CN105521709A - 一种基于scr反应的低温脱硝反应器及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于SCR反应的低温脱硝反应器及方法。反应器的烟气入口直接连接在电站锅炉的尾部烟道上，烟气由锅炉的尾部烟道流出后进入反应器，在反应器内先经催化氧化层预氧化，使部分NO转化为NO2，预氧化的烟气与喷嘴喷入的NH3混合，并经静态混合器混合均匀后，在催化还原层进行快速SCR反应；反应器内的温度为200～350℃，快速SCR反应速率达标准SCR反应速率的10倍以上。催化还原层下部进一步设有预备催化还原层，经催化还原层反应的烟气通过预备催化还原层，进一步将残余的NOx还原成N2。本发明大大提高了烟气低温段的脱硝效率，在200℃左右脱硝的效率可达98％以上。

Description

一种基于SCR反应的低温脱硝反应器及方法
技术领域
本发明属于烟气脱硝技术领域，特别涉及一种基于SCR反应的低温脱硝反应器及方法。
背景技术
氮氧化物对环境的危害十分巨大，选择性催化还原(SCR)技术就是利用还原剂在催化剂的作用下，把烟气中的NOx还原成N2，以减少化石燃料燃烧带来的环境污染。传统的脱硝反应器中主要发生4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O的化学反应，若不引入催化剂，该反应900℃以上才能达到较好的脱硝效果；在有催化剂存在的条件下，该反应所需要的温度在300℃以上，低温范围内的脱硝效率不足50％。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种基于SCR反应的低温脱硝反应器及方法。
一种基于SCR反应的低温脱硝反应器，烟气入口设于反应器的上部，烟气出口设于反应器的底部，反应器顶部为倾角为30°～40°的倾斜面，其内部由上至下依次为催化氧化层3，喷嘴5，静态混合器6和催化还原层7，所述喷嘴5与氨气储存与喷射***4相连；催化氧化层3和催化还原层7选用钒钛系脱硝催化剂或过渡金属改性的分子筛脱硝催化剂。
烟气入口处设有入口导流板2，所述入口导流板2的折角为130°～150°；烟气出口处设有出口导流板9，所述出口导流板9为垂直导流板。
所述氨气储存与喷射***4选用涡流静态混合式喷射格栅。
所述催化还原层7下部设有预备催化还原层8，预备催化还原层8选用钒钛系脱硝催化剂或过渡金属改性的分子筛脱硝催化剂。
上述一种基于SCR反应的低温脱硝反应器进行烟气脱硝的方法，反应器的烟气入口直接连接在电站锅炉尾部烟道1上，烟气由锅炉尾部烟道1流出后进入反应器，在反应器内先经催化氧化层3预氧化，使部分NO转化为NO2，预氧化的烟气与喷嘴5喷入的NH3混合，并经静态混合器6混合均匀后，在催化还原层7进行SCR反应，SCR主要反应为NO+NO2+2NH3→2N2+4H2O，反应速率达标准SCR反应4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O速率的10倍以上；反应器内的温度为200～350℃。
烟气入口处，烟气流动方向与竖直方向的夹角为45°-65°。
预氧化后，烟气中NO与NO2的摩尔比为(0.8-1.2):1。
NH3喷入量与烟气中NOx的摩尔比为(0.9-1.05):1。
所述催化还原层7下部设有预备催化还原层8，经催化还原层7反应的烟气通过预备催化还原层8，进一步将残余的NOx还原成N2。
反应器内烟气的空速大小为20000～40000h-1；反应器内部烟气流速均匀，各层催化剂表面的烟气速度相对标准偏差小于6％。
本发明的有益效果为：本发明所设计的新型锅炉脱硝反应装置，通过改变喷氨***的位置，引入快速SCR反应工艺，在反应器内部设置两种不同功能的催化剂层，使得烟气在反应器内经过先氧化后催化还原的过程，使脱硝主要反应由4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O转变为NO+NO2+2NH3→2N2+4H2O，大大提高了烟气低温段的脱硝效率，在200℃左右脱硝的效率可达98％以上。
附图说明
图1为一种基于SCR反应的低温脱硝反应器的示意图；
标号说明：1-锅炉尾部烟道、2-入口导流板、3-催化氧化层、4-氨气储存与喷射***、5-喷嘴、6-静态混合器、7-催化还原层、8-预备催化还原层、9-出口导流板、10-反应器出口烟道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
如图1所示一种基于SCR反应的低温脱硝反应器，反应器顶部为倾角为30°～40°的倾斜面，烟气入口设于反应器的上部，烟气入口处均匀分布有入口导流板2，入口导流板2的折角为130°～150°；烟气出口设于反应器的底部，烟气出口处分布的4个垂直导流板9能够改善烟气的分布效果，消除实际运行过程中的灰尘沉积。反应器内部由上至下依次为催化氧化层3，喷嘴5，静态混合器6，催化还原层7和预备催化还原层8，所述喷嘴5与氨气储存与喷射***4相连，其中氨气储存与喷射***4选用涡流静态混合式喷射格栅；反应器外包覆保温材料，从而降低了整个脱硝过程热量的损失，有利于维持反应温度。所述催化氧化层3、催化还原层7和预备催化还原层8均选用常规SCR脱硝催化剂，包括钒钛系脱硝催化剂或过渡金属改性的分子筛脱硝催化剂。
上述一种基于SCR反应的低温脱硝反应器进行烟气脱硝的方法：
模拟烟气中O2体积分数为3％，NO浓度2000ppm，平衡气为N2，其空速为25000h-1，烟气流量8L/min，空间速率大小为20000～40000h-1，反应器内部烟气流速均匀，各层催化剂表面的烟气速度相对标准偏差小于6％。催化氧化层3、催化还原层7和预备催化还原层8均选用Mn-Ce-ZSM-5复合分子筛催化剂。控制烟气与催化剂层的接触时间为200ms左右，有利于反应气体在催化剂微孔内的扩散、吸附、反应以及产物气的解吸和扩散。
反应器的烟气入口直接连接在电站锅炉尾部烟道1上，烟气由锅炉尾部烟道1流至低温脱硝反应器，反应器烟气入口处的烟气流动方向与竖直方向的夹角为45°-65°，烟气经入口导流板2导流后进入反应器，烟气在反应器内先经催化氧化层3预氧化，使部分NO转化为NO2，在反应温度升高至200℃时，经烟气分析仪测试发现，烟气中NO被氧化成NO2的效率近似为50％。NH3/N2混合气经喷射格栅的喷嘴5喷入反应器内，NH3喷入量与烟气中NOx的摩尔比为(0.9-1.05):1，在一定长度的烟道内与催化氧化后的烟气经静态混合器6充分均匀混合后，在催化还原层7的还原催化剂表面发生快速SCR反应，快速SCR反应速率达标准SCR反应速率的10倍以上；反应温度200℃时，NOx气体的转化率高达98％以上，烟气低温条件下的脱硝效率得到了极大的提升。烟气经SCR反应器出口排出前，通过预备催化还原层8，进一步将残余的NOx还原成N2，NOx气体的转化率提高到99％以上。脱硝完成后，烟气经垂直导流板9导流排出SCR反应器的出口段，基于快速SCR反应的整个烟气低温脱硝反应完成。
以上快速SCR低温脱硝反应器能够很好地适用于电站锅炉，可在现有电站SCR脱硝装置的基础上直接改造并投入使用，改造成本低，运行成本低，并大大提高了烟气在低温段的脱硝效率。

Claims (10)

1.一种基于SCR反应的低温脱硝反应器，其特征在于，烟气入口设于反应器的上部，烟气出口设于反应器的底部，反应器顶部为倾角为30°～40°的倾斜面，其内部由上至下依次为催化氧化层(3)，喷嘴(5)，静态混合器(6)和催化还原层(7)，所述喷嘴(5)与氨气储存与喷射***(4)相连；催化氧化层(3)和催化还原层(7)选用钒钛系脱硝催化剂或过渡金属改性的分子筛脱硝催化剂。
2.根据权利要求1所述一种基于SCR反应的低温脱硝反应器，其特征在于，烟气入口处设有入口导流板(2)，所述入口导流板(2)的折角为130°～150°；烟气出口处设有出口导流板(9)，所述出口导流板(9)为垂直导流板。
3.根据权利要求1所述一种基于SCR反应的低温脱硝反应器，其特征在于，所述氨气储存与喷射***(4)选用涡流静态混合式喷射格栅。
4.根据权利要求1所述一种基于SCR反应的低温脱硝反应器，其特征在于，所述催化还原层(7)下部设有预备催化还原层(8)，预备催化还原层(8)选用钒钛系脱硝催化剂或过渡金属改性的分子筛脱硝催化剂。
5.权利要求1-4任一权利要求所述一种基于SCR反应的低温脱硝反应器进行烟气脱硝的方法，其特征在于，反应器的烟气入口直接连接在电站锅炉尾部烟道(1)上，烟气由锅炉尾部烟道(1)流出后进入反应器，在反应器内先经催化氧化层(3)预氧化，使部分NO转化为NO2，预氧化的烟气与喷嘴(5)喷入的NH3混合，并经静态混合器(6)混合均匀后，在催化还原层(7)进行SCR反应；反应器内的温度为200～350℃。
6.根据权利要求5所述一种烟气脱硝的方法，其特征在于，烟气入口处，烟气流动方向与竖直方向的夹角为45°-65°。
7.根据权利要求5所述一种烟气脱硝的方法，其特征在于，预氧化后，烟气中NO与NO2的摩尔比为(0.8-1.2):1。
8.根据权利要求5所述一种烟气脱硝的方法，其特征在于，NH3喷入量与烟气中NOx的摩尔比为(0.9-1.05):1。
9.根据权利要求5所述一种烟气脱硝的方法，其特征在于，所述催化还原层(7)下部设有预备催化还原层(8)，经催化还原层(7)反应的烟气通过预备催化还原层(8)，进一步将残余的NOx还原成N2。
10.根据权利要求5所述一种烟气脱硝的方法，其特征在于，反应器内烟气的空速大小为20000～40000h-1；反应器内部烟气流速均匀，各层催化剂表面的烟气速度相对标准偏差小于6％。
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