一種微波誘導催化還原脫硫脫硝處理系統的製作方法

2023-05-03 16:59:11 4

一種微波誘導催化還原脫硫脫硝處理系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種微波誘導催化還原脫硫脫硝處理系統，包括微波反應塔，微波反應塔具有煙氣進口和煙氣出口，微波反應塔內設有至少一個放置有活性炭的活性炭床，微波反應塔上設有用於發射微波能以加熱活性炭誘導被吸附氣體還原的微波發生裝置。本實用新型以活性炭為載體，SOx/NOx被吸附在活性炭內部空隙中，微波作用於活性炭，在微波能誘導催化作用之下，SOx被還原為單質硫，NOx被還原為氮氣，從而達到同時脫硫脫硝的目的。在微波輻射誘導硫氮氧化物還原過程中，碳元素會被消耗，使活性炭變得多孔，表面積增大，使煙氣與碳的接觸面積增大，活性炭可吸附更多煙氣，活性炭的吸附容量更大，大大提高了SOx/NOx的脫除率。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種煙氣脫硫脫硝處理系統，特別是涉及一種微波誘導催化還原 脫硫脫硝處理系統。 一種微波誘導催化還原脫硫脫硝處理系統

【背景技術】
[0002] 近年來，我國經濟快速發展，電力需求和供應持續增長。截止2010年底，全國電 力裝機容量已達9. 62億千瓦，居世界第二位，其中火電為7. 07億千瓦，佔全國總裝機容量 的73%，火電發屯量約佔全部發電量的80%以上，消耗燃煤16億噸。為了有效控制火電廠 大氣汙染物排放，我國採取了發展清潔發電技術，降低發電煤耗，淘汰落後產能，強化 節能減排，關停小火電機組，推進電力工業結構調整等一系列重要措施。截至"十一五" 末，累計建成運行5. 65億千瓦燃煤電廠脫硫設施，全國火電脫硫機組比例從2005年12% 提高到80%，但我國人均裝機容量卻遠低於發達國家平均水平，並且我國的能源結構決定 了在今後相當長的時間內燃煤機組裝機容量還將不斷增長，火電廠排放的二氧化硫、氮 氧化物和煙塵仍將增加。火電廠排放的大氣汙染物若得不到有效控制，將直接影響我國 大氣環境質量的改善和電力工業的可持續和健康發展。為更好地適應"十二五"環境保護 工作的新要求，環境保護部在總結實踐經驗的基礎上，對《火電廠大氣汙染物排放標準》 (GB13223-2003)進行了 修訂。
[0003] 煙氣脫硝是繼煙氣脫硫之後國家控制火電廠硫氮氧化物排放的又一個重點領 域。2004年7月，我國公布並實施《火電廠大氣汙染物排放標準》（GB13223-2003)，對火 電廠N0 X排放要求有了大幅度的提高。2007年頒布的北京市《鍋爐大氣汙染物排放標準》 (DB11/139-2007)已明確提出N0 X控制標準(新建、擴建、改建電站鍋爐N0X排放濃度不超 過100mg/m3)。但是，由於在燃煤電廠煙氣汙染控制領域缺乏自主智慧財產權的核心技術和裝 備，造成我國能源發展與環境保護之間存在尖銳矛盾。因此，通過不斷的技術創新，實現高 效、低耗的煙氣汙染控制，是解決這一矛盾的重要途徑。
[0004] 在環保要求較高的地區，N0X是另一酸雨前體物減排的主要控制目標。在實際工業 應用中，被廣泛採納的N0 X控制技術主要有兩類：燃燒控制N0X技術和煙氣脫硝技術。燃燒 控制N0X技術通過優化燃燒過程來控制N0 X的生成，該技術安裝和運行成本相對低廉，但脫 硝率較低，一般為30%?40%。因此，當對N0X排放要求較高時，單純採用燃燒控制技術往往 不能達到排放要求，就需要採用尾部煙氣脫硝技術來進一步降低N0 X排放。國外應用較多 的煙氣脫硝技術為選擇性催化還原法（Selective Catalytic Reduction, SCR), SCR法技術 相對成熟，脫硝率可達90%以上，但投資巨大，催化劑昂貴且耗用大量的氨氣或液氨，運行 成本高。因此，我國迫切需要開發其他更有效、低成本的煙氣脫硝技術。 實用新型內容
[0005] 本實用新型的目的在於提供一種結構簡單、實用性強、能夠提高脫硫脫硝的脫除 效率、成本低、可大幅度減少鍋爐煙氣中S0 X和N0X的排放的微波誘導催化還原脫硫脫硝處 理系統。
[0006] 本實用新型的目的通過以下的技術方案來實現：一種微波誘導催化還原脫硫脫硝 處理系統，其特徵在於：包括微波反應塔，所述微波反應塔具有煙氣進口和煙氣出口，所述 微波反應塔內設有至少一個放置有活性炭的活性炭床，所述微波反應塔上設有用於發射微 波能以加熱活性炭誘導被吸附氣體還原的微波發生裝置。
[0007] 本實用新型以活性炭作為硫氮氧化物的吸附載體，當含有S0x/N0x的混合煙氣通 過活性炭床時，S0 x/N0x被吸附在活性炭的內部空隙中，微波作用於活性炭，在微波能誘導催 化作用之下，S0 X被還原為單質硫，N0X被還原為氮氣，從而達到同時脫硫脫硝的目的。另外， 在微波輻射誘導硫氮氧化物還原的過程中，碳元素會被消耗，使活性炭變得多孔，表面積增 大，進而使煙氣與碳的接觸面積增大，活性炭可以吸附更多的煙氣，使得活性炭的吸附容量 更大，大大提高了 S0x/N0x的脫除率。
[0008] 作為本實用新型的一種改進，所述處理系統還包括除塵器和風機，所述除塵器、風 機和微波反應塔通過管路依次連通。煙氣首先經過除塵器，除去煙氣中的煙塵大氣汙染物， 然後風機將煙氣送入微波反應塔，提高了煙氣脫硫脫硝的速率。
[0009] 作為本實用新型的進一步改進，所述活性炭中滲入催化劑，所述處理系統還包括 用於檢測煙氣溫度的測溫裝置、用於冷卻煙氣的冷卻裝置和用於煙氣溫度超過設定溫度範 圍時控制冷卻裝置開啟的自動控制系統，所述測溫裝置和冷卻裝置分別和自動控制系統相 連，所述測溫裝置和冷卻裝置均設置在除塵器和風機之間的管路上，所述冷卻裝置位於所 述測溫裝置的後方。測溫裝置檢測煙氣溫度，並將溫度信息傳送至自動控制系統，當煙氣溫 度超過設定溫度範圍時，自動控制系統控制冷卻裝置開啟以冷卻煙氣，從而使煙氣溫度保 持在設定溫度範圍內。催化劑可以降低反應溫度，減少活性炭消耗，提高脫硫脫硝速率。
[0010] 作為本實用新型的一種優選實施方式，所述催化劑採用CU/ZSM-5,所述設定溫度 範圍是400°C?470°C，有利於催化還原反應的進行。
[0011] 作為本實用新型的進一步改進，所述處理系統還包括循環管路和檢測裝置，所述 循環管路由主管路和排氣管組成，所述主管路的一端與所述微波反應塔的煙氣出口相連， 另一端連接在除塵器和測溫裝置之間的管路上，在所述主管路上設有用於檢測排出煙氣 S0x/N0x&度的檢測裝置，在所述主管路上且位於檢測裝置的後方設有第一電磁閥，所述排 氣管設於檢測裝置的出氣口上用於排出檢測合格的煙氣，所述排氣管上設有第二電磁閥， 所述檢測裝置、第一電磁閥、第二電磁閥分別和自動控制系統相連。當檢測裝置檢測到S0 X/ N0X&度高於設定濃度值時，第一電磁閥開啟，同時第二電磁閥關閉；當檢測裝置檢測到 S0x/N0x&度低於或等於設定濃度值時，第二電磁閥開啟，同時第一電磁閥關閉。
[0012] 作為本實用新型的推薦實施方式，所述微波反應塔為立式，所述微波反應塔的煙 氣出口位於所述微波反應塔的頂部，微波反應塔的煙氣進口位於微波反應塔的底部。
[0013] 本實用新型還可以做以下改進，所述微波反應塔的頂部為正立的錐形殼體，微波 反應塔的底部為倒立的錐形殼體，兩個錐形殼體與微波反應塔的塔身之間設有用於防止微 波洩漏的微波隔離器，所述微波隔離器是設有若干出氣孔的板體，其將塔身和微波反應塔 的頂部、底部相分隔。
[0014] 本實用新型可以有以下實施方式，所述除塵器採用袋式除塵器。活性炭的微孔為 1 ?3nm〇
[0015] 與現有技術相比，本實用新型具有如下顯著的效果：
[0016] ⑴本實用新型以活性炭作為硫氮氧化物的吸附載體，當含有S0x/N0x的混合煙氣 通過活性炭床時，S0 x/N0x被吸附在活性炭的內部空隙中，微波作用於活性炭，在微波能誘導 催化作用之下，S0 X被還原為單質硫，N0X被還原為氮氣，從而達到同時脫硫脫硝的目的。
[0017] ⑵在微波輻射誘導硫氮氧化物還原的過程中，碳元素會被消耗，使活性炭變得多 孔，表面積增大，進而使煙氣與碳的接觸面積增大，活性炭可以吸附更多的煙氣，活性炭的 吸附容量更大，大大提高了 S0x/N0x的脫除率。
[0018] ⑶除塵器可以除去煙塵大氣汙染物，而風機能夠將煙氣送入微波反應塔，提高煙 氣脫硫脫硝的速率。
[0019] ⑷催化劑可以降低反應溫度，減少活性炭消耗，提高脫硫脫硝速率，測溫裝置、冷 卻裝置和控制器能夠保證活性炭上的催化還原反應中催化劑有活性最高。
[0020] (5)微波反應塔為立式設計，同時有多層活性炭床層，使煙氣脫硫脫硝更加徹底。
[0021] (6)檢測裝置和電磁閥能夠保證煙氣排放滿足國家煙氣排放標準要求。
[0022] (7)本實用新型的結構簡單、佔地面積小、投資少、成本低、實用性強，可廣泛適用於 需要脫硫脫硝以減少S0 X和N0X排放的場合，應用前景廣闊。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0024] 圖1為本實用新型的組成結構示意圖。

【具體實施方式】
[0025] 如圖1所示，是本實用新型一種微波誘導催化還原脫硫脫硝處理系統，包括除塵 器1、風機4和微波反應塔11，除塵器1、風機4和微波反應塔11通過管路依次連通。在本 實施例中，除塵器1採用袋式除塵器，微波反應塔11具有煙氣進口和煙氣出口，微波反應塔 11內設有至少一個放置有活性炭10的活性炭床9,本實施例的活性炭床為6層，活性炭10 的微孔為2nm，此時對S0 x/N0x的吸附作用較強。微波反應塔11上設有用於發射微波能以 加熱活性炭誘導被吸附氣體還原的微波發生裝置。微波發生裝置是現有裝置，它包括微波 能功率能源6和微波發生器7,微波能功率能源6和微波發生器7相連。
[0026] 以活性炭作為硫氮氧化物的吸附載體，當含有S0x/N0x的混合煙氣通過活性炭床 時，50 !￡/嘰被吸附在活性炭的內部空隙中，微波作用於活性炭，在微波能誘導催化作用之 下，S0X被還原為單質硫，N0 X被還原為氮氣，從而達到同時脫硫脫硝的目的。
[0027] 在微波輻照條件下，活性炭既作為吸附劑，又作為還原劑。氧化還原主反應為：
[0028] xC+2N0x - N2+xC02 (1)
[0029] xC+N0x - 0· 5N2+xC0 (2)
[0030] C+S02 - S+C02 (3)
[0031] 2C+S02 -S+2C0 (4)
[0032] 在較高溫度下，主要發生反應（2)、（4)，反應（1)?（3)是放熱的，適合在高溫下進 行。可以通過將反應溫度控制在較低水平下，來儘量減少C0的生成，從而使碳元素得到充 分的利用。由上述反應可知，在微波輻射誘導硫氮氧化物還原的過程中，碳元素會被消耗， 使活性炭變得多孔，表面積增大，進而使煙氣與碳的接觸面積增大，活性炭可以吸附更多的 煙氣，對SOx/NOx的脫除率會更高，活性炭的吸附容量更大。
[0033] 定期攪拌，使活性炭中滲入催化劑，催化劑採用Cu/ZSM-5,其中Cu+為活性中心，催 化劑可以降低反應溫度，減少活性炭消耗，提高脫硫脫硝速率。處理系統還包括用於檢測煙 氣溫度的測溫裝置2、用於冷卻煙氣的冷卻裝置3和用於煙氣溫度超過設定溫度範圍時控 製冷卻裝置開啟的自動控制系統（圖中未畫出），測溫裝置2和冷卻裝置3分別和自動控制 系統相連，測溫裝置2和冷卻裝置3均設置在除塵器1和風機4之間的管路上，冷卻裝置3 位於測溫裝置2的後方。設定溫度範圍是400°C?470°C，有利於催化還原反應的進行。測 溫裝置檢測煙氣溫度，並將溫度信息傳送至控制器，當煙氣溫度超過設定溫度時，控制器控 製冷卻裝置開啟以冷卻煙氣，從而使煙氣溫度保持在設定溫度範圍。
[0034] 還包括循環管路和檢測裝置12,循環管路由主管路15和排氣管16組成，主管路 15的一端與微波反應塔11的煙氣出口相連，另一端連接在除塵器1和測溫裝置2之間的管 路上，在主管路15上設有用於檢測排出煙氣S0 x/N0x濃度的檢測裝置12,在主管路15上且 位於檢測裝置12的後方設有第一電磁閥13,排氣管16設於檢測裝置12的出氣口上用於排 出檢測合格的煙氣，排氣管16上設有第二電磁閥14,檢測裝置12分別和第一電磁閥13、第 二電磁閥14電連接。
[0035] 微波反應塔11為立式，微波反應塔11的煙氣出口位於微波反應塔的頂部，微波 反應塔的煙氣進口位於微波反應塔的底部。微波反應塔的頂部為正立的錐形殼體，微波反 應塔的底部為倒立的錐形殼體，兩個錐形殼體與微波反應塔的塔身之間設有用於防止微波 洩漏的微波隔離器8,微波隔離器8是設有若干出氣孔的板體，其將塔身和微波反應塔的頂 部、底部相分隔。
[0036] 本實用新型的工作過程如下：
[0037] 煙氣A首先進入袋式除塵器，煙氣中的粉塵通過濾布時產生的篩分、慣性、粘附、 擴散和靜電作用而被捕集。經除塵後進入測溫裝置，當測溫裝置檢測到煙氣溫度高於設定 溫度區間時，冷卻裝置開啟並將煙氣溫度降低至設定溫度區間；當測溫裝置檢測到煙氣溫 度低於設定溫度區間時，冷卻裝置保持關閉狀態。然後煙氣經煙道進入風機，增大煙氣流通 速率。由風機出來的煙氣進入微波反應塔。煙氣穿過活性炭床，活性炭吸附煙氣中的S0 X/ N0X和微波發生器產生的微波，並在其表面發生催化還原反應將S0X還原為單質硫，N0 X還原 為氮氣。經微波反應塔初步脫硫脫硝的煙氣進入S0x/N0x濃度檢測裝置，當S0 x/N0x濃度檢 測裝置檢測到S0x/N0x濃度滿足國家汙染物排放標準時，自動控制系統控制第二電磁閥開 啟，同時第一電磁閥關閉，煙氣B可以正常排放；當S0 x/N0x濃度檢測裝置檢測到30!￡/嘰濃 度高於國家汙染物排放標準時，第一電磁閥開啟，同時第二電磁閥關閉，煙氣C經煙道重新 進入脫硫脫硝循環，並再次進行脫硫脫硝過程，直至S0 x/N0x濃度滿足國家汙染物排放標準 為止。
[0038] 本發明的實施方式不限於此，根據本發明的上述內容，按照本領域的普通技術知 識和慣用手段，在不脫離本發明上述基本技術思想前提下，本發明的除塵器種類、風機功 率、催化劑種類、微波反應塔的容量、活性炭床層數目還可以做出其它多種形式的修改、替 換或變更，均落在本發明權利保護範圍之內。
【權利要求】
1. 一種微波誘導催化還原脫硫脫硝處理系統，其特徵在於：包括微波反應塔，所述微 波反應塔具有煙氣進口和煙氣出口，所述微波反應塔內設有至少一個放置有活性炭的活性 炭床，所述微波反應塔上設有用於發射微波能以加熱活性炭誘導被吸附氣體還原的微波發 生裝置。
2. 根據權利要求1所述的微波誘導催化還原脫硫脫硝處理系統，其特徵在於：所述處 理系統還包括除塵器和風機，所述除塵器、風機和微波反應塔通過管路依次連通。
3. 根據權利要求2所述的微波誘導催化還原脫硫脫硝處理系統，其特徵在於：所述活 性炭中滲入催化劑，所述處理系統還包括用於檢測煙氣溫度的測溫裝置、用於冷卻煙氣的 冷卻裝置和用於煙氣溫度超過設定溫度範圍時控制冷卻裝置開啟的自動控制系統，所述測 溫裝置和冷卻裝置分別和自動控制系統相連，所述測溫裝置和冷卻裝置設置在除塵器和風 機之間的管路上，所述冷卻裝置位於所述測溫裝置的後方。
4. 根據權利要求3所述的微波誘導催化還原脫硫脫硝處理系統，其特徵在於：所述催 化劑採用Cu/ZSM-5,所述設定溫度範圍是400°C?470°C。
5. 根據權利要求4所述的微波誘導催化還原脫硫脫硝處理系統，其特徵在於：所述處 理系統還包括循環管路和檢測裝置，所述循環管路由主管路和排氣管組成，所述主管路的 一端與所述微波反應塔的煙氣出口相連，另一端連接在除塵器和測溫裝置之間的管路上， 在所述主管路上設有用於檢測排出煙氣SO x/NOx&度的檢測裝置，在所述主管路上且位於 檢測裝置的後方設有第一電磁閥，所述排氣管設於檢測裝置的出氣口上用於排出檢測合格 的煙氣，所述排氣管上設有第二電磁閥，所述檢測裝置、第一電磁閥、第二電磁閥分別和自 動控制系統相連。
6. 根據權利要求5所述的微波誘導催化還原脫硫脫硝處理系統，其特徵在於：所述微 波反應塔為立式，所述微波反應塔的煙氣出口位於所述微波反應塔的頂部，微波反應塔的 煙氣進口位於微波反應塔的底部。
7. 根據權利要求6所述的微波誘導催化還原脫硫脫硝處理系統，其特徵在於：所述微 波反應塔的頂部為正立的錐形殼體，微波反應塔的底部為倒立的錐形殼體，兩個錐形殼體 與微波反應塔的塔身之間設有用於防止微波洩漏的微波隔離器，所述微波隔離器是設有若 幹出氣孔的板體，其將塔身和微波反應塔的頂部、底部相分隔。
8. 根據權利要求2?7任一項所述的微波誘導催化還原脫硫脫硝處理系統，其特徵在 於：所述除塵器採用袋式除塵器。
9. 根據權利要求8所述的微波誘導催化還原脫硫脫硝處理系統，其特徵在於：所述活 性炭的微孔為1?3nm。
【文檔編號】B01D53/86GK203874666SQ201420164434
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月4日 優先權日:2014年4月4日
【發明者】殷立寶, 馬曉茜, 廖永進, 胡善超, 曾庭華, 餘昭勝, 徐齊勝 申請人:廣東電網公司電力科學研究院, 華南理工大學