CN201807298U - 一种烟气脱硝设备 - Google Patents
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Abstract
一种烟气脱硝设备，该烟气脱硝设备包括烟道以及沿烟气流动方向依次设置在该烟道内的脱硝剂供给装置和催化剂床层，该烟气脱硝设备还包括设置在脱硝剂供给装置和催化剂床层之间的烟道内的扰动装置，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的上部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，所述催化剂床层位于第二垂直段内，所述脱硝剂供给装置到第一垂直段的底部的距离与所述第一垂直段的底部到顶部的距离的比值为10-25∶30。所述烟气脱硝设备将SNCR与SCR联用，并设置了扰动装置，将烟气与脱硝剂混合均匀，避免了局部催化剂床层失效加速和局部氨逃逸量超标。
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。SCR和SNCR脱硝工艺的化学反应原理都是一样的，都是将脱硝剂(例如：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)。SNCR工艺一般在锅炉的炉膛内即燃烧区(800-1250℃)进行选择性还原反应。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。
SNCR和SCR各有利弊，SNCR的优点是不需要价格昂贵的催化剂床，缺点是脱硝效果较差，脱硝率一般不超过40％。SCR的缺点则是需要使用价格昂贵的催化剂床，而且需要有足够的空间设置催化剂床，优点则是脱硝效果较SNCR好，脱硝率一般为60％以下。
因此，如何高效地脱除烟气中的氮氧化物仍然是一个亟待解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有脱硝工艺存在的脱硝效率不高的问题，提供一种能够高效地脱除烟气中的氮氧化物的烟气脱硝设备。
本实用新型提供了一种烟气脱硝设备，该烟气脱硝设备包括烟道以及沿烟气流动方向依次设置在该烟道内的脱硝剂供给装置和催化剂床层，其中，该烟气脱硝设备还包括设置在脱硝剂供给装置和催化剂床层之间的烟道内的扰动装置，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的上部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，所述催化剂床层位于第二垂直段内，所述脱硝剂供给装置到第一垂直段的底部的距离与所述第一垂直段的底部到顶部的距离的比值为10-25∶30。
根据本实用新型的烟气脱硝设备实现了烟气选择性非催化还原反应与烟气选择性催化还原反应的联合，提高了烟气的脱硝效率。并且，根据本实用新型的烟气脱硝设备在所述催化剂床层与脱硝剂供给装置之间设置扰动装置，所述扰动装置用于对烟气进行扰动，将烟气与脱硝剂混合均匀，从而既避免了局部氨浓度过大导致的局部催化剂床层失效加速和局部氨逃逸量超标的问题，同时也避免了局部氨浓度过小导致的达不到设计的脱硝效率的问题。
附图说明
图1为根据本实用新型的烟气脱硝设备的一种实施方式；
图2为根据本实用新型的烟气脱硝设备的扰动装置的结构示意图；
图3为显示本实用新型的烟气脱硝设备的扰动装置的管状物的端口朝向的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细地描述。
如图1所示，根据本实用新型的烟气脱硝设备包括烟道1以及沿烟气流动方向依次设置在该烟道1内的脱硝剂供给装置2和催化剂床层4，其中，该烟气脱硝设备还包括设置在脱硝剂供给装置2和催化剂床层4之间的烟道1内的扰动装置3，所述烟道1包括第一垂直段a、第二垂直段c和水平段b，所述水平段b的两端分别与第一垂直段a的上部和第二垂直段c的上部连通，所述脱硝剂供给装置2位于第一垂直段a内，所述催化剂床层位于第二垂直段c内，所述脱硝剂供给装置2到第一垂直段a的底部的距离与所述第一垂直段a的底部到顶部的距离的比值为10-25∶30。
根据本实用新型的烟气脱硝设备包括烟道1，一方面，所述烟道1用于引导烟气按照预定方向流动；另一方面，所述烟道还可以作为对烟气进行脱硝处理的场所。根据本实用新型的烟气脱硝设备，所述烟道1包括第一垂直段a、水平段b和第二垂直段c，既可以降低烟道的高度，提高烟道的安全性，又便于同时在烟道内安装脱硝剂供给装置2和催化剂床层4，从而实现烟气选择性催化还原反应与烟气选择性非催化还原反应的联用，进而提高烟气脱硝效率。
所述第一垂直段a的高度、水平段b的长度以及第二垂直段c的高度之间的比值可以根据具体的使用场合进行适当的选择。
根据本实用新型的烟气脱硝设备包括设置在第一垂直段a内的脱硝剂供给装置2。所述烟气脱硝剂供给装置2用于向烟气提供脱硝剂，从而使得烟气内的氮氧化物与脱硝剂进行还原反应，实现脱硝的目的。根据本实用新型的烟气脱硝设备，所述烟气脱硝剂供给装置2设置在第一垂直段a内，并且所述烟气脱硝剂供给装置2到第一垂直段的底部的距离A与所述第一垂直段a的顶部到底部的距离B的比值为10-25∶30，这样可以确保进入所述烟道1内的烟气温度处于800-1300℃内，从而可以使通过脱硝剂供给装置2进入所述烟道1内的脱硝剂与烟气中的氮氧化物进行烟气选择性非催化还原反应。更优选地，所述脱硝剂供给装置2到第一垂直段a的底部的距离A与所述第一垂直段a的底部到顶部的距离的比值为15-23∶30。
根据本实用新型的烟气脱硝设备还包括设置在第二垂直段c内的催化剂床层4，脱硝剂与烟气一起进入所述催化剂床层4，进行选择性催化还原反应，从而实现SNCR与SCR的联合，提高了烟气的脱硝效率。
所述催化剂床层4在第二垂直段c内的位置可以根据第一垂直段a和水平段b的尺寸进行适当地选择，只要使得进入所述催化剂床层4的烟气与脱硝剂的混合物的温度满足烟气的选择性非催化还原反应(即，进入所述催化剂床层4的烟气与脱硝剂的混合物的温度处于280-420℃的范围内)的要求即可。
本实用新型中的催化剂床层4中的催化剂可以是各种能够使氮氧化物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。优选所述催化剂床层4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。
相对于烟气选择性非催化还原反应而言，烟气选择性催化还原反应对于烟气中脱硝剂的分布是否均匀更为敏感。脱硝剂在烟气中的分布不均匀不仅将导致催化剂床层内局部脱硝剂脱硝效率低，还将使得催化剂失效加速和/或局部脱硝剂逃逸量超标。因此，根据本实用新型的烟气脱硝设备还包括扰动装置3，所述扰动装置3位于所述脱硝剂供给装置2和所述催化剂床层4之间，用于对烟气进行扰动，从而在烟气和脱硝剂进入所述催化剂床层4之前，将烟气与脱硝剂混合均匀，避免由于脱硝剂在烟气中分布不均匀而引起的催化剂失效加速、局部脱硝剂脱硝效率低的问题。
尽管各种能够实现扰动功能的扰动装置均可实现本实用新型的目的，例如，所述扰动装置3可以为固定式均流装置，如均流板。但由于这种固定式均流装置需要通过多次均流才能实现使脱硝剂与烟气的均匀混合，从而需要多组均流板，因而需要较大的空间。本实用新型的发明人在实践中发现，通过向烟道到喷射为气体的扰动介质可以对烟气产生扰动效应，提高脱硝剂在烟气分布的均匀性。
如图2所示，根据本实用新型，所述扰动装置3为管状物，该管状物穿过烟道1的壁，一端端口位于烟道1中。优选情况下，为了更好的获得扰动效果，管状物位于烟道1中的端口的朝向Y与烟气流动方向X的夹角α为70-90°角(如图3所示)。
为了使得脱硝剂在进入催化剂床层4之前与烟气充分混合均匀，所述扰动装置3位于脱硝剂供给装置2和催化剂床层4之间的烟道内。优选情况下，所述管状物位于烟道1中的端口与所述催化剂床层4之间的路程为所述催化剂床层4的厚度的5-10倍，其中，所述管状物位于烟道1中的端口与所述催化剂床层4之间的路程指在烟气选择性催化还原脱硝反应过程中，烟气从所述管状物位于烟道1中的端口行进至催化剂床层4的表面实际走过的距离。
所述管状物可以为一个或多个，优选为3-10个。进一步优选所述多个管状物沿烟道1的径向或周向分布。
综合考虑扰动效果和对扰动装置的设备要求，本实用新型优选所述烟道1的横截面积与所述管状物的位于烟道1中的端口的总面积之比为5000-50000∶1。进一步优选所述烟道1的横截面积与所述管状物的位于烟道1中的端口的总面积之比为20000-30000∶1。
根据本实用新型的一种实施方式，该设备还包括扰动介质提供装置(图1中未示出)，扰动介质提供装置为扰动装置3提供扰动介质。所述扰动介质提供装置可以是各种能够提供扰动介质的装置，如高压钢瓶或泵。所述扰动装置3的一端端口与扰动介质提供装置连通，另一端端口则穿过所述烟道1的壁而伸入所述烟道1内。
所述扰动介质可以为不与烟气和脱硝剂反应的惰性介质，根据现场情况和成本核算确定，优选是水蒸气、空气、氮气和元素周期表中第零族元素中的一种或多种，从而不会因扰动而给烟气引入新的杂质，脱硝后的烟气能够直接排放。
所述扰动介质也可以为烟气或者脱硝剂和烟气的混合物。所述作为扰动介质的烟气可以是经过脱硝处理或未经脱硝处理的烟气。当使用未经脱硝处理的烟气作为扰动介质时，一方面无需外界供给扰动介质，另一方面还能够使未经脱硝处理的烟气在起到扰动作用后也能获得脱硝效果。而使用脱硝剂和烟气的混合物时，特别是使用氨氮摩尔比符合脱硝反应的脱硝剂和烟气的混合物作为扰动介质时，扰动介质的通入还不会导致烟气和脱硝剂的混合物中脱硝剂浓度的大幅降低。因此优选所述扰动介质为未经脱硝处理的烟气或者脱硝剂和烟气的混合物，尤其优选所述扰动介质为脱硝剂和烟气的混合物，更为优选以氮元素计，脱硝剂中氮与烟气中NOx的氮(以NO计)的摩尔比(简称氨氮摩尔比)为0.5-1.1∶1的脱硝剂和烟气的混合物。
本实用新型的烟气选择性催化还原脱硝设备使用时，通过脱硝剂供给装置2将脱硝剂送入烟道1内，与烟气在烟道1中混合并进行SNCR脱硝反应，得到SNCR脱硝后的反应产物，将扰动介质由扰动介质提供装置提供给扰动装置3，扰动装置3将扰动介质注入烟道1，对该脱硝剂和烟气的混合物进行扰动，从而使脱硝剂和烟气混合均匀后通过催化剂床层4，进行选择性催化脱硝。
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(以NO计)的氮的摩尔比(简称氨氮摩尔比)可以为0.5-2∶1，优选为0.8-1.5∶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温度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，温度可以为280-420℃，优选为300-400℃，烟气的体积空速可以为200-20000小时-1，优选为1000-10000小时-1。
Claims (10)
1.一种烟气脱硝设备，该烟气脱硝设备包括烟道以及沿烟气流动方向依次设置在该烟道内的脱硝剂供给装置和催化剂床层，其特征在于，该烟气脱硝设备还包括设置在脱硝剂供给装置和催化剂床层之间的烟道内的扰动装置，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的上部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，所述催化剂床层位于第二垂直段内，所述脱硝剂供给装置到第一垂直段的底部的距离与所述第一垂直段的底部到顶部的距离的比值为10-25∶30。
2.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到第一垂直段的底部的距离与所述第一垂直段的底部到顶部的距离的比值为15-23∶30。
3.根据权利要求1所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述扰动装置为管状物，该管状物穿过烟道的壁，使得一端端口位于所述烟道内。
4.根据权利要求3所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述管状物位于所述烟道内的端口的朝向与烟气流动方向的角度α为70-90°。
5.根据权利要求2所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述管状物位于烟道中的端口与所述催化剂床层之间的路程为所述催化剂床层厚度的5-10倍，其中，所述管状物位于烟道中的端口与所述催化剂床层之间的路程指在烟气选择性催化还原脱硝反应过程中，烟气从所述管状物位于烟道中的端口行进至催化剂床层的表面实际走过的距离。
6.根据权利要求3-5中任意一项所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述管状物为多个。
7.根据权利要求6所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述多个所述管状物沿烟道的径向或周向分布。
8.根据权利要求3所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述烟道的横截面积与所述管状物的位于烟道中的端口的总面积之比为5000-50000∶1。
9.根据权利要求8所述的烟气脱硝设备，其特征在于，所述烟道的横截面积与所述管状物的位于烟道中的端口的总面积之比为20000-30000∶1。
10.根据权利要求1或3所述的烟气脱硝设备，其特征在于，该设备还包括扰动介质提供装置，扰动介质提供装置为扰动装置提供扰动介质。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20110427 |