的方法来满足排放要求。

选择性催化还原技术（SCR)是目前最成熟的烟气脱硝技术,它是一种炉后脱硝方法。

最早由日本于20世纪60~70年代后期完成商业运行,是利用还原剂(NH3,尿素)在金属催化剂作用下,选择性地与NOx反应生成N2和H2O,而不是被O2氧化,故称为“选择性”。目前世界上流行的SCR工艺主要分为氨法SCR和尿素法SCR两种。此两种方法都是利用氨对NOx的还原功能,在催化剂的作用下将NOx(主要是NO)还原为对大气没有多少影响的N2和水,还原剂为NH3。

SCR法脱硝技术是世界上主流的去除NOx的方法，这种方法可以在现有的工业炉系统中加入脱硝装置，在含氧气氛下，还原剂有限与废气中NO反应的催化过程称为选择性催化还原。

SCR法脱硝系统应用温度一般在200~450℃。

SCR催化剂是SCR脱硝系统的核心，一般分为平板式、蜂窝式和波纹板式三种。

低温烟气的脱硝还可以应用臭氧（O3）和/或浓度27%~50%双氧水（过氧化氢H2O2）等强氧化剂，在催化剂的作用下，把烟气中的低阶氮氧化物氧化为高阶氮氧化物，再使用碱性溶液与高阶氮氧化物发生中和反应，生成硝酸盐和亚硝酸盐，达到脱硝目的。

氧化法脱硝应用温度窗口一般在90℃~200℃。

为了满足排放标准要求，工业炉需要进行增加脱硝系统的改造或者新建工业炉系统中设置脱硝系统。均必须在工业炉系统合适的温度区间段单独设置安装脱硝系统。占用了工业炉系统有限的空间。

现在工业炉系统均设置有烟气余热回收系统，用于回收烟气废热，提高工业炉热效率，减少燃料消耗。

主要的余热回收方法是利用烟气余热来预热燃烧用空气，提高燃烧空气入炉温度，降低排烟温度，达到节能的目的。

脱硝催化剂反应器，和空气预热器属于两套设备，各自占有各自需要的空间和位置。

一般工业炉进入空气预热器前的烟气温度范围在250~450℃之间。处于大多数烟气脱硝催化剂反应温度区间内。

一般工业炉出空气预热器的烟气温度范围在140~180℃之间。热效率在90%~93%，比较低。为提高工业炉热效率，在现预热器下游设置低温空气预热器或其他换热器，使烟气温度降低至90℃以下，热效率提高至95%以上。

在低温预热器的烟气通道内装填氧化法脱硝催化剂，在换热的同时达到脱硝的目的。

为减少空间的占用，特别是现有设备改造空间限制，解决脱硝催化反应器和空气预热器各自独立占用有限空间已成为当下亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种结构合理、制造方便，在回收烟气余热的同时具有脱硝功能，实现了脱硝换热一体化，节约了占地空间，而且烟气通道内装填的催化剂装卸方便，催化剂失活后，只需把失活催化剂卸出，重新装填新催化剂或再生激活的催化剂即可的装填脱硝催化剂和催化剂涂层的一体化烟气脱硝装置。

本实用新型的技术方案是，一种装填脱硝催化剂和催化剂涂层的一体化烟气脱硝装置，包括侧框架和换热芯体，所述侧框架位于所述换热芯体两相对侧，所述换热芯体的四角通过角柱对应定位固定，所述换热芯体包括若干换热板、相邻换热板间的扰流件、边连接栓接组件、角连接栓接组件及边密封条，若干换热板的任意相邻换热板形成十字交叉的烟气通道和冷流体通道，且烟气通道和冷流体通道互不相通，所述烟气通道包括上下设置的烟气进口和烟气出口，所述冷流体通道包括前后设置的冷流体进口和冷流体出口，所述烟气通道内装填设置有脱硝催化剂，所述换热板表面涂覆设置有催化剂涂层。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述脱硝催化剂包括成型催化剂和散装催化剂，所述成型催化剂为波纹板状或S状或折线状或与换热板形成烟气流通通道的“鱼骨状”或矩形或正方形蜂窝状或六边形蜂窝状或其他与换热板形成烟气流通通道的异型催化剂或上述结构的组合，所述波纹板状催化剂为装填成双波纹板状或S状中间夹平板催化剂结构或装填成双波纹板状或S状中间有金属或非金属材质的定距支撑的结构；所述散装催化剂为颗粒状或各种形状的柱状体和/或球体和/或各种形状体能够形成间隙和空间的组合结构。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述成型催化剂上设置有若干规则布置的各种形状规则和/或不规则的孔洞。

在本实用新型一个较佳实施例中，相邻换热板之间采用铆接连接或螺栓连接或者栓铆组合连接，并在换热板连接接触面涂以耐温耐腐蚀无机或有机密封胶密封。

在本实用新型一个较佳实施例中，相邻换热板之间采用焊接连接。

在本实用新型一个较佳实施例中，相邻换热板通过换热板之间的密封条焊接连接。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述换热板与角柱螺栓连接或铆接连接，并在二者连接接触面上涂以耐温耐腐蚀无机或有机密封胶密封。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述换热板与角柱采用焊接连接。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述脱硝催化剂通过烟气通道中间和出口处的支撑件支撑设置。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述烟气通道一侧的换热板表面涂覆设置有催化剂涂层。

本实用新型所述为一种装填脱硝催化剂和催化剂涂层的一体化烟气脱硝装置，本实用新型结构合理、制造方便，在回收烟气余热的同时具有脱硝功能，实现了脱硝换热一体化，节约了占地空间，而且烟气通道内装填的催化剂装卸方便，催化剂失活后，只需把失活催化剂卸出，重新装填新催化剂或再生激活的催化剂即可。

附图说明

图1为本实用新型一种装填脱硝催化剂和催化剂涂层的一体化烟气脱硝装置一较佳实施例中的爆炸图；

图2为本实用新型一种装填脱硝催化剂和催化剂涂层的一体化烟气脱硝装置一较佳实施例中的装填有单层波纹板催化剂的立体图；

图3为本实用新型一种装填脱硝催化剂和催化剂涂层的一体化烟气脱硝装置一较佳实施例中的装填有中间为平板催化剂的双层波纹板催化剂的立体图；

图4为本实用新型一种装填脱硝催化剂和催化剂涂层的一体化烟气脱硝装置一较佳实施例中的装填有鱼骨状催化剂的立体图；

图5为本实用新型一种装填脱硝催化剂和催化剂涂层的一体化烟气脱硝装置一较佳实施例中的装填有矩形或正方形蜂窝状催化剂的立体图；

图6为图5的换热板、催化剂涂层及脱硫催化剂的结构示意图；

图7为本实用新型一种装填脱硝催化剂和催化剂涂层的一体化烟气脱硝装置一较佳实施例中的装填有六边形蜂窝状催化剂的立体图。

具体实施方式

下面对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

本实用新型所述为一种装填脱硝催化剂和催化剂涂层的一体化烟气脱硝装置，如图1结合图2-图7所示，包括侧框架1和换热芯体，所述侧框架1位于所述换热芯体两相对侧，所述换热芯体的四角通过角柱2对应定位固定，所述换热芯体包括若干换热板3、相邻换热板间的扰流件4、边连接栓接组件、角连接栓接组件及边密封条，所述边密封条包括相邻换热板3间的烟气侧边密封条5和空气侧边密封条6，若干换热板3的任意相邻换热板形成十字交叉的烟气通道7和冷流体通道8，且烟气通道7和冷流体通道8互不相通，所述烟气通道7包括上下设置的烟气进口和烟气出口，所述冷流体通道8包括前后设置的冷流体进口和冷流体出口，所述烟气通道7内装填设置有脱硝催化剂9，所述脱硝催化剂9通过烟气通道中间和出口处的支撑件支撑设置，所述烟气通道7一侧的换热板3表面涂覆设置有催化剂涂10。

所述脱硝催化剂9包括成型催化剂和散装催化剂，所述成型催化剂为波纹板状或S状或折线状或与换热板形成烟气流通通道的“鱼骨状”或矩形或正方形蜂窝状或六边形蜂窝状或其他与换热板形成烟气流通通道的异型催化剂或上述结构的组合，所述波纹板状催化剂为装填成双波纹板状或S状中间夹平板催化剂结构或装填成双波纹板状或S状中间有金属或非金属材质的定距支撑的结构，为保证烟气与催化剂充分接触，并增强烟气换热效率，所述成型催化剂上设置有若干规则布置的各种形状规则和/或不规则的孔洞，因为烟气通道内装填的催化剂能够与换热板形成烟气流通通道，不影响烟气的流通，且能够增加烟气流动的扰动度，对传热有利，特别是开有孔洞的成型催化剂，效率更高。

所述散装催化剂为颗粒状或各种形状的柱状体和/或球体和/或各种形状体能够形成间隙和空间的组合结构。

相邻换热板3之间采用铆接连接或螺栓连接或者栓铆组合连接，并在换热板3连接接触面涂以耐温耐腐蚀无机或有机密封胶密封，相邻换热板3之间采用焊接连接，相邻换热板3通过换热板3之间的边密封条焊接连接。

所述换热板3与角柱2螺栓连接或铆接连接，并在二者连接接触面上涂以耐温耐腐蚀无机或有机密封胶密封，所述换热板3与角柱2采用焊接连接。

一体化烟气脱硝装置的烟气通道的烟气进口处还对应组装设置有脱硝空气预热器，在预热器入口烟道上合适的设置有脱硝剂分布喷咀系统。来自系统外的脱硝剂经过管道及计量装置进入系统，通过喷咀喷出在烟气通道内的催化剂作用下与烟气中的NOx进行反应，达到脱除NOx的目的。

脱硝剂分布喷咀系统也可以设置在工业炉对流段预留管排空间处；也可以设置在对流与对流顶部烟道之间的过渡烟道处。

脱硝剂可以是氨气、氨水、化肥水解或热解氨或者是臭氧或双氧水或臭氧和双氧水的不同比例的组合。

在各类工业炉、锅炉的烟气脱硝和余热回收系统中，用脱硝换热一体化芯体组装的一体化脱硝空气预热器可用于高温、中温和低温的烟气脱硝和余热回收段。

其脱硝效率与所装填催化剂性能有关，一般可达90%以上。在装有低氮或超低氮燃烧器的工业炉上应用，可使NOx排放浓度稳定地降到20mg/Nm³以下。

换热器烟气通道内装填的成型或散装催化剂以及换热板烟气侧表面涂覆的催化剂按照烟气温度梯度和换热板表面温梯度，分别装高温、中温、低温和/或超低温催化剂，以使催化剂在换热器内一直处于其温度窗口内，保证脱硝效率。

其换热效率与一般的换热器相比要高。

装填有成型催化剂时，在烟气入口端催化剂端部设置有保护催化剂免于或减少烟气直接冲刷的保护部件或保护网。

在烟气侧和冷流体侧的进出口均设置有导流部件，减少流体流动阻力。

冷流体除了是空气外，还可以是其他液体和/或气体冷介质。

在一体脱硝预热器的烟气入口上游预留有空间，或者额外的备用催化剂层，用于在装置运行周期内，脱硝效率下降，在本预热器烟气入口上有设置单纯的脱硝催化剂床层，以达到脱硝效果。

换热板材质根据使用场合温度区间及特殊要求，可以是碳钢、ND钢、不锈钢、复合板或者非金属材质，或者是多种材质的组合。

换热板可以是平板，且在相邻板间设置各种形状扰流体，一方面起定距和支撑作用，一方面起强化传热作用。

换热板可以是四周折边且相邻两边折边方向相反的四角切角的折边平板，且在相邻板间设置各种形状扰流体，一方面起定距和支撑作用，一方面起强化传热作用。

换热板可以是四周折边且相邻两边折边方向相反的四角切角的，且板中间有通过成型工具设备（冲压、模压等）成型的波纹板，波纹成交错或线性布置。波纹形状可以是碗型、蝶形、半球型、半椭圆球型、水滴型、流线体、双曲线型、菱形、波浪形、S型。

换热板也可以是通过成型工具设备（冲压、模压等）成型的波纹板，波纹成交错或线性布置。波纹形状可以是碗型、蝶形、半球型、半椭圆球型、水滴型、流线体、双曲线型、菱形、波浪形、S型。

换热板可以是四周折边且相邻两边折边方向相反的板四角无切角的，且板中间有通过成型工具设备（冲压、模压等）成型的波纹板，波纹成交错或线性布置。波纹形状可以是碗型、蝶形、半球型、半椭圆球型、水滴型、流线体、双曲线型、菱形、波浪形、S型。

边密封条截面是方形或矩形。

边密封条截面也可以是“U”形，“长圆”形，梭形，带密封槽的“U”型，带密封槽的方形或矩形。

四周折边的换热板可以不设边密封条。

扰流体可以是实心或空心柱形（圆、椭圆、长圆、矩形、多边形、菱形、双曲线型、水滴型、流线型等各种形状），柱形可以是直形、波浪形、S型、Z型、Π型、Σ型等。

扰流体可以是实心或空心条形，其截面可以是圆型、椭圆型、长圆型、矩形、多边形、菱形、水滴型、流线型、波浪形、H型、工型、S型、Z型、Π型、Σ型等各种形状），条形可以是直形、波浪形、C型、S型等。

扰流体根据所处温度区间及腐蚀环境，其材质可以是金属或非金属，或表面有复合层的金属或非金属。

本实用新型所述为一种装填脱硝催化剂和催化剂涂层的一体化烟气脱硝装置，本实用新型结构合理、制造方便，在回收烟气余热的同时具有脱硝功能，实现了脱硝换热一体化，节约了占地空间，而且烟气通道内装填的催化剂装卸方便，催化剂失活后，只需把失活催化剂卸出，重新装填新催化剂或再生激活的催化剂即可。

以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。