CN117839428A - 一种节能烟气脱硝*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种节能烟气脱硝***，涉及节能环保技术领域，该种节能烟气脱硝***，包括烟道，烟道的一端设有烟气进口，烟道的另一端设有烟气出口，烟气进口方向依次设有扰流格栅、燃烧烟气中CO的内置式加热炉、CO催化氧化层和喷氨格栅，烟气出口方向处设有装填有催化剂的SCR反应器，烟气进口和烟气出口处设有回转式烟气换热器，本发明的回转式烟气换热器使用脱硝后的热烟气为脱硝前的冷烟气加热，并且通过设置内置式加热炉和CO催化氧化层，能够降低烧结烟气中排放的CO浓度，烟气中CO转化为CO2，释放热量，使得烟气温度升高，可减少加热烟气所需的燃料气耗量。
Description
技术领域
本发明涉及节能环保技术领域，尤其是涉及一种节能烟气脱硝***。
背景技术
烧结烟气中的氮氧化物浓度为250～350mg/Nm3，超低排放的意见中要求氮氧化物排放标准为50mg/Nm3，有的地方要求更严为35mg/Nm3。《环境保护税法》将烟气中的CO列为大气污染物征税对象，且其当量值为16.7，仅次于苯乙烯和二硫化碳，在44种应税大气污染物中排名第三，成为大气污染物治理中的重点。
对于将近90%的脱硝效率，烧结烟气没有高温脱硝工段，无法采用SNCR脱硝和前置SCR脱硝（即SCR脱硝在前，脱硫在后）的工艺。现有的烧结烟气脱硝***均采用后置SCR脱硝，即烧结烟气先脱硫后脱硝，脱硝温度为200～300℃。但脱硝前的脱硫工艺无论是半干法还是湿法，脱硫后的温度均不超过85℃，因此为了取得合适的脱硝温度需要对烟气进行加热。
加热炉加热烟气需要燃烧富CO的高炉燃料气，每吨烧结矿需要16-18kgCO，即燃烧50m3左右高炉燃料气，而烧结烟气中本身含浓度为6000～8000mg/Nm3的CO，随烟气外排的CO为18-25kg/吨烧结矿，消耗的富CO高炉燃料气和烧结烟气本身外排高浓度CO形成鲜明的技术矛盾。
因此，如何利用烟气中CO的化学能加热烟气，从而减少高炉燃料气的耗量以及降低烧结烟气中排放的CO浓度成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种节能烟气脱硝***，以解决现有技术中缺乏有效的方式对脱硫后的烟气进行加热，导致燃料气消耗量大以及烧结烟气中排放的CO浓度较高的技术问题
为了实现上述目的，本发明提供了一种节能烟气脱硝***，包括用于使烟气流通的烟道，所述烟道的一端设有烟气进口，所述烟道的另一端设有烟气出口，所述烟气进口方向依次设有扰流格栅、燃烧烟气中CO的内置式加热炉、CO催化氧化层和喷氨格栅，所述烟气出口方向处设有装填有催化剂的SCR反应器，所述烟气进口和所述烟气出口处设有回转式烟气换热器，所述回转式烟气换热器使用脱硝后的热烟气为脱硝前的冷烟气加热。
可选地，所述烟道呈180度折弯型。
可选地，所述烟气出口方向的所述烟道的直径大于所述烟气进口方向的所述烟道。
可选地，所述回转式烟气换热器包括壳体、转子和换热元件，所述壳体与所述烟道连接，且分为原烟气进口、原烟气出口、净烟气进口和净烟气出口，所述转子可转动地设于所述壳体上，其为由周向和径向隔板形成的隔仓，所述换热元件位于所述隔仓内。
可选地，所述原烟气进口和所述原烟气出口相对设置，且位于所述烟气进口方向上；所述净烟气进口和所述净烟气出口成对设置，且位于所述烟气出口方向上。
可选地，所述回转式烟气换热器还包括驱动机构和轴承，所述轴承设于所述转子的端部，所述驱动机构与所述转子驱动连接，所述驱动机构带动所述转子围绕所述轴承转动。
可选地，所述内置式加热炉为燃烧器，所述燃烧器由壳体和置于所述壳体内部的点火器构成，所述壳体上设有燃料气接口、助燃风接口、与所述烟道连接的法兰和稳燃筒，所述燃料气接口与燃料气阀组接通，所述助燃风接口与助燃风阀组接通，所述助燃风阀组连接助燃风机。
可选地，所述内置式加热炉，火焰燃烧发生在烟道内，可以燃烧烟气内的一部分CO。
可选地，所述CO催化氧化层包括至少一层，设于所述烟道的内壁上，且安装于内置式加热炉的下游，喷氨格栅的上游，所述CO催化氧化层的催化剂为蜂窝结构，且由基材和活性物质组成。
可选地，所述SCR反应器包括中低温脱硝催化剂层，所述中低温脱硝催化剂层包括至少一层，设于所述烟道的内壁上，所述中低温脱硝催化剂层的催化剂为蜂窝结构，且由基材和活性物质组成。
本发明提供的节能烟气脱硝***，具有以下技术效果：
该种节能烟气脱硝***，包括烟道，烟道的一端设有烟气进口，烟道的另一端设有烟气出口，烟气进口方向依次设有扰流格栅、燃烧烟气中CO的内置式加热炉、CO催化氧化层和喷氨格栅，烟气出口方向处设有装填有催化剂的SCR反应器，烟气进口和烟气出口处设有回转式烟气换热器，本发明的回转式烟气换热器使用脱硝后的热烟气为脱硝前的冷烟气加热，并且通过设置内置式加热炉和CO催化氧化层，能够降低烧结烟气中排放的CO浓度，烟气中CO转化为CO2，释放热量，使得烟气温度升高，可减少加热烟气所需的燃料气耗量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明节能烟气脱硝***一优选实施方式的结构示意图；
图2是图1中节能烟气脱硝***的侧视图；
图3是图1中节能烟气脱硝***的回转式烟气换热器的结构示意图；
图4是图1中节能烟气脱硝***的内置式加热炉的结构示意图。
其中，图1-图4：
1、烟道；11、烟气进口；12、烟气出口；
2、扰流格栅；
3、内置式加热炉；31、燃烧器；311、燃料气接口；312、助燃风接口；32、法兰；33、稳燃筒；
4、CO催化氧化层；
5、喷氨格栅；
6、中低温脱硝催化剂层；
7、回转式烟气换热器；71、壳体；72、转子；721、隔仓；73、驱动机构；74、轴承。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
如图1-4所示，为本发明节能烟气脱硝***一优选实施方式的结构或者部分结构示意图，该种节能烟气脱硝***包括烟道1，烟道1的主要作用在于实现烟气的流通。
如图1所示，本实施方式的烟道1呈180度折弯型，其一端为烟气进口11，另一端为烟气出口12，这里的烟气进口11进入的为低温未脱硝烟气，而烟气出口12出来的为高温脱硝烟气。
继续参见图1所示，烟气进口11方向依次设有扰流格栅2、燃烧烟气中CO的内置式加热炉3、CO催化氧化层4和喷氨格栅5。
扰流格栅2，设于烟道1内，其能够使烟气形成涡流，使得与热风炉燃烧火焰接触的烟气呈涡流状态，更好的参与燃烧，其结构在现有技术中较为常见，本发明对此不作赘述。
燃烧烟气中CO的内置式加热炉3，如图4所示，内置式加热炉3为燃烧器31，燃烧器31由外壳和置于外壳内部的点火器构成，外壳上设有燃料气接口311、与烟道1连接的法兰32和稳燃筒33，燃料气接口311与燃料气阀组接通，深入烟道1的稳燃筒33不超过2m，当安装内置式加热炉3处的烟气负压＞3kpa时，能够满足燃烧助燃风供给，故不需要设置助燃风机，采用无风机的空气助燃形式，节约风机运行的电耗。
当烟道1负压不能够满足燃烧助燃风供给，外壳上还设有助燃风接口312，助燃风接口312与助燃风阀组接通，助燃风阀组连接助燃风机，即通过助燃风机实现烟道1负压，不使用烟道1的烟气作为内置式加热炉3的助燃风，保证了点火器的使用寿命和加热炉运行的稳定性和安全性。
本实施方式的节能烟气脱硝***采用内置式加热炉3，火焰燃烧发生在烟道1内，可以燃烧烟气内的一部分CO，降低CO浓度，降低后续催化氧化层的负荷，减少催化剂安装量。
本实施方式的CO催化氧化层4包括至少一层，设于烟道1的内壁上，CO催化氧化层4的催化剂为蜂窝结构，且由基材和活性物质组成。
CO催化氧化层4是安装催化剂的床层，其置于内置式加热炉3的下游，喷氨格栅5的上游，根据需要去除的CO量，可以为单层或多层。CO催化剂为蜂窝结构，由基材和活性物质组成，不同作用的催化剂基材和活性物质均不同。催化剂为整体成型，最小单元为方型，尺寸150mm×150mm，每个模块内含有多个单元，且每个模块内含有一定比例的测试块。蜂窝催化剂的孔数由烟气中颗粒物浓度、催化性能决定，应用于烧结烟气的催化剂一般为25孔或30孔。
本实施方式节能烟气脱硝***具有两个目的：1、降低烧结烟气中排放的CO浓度；2、减少烧结烟气脱硝***的燃料气耗量，这两个目的是相辅相成的。主要是因为CO和O2反应是强烈放热反应，即CO + ½ O2→CO2，∆H=267 kJ/mol。
降低烧结烟气中排放的CO浓度主要通过两步实现：
第一步，内置式加热炉3的燃烧发生在烟道1内，燃烧的火焰可以将烧结烟气中残余的CO燃烧；
第二步，烟气经过CO催化氧化层4发生CO催化氧化，为气固表面反应，反应历程为：扩散→吸附→反应→脱附→扩散，即烟气中的CO和O2分子扩散到催化剂表面，被吸附到催化剂的贵金属活性位发生反应，生成的CO2分子脱附后扩散到烟气中。
经过两步反应，烟气中CO转化为CO2，释放热量，使得烟气温度升高，同时可减少加热烟气所需的燃料气耗量。
喷氨格栅5，继续参见图1和图2所示，位于CO催化氧化层4的下游，喷入烟道1中的氨气不经过CO催化氧化层4，不会发生氧化反应，氨水消耗量仅为脱硝反应的消耗。
继续参见图1所示，烟气出口12方向处设有装填有催化剂的SCR反应器，SCR反应器包括中低温脱硝催化剂层6，中低温脱硝催化剂层6包括至少一层，设于烟道1的内壁上，中低温脱硝催化剂层6的催化剂为蜂窝结构，且由基材和活性物质组成。
中低温脱硝催化剂层6是安装催化剂的床层，根据需要去除的NOx量，可以为单层或多层，脱硝催化剂为蜂窝结构，由基材和活性物质组成。不同作用的催化剂基材和活性物质均不同，催化剂为整体成型，最小单元为方型，尺寸150mm×150mm，每个模块内含有多个单元，且每个模块内含有一定比例的测试块。蜂窝催化剂的孔数由烟气中颗粒物浓度、催化性能决定，应用于烧结烟气的催化剂一般为25孔或30孔。中低温脱硝催化剂的使用温度为180～220℃。
除此之外，本实施方式烟气出口12方向的烟道1的直径大于烟气进口11方向的烟道1，烟气进口11和烟气出口12处设有回转式烟气换热器7，回转式烟气换热器7使用脱硝后的热烟气为脱硝前的冷烟气加热。
具体的，如图3所示，回转式烟气换热器7包括壳体71、转子72和换热元件，壳体71与烟道1连接，并且分为原烟气进口11、原烟气出口12、净烟气进口11和净烟气出口12，原烟气进口11和原烟气出口12相对设置，位于烟气进口11方向上，净烟气进口11和净烟气出口12成对设置，位于烟气出口12方向上；转子72可转动地设于壳体71上，其为由周向和径向隔板形成的隔仓721，换热元件位于隔仓721内。
回转式烟气换热器7还包括驱动机构73和轴承74，轴承74设于转子72的端部，驱动机构73与转子72驱动连接，驱动机构73带动转子72围绕轴承74转动。
换热元件分两层布置，上层（热端）采用特殊波型考登钢材质，下层（冷端）采用特殊波型镀搪瓷材质，可以兼顾酸露点腐蚀防护和硫酸氢铵沉积腐蚀防护。
回转式烟气换热器7利用脱硝后热的净烟气加热脱硝前冷的原烟气，烟气通过换热器本体内安装的换热元件进行自加热。转子72在驱动机构73的驱动下转动，换热元件和热的净烟气接触，吸收烟气中的热量，吸收热量的换热元件转到原烟气侧，将热量释放给冷的原烟气，换热元件不停的吸收释放热量，完成烟气的自加热。
本实施方式节能烟气脱硝***的具体过程如下：
（1）脱硫除尘后的烟气首先通过烟道1进入回转式烟气换热器7原烟气侧的冷端，经过换热元件加热后从原烟气侧的热端流出；
（2）经过布置于烟道1内的扰流格栅2，烟气形成涡流；
（3）经过部分布置于烟道1内的内置式加热炉3，参与加热炉的燃烧并和燃烧产生的热风混合；
（4）升温后的烟气经过CO催化氧化层4反应，生成CO2并释放热量，烟气温度进一步升高；
（5）达到脱硝反应温度后经过布置于烟道1内的喷氨格栅5；
（6）烟气与氨气混合后到达SCR反应器内的中低温脱硝催化剂层6，进行脱硝反应；
（7）脱硝后的烟气进入回转式烟气换热器7净烟气侧的热端，把烟气中的热量传递给换热元件，烟气降温后从净烟气侧的冷端流入下一个烟气装置，完成脱硝。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种节能烟气脱硝***，其特征在于，包括用于使烟气流通的烟道，所述烟道的一端设有烟气进口，所述烟道的另一端设有烟气出口，所述烟气进口方向依次设有扰流格栅、燃烧烟气中CO的内置式加热炉、CO催化氧化层和喷氨格栅，所述烟气出口方向处设有装填有催化剂的SCR反应器，所述烟气进口和所述烟气出口处设有回转式烟气换热器，所述回转式烟气换热器使用脱硝后的热烟气为脱硝前的冷烟气加热。
2.根据权利要求1所述的节能烟气脱硝***，其特征在于，所述烟道呈180度折弯型。
3.根据权利要求1所述的节能烟气脱硝***，其特征在于，所述烟气出口方向的所述烟道的直径大于所述烟气进口方向的所述烟道。
4.根据权利要求1所述的节能烟气脱硝***，其特征在于，所述回转式烟气换热器包括壳体、转子和换热元件，所述壳体与所述烟道连接，且分为原烟气进口、原烟气出口、净烟气进口和净烟气出口，所述转子可转动地设于所述壳体上，其为由周向和径向隔板形成的隔仓，所述换热元件位于所述隔仓内。
5.根据权利要求4所述的节能烟气脱硝***，其特征在于，所述原烟气进口和所述原烟气出口相对设置，且位于所述烟气进口方向上；所述净烟气进口和所述净烟气出口成对设置，且位于所述烟气出口方向上。
6.根据权利要求4所述的节能烟气脱硝***，其特征在于，所述回转式烟气换热器还包括驱动机构和轴承，所述轴承设于所述转子的端部，所述驱动机构与所述转子驱动连接，所述驱动机构带动所述转子围绕所述轴承转动。
7.根据权利要求1所述的节能烟气脱硝***，其特征在于，所述内置式加热炉为燃烧器，所述燃烧器由壳体和置于所述壳体内部的点火器构成，所述壳体上设有燃料气接口、助燃风接口、与所述烟道连接的法兰和稳燃筒，所述燃料气接口与燃料气阀组接通，所述助燃风接口与助燃风阀组接通，所述助燃风阀组连接助燃风机。
8.根据权利要求1所述的节能烟气脱硝***，其特征在于，所述内置式加热炉，火焰燃烧发生在烟道内，可以燃烧烟气内的一部分CO。
9.根据权利要求1所述的节能烟气脱硝***，其特征在于，所述CO催化氧化层包括至少一层，设于所述烟道的内壁上，且安装于内置式加热炉的下游，喷氨格栅的上游，所述CO催化氧化层的催化剂为蜂窝结构，且由基材和活性物质组成。
10.根据权利要求1所述的节能烟气脱硝***，其特征在于，所述SCR反应器包括中低温脱硝催化剂层，所述中低温脱硝催化剂层包括至少一层，设于所述烟道的内壁上，所述中低温脱硝催化剂层的催化剂为蜂窝结构，且由基材和活性物质组成。
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