CN201791477U - 一种烟气脱硝设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种烟气脱硝设备，该设备通过使用新的省煤器(包括换热管和多个换热片，所述换热管穿过所述换热片，并且换热管的外壁与换热片紧密接触)，从而在保证换热效率的情况下，大大降低了省煤器的体积，从而能够在节省出的空间内设置催化剂床层，同时实现了SNCR和SCR过程，与SNCR反应相比提高了脱硝效率，与SCR反应相比在保证脱硝效率的情况下，降低了催化剂床层的厚度，从而降低了成本。另一方面，通过在催化剂床层与省煤器之间设置声波吹灰器，使催化剂床层上沉积的灰尘能够穿过催化剂床层的孔隙而被烟气带走，从而提高了脱硝的效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种烟气脱硝设备。
背景技术
烟气是热电厂的主要排放物之一，通过可燃物在燃烧器(即锅炉)中燃烧产生。由于烟气中通常含有大量的氮氧化物NOx如NO，这些氮氧化物如果直接排放到大气中，会导致腐蚀性很强的酸雨，因此烟气在排放之前必须经过脱氮(即脱硝)处理。
目前，运用比较成熟的烟气脱硝技术主要有两种：选择性催化还原(SCR)工艺和选择性非催化还原脱硝(SNCR)工艺。SNCR工艺一般在800-1300℃锅炉的炉膛内喷入脱硝剂，将脱硝剂(尿素或者氨)与烟气接触，使脱硝剂与烟气中的NOx进行选择性还原反应生成氮气(N2)和水蒸气(H2O)，并排出与脱硝剂接触后的烟气。SNCR工艺存在的问题是脱硝的效率低，一般SNCR脱硝技术的脱硝效率在40％以下。
SCR工艺则是在烟道内设置催化剂床层，在280-420℃温度下，在催化剂存在的条件下进行催化选择性还原反应。SCR工艺的脱硝效率较SNCR相对较高，一般可达到50-60％。
而且，尽管SCR脱硝效果较SNCR工艺的好，但如上所述，SCR的脱硝率也仅为60％以下，有待进一步提高。虽然通过进一步提高催化剂床层的厚度能够稍微提高SCR的脱硝率，但由于催化剂比较昂贵，会导致成本大幅提高。
另外，如上所述，SNCR在800-1300℃进行，脱硝后烟气的温度通常为800℃甚至1000℃以上，为了实现烟气的降温，目前通常的做法是在烟道的后部SNCR后增设一个省煤器(即换热器)，省煤器由多个互相串联连接的换热管形成。
尽管通过现有省煤器能够一定程度上降低SNCR后烟气的温度，但是，SNCR烟气的温度仍然高达500℃以上。这样高的烟气排放温度，一方面不符合环保要求，另一方面，烟气也带走大量的热量，不利于能源的再利用。此外，由于烟气中存在大量的灰尘，这些灰尘在经过烟道时会沉积在催化剂床层上，从而使脱硝的效率降低。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服现有脱硝工艺存在的脱硝效率较低、且不利于能源再利用的缺点，提供一种脱硝程度高、且利于能源再利用的烟气脱硝设备。
为了提高脱硝的效率，本实用新型的发明人试图通过直接增大SNCR中所用脱硝剂的量，然而却意外地发现，虽然脱硝剂的量明显增加，但烟气中的氮氧化物NOx的量不但没有降低反而有所上升，这可能是因为氨被氧化成了NOx。
为了解决上述问题，本实用新型的发明人进行了大量的研究，提出一种能够将SNCR和SCR相结合的设备，并且这种设备能够在现有的SNCR用设备的基础上改进以同时实现SNCR和SCR过程。
本实用新型提供了一种烟气脱硝设备，该设备包括烟道以及设置在烟道内的脱硝剂供给装置、省煤器和催化剂床层，沿烟气的流动方向，所述脱硝剂供给装置、省煤器和催化剂床层依次设置在所述烟道内，其中，该设备还包括声波吹灰器，所述声波吹灰器位于所述催化剂床层与所述省煤器之间，用于对所述催化剂床层进行吹扫，所述烟道包括第一垂直段、第二垂直段和水平段，所述水平段的两端分别与第一垂直段和第二垂直段的上部连通，所述脱硝剂供给装置位于第一垂直段内，省煤器和催化剂床层位于第二垂直段内，所述省煤器包括换热管和多个换热片，所述换热管穿过所述换热片，并且换热管的外壁与换热片紧密接触。
本实用新型通过使用新的省煤器(包括换热管和多个换热片，所述换热管穿过所述换热片，并且换热管的外壁与换热片紧密接触)，从而在保证换热效率的情况下，大大降低了省煤器的体积，由此能够在节省出的空间内设置催化剂床层，同时实现了SNCR和SCR过程，与SNCR反应相比提高了脱硝效率，与SCR反应相比在保证脱硝效率的情况下，降低了催化剂床层的厚度，降低了成本。另一方面，通过在催化剂床层与省煤器之间设置声波吹灰器，使催化剂床层上沉积的灰尘能够穿过催化剂床层的孔隙而被烟气带走，从而提高了脱硝的效率。
附图说明
图1为本实用新型提供的烟气脱硝设备的结构示意图；
图2为本实用新型的一种实施方式中的烟气脱硝设备中省煤器的结构示意图；
图3为本实用新型的一种实施方式中的烟气脱硝设备中省煤器的换热片的结构示意图；
图4为本实用新型的另一种实施方式中的的烟气脱硝设备中省煤器的换热片的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细的说明。
如图1所示，一种烟气脱硝设备，该设备包括烟道1以及设置在烟道1内的脱硝剂供给装置2、省煤器3和催化剂床层4，沿烟气的流动方向，所述脱硝剂供给装置2、省煤器3和催化剂床层4依次设置在所述烟道1内，其中，该设备还包括声波吹灰器10，所述声波吹灰器10位于所述催化剂床层4与所述省煤器3之间，用于对所述催化剂床层4进行吹扫，所述烟道1包括第一垂直段5、第二垂直段6和水平段7，所述水平段7的两端分别与第一垂直段5和第二垂直段6的上部连通，所述脱硝剂供给装置2位于第一垂直段内5，省煤器3和催化剂床层4位于第二垂直段6内，所述省煤器3包括换热管8和多个换热片9，所述换热管8穿过所述换热片9，并且换热管8的外壁与换热片9紧密接触。
如图2所示，在一种优选实施方式中，所述多个换热片9平行排列，所述换热管8多次往返地依次穿过多个平行排列换热片9，形成平行的多行和多列的换热管阵列。
所述换热片的结构可以根据换热的需要和换热管的尺寸改变，例如，如图3所示，所述换热片9上形成有与所述换热管8的尺寸匹配的空间。
如图4所示，在另一种实施方式中，每个换热片9包括多个板体，该板体具有凹槽且相邻的两个板体中的凹槽彼此相对，形成与换热管8的形状相适应的空间，所述换热管8穿过该空间与换热片9紧密接触。
在另一种优选实施方式中，所述多个换热片9平行排列，所述换热管8为多个，多个换热管8依次穿过多个平行排列换热片9，形成平行的多行和多列的换热管阵列。
在本实用新型中，所述省煤器3中换热片9的数量可以在很大范围内改变，可以根据换热的需要以及尺寸的需要进行调整，优选情况下，多个平行排列的换热片9的总厚度可以为单行或单列换热管8长度的10-20％，更优选的情况下，多个平行排列的换热片9中相邻的两个换热片9的距离可以为1-5厘米，多个平行排列的换热片9中每个换热片9的厚度可以为0.5-5厘米。
在本实用新型中，所述换热片9的大小可以在很大范围内改变，可以根据换热的需要即尺寸的需要进行调整，优选情况下，穿过每个所述换热片9的换热管8的总截面积可以占该换热片9单面面积的10-50％。所述换热管8的尺寸没有特别的限定，可以选用各种常规的换热管尺寸，例如，所述换热管8的截面积可以为10-100平方厘米。
此外，在所述省煤器3中，所述换热管8排列的密度可以在很大范围内改变，优选情况下，平行的多行或多列换热管8中相邻的两行或两列换热管8的距离可以为5-25厘米。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述换热管8与多个换热片9形成一体结构。
本实用新型中，所述声波吹灰器10的种类没有特别的限制，只要能够对催化剂床层4进行吹扫且不伤害催化剂床层4即可，例如，所述声波吹灰器10可以包括辐射喇叭，所述辐射喇叭的开口方向与烟气流动方向的角度α可以为80-90°，所述声波吹灰器10与催化剂床层4之间的距离可以在很大范围内改变，优选情况下，所述辐射喇叭的下沿至所述催化剂床层4的上表面的距离可以为5-50厘米。在本实用新型中，所述烟气脱硝设备还包括压缩气体提供装置，该压缩气体提供装置用于为声波吹灰器10提供压缩气体。
根据本实用新型，所述脱硝剂供给装置2位于所述烟道的选择性非催化还原即SNCR区。优选情况下，所述脱硝剂供给装置2到第一垂直段5的底部的距离A和脱硝剂供给装置2和第一垂直段5的顶部到底部的距离B之间满足A∶B＝10-25∶30，优选A∶B＝15-23∶30。
根据本实用新型，所述脱硝剂供给装置2可以是各种能够用于提供脱硝剂的装置，优选情况下，所述脱硝剂供给装置2为管道，该管道穿过烟道1的壁，伸入烟道1中，伸入烟道1中的管道上形成有开口。优选情况下，所述管道可以为多个，每根伸入烟道1中的管道上的开口可以为多个。
在一种优选的实施方式中，所述多个管道沿烟道1的轴向或周向排列，更优选的情况下，每根伸入烟道1中的管道上的多个开口沿所述管道的轴向分布。为了使脱硝剂与烟气更好的接触，所述开口的方向优选与烟道1中烟气流动的方向相反。
本实用新型中，所述开口的方向与烟道1中烟气流动的方向相反并非绝对相反，包括所述开口的方向朝下、朝向水平或者向下倾斜1-15°的情况。
根据本实用新型的一种实施方式，所述烟道1的横截面积与所述脱硝剂供给装置2的管道的开口的总面积之比为5000-50000∶1，优选为20000-30000∶1。
所述脱硝剂供给装置2中，所述管道的另一端与脱硝剂源连通。所述脱硝剂源可以是脱硝剂储罐，所述脱硝剂可以是各种能够与NOx反应从而降低烟气中NOx含量的试剂，例如可以是氨。所述脱硝剂优选以其水溶液的形式使用，所述溶液的浓度已为本领域技术人员所公知，可以为脱硝剂所能达到的各种浓度。为了降低脱硝剂的用量，优选所述脱硝剂以其饱和溶液的形式使用。
所述催化剂可以是各种能够催化脱硝剂与氮氧化物NOx反应，使氮氧化物NOx转化为氮气的催化剂，优选为金属氧化物催化剂。所述金属氧化物如V2O5、Fe2O3、CuO、Cr2O3、Co3O4、NiO、CeO2、La2O3、Pr6O11、Nd2O3、Gd2O3、Yb2O3中的一种或多种，优选V2O5。进一步优选所述催化剂是分散在TiO2上、以V2O5为主要活性组分、WO3或MoO3为助催化剂的钒钛体系，即V2O5-WO3/TiO2或V2O5-MoO3/TiO2。所述催化剂床层4优选为将上述V2O5-WO3/TiO2或V2O5-MoO3/TiO2催化剂固定在不锈钢板表面或制成蜂窝陶瓷状，形成不锈钢波纹板式和蜂窝陶瓷的结构形式。上述催化剂可以商购得到，例如可以购自日本触媒化成、日立公司、德国雅佶隆公司以及美国的Cormetech公司。所述催化剂床层4的厚度可以在很大范围内改变，优选为1.5-2.0米。
本实用新型中，所述烟道1由金属管围成，金属管中可以通入热交换介质，从而能够充分利用烟气中的热。优选情况下，所述金属管例如可以是碳钢管、不锈钢管、铜管、钛管或者各种金属合金管等。
在本实用新型中，所述烟气脱硝设备的使用方法包括通过脱硝剂供给装置2向烟道1中提供脱硝剂，使烟气与脱硝剂在第一垂直段5内发生选择性非催化还原反应，即进行SNCR脱硝，SNCR脱硝后的烟气与残留的脱硝剂穿过所述水平段7后进入第二垂直段6，与第二垂直段6内的省煤器3中的换热介质进行热交换，之后通过催化剂床层4，烟气中的氮氧化物与残留的脱硝剂在催化剂床层4的作用下进一步发生选择性催化还原脱硝，得到氮氧化物含量进一步降低的烟气，从而完成所述烟气的SNCR和SCR联合脱硝过程。并在上述脱硝过程中，通过使用声波吹灰器10对催化剂床层4进行吹扫，以除去催化剂床层4表面的积灰。
所述烟气与所述脱硝剂发生选择性非催化还原反应的条件包括温度优选为800-1300℃更优选为800-1100℃，以氮元素计，脱硝剂中氮与烟气中NOx的氮(以NO计)的摩尔比可以为0.3-2∶1，优选为0.5-1.5∶1，在该温度下接触的时间优选为0.1-2秒，更优选为0.5-1秒。上述温度可以通过选择所述脱硝剂供给的位置从而利用该区段烟气本身的温度来实现，因而无需额外供热或降温。上述选择性非催化还原的温度需要严格控制，当温度高于1300℃时，氨就被氧化为NOx，即发生下述反应：
而当温度低于800℃时，前述选择性非催化还原反应在无催化剂存在下不能发生。
烟气选择性催化还原脱硝的条件包括，所述氮的氧化物还原为氮气的条件包括温度可以为280-420℃，优选为300-400℃，烟气的流速可以为4-12米/秒，优选为5-8米/秒，以氮元素计，脱硝剂中氮与烟气中NOx的氮(以NO计)的摩尔比可以为0.5-1.1∶1，优选为0.7-1∶1。
在优选的实施方式中，所述脱硝剂供给装置2供给的脱硝剂相对于进行选择性非催化还原反应来说是过量的，以更好地地同时进行SCR和SNCR反应。
本实用新型通过使用新的省煤器(包括换热管和多个换热片，所述换热管穿过所述换热片，并且换热管的外壁与换热片紧密接触)，从而在保证换热效率的情况下，大大降低了省煤器的体积，从而能够在节省出的空间内设置催化剂床层，同时实现了SNCR和SCR过程，与SNCR反应相比提高了脱硝效率，与SCR反应相比在保证脱硝效率的情况下，降低了催化剂床层的厚度，从而降低了成本。另一方面，通过在催化剂床层与省煤器之间设置声波吹灰器，使催化剂床层上沉积的灰尘能够穿过催化剂床层的孔隙而被烟气带走，从而提高了脱硝的效率。
Claims (15)
1.一种烟气脱硝设备，该设备包括烟道(1)以及设置在烟道(1)内的脱硝剂供给装置(2)、省煤器(3)和催化剂床层(4)，沿烟气的流动方向，所述脱硝剂供给装置(2)、省煤器(3)和催化剂床层(4)依次设置在所述烟道(1)内，其特征在于，该设备还包括声波吹灰器(10)，所述声波吹灰器(10)位于所述催化剂床层(4)与所述省煤器(3)之间，用于对所述催化剂床层(4)进行吹扫，所述烟道(1)包括第一垂直段(5)、第二垂直段(6)和水平段(7)，所述水平段(7)的两端分别与第一垂直段(5)和第二垂直段(6)的上部连通，所述脱硝剂供给装置(2)位于第一垂直段内(5)，省煤器(3)和催化剂床层(4)位于第二垂直段(6)内，所述省煤器(3)包括换热管(8)和多个换热片(9)，所述换热管(8)穿过所述换热片(9)，并且换热管(8)的外壁与换热片(9)紧密接触。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硝设备，其特征在于，每个换热片(9)包括多个板体，该板体具有凹槽且相邻的两个板体中的凹槽彼此相对，形成与换热管(8)的形状相适应的空间，所述换热管(8)穿过该空间与换热片(9)紧密接触。
3.根据权利要求1或2所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述多个换热片(9)平行排列，所述换热管(8)多次往返地依次穿过多个平行排列换热片(9)，形成平行的多行和多列的换热管阵列。
4.根据权利要求3所述的烟气脱硝设备，其特征在于，平行的多行或多列换热管(8)中相邻的两行或两列换热管(8)的距离为5-25厘米。
5.根据权利要求1或2所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述多个换热片(9)平行排列，所述换热管(8)为多个，多个换热管(8)依次穿过多个平行排列换热片(9)，形成平行的多行和多列的换热管阵列。
6.根据权利要求5所述的烟气脱硝设备，其特征在于，平行的多行或多列换热管(8)中相邻的两行或两列换热管(8)的距离为5-25厘米。
7.根据权利要求1或2所述的烟气脱硝设备，其特征在于，多个平行排列的换热片(9)的总厚度为单行或单列换热管(8)长度的10-20％。
8.根据权利要求7所述的烟气脱硝设备，其特征在于，多个平行排列的换热片(9)中相邻的两个换热片(9)的距离为1-5厘米，多个平行排列的换热片(9)中每个换热片(9)的厚度为0.5-5厘米。
9.根据权利要求1或2所述的烟气脱硝设备，其特征在于，穿过每个所述换热片(9)的换热管(8)的总截面积占该换热片(9)单面面积的10-50％。
10.根据权利要求9所述的烟气脱硝设备，其特征在于，每个换热管(8)的截面积为10-100平方厘米。
11.根据权利要求1所述的烟气脱硝设备，其特征在于，脱硝剂供给装置(2)到第一垂直段(5)的底部的距离A和第一垂直段(5)的顶部到底部的距离B之间满足A∶B＝10-25∶30。
12.根据权利要求1所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述脱硝剂供给装置(2)为管道，该管道穿过烟道(1)的壁，伸入烟道(1)中，伸入烟道(1)中的管道上形成有开口，所述管道为多个，每根伸入烟道(1)中的管道上的开口为多个。
13.根据权利要求12所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述多个管道沿烟道(1)的轴向或周向排列，每根伸入烟道(1)中的管道上的多个开口沿所述管道的轴向分布，所述开口的方向与烟道(1)中烟气流动的方向相反。
14.根据权利要求1所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述声波吹灰器(10)包括辐射喇叭，所述辐射喇叭的开口方向与烟气流动方向的角度α为80-90°，所述辐射喇叭的下沿至所述催化剂床层(4)的上表面的距离为5-50厘米。
15.根据权利要求1所述的烟气脱硝设备，其特征在于，该设备还包括压缩气体提供装置，该压缩气体提供装置为声波吹灰器(10)提供压缩气体。
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