CN108479380B - 一种超重力scr脱硝装置及其脱硝工艺 - Google Patents

一种超重力scr脱硝装置及其脱硝工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于SCR脱硝的技术领域，为了解决SCR脱硝技术中液氨气化工艺存在安全隐患、热分解尿素工艺运行成本较高、且需稀释风机稀释氨气浓度、耗能大的问题，提供了一种超重力SCR脱硝装置及其脱硝工艺，使产氨浓度达到SCR脱硝技术的需氨浓度，且使得产氨浓度实现了精密数控。气体进口连接鼓风机，气体出口通过喷氨格栅与SCR反应器连接，进液口通过离心泵连接氨水原料罐，出液口连接废液槽，超重力旋转填料床的电机上设置变频器，氨气浓度检测仪、液体流量传感器、气体流量传感器、变频器、氮氧化物浓度检测仪连接控制***。解决了液氨气化工艺的危险性、尿素热解工艺的运行费用高等问题；降低了氨逃逸率，避免氨逃逸率过高对环境造成的二次污染。

Description

一种超重力SCR脱硝装置及其脱硝工艺
技术领域
本发明属于SCR脱硝的技术领域，具体涉及一种超重力SCR脱硝装置及其脱硝工艺。
背景技术
工业氮氧化物排放量大，对环境和人类生活造成了严重的破坏。目前常见处理工业烟气排放的氮氧化物的方法是选择性催化还原法（即SCR技术）。SCR脱硝技术的原理是利用氨气作为还原剂在锅炉内与氮氧化物反应生成氮气和水，实现处理氮氧化物的目的。
常见的为SCR脱硝技术中提供还原剂氨气的工艺有尿素热解工艺和液氨气化工艺。尿素热解工艺运行较安全且尿素在常压、干态储存，具有较高的安全性，但该工艺复杂、耗能较大且运行成本较高；液氨气化工艺简单且运行费用较低，但液氨需高压储存且易泄漏发生危险。且液氨气化工艺和尿素热解工艺制备氨气后均需稀释风机将氨气浓度稀释至为5%~10%（SCR需氨浓度）。
发明内容
本发明为了解决SCR脱硝技术中液氨气化工艺存在安全隐患、热分解尿素工艺运行成本较高、且需稀释风机稀释氨气浓度、耗能大的问题，提供了一种超重力SCR脱硝装置及其脱硝工艺，使产氨浓度达到SCR脱硝技术的需氨浓度，且使得产氨浓度实现了精密数控。
本发明由如下技术方案实现的：一种超重力SCR脱硝装置，包括设置有气体进口、气体出口、进液口和出液口的超重力旋转填料床，与超重力旋转填料床连接的SCR反应器，所述气体进口通过进气阀和气体流量传感器连接鼓风机，气体出口通过喷氨格栅与SCR反应器连接，气体出口与喷氨格栅间连接氨气浓度传感器；进液口通过离心泵、进液阀和液体流量传感器连接氨水原料罐，出液口连接废液槽，超重力旋转填料床的电机上连接变频器；SCR反应器的进口和出口分别连接氮氧化物浓度检测仪，所述氮氧化物浓度检测仪、液体流量传感器、气体流量传感器、氨气浓度传感器连接控制***。
利用所述的超重力SCR脱硝装置脱硝的工艺，包括如下步骤：开启超重力旋转填料床，通过变频器控制超重力因子，打开进液阀启动离心泵，将氨水送入超重力旋转填料床，在液体分布器作用下进行初始分布，随后在转子的带动下进入超重力旋转填料床，完成液滴的微元化，打开进气阀，将空气由气体进口送入超重力旋转填料床内，气液两相在超重力场的填料中接触进行吹脱反应，反应后的液相从出液口排出，进入废液槽；生成的氨气由气体出口经喷氨格栅喷出，进入SCR反应器还原氮氧化物；
控制***通过SCR反应器进口和出口的氮氧化物浓度检测仪监测SCR反应器内的氮氧化物浓度，通过公式（1）计算SCR反应器2的需氨浓度，通过液体流量传感器1.9监测氨水流量，通过气体流量传感器1.7监测空气流量，进而计算获得气液比，通过变频器8获得超重力因子β，根据公式（2）和公式（3）计算获得实时产氨浓度，当产氨浓度低于5%时，增大超重力因子或降低气液比进而增大产氨浓度；当产氨浓度高于10%时，降低超重力因子或增大气液比进而降低产氨浓度；通过公式（2）计算获得实时消耗氨水量，控制***控制进液阀，控制进入超重力旋转填料床内的氨水；待出液口无液体流出后停止超重力旋转填料床，甲基红作指示剂滴定检测废液槽中的氨水浓度；
公式（1）：
Figure 976315DEST_PATH_IMAGE002
；式中，W NH3 为SCR反应器需氨浓度，kg/h；V q 为烟气流量，Nm3/h；C NO 为进口NO浓度，mg/m3；C NO2 为进口NO2浓度，mg/m3；M NH3 为NH3的摩尔质量，g/mol；M NO 为NO的摩尔质量，g/mol；M NO2 为NO2的摩尔质量，mg/m3；η为脱硝率，%；C slipNH3 为氨的逃逸率，ppm。
公式（2）：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；式中，L为氨水的耗量，m3/h；ρ NH3为氨水密度（浓度25%氨水密度为907kg/m3），kg/m3。
公式（3）：
Figure 581871DEST_PATH_IMAGE004
；式中，y为产氨浓度，%；；β为超重力因子，无量纲；G/L为气液比，m3/m3。
所述超重力旋转填料床的内部填料为不锈钢丝网填料或鲍尔环填料；超重力旋转填料床内气液接触方式为错流。所述进液口的氨水浓度为25%，超重力旋转填料床的超重力因子为58.5-179.2，超重力旋转填料床中的气液比为2500-6000m3/m3。
本发明是利用旋转填料床在填料旋转所产生的超重力场使气液两相作强制性的接触运动，液相被剪切成细小的液滴，使气液接触比表面积显著提高，气液接触时间短，极大地强化了传质效率。
本发明是结合SCR脱硝技术对氨气浓度的需求进行实时监测，根据对SCR需要氨气浓度以及流量，通过控制***调节超重力设备的操作参数，对超重力氨水吹脱工艺的产氨浓度实现在线控制，使超重力氨水吹脱工艺提供SCR脱硝技术需要的氨气浓度，实现了超重力氨水吹脱工艺与SCR脱硝技术一体化的技术。
本发明控制***连接SCR反应器，实时监控SCR反应器中脱硝所需要的氨气浓度，然后控制***控制变频器进一步调控超重力旋转填料床的超重力因子，通过控制鼓风机实时调控进气量，通过控制离心泵实时调控氨水的进料量。控制***接受到SCR反应器需要氨气浓度的信号后，调节变频器、鼓风机、离心泵来控制超重力因子和气液比，进而控制产氨浓度。
本发明具有如下有益效果：本发明采用超重力技术降低了能耗、缩短了气液接触时间、可及时向SCR脱硝技术提供指定浓度的氨气。由于旋转填料床的气相阻力较低且吹脱工序气液比较低，吹脱过程所需的进气量较低，降低了风机的能耗。通过调节气液比使产氨浓度达到可控，省去了稀释风机，简化了工艺，节省了能耗，大大的减少了运行费用。
本发明采用超重力技术进行吹脱，解决了液氨气化工艺的危险性、尿素热解工艺的运行费用高等问题；降低了氨逃逸率，避免氨逃逸率过高对环境造成的二次污染。
附图说明
图1是本发明所述超重力SCR脱硝装置结构示意图。
图中：1-超重力旋转填料床；1.1-气体进口；1.2-气体出口；1.3-进液口；1.4-出液口；1.5-电机；1.6-进气阀；1.7-气体流量传感器；1.8-进液阀；1.9-液体流量传感器；1.10-氨气浓度传感器；2-SCR反应器；2.1-氮氧化物浓度检测仪I；2.2-氮氧化物浓度检测仪II；3-鼓风机；4-喷氨格栅；5-离心泵；6-氨水原料罐；7-废液槽；8-变频器；9-控制***；10-锅炉烟气管道。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明。
如图1所示，一种超重力SCR脱硝装置，包括设置有气体进口1.1、气体出口1.2、进液口1.3和出液口1.4的超重力旋转填料床1，与超重力旋转填料床1连接的SCR反应器2，所述气体进口1.1通过进气阀1.6和气体流量传感器1.7连接鼓风机3，气体出口1.2通过喷氨格栅4与SCR反应器2连接，气体出口1.2与喷氨格栅4间连接氨气浓度传感器1.10；进液口1.3通过离心泵5、进液阀1.8和液体流量传感器1.9连接氨水原料罐6，出液口1.4连接废液槽7，超重力旋转填料床1的电机1.5上连接变频器8；SCR反应器2的进口处连接氮氧化物浓度检测仪I 2.1，SCR反应器2的出口处连接氮氧化物浓度检测仪II 2.2，所述氮氧化物浓度检测仪I 2.1、氮氧化物浓度检测仪II 2.2、液体流量传感器1.9、气体流量传感器1.7、氨气浓度检测仪1.10连接控制***9。
利用所述的超重力SCR脱硝装置脱硝的工艺，包括如下步骤：开启超重力旋转填料床1，通过变频器8控制超重力因子，打开进液阀1.8启动离心泵5，将氨水送入超重力旋转填料床1，在液体分布器作用下进行初始分布，随后在转子的带动下进入超重力旋转填料床1，完成液滴的微元化，打开进气阀，将空气由气体进口1.1送入超重力旋转填料床1内，气液两相在超重力场的填料中接触进行吹脱反应，反应后的液相从出液口1.4排出，进入废液槽7；生成的氨气由气体出口1.2经喷氨格栅4喷出，进入SCR反应器2还原氮氧化物；
控制***9通过SCR反应器2进口和出口的氮氧化物浓度检测仪监测SCR反应器2内的氮氧化物浓度，通过公式（1）计算SCR反应器2的需氨浓度，通过液体流量传感器1.9监测氨水流量，通过气体流量传感器1.7监测空气流量，进而计算获得气液比，通过变频器8获得超重力因子β，根据公式（2）和公式（3）计算获得实时产氨浓度，当产氨浓度低于5%时，增大超重力因子或降低气液比进而增大产氨浓度；当产氨浓度高于10%时，降低超重力因子或增大气液比进而降低产氨浓度；通过公式（2）计算获得实时消耗氨水量，控制***9控制进液阀1.8，控制进入超重力旋转填料床1内的氨水；待出液口1.4无液体流出后停止超重力旋转填料床1，甲基红作指示剂滴定检测废液槽7中的氨水浓度；
公式（1）：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
；式中，W NH3 为SCR反应器需氨浓度，kg/h；V q 为烟气流量，Nm3/h；C NO 为进口NO浓度，mg/m3；C NO2 为进口NO2浓度，mg/m3；M NH3 为NH3的摩尔质量，g/mol；M NO 为NO的摩尔质量，g/mol；M NO2 为NO2的摩尔质量，mg/m3；η为脱硝率，%；C slipNH3 为氨的逃逸率，ppm。
公式（2）：
Figure 112340DEST_PATH_IMAGE007
；式中，L为氨水的耗量，m3/h；ρ NH3为氨水密度（浓度25%氨水密度为907kg/m3），kg/m3。
公式（3）：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
；式中，y为产氨浓度，%；；β为超重力因子，无量纲；G/L为气液比，m3/m3。
由控制***9对SCR反应器2的需氨浓度进行测量，随后开启旋转填料床，通过变频器8控制其超重力因子在58.5-179.2，待运行稳定后启动鼓风机3，由控制***9调节鼓风机进气量，通入超重力旋转填料床1内；控制***9实时控制离心泵5调节进液量，控制气液比于2500-6000m3/m3，将氨水在常温下通过离心泵5打入超重力旋转填料床1内由液体进口引入转子内腔，经液体分布器沿均匀喷洒在转子内缘上，在转子内填料的作用下，氨水被分散成薄膜或细小雾滴，与通入的热空气接触，与空气实现接触、传质，氨水中的游离氨被吹出至空气中，由气体出口1.2排出输送至SCR反应器2。所述超重力旋转填料床1内部的填料为不锈钢丝网填料或鲍尔环填料。
利用旋转填料床在填料旋转所产生的超重力场使气液两相作强制性的接触运动，液相被剪切成细小的液滴，使气液接触比表面积显著提高，气液接触时间短，极大地强化了传质效率。
结合SCR脱硝技术对氨气浓度的需求进行实时监测，根据对SCR需要氨气浓度以及流量，通过控制***调节超重力设备的操作参数，对超重力氨水吹脱工艺的产氨浓度实现在线控制，使超重力氨水吹脱工艺提供SCR脱硝技术需要的氨气浓度，实现了超重力氨水吹脱工艺与SCR脱硝技术一体化的技术。控制***连接SCR反应器，实时监控SCR反应器中脱硝所需要的氨气浓度，然后控制***控制变频器进一步调控超重力旋转填料床的超重力因子，通过控制鼓风机实时调控进气量，通过控制离心泵实时调控氨水的进料量。控制***接受到SCR反应器需要氨气浓度的信号后，调节变频器、鼓风机、离心泵来控制超重力因子和气液比，进而控制产氨浓度。
实施例1：工业氨水浓度为25%，其主体设备：超重力旋转填料床采用不锈钢丝网填料，旋转填料床的壳体和储罐均采用304不锈钢材质。气液接触方式为错流。
首先，开启错流旋转填料床，通过变频器8控制其超重力因子在58.5，打开液体阀门，启动离心泵5将氨水送至超重力旋转填料床1，氨水进料量保持在0.2m3/h，打开气体阀门，调节气体流量计，使气液比保持在2500m3/m3，氨水与空气在填料中接触，完成传质过程；待氨水原料罐中的氨水全部进入超重力旋转填料床中，关闭液体阀门和液泵；待旋转填料床出液口1.4不在有液体流入废液槽7，停止超重力旋转填料床1。采用滴定法检测氨水废液槽7中的氨水浓度，采用甲基红作为指示剂，用1mol/L硫酸对氨水废液进行滴定。经计算，通过超重力旋转填料床1反应后的氨水废液浓度，其吹脱率可达82.1%，旋转填料床气体出口处氨气浓度为12.66%，达到SCR脱硝技术需氨浓度（10%）。
实施例2：改变下述条件，其他条件同实施例1。超重力旋转填料床超重力因子调为131.7，气液比2500，最后的吹脱率可达85.1%，旋转填料床产氨浓度为12.9%。
实施例3：改变下述条件，其他条件同实施例1。超重力旋转填料床超重力因子调为179.2，气液比2500，最后的吹脱率可达85.5%，旋转填料床产氨浓度为13.0%。
实施例4：改变下述条件，其他条件同实施例1。超重力旋转填料床超重力因子调为131.7，气液比3500，最后的吹脱率可达87.1%，旋转填料床产氨浓度为9.8%；进口NOx浓度为350mg/m3，出口NOx浓度低于50mg/m3，脱硝率为85.7%，氨逃逸率为3ppm。
实施例5：改变下述条件，其他条件同实施例1。超重力旋转填料床超重力因子调为179.2，气液比3500，最后的吹脱率可达87.3%，旋转填料床产氨浓度为9.8%；进口NOx浓度为400mg/m3，出口NOx浓度低于50mg/m3，脱硝率为87.5%，氨逃逸率为2ppm。
实施例6：改变下述条件，其他条件同实施例1。超重力旋转填料床超重力因子调为131.7，气液比4500，最后的吹脱率可达87.5%，旋转填料床产氨浓度为7.8%；进口NOx浓度为450mg/m3，出口NOx浓度低于50mg/m3，脱硝率为88.8%，氨逃逸率为1ppm。
实施例7：改变下述条件，其他条件同实施例1。超重力旋转填料床超重力因子调为131.7，气液比6000，最后的吹脱率可达83.5%，旋转填料床产氨浓度为5.7%；进口NOx浓度为450mg/m3，出口NOx浓度低于50mg/m3，脱硝率为88.8%，氨逃逸率为0ppm。
实施例8：改变下述条件，其他条件同实施例7。超重力旋转填料床6的填料6.7换为鲍尔环填料，最后吹脱率可达82.7%，旋转填料床产氨浓度为5.7%；进口NOx浓度为450mg/m3，出口NOx浓度低于50mg/m3，脱硝率为88.8%，氨逃逸率为0ppm。

Claims (3)

1.一种利用超重力SCR脱硝装置脱硝的工艺，其特征在于：包括如下步骤：开启超重力旋转填料床，通过变频器（8）控制超重力因子，打开进液阀（1.8）启动离心泵（5），将氨水送入超重力旋转填料床（1），在液体分布器作用下进行初始分布，随后在转子的带动下进入超重力旋转填料床（1），完成液滴的微元化，打开进气阀，将空气由气体进口（1.1）送入超重力旋转填料床（1）内，气液两相在超重力场的填料中接触进行吹脱反应，反应后的液相从出液口（1.4）排出，进入废液槽（7）；生成的氨气由气体出口（1.2）经喷氨格栅（4）喷出，进入SCR反应器（2）还原氮氧化物；
控制***（9）通过SCR反应器（2）进口和出口的氮氧化物浓度检测仪监测SCR反应器（2）内的氮氧化物浓度，通过公式（1）计算SCR反应器（2）的需氨浓度，通过液体流量传感器（1.9）监测氨水流量，通过气体流量传感器（1.7）监测空气流量，进而计算获得气液比，通过变频器8获得超重力因子β，根据公式（2）和公式（3）计算获得实时产氨浓度，当产氨浓度低于5%时，增大超重力因子或降低气液比进而增大产氨浓度；当产氨浓度高于10%时，降低超重力因子或增大气液比进而降低产氨浓度；通过公式（2）计算获得实时消耗氨水量，控制***（9）控制进液阀（1.8），控制进入超重力旋转填料床（1）内的氨水；待出液口（1.4）无液体流出后停止超重力旋转填料床（1），甲基红作指示剂滴定检测废液槽（7）中的氨水浓度；
公式（1）：
Figure 928234DEST_PATH_IMAGE001
；式中，W NH3 为SCR反应器需氨浓度，kg/h；V q 为烟气流量，Nm3/h；C NO 为进口NO浓度，mg/m3；C NO2 为进口NO2浓度，mg/m3；M NH3 为NH3的摩尔质量，g/mol；M NO 为NO的摩尔质量，g/mol；M NO2 为NO2的摩尔质量，mg/m3；η为脱硝率，%；C slipNH3 为氨的逃逸率，ppm；
公式（2）：
Figure 533790DEST_PATH_IMAGE002
；式中，L为氨水的耗量，m3/h；ρ NH3为氨水密度（浓度25%氨水密度为907kg/m3），kg/m3；
公式（3）：
Figure 313527DEST_PATH_IMAGE003
；式中，y为产氨浓度，%；β为超重力因子，无量纲；G/L为气液比，m3/m3；
实施所述脱硝工艺的超重力SCR脱硝装置，包括设置有气体进口（1.1）、气体出口（1.2）、进液口（1.3）和出液口（1.4）的超重力旋转填料床（1），与超重力旋转填料床（1）连接的SCR反应器（2），所述气体进口（1.1）通过进气阀（1.6）和气体流量传感器（1.7）连接鼓风机（3），气体出口（1.2）通过喷氨格栅（4）与SCR反应器（2）连接，气体出口（1.2）与喷氨格栅（4）间连接氨气浓度传感器（1.10）；进液口（1.3）通过离心泵（5）、进液阀（1.8）和液体流量传感器（1.9）连接氨水原料罐（6），出液口（1.4）连接废液槽（7），超重力旋转填料床（1）的电机（1.5）上连接变频器（8）；SCR反应器（2）的进口和出口分别连接氮氧化物浓度检测仪，所述氮氧化物浓度检测仪、液体流量传感器（1.9）、气体流量传感器（1.7）、氨气浓度传感器（1.10）连接控制***（9）。
2.根据权利要求1所述的一种利用超重力SCR脱硝装置脱硝的工艺，其特征在于：所述超重力旋转填料床的内部填料为不锈钢丝网填料或鲍尔环填料；超重力旋转填料床内气液接触方式为错流。
3.根据权利要求1所述的一种利用超重力SCR脱硝装置脱硝的工艺，其特征在于：所述进液口的氨水浓度为25%，超重力旋转填料床的超重力因子为58.5-179.2，超重力旋转填料床中的气液比为2500-6000m3/m3。
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