用於將煙道氣脫氧化氮的方法和裝置的製作方法

2023-10-11 11:55:24 3

專利名稱：用於將煙道氣脫氧化氮的方法和裝置的製作方法
用於將煙道氣脫氧化氮的方法和裝置本發明涉及通過選擇性催化還原氧化氮將包含一氧化碳和/或氣體有機物質的煙道氣脫氧化氮(denoxing)的方法，其中將所述煙道氣在催化還原之前依靠回收的脫氧化氮的煙道氣的殘餘熱的熱交換加熱至160°C -500°C的反應溫度。此外，本發明涉及使用至少一個用於催化還原氧化氮的催化器和用於將煙道氣在催化還原之前通過回收脫氧化氮的煙道氣的殘餘熱加熱至160°C -500°C的反應溫度的熱交換器將一氧化碳和/或包含一氧化碳和/或氣體有機物質的煙道氣脫氧化氮的裝置。本發明原則上涉及包含一氧化碳和/或氣體有機物質的任何煙道氣的脫氧化氮， 例如在水泥燒結塊(cement clinker)的製造中產生的煙道氣，其中將形成水泥燒結塊所需的原料在迴轉窯中加熱至1350°C至最高1700°C的溫度。在到達迴轉窯之前，通常將原料在包含數個順序設置的旋風分離器的預熱塔中預熱。廢氣在材料流的逆流中通過生產過程並在離開最後的旋風分離加熱階段後經歷廢氣處理。在脫氧化氮(其形成廢氣處理的一部分)中，通過使用所謂的SCR(選擇性催化還原)催化器(已經向所述催化器添加氨或釋放氨的化合物如氨水或脲)，在最佳操作溫度將廢氣中的氧化氮NOx分成環境上中性的大氣氮氣隊和水H20。在冷卻或熱回收(如果使用的話)後，廢氣最後到達過濾器階段，將它們在過濾器階段除去灰塵，然後釋放到大氣中。在將廢氣釋放到大氣中之前的過濾器階段可例如由電過濾器或袋式過濾器形成。在原料氣中相對高的灰塵含量導致催化器非常迅速地堵塞，特別是在水泥燒結塊的製造中。為了提高催化器的使用壽命，經常將催化器設置在清潔氣體側，即，在將灰塵從原料氣除去之後。這種設置的缺點在於，必須將煙道氣在催化還原之前加熱至通常 160°C-500°C的必需反應溫度。經常依靠能量回收器或熱交換器加熱煙道氣，所述能量回收器或熱交換器從脫氧化氮的煙道氣吸取熱並在催化還原之前將熱供應至煙道氣。在熱交換中的熱置換導致的損失使得必須依靠外部能量額外加熱煙道氣。例如，AT 505 542 Bl描述了在水泥製造中用於清潔煙道氣的設備，其中使用至少一個用於生成能量的燃燒設備(例如，使用天然氣操作的燃氣輪機或燃氣發動機)加熱所述煙道氣。DE 197 05 663 Al描述了將煙道氣脫氧化氮的設備，然而，其中由於已經約 800oC -iooo°c的高廢氣溫度，用於催化還原的氣體加熱不是必需的。提議上述的那種方法和裝置是本發明的要求，通過這種方法和裝置，可最小化或者避免使用外部能量，而同時實現高度的脫氧化氮。會減少或避免已知方法或裝置的缺點。本發明關於所提出的方法的要求得以滿足，這是由於在熱交換中的熱置換導致的損失至少部分地由一氧化碳和/或氣體有機物質的再生後燃補償。用於清潔煙道氣的後燃是已知的。藉此可理解用於減少有機物質的煙道氣的燃燒。在熱後燃期間，達到約 750-900°C的燃燒溫度是正常的。如果需要，可添加另外的燃料和燃燒空氣。催化後燃的特徵在於存在於燃燒室中的促進氧化過程的催化器。這需要約300-500°C的較低燃燒溫度。 關於再生後燃，通過將煙道氣溫度依靠熱交換提高至接近燃燒溫度，可相當大地減少添加的燃料量。因此，根據本發明，設想的是，在後燃過程中將煙道氣中的一氧化碳和/或氣體有機物質燒掉。根據本發明，在後燃中產生的能量用於將煙道氣溫度提升至催化反應溫度。 除了節省能量的方式(以此方式加熱煙道氣用於催化還原)之外，還減少了煙道氣中所含的一氧化碳和/或氣體物質。通過本發明方法可大量減少需要的能量的量(例如，為天然氣的形式)，或者換句話說，僅在開始運轉期間需要添加外部能量。本發明方法可用相對少量的支出實現，以及所述方法能夠以具有成本效益的方式實施。由於再生後燃，不僅將煙道氣脫氧化氮，而且還降低它們的氣體有機物質含量。由於氣體有機物質，特別是所謂的「揮發性有機化合物」(VOCs)的減少，降低煙道氣氣味。根據本發明方法的一種方案，設想的是，將煙道氣以交替方向(alternating direction)引導通過至少兩個具有數個順序設置的儲熱模塊的通道和在通道之間的用於再生後燃的空間，以及使氧化氮的催化還原在設置在儲熱模塊之間的催化器中實施。關於本發明脫氧化氮方法的這種方案，將儲熱模塊和催化器組合在通道中，由於煙道氣的交替引導，從煙道氣吸取催化還原所需的熱。由於煙道氣中的一氧化碳和/或氣體有機物質的再生後燃，所述方法能夠自動加熱(auto-thermal Iy)實施，即，不需要外部能量供應，從而實現高效率。可引入外部熱能，用於開始運轉和/或用於維持將煙道氣脫氧化氮的操作溫度。 例如，這種外部熱能可通過燃燒外部能源如天然氣或油產生。為提高在再生後燃期間可得到的能量，可將可燃物質如天然氣或油在再生後燃之前引入到煙道氣中。藉助於控制技術措施，可特別提高在煙道氣中的一氧化碳或氣體有機物質含量。 例如，在水泥製造中，降低供應至迴轉窯的空氣量將導致一氧化碳含量提高，由此改善再生後燃的能量回收。有利地，將煙道氣脫氧化氮至至少60%。用於將含一氧化碳和/或氣體有機物質的煙道氣脫氧化氮的上述裝置也滿足本發明要求，其中，例如，為了補償熱交換器中的熱置換損失，提供至少一個階段用於一氧化碳或氣體有機物質的再生後燃。本發明裝置的優點可從脫氧化氮方法的上述優點推導出來。關於本發明脫氧化氮裝置的一種方案，通過至少兩個具有數個順序設置的儲熱模塊的通道和設置在通道之間的用於再生後燃的空間形成至少一個後燃階段，其中將所述煙道氣以交替方向引導通過通道，其中對於每個通道，在儲熱模塊之間設置至少一個催化器， 用於催化還原氧化氮。所述儲熱模塊優選由陶瓷蜂窩體形成。使用一種可選實施方式，將至少一個後燃階段設置在至少一個熱交換器下遊和至少一個催化器上遊。因此，通過後燃階段補償在熱交換器中的任何熱置換損失，由此達到用於催化還原煙道氣的160°C _500°C的希望的反應溫度。根據本發明的另一特徵，提供用於供應外部熱能的設備，用於開始運轉和/或用於維持將煙道氣脫氧化氮的操作溫度。如上所述，所述外部熱能可通過燃燒外部能源如天然氣或油產生。為了改善後燃，可提供用於添加可燃物質如天然氣或油的線路。通過用於特別提高煙道氣中的一氧化碳和/或氣體有機物質含量的手段，可提高再生後燃的能量產出。如上所述，這些用於特別提高煙道氣中的一氧化碳和/或氣體有機物質含量的手段可例如由風門(throttle)形成，所述風門用於減少產生煙道氣的爐窯中的空氣攝入。由於這些在爐窯中的降級的燃燒條件，可用較小的技術努力(technical effort)提高一氧化碳和/或氣體有機物質含量。
現在將參照附圖詳細地解釋本發明，其中

圖1示出根據現有技術用於製造水泥燒結塊的設備的示意圖；圖2示出本發明脫氧化氮裝置的實施方式的示意圖；以及圖3示出本發明脫氧化氮裝置的另一實施方式。圖1示出根據現有技術用於製造水泥燒結塊的裝置的示意圖。用於製造水泥燒結塊的裝置包含爐窯，具體為迴轉窯1，其中燒制用於製造水泥燒結塊的原料。通常，在預熱塔 2中預熱原料，預熱塔2可由上下設置的多個旋風分離器3組成。為此，將原料經材料供應器4供應至預熱塔2中。基於逆流原則工作，原料到達迴轉窯1，而煙道氣A逆著原料流流過預熱塔2。在預熱塔2下遊，含氧化氮和灰塵的原料氣A到達過濾器5，在過濾器5中原料氣A中的灰塵含量相應地減少。然後，原料氣A到達催化器6，在催化器6中，由於各自的催化反應，氧化氮NOx部分地轉化成氮氣N2和水H20。可將脫氧化氮的原料氣A根據需要引導通過冷卻裝置7，從而，一方面將煙道氣A的溫度降低至適於隨後用於從煙道氣除去灰塵的過濾器階段8的水平。另一方面，這種冷卻裝置7可用於回收煙道氣A中所含的熱並在煙道氣A到達催化器6之前加熱煙道氣A。在過濾器階段8 (其可由管式過濾器或電過濾器形成)後，脫氧化氮的和除塵的煙道氣A經煙筒9到達大氣。在催化器6後，與煙道氣A — 起傳送的燒制過的原料到達磨機10，在該處將它磨成一定尺寸，然後包裝。如上所述，通過熱回收將煙道氣A加熱至優選160°C -500°C的催化器6中的催化還原需要的反應溫度通常是不可能的。因此，根據現有技術，必須通過引入外部能量補償熱損失。然而，因為與其相關的成本，供應外部能量應避免。圖2示出涉及煙道氣A中的一氧化碳的再生後燃的本發明可行的實施方式。煙道氣A在通常的過濾(未示出)後到達熱交換器11，在該處將煙道氣A加熱至160°C-50(TC 的催化器6的反應溫度Τκ。熱交換器11從催化器6中的煙道氣吸取熱能，以及有可能在隨後的過濾器階段後，使煙道氣A在進入催化器6後達到反應溫度Τκ。通常，由於熱交換器11 中的熱置換損失，將煙道氣加熱至需要的反應溫度是不可能的，必須引入外部能量。關於圖 2的實施方式，補償了熱交換器11中的熱置換損失，這是因為煙道氣A中的一氧化碳CO和 /或氣體有機物質經歷後燃。為此，在熱交換器11和催化器6之間提供階段12，用於煙道氣A中的一氧化碳CO和/或氣體有機物質的再生後燃。除了控制外部能量的量之外，在階段12中的後燃期間，也減少了煙道氣中的一氧化碳CO和/或氣體有機物質。最後在催化器6中除去在階段12中的後燃期間產生的氧化氮和煙道氣中所含的氧化氮Ν0Χ。可在後燃階段12的上遊設置用於供應外部能量的設備13 (例如，天然氣線路)，用於開始運轉和/或用於維持將煙道氣A脫氧化氮的操作溫度。因此，由於降低了外部能量的量，本發明的裝置不僅提高了效率，而且還降低了氧化氮NOx和高一氧化碳CO和/或氣體有機物質含量。由於燒掉了煙道氣，不必另外裝備所謂的氧化催化器層。氧化催化器確保將一氧化碳CO氧化形成二氧化碳C02。這些專用催化器由於貴金屬如鉬、鈀等的摻雜，使得成本非常高，並且非常易於重金屬中毒。
圖3示出根據本發明具有儲熱模塊和催化器的組合的脫氧化氮裝置的另一實施方式。關於這種實施方式，將煙道氣A以交替方向引導通過兩個包含數個順序設置的儲熱模塊15的通道14和設置在通道14之間的用於煙道氣A中的一氧化碳CO和/或氣體有機物質的再生後燃的空間16。由於流動方向的原因，在儲熱模塊15中從煙道氣A吸取熱能， 該熱能是必需的，以使煙道氣A達到催化器6的反應溫度Τκ。可經線路17供應燃料如天然氣。提供線路18或18a，用於在流動反轉後添加催化器6中的催化還原所需的物質，優選為氨。交替流動方向的控制通過相應的控制設備(未示出)實現。儲熱模塊15可由陶瓷蜂窩體形成。由於煙道氣A的交替引導，所以溫度不能保持恆定，因此，根據圖3的方案需要具有較寬反應溫度Tk範圍的催化器6。對此不需要額外的熱交換器11，而是依靠儲熱模塊 15整合在通道14中。額外熱交換器的省略也意味著降低的裝置投入。
權利要求
1.通過氧化氮(NOx)的選擇性催化還原將含一氧化碳(CO)和/或氣體有機物質的煙道氣(A)脫氧化氮的方法，其中將所述煙道氣(A)在催化還原之前依靠回收的脫氧化氮的煙道氣(A)的殘餘熱的熱交換加熱至160°C-500°C的反應溫度(Tk)，其特徵在於，通過所述一氧化碳(CO)和/或氣體有機物質的再生後燃至少部分地補償所述熱交換的熱置換損失。
2.權利要求1的方法，其特徵在於以交替方向引導所述煙道氣(A)通過至少兩個包含數個順序設置的儲熱模塊(1 的通道(14)和設置在所述通道(14)之間的用於再生後燃的空間(16)，以及特徵在於所述氧化氮(NOx)的催化還原在設置在儲熱模塊(15)之間的催化器(6)中進行。
3.權利要求1或2的方法，其特徵在於提供外部熱能，用於開始運轉和/或用於維持將所述煙道氣(A)脫氧化氮的操作溫度。
4.權利要求1-3中的任一項的方法，其特徵在於在所述再生後燃之前將可燃物質添加至所述煙道氣(A)。
5.權利要求1-4中的任一項的方法，其特徵在於通過燃燒技術措施特別提高在所述煙道氣(A)中的一氧化碳(CO)和/或氣體有機物質的含量。
6.權利要求1-5中的任一項的方法，其特徵在於將所述煙道氣(A)脫氧化氮至至少 60%的程度。
7.用於將含一氧化碳(CO)和/或氣體有機物質的煙道氣(A)脫氧化氮的裝置，其具有至少一個用於催化還原氧化氮(NOx)的催化器(6)和用於將煙道氣(A)在所述催化還原之前通過回收脫氧化氮的煙道氣(A)的殘餘熱加熱至160°C-50(TC的反應溫度(Tk)的熱交換器(11)，其特徵在於提供至少一個用於所述一氧化碳(CO)和/或氣體有機物質的再生後燃的階段(12)，以便補償所述熱交換器(11)中的熱置換損失。
8.權利要求7的裝置，其特徵在於所述至少一個後燃階段(12)由至少兩個具有數個順序設置的儲熱模塊(15)的通道(14)和設置在通道(14)之間的用於再生後燃的空間(16) 形成，將煙道氣(A)以交替方向引導通過所述通道(14)，其中對於每個通道，將至少一個用於催化還原氧化氮(NOx)的催化器(6)設置在所述儲熱模塊(1 之間。
9.權利要求8的裝置，其特徵在於所述儲熱模塊(1 由陶瓷蜂窩體形成。
10.權利要求7的裝置，其特徵在於將至少一個後燃階段(12)設置在至少一個熱交換器(11)的下遊和至少一個催化器(6)的上遊。
11.權利要求7-10中的任一項的裝置，其特徵在於提供用於引入外部熱能的設備 (13)，用於開始運轉和/或用於維持將煙道氣(A)脫氧化氮的操作溫度。
12.權利要求7-11中的任一項的裝置，其特徵在於提供線路(17)，用於將可燃物質添加至至少一個後燃階段(12)。
13.權利要求7-12中的任一項的裝置，其特徵在於提供用於特別提高煙道氣(A)中的一氧化碳(CO)含量和/或氣體有機物質含量的手段。
全文摘要
本發明涉及使用至少一個用於催化還原氧化氮NOX的催化器(6)和用於將煙道氣(A)在催化還原之前通過回收脫氧化氮的煙道氣(A)的殘餘熱加熱至160℃-500℃的反應溫度(TR)的熱交換器(11)將包含一氧化碳(CO)和/或氣體有機物質的煙道氣(A)脫氧化氮的方法和裝置。為了儘可能地將煙道氣(A)脫氧化氮且同時將所需的外部供應能量最小化，設想的是，通過提供至少一個用於一氧化碳(CO)和/或氣體有機物質的再生後燃的階段(12)來補償與熱交換器(11)中的熱運動相關的損耗。
文檔編號B01D53/86GK102470320SQ201080031829
公開日2012年5月23日 申請日期2010年6月14日 優先權日2009年7月15日
發明者M.裡斯伯格 申請人:舒赫有限責任公司