CN102527234B

CN102527234B - 一种选择性催化还原烟气脱硝的装置及其应用方法

Info

Publication number: CN102527234B
Application number: CN2012100200367A
Authority: CN
Inventors: 吴江; 任建兴; 潘卫国; 何平; 孟帅琦; 石宙; 郭腾; 孙嘉奎
Original assignee: Shanghai University of Electric Power
Current assignee: Shanghai University of Electric Power; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2012-01-29
Filing date: 2012-01-29
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2032-01-29
Also published as: CN102527234A

Abstract

本发明公开了一种选择性催化还原烟气脱硝的装置，包括NOx含量检测仪、NOx浓度检测的电学式传感器、铺设催化剂的多孔床层和催化剂/飞灰分离装置，还包括NOx清除装置、通风装置、通风板、催化剂再生仪、催化剂漏斗和催化剂输送管道。即可以实现在清除飞灰的同时，回收催化剂。同时，该装置沿一定角度通入空气，吹离落在催化剂上的飞灰，防止催化剂因飞灰混入中毒、催化剂层流阻加大而不能正常工作。NOx含量检测仪可以实时检测经过该装置脱硝后的烟气中所含有NOx的浓度，并经过NOx浓度检测的电学式传感器与通风口相连，在NOx含量超过一定值时通风口自动通风进行飞灰吹扫，低于一定值时自动关闭，从而实现自动化。

Description

一种选择性催化还原烟气脱硝的装置及其应用方法

技术领域

本发明涉及一种操作简单，占用空间小，控制方便，可靠性强、经济性好的选择性催化还原烟气脱硝的装置及其在脱硝过程中的应用技术。

背景技术

随着环保意识的增强，火力发电厂烟气NOx排放对空气的污染日益引起各国的关注与重视，我国2011年7月29日由环境保护部和国家质量技术监督检验总局联合发布的最新版《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）则对火电厂的NOx排放提出了极为严格的限制要求。要达到新的排放标准，仅靠低氮燃烧技术已无法实现，必须进行烟气脱硝措施。目前，火力发电厂中所采用的主要是选择性催化还原(SCR)烟气脱硝的装置，目前公开的专利主要有：

（1）中国神华能源股份有限公司;北京国华电力有限责任公司;神华国华国际电力股份有限公司北京热电分公司周国民;唐建城;李振忠;王松峰;赵海军发明的烟气脱硝设备，专利号CN201120060263.3；

（2）东南大学徐海涛;周长城;沈凯发明的防止爆米花灰堵塞催化剂的烟气脱硝装置，专利号CN201110116353.4；

（3）上海交通大学;上海电气石川岛电站环保工程有限公司袁景淇;张硕;许媛媛;张善伟;金强;李雨;王景成发明的用于选择性催化还原脱硝装置的V形混合格栅，专利号CN201010574010.8；

（4）江苏省南通市通港路58号南通亚泰船舶工程有限公司王德荣发明的加热式脱硝装置，专利号CN201020295562.0；

（5）浙江省杭州市西湖区教工路18号世贸丽晶城欧美中心A座C区15层曾永健;徐芙蓉发明的一种余热锅炉和SCR脱硝装置的整合设备，专利号CN201020280193.8；

（6）广东省东莞市黄江镇锦绣花园23座F铺张作保;李康敏发明的一种高效氨法脱硝装置，专利号CN201020129904.1；

（7）山东省新泰市青云街道办事处玻纤玻钢总厂刘昌林;和进发;苏友贞;李加恩;张慎栋发明的组合式烟气催化还原脱硝装置，专利号CN201010236996.8；

（8）陕西省西安市咸宁西路28号刘艳华;车得福发明的烟气除尘脱硝装置，专利号CN200920031969.X。

上述各项专利中介绍的脱硝装置，主要存在以下问题：一是催化剂不能够循环利用，造成脱硝的成本较高；二是脱硝装置***复杂，容易出现故障，不能够保障***的有效利用；三是***在运行的过程中自动化程度较低，不能够很好的适应火电厂的实际应用等。现在实际中所用的脱硝装置，通常采用蜂窝状催化剂，此方法能够有效脱除烟气中的NOx,但运行一段时间后，催化剂一方面会因飞灰堵塞蜂窝状管道而不能正常工作，另一方面催化剂也会逐渐失去活性，从而造成脱硝效率下降，不能够达到良好的脱硝效果。

综上所述，目前急需一种工作原理简单、性能可靠、适用面广而且造价便宜，使用寿命长的飞灰与催化剂分离装置。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述的现有选择性催化还原（SCR）烟气脱硝过程中催化剂堵灰、催化剂中毒等的技术问题提供一种具有催化剂/飞灰分离功能的选择性催化还原烟气脱硝的装置，即通过加装催化剂/飞灰分离装置，同时催化剂采用颗粒状，平铺于具有一定斜度的催化剂/飞灰分离装置的多孔床层上，并采用空气反吹的方式，将滞留于催化剂上的飞灰定期吹扫出去，改善催化剂层的流动特性，同时，在因长期运行催化剂性能变差时，催化剂进行活化处理，采用活化后的催化剂进行补充，稳定催化剂层对烟气NOx的脱除效果。该装置可以连续安全运行，高效脱除烟气NOx，降低烟气NOx排放水平。

本发明的技术原理

在本发明中，催化剂采用颗粒状，平铺于与烟道水平成30^o~45^o的多孔床层上，烟气通过床层，在喷氨作用下，烟气中的NOx与NH₃反应，NOx被催化还原成N₂，降低NOx排放。

在烟气通过催化剂层时，烟气中的部分飞灰会滞留于催化剂层，影响催化剂性能，同时会增加流阻，本发明采用空气反吹的方式，将滞留于催化剂层的飞灰定期吹扫出去，改善催化剂层的流动特性，同时，在因长期运行催化剂性能变差时，采用活化后的催化剂进行补充，稳定催化剂层对烟气NOx的脱除效果。

在本发明的飞灰/催化剂分离装置中,颗粒状催化剂层置于烟道中，烟气通过催化剂层，在喷氨作用下，烟气中NOx被催化还原为N₂，降低烟气中NOx的浓度水平，NOx浓度水平通过SCR脱硝装置进出口的烟气分析仪测得，在烟气通过催化剂层时，烟气中的部分飞灰会滞留于催化剂层，影响催化剂性能，SCR脱硝装置出口处的NOx浓度水平会上升；

在催化剂层下表面装设有吹扫喷嘴，当SCR脱硝装置出口处的NOx浓度水平会上升时，会发出信号，让压缩空气吹扫喷嘴或蒸汽吹扫喷嘴工作，对催化剂层的飞灰进行吹扫，减少飞灰对催化剂性能的影响及其对催化剂层流阻的增加；

吹扫飞灰时会带落部分颗粒催化剂，飞灰与催化剂一起掉落到飞灰斗中，经过飞灰/催化剂分离装置的分离，飞灰被飞灰收集装置收集除去，分离出来的催化剂被送往催化剂活化设备，在350℃～400℃进行活化，活化后的催化剂被重新送回催化剂层，实现催化剂的重复循环利用，这也解决了因催化剂失去活性而使脱硝效率下降的问题。重新送回的催化剂的量根据催化剂层活性及烟气NOx浓度等因素确定，其决定因素为SCR脱硝装置出口处的NOx浓度水平。

本发明的技术方案

一种选择性催化还原烟气脱硝的装置，包括NOx含量检测仪、NOx浓度检测的电学式传感器、铺设催化剂的多孔床层和催化剂/飞灰分离装置，还包括NOx清除装置、通风装置、通风板、催化剂再生仪、催化剂漏斗、催化剂输送管道；

所述的通风板置于铺设催化剂的多孔床层的下面，通风板和铺设催化剂的多孔床层均安装在NOx清除装置内并与NOx清除装置的水平方向成30^o~45^o的夹角；且所述的通风板采用均匀分布孔口的钢板制成，单位面积上设置30～40个孔径为100mm左右的孔口，从而能够在保证强度的同时，使更多的空气通过通风板，喷吹催化剂；

所述的通风装置经管道与通风板相连；

铺设催化剂的多孔床层通过管道一端与催化剂添加漏斗相连，另一端与催化剂/飞灰分离装置相连；

所述的催化剂/飞灰分离装置一方面通过管道与催化剂再生仪相连，催化剂再生仪再经催化剂输送管道与催化剂添加漏斗相连；另一方面催化剂/飞灰分离装置还设有飞灰排放管道；

所述的NOx清除装置的入口与烟道相连，NOx清除装置的出口处设置一自动阀，该自动阀的动作通过NOx浓度检测的电学式传感器（将NOx的流量转化为电信号）检测到NOx清除装置的出口的NOx含量的变化来控制自动阀门的开启。即将该信号通过A/D或D/A转换装置后将信号传输于上位机，并与比较器中的设定值比较，从而控制自动阀门的开关及通风装置的启停。

当超过设定值后，下达指令控制自动阀关闭，开启与通风板相连的通风装置，以便通过通风板向铺设催化剂的多孔床层均匀的通风，吹离落于铺设催化剂的多孔床层上的飞灰，使催化剂有足够的面积与烟气中的NOx接触，从而提高NOx的脱除效率。

上述的一种选择性催化还原烟气脱硝的装置，其工作路线如下：

烟气通过烟道进入NOx清除装置，在NOx清除装置入口的烟道上安装有NOx检测仪，实时检测烟气中NOx的含量，烟气进入装置后，吹到安装有催化剂颗粒的多孔床层上方，在催化剂的作用下实现脱除烟气中的NOx的目的，在脱除一段时间后，在催化剂上方会落有灰尘，从而阻碍了进一步脱除NOx，此时清除装置出口处的NOx含量检测仪显示NOx含量增多，通过电学式传感器，将NOx的含量变化转变为电信号传送到通风装置，通风装置经管道通过通风板向多孔床层吹入空气，从而清除多孔床层上方的灰尘，使催化剂能够重新与烟气中的NOx发生反应，从而脱除NOx；

在脱除NOx的反应的过程中，有一部分催化剂、飞灰会因重力作用而落入催化剂/飞灰分离装置，通过催化剂/飞灰分离装置将飞灰从烟气中分离出来回收利用，分离出来的催化剂通过管道进入催化剂再生仪，使中毒的催化剂重新恢复活性，随后将恢复活性的催化剂经过催化剂漏斗再加入到NOx清除装置中，从而实现催化剂的回收利用；

所述的催化剂再生仪能够实现将中毒的催化剂活化，使其重新具有催化脱硝的功能，它主要是利用了催化剂在一定的温度（350℃～400℃的高温）下能够活化，重新具有催化功能。

利用上述的一种选择性催化还原烟气脱硝的装置进行脱硝的方法，包括如下步骤：

（1）、颗粒状催化剂的选择及添加

选择颗粒状的负载活性金属的多孔金属氧化物为选择性催化还原烟气脱硝的催化剂，催化剂颗粒直径为2～5mm，催化剂的孔容为0.05~0.1ml/g，孔径为50～200nm；

所述的多孔金属氧化物为TiO₂、V₂O₅或WO₃；活性金属为Mn，Ce或γ-Al₂O₃；负载活性金属质量比为2%～15%；

将催化剂铺设于多孔床层，铺设量为180～240kg/m³；

微孔容积为0.05~0.1ml/g的颗粒状催化剂，使催化剂脱硝性能和耐磨强度达到最佳平衡点；孔径为50~200nm，以达到稳定的脱硝性能；使催化剂恰当的铺设于多孔床层，铺设量为180～240kg/m³，可达到较高的脱硝效率；

（2）、将本发明的一种选择性催化还原烟气脱硝的装置安装于烟气出口的管道

上，进行脱硝处理

烟气经一种选择性催化还原烟气脱硝的装置内的铺设颗粒状催化剂的多孔床层后实现NOx的清除；

催化剂管道被烟气中携带的飞灰而堵塞，造成颗粒状催化剂不能正常工作，脱硝效率下降，导致脱硝后的烟气中NOx的含量超过设定值，开启与通风板相连的通风装置，以便通过通风板向铺设催化剂的多孔床层均匀的通风，吹离落于催化剂管道上方的飞灰，使催化剂有足够的面积与烟气中的NOx接触，从而提高NOx的脱除效率；

烟气进入放置颗粒状催化剂的多孔床层后，有一部分催化剂随着管道内的烟气离开放置催化剂的管道，从而使脱硝效率下降，此时脱离催化剂管道的催化剂与飞灰一同进入催化剂、飞灰分离器，经过分离后将分离出的颗粒催化剂送至催化剂再生仪，通过在350℃～400℃的温度下密闭加热实现催化剂活化，使其重新具有活性，然后通过催化剂输送管道将其送至催化剂添加漏斗，返回到铺设催化剂的多孔床层上重新发挥作用，从而提高了NOx的脱除效率，最终其脱硝效率可达92%，即相对于现有的脱硝装置，其脱硝效率可以提高5～8%左右。

本发明的有益效果

本发明的一种选择性催化还原烟气脱硝的装置，可以解决飞灰堵塞催化剂管道与催化剂失去活性的问题造成的SCR技术中脱硝效率下降的问题，从而有效的提高SCR技术的脱硝效率，实现了节能减排的环保理念。

另外，本发明的一种选择性催化还原烟气脱硝的装置，可以直接在现有SCR技术的基础上，进行适当的改造，制造十分方便。随着环保意识的不断增强，发电厂烟气脱硝已经是势在必行，该装置能够更好的提高现有脱硝装置的效率，其脱硝效率可以提高5～8%，因此具有十分广阔的应用前景。从电站发展的总体趋势方面看，高安全性、智能化、直观化、高效率、节能减排是其主要目标，该装置设计简单使其制造成本大大降低，有利于后期大规模的生产，有助于市场占有率的提高，市场前景十分乐观。

附图说明

图1、一种选择性催化还原烟气脱硝的装置的机构示意图，其中1为NOx清除装置、2为NOx含量检测仪、3为NOx浓度检测的电学式传感器、4为通风装置、5为飞灰、6为催化剂/飞灰分离装置、7为催化剂再生仪、8为催化剂漏斗、9为通风板、10为催化剂输送管道、11为自动阀门、12为上位机；

图2、通风板与铺设催化剂的多孔床层接触面示意图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。

实施例1

一种选择性催化还原烟气脱硝的装置，其结构示意图如图1所示，其中 1为NOx清除装置、2为NOx含量检测仪、3为NOx浓度检测的电学式传感器、4为通风装置、5为飞灰排放口、6为催化剂/飞灰分离装置、7为催化剂再生仪、8为催化剂添加漏斗、9为通风板、10为催化剂输送管道、11为自动阀门、12为上位机、13为铺设催化剂的多孔床层；

所述的通风板9置于铺设催化剂的多孔床层13的下面，通风板9和铺设催化剂的多孔床层13均安装在NOx清除装置内并与NOx清除装置1的水平方向均成30^o~45^o的夹角；通风板9与铺设催化剂的多孔床层13接触面示意图如图2所示，通风板9采用均匀分布孔口的钢板制成，单位面积上设置30~40个孔径为100mm左右的孔口；

所述的通风装置4通过管道与通风板9相连；

铺设催化剂的多孔床层13通过管道一端与催化剂添加漏斗8相连，另一端与催化剂/飞灰分离装置6相连；

所述的催化剂/飞灰分离装置6一方面通过管道与催化剂再生仪7相连，催化剂再生仪7再经催化剂输送管道10与催化剂添加漏斗8相连；另一方面催化剂/飞灰分离装置6还设有飞灰排放口5；

所述的NOx清除装置1的入口与烟道相连，NOx清除装置1的出口处设置一自动阀11，该自动阀11的动作通过NOx浓度检测的电学式传感器3（将NOx的流量转化为电信号）检测到NOx清除装置1的出口的NOx含量，将该信号通过A/D或D/A转换装置后将信号传输于上位机12，并与比较器中的设定值比较，从而控制自动阀11的开关和通风装置4的启停。

上述的一种选择性催化还原烟气脱硝的装置可以有效地提高SCR技术中的脱硝效率，最终脱硝效率可达92%。通过催化剂/飞灰分离器，实现飞灰与催化剂的分离，通过催化剂活化仪实现催化剂恢复活性，再次进入烟气脱硝装置，实现催化剂的循环利用；通过空气均匀吹入催化剂管道，使残留在颗粒状催化剂层管道上方的飞灰及时清除，防止影响催化剂正常发挥功效；通过NOx含量检测仪与NOx浓度电学式传感器，实现NOx含量的自动检测与自动控制，提高装置的自动化水平；通过自动化的检测装置与自动控制，实现高效、清洁地清除飞灰中的氮氧化物，防止污染空气，该装置的稳定性、可靠性高，具有较强的可用性。

上述通过实施例虽然对本发明作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种选择性催化还原烟气脱硝的装置，包括NOx含量检测仪、NOx浓度检测的电学式传感器、铺设催化剂的多孔床层和催化剂/飞灰分离装置，其特征在于还包括NOx清除装置、通风装置、通风板、催化剂再生仪、催化剂添加漏斗和催化剂输送管道；

所述的通风板置于铺设催化剂的多孔床层的下面，通风板和铺设催化剂的多孔床层均安装在NOx清除装置内并与NOx清除装置的水平方向均成30^o~45^o的夹角；

所述的通风装置经管道与通风板相连；

所述的NOx清除装置的入口与烟道相连，NOx清除装置的出口处设置一自动阀，该自动阀的动作通过电学式传感器检测到NOx清除装置的出口的NOx含量来控制自动阀门的开关及通风装置的启停。

2.如权利要求1所述的一种选择性催化还原烟气脱硝的装置，其特征在于所述的通风板采用均匀分布孔口的钢板制成，单位面积上设置30~40个孔径为100mm左右的孔口。

3.如权利要求1或2所述的一种选择性催化还原烟气脱硝的装置的应用方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）、颗粒状催化剂的选择及添加

所述的多孔金属氧化物为TiO₂、V₂O₅或WO₃；活性金属为Mn，Ce或γ-Al₂O₃；负载活性金属的量按质量计算，即活性金属的质量比为2%～15%；

将催化剂铺设于多孔床层，铺设量为180～240kg/m³；

（2）、将如权利要求1或2所述的一种选择性催化还原烟气脱硝的装置安装于烟气出口的管道上，进行脱硝处理。