一種煙氣選擇性催化還原脫硝設備的製作方法

2023-05-01 19:09:21 1

專利名稱：一種煙氣選擇性催化還原脫硝設備的製作方法
技術領域：
一種煙氣選擇性催化還原脫硝設備技術領域[0001]本實用新型涉及一種煙氣選擇性催化還原脫硝設備。
技術背景[0002]煙氣是熱電廠的主要排放物之一，通過可燃物在燃燒器(即鍋爐)中燃燒產生。 由於煙氣中通常含有大量的氮氧化物NOx(如NO)，這些氮氧化物如果直接排放到大氣 中，會導致腐蝕性很強的酸雨，因此煙氣在排放之前必須經過脫氮(即脫硝)處理。[0003]目前運用比較成熟的煙氣脫硝技術之一為選擇性催化還原6CR)工藝，SCR 脫硝工藝的化學反應原理為在催化劑存在的條件下，在煙氣中噴入脫硝劑(尿素或者 氨)，在特定的溫度範圍內與煙氣中的NOx進行選擇性還原反應生成氮氣(N2)和水蒸氣 (H2O)。由於SCR脫硝的溫度為280-420°C，而煙氣的溫度通常為800°C甚至1000°C以 上，為了實現煙氣的降溫，目前通常的做法是在催化劑床層前增設一個省煤器(即換熱 器)。對於包括兩個垂直段和一個水平段的η型煙道，省煤器通常設置在包牆過熱器 的集箱所在的垂直段內，即包牆過熱器的集箱到所述省煤器的頂部的距離小於所述包牆 過熱器的集箱到水平段與垂直段相鄰的位置的距離，從而限制了催化劑床層的厚度。此 外，由於煙氣中存在大量的灰塵，這些灰塵在經過煙道時會沉積在催化劑床層上，從而 使脫硝的效率降低。[0004]並且，與選擇性非催化還原6NCR)工藝相比，SCR的脫硝效果好。但是， SCR工藝需要有足夠的空間設置催化劑床，並且，SCR的脫硝率也僅為60%以下，有待進一步提高。[0005]另外，對於包括兩個垂直段和一個水平段的π型煙道，省煤器通常設置在包牆 過熱器的集箱所在的垂直段內，即包牆過熱器的集箱到所述省煤器的頂部的距離小於所 述包牆過熱器的集箱到水平段與垂直段相鄰的位置的距離，從而限制了催化劑床層的厚 度。此外，由於煙氣中存在大量的灰塵，這些灰塵在經過煙道時會沉積在催化劑床層 上，從而使脫硝的效率降低。實用新型內容[0006]本實用新型的目的是為了克服現有技術SCR工藝存在的脫硝率較低且催化劑床 層容易破壞的缺點，提供一種脫硝效率較高且不容易導致催化劑床層被破壞的煙氣選擇 性催化還原脫硝裝置。[0007]本實用新型的發明人發現，由於尾部煙道的容積較大，同時受鍋爐本身結構和 位置的限制，脫硝劑的送入位置非常受限，因而進入尾部煙道的脫硝劑在尾部煙道的分 布通常都不均勻。而脫硝劑的均勻性對於SCR系統的脫硝效率影響很大。如果進入SCR 催化劑的氨分布不均勻，對於氨濃度大的部位將加速催化劑的失效，對於氨濃度小的部 位又達不到設計的脫硝效率，並且氨分布不均將必然造成局部氨逃逸量超標。因此，使 氨在尾部煙道的均勻分布是提高SCR系統脫硝效率的關鍵所在。[0008]本實用新型提供了一種煙氣選擇性催化還原脫硝設備，該設備包括由包牆過熱 器圍成的煙道，沿煙氣的流動方向，煙道內依次設置有脫硝劑供給裝置和省煤器，其 中，所述煙道包括第一垂直段、第二垂直段和水平段，所述水平段的兩端分別與第一垂 直段的上部和第二垂直段的上部連通，所述省煤器位於第二垂直段內，包牆過熱器的集 箱位於第二垂直段的底部，第二垂直段和水平段之間設置有擋板，所述包牆過熱器的集 箱到所述省煤器的頂部的距離為所述包牆過熱器的集箱到擋板頂部的距離的85-100% ； 該設備還包括擾動裝置和催化反應器，所述擾動裝置位於所述脫硝劑供給裝置和催化反 應器之間的煙道內，所述催化反應器與第二垂直段的底部連通。[0009]本實用新型提供的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，通過在煙道內脫硝劑供給裝 置和催化劑床層之間增加擾動裝置，使得脫硝劑在煙道內均勻分布，從而既避免了局部 氨濃度過大導致的催化劑快速失效的問題，同時也避免了局部氨濃度過小導致的達不到 設計的脫硝效率的問題，而且也避免了由於氨分布不均造成局部氨逃逸量超標的問題。[0010]並且，本實用新型通過使包牆過熱器的集箱到所述省煤器的頂部的距離為所述 包牆過熱器的集箱到擋板頂部的距離的85-100%，在保證省煤器側面不被煙氣直接衝刷 腐蝕的情況下，能夠使省煤器下方的煙道的空間儘可能大，從而可以預留出更大的空間 來設置催化劑床層。[0011]另外，本實用新型通過使集箱位於所述催化反應器的上部，能夠防止催化劑床 層因受熱不均或位置不平整而導致的對催化劑床層的破壞。


[0012]圖1為本實用新型提供的煙氣選擇性催化還原脫硝設備的結構示意圖；[0013]圖2為本實用新型提供的煙氣選擇性催化還原脫硝設備中涉及擾動裝置部分的 局部旋轉剖視圖；[0014]圖3為顯示本實用新型提供的煙氣選擇性催化還原脫硝設備中擾動裝置的管狀 物的埠朝向的示意圖；[0015]圖4為本實用新型的一種實施方式中的煙氣選擇性催化還原脫硝設備中省煤器 的結構示意圖；[0016]圖5為本實用新型的一種實施方式中的煙氣選擇性催化還原脫硝設備中省煤器 的換熱片的結構示意圖；[0017]圖6為本實用新型的另一種實施方式中的煙氣選擇性催化還原脫硝設備中省煤 器的換熱片的結構示意圖。
具體實施方式
[0018]
以下結合附圖對本實用新型進行詳細的說明。[0019]如圖1所示，本實用新型提供了一種煙氣選擇性催化還原脫硝設備，該設備包 括由包牆過熱器9圍成的煙道1，沿煙氣的流動方向，煙道1內依次設置有脫硝劑供給裝 置2和省煤器3，其中，所述煙道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的兩端分別與第一垂直段a的上部和第二垂直段c的上部連通，所述省煤器3位於 第二垂直段c內，包牆過熱器9的集箱10位於第二垂直段c的底部，第二垂直段c和水平段b之間設置有擋板11，所述包牆過熱器9的集箱10到所述省煤器3的頂部的距離為 所述包牆過熱器9的集箱10到擋板11頂部的距離的85-100%;該設備還包括擾動裝置5 和催化反應器6，所述擾動裝置5位於所述脫硝劑供給裝置2和催化反應器6之間的煙道 內，所述催化反應器6與第二垂直段c的底部連通。[0020]本實用新型中，所述煙道1由金屬管圍成，金屬管中可以通入熱交換介質，從 而能夠充分利用煙氣中的熱。優選情況下，所述金屬管例如可以是碳鋼管、不鏽鋼管、 銅管、鈦管或者各種金屬合金管等。[0021]根據本實用新型的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，所述包牆過熱器9的集箱10 位於第二垂直段c的底部，所述催化反應器6與第二垂直段c的底部連通。通過將催化 反應器6設置為與包牆過熱器9的集箱10的底部連通，一方面煙氣可以進入所述催化反 應器6進行選擇性催化還原反應，另一方面能夠防止催化劑床層因受熱不均或位置不平 整而導致的對催化劑床層的破壞。[0022]所述催化反應器6可以為各種能夠用於煙氣選擇性催化還原脫硝的反應器，具 體可以根據催化劑的形式進行選擇，例如，所述催化反應器6可以為底部具有孔隙或者 縫隙的槽型反應器，槽型反應器的側壁與煙道1的第二垂直段c的底部側壁連接。[0023]按照本實用新型提供的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，所述催化反應器6內裝 有催化劑床層4，所述催化劑床層4的厚度可以在很大範圍內改變，優選為1.5-2.0米。[0024]所述催化劑床層4可以根據所需達到的脫硝率進行適當選擇。通常，要求獲得 的脫硝率越高，在其他條件相同的情況下，催化劑床層4的厚度也越大。在同樣脫硝率 的情況下，煙氣的流速越大，催化劑床層4的厚度也就越大。[0025]形成所述催化劑床層4的所述催化劑可以是各種能夠催化脫硝劑與氮氧化物NOx 反應，使氮氧化物NOxR化為氮氣的催化劑，優選為金屬氧化物催化劑。[0026]例如，所述金屬氧化物可以是V205、Fe2O3> CuO> Cr2O3> Co3O4> NiO> CeO2> La2O3> Pr6O11 > Nd2O3> Gd2O3> Yb2O3 中的一種或多種，優選 V205。進一步優選 所述催化劑是分散在TiO2上、以V2O5為主要活性組分、WO3或MoO3為助催化劑的釩鈦 體系，即\^205-\￥03/^02或\^205-^/[003/^02。由於SCR反應中大量飛灰的存在，為防 止堵塞、減少壓力損失、增加機械強度，優選將上述\^205-\￥03/^02或\^205-^/[003/1102 催化劑固定在不鏽鋼板表面或製成蜂窩陶瓷狀，形成不鏽鋼波紋板式和蜂窩陶瓷的結構 形式。上述催化劑可以商購得到，例如可以購自日本觸媒化成、日立公司、德國雅佶隆 公司以及美國的Cormetech公司。[0027]儘管各種能夠實現擾動功能的擾動裝置均可實現本實用新型的目的，例如，所 述擾動裝置5可以為固定式均流裝置，如均流板。但由於這種固定式均流裝置需要通過 多次均流才能實現使脫硝劑與煙氣的均勻混合，從而需要多組均流板，因而需要較大的 空間。因此，優選情況，如圖2所示，所述擾動裝置5為管狀物，該管狀物穿過煙道1的 壁，一端埠位於煙道1中。進一步優選情況下，為了更好的獲得擾動效果，如圖3所 示，管狀物位於煙道1中的埠的朝向Y與煙氣流動方向X的夾角α為70-90°角(圖 2為本實用新型提供的煙氣選擇性催化還原脫硝設備中涉及擾動裝置部分的局部旋轉剖視 圖，即將圖1所示的煙氣選擇性催化還原脫硝設備從擾動裝置3左側部分截取，並將截取 部分旋轉90°後得到圖2)。6[0028]為了使得脫硝劑在進入催化劑床層4之前與煙氣充分混合均勻，所述擾動裝置5 位於所述脫硝劑供給裝置2和催化反應器6之間的煙道內。優選情況下，所述管狀物位 於煙道1中的埠與所述催化劑床層4之間的路程為所述催化劑床層厚度的5-10倍。其 中，所述管狀物位於煙道1中的埠與所述催化劑床層4之間的路程指在煙氣選擇性催化 還原脫硝反應過程中，煙氣從所述管狀物位於煙道1中的埠行進至催化劑床層4的表面 實際走過的距離。[0029]所述管狀物可以為一個或多個，優選為3-10個。進一步優選所述多個管狀物沿 煙道1的徑向或周向分布。[0030]綜合考慮擾動效果和對擾動裝置的設備要求，本實用新型優選所述煙道1的 橫截面積與所述管狀物的位於煙道1中的埠的總面積之比為5000-50000 1。進 一步優選所述煙道1的橫截面積與所述管狀物的位於煙道？中的埠的總面積之比為 20000-30000 1。[0031]根據本實用新型的一種實施方式，該設備還包括擾動介質提供裝置(圖1中未示 出)，擾動介質提供裝置為擾動裝置5提供擾動介質。所述擾動介質提供裝置可以是各種 能夠提供擾動介質的裝置，如高壓鋼瓶或泵。所述擾動裝置5的一端埠與擾動介質提 供裝置連通，另一端埠則穿過所述煙道1的壁而伸入所述煙道1內。[0032]根據本實用新型的第二種實施方式，所述擾動介質為不與煙氣和脫硝劑反應的 惰性介質，根據現場情況和成本核算確定，優選是水蒸氣、空氣、氮氣和元素周期表中 第零族元素中的一種或多種，從而不會因擾動而給煙氣引入新的雜質，脫硝後的煙氣能 夠直接排放。[0033]根據本實用新型的第三種實施方式，所述擾動介質為煙氣或者含脫硝劑和煙氣 的混合物。所述作為擾動介質的煙氣可以是經過脫硝處理或未經脫硝處理的煙氣。當 使用未經脫硝處理的煙氣作為擾動介質時，一方面無需外界供給擾動介質，另一方面還 能夠使未經脫硝處理的煙氣在起到擾動作用後也能獲得脫硝效果。而使用含脫硝劑和 煙氣的混合物時，特別是是用氨氮摩爾比符合脫硝反應的含脫硝劑和煙氣的混合物作為 擾動介質時，擾動介質的通入還不會導致煙氣和脫硝劑的混合物中脫硝劑濃度的大幅降 低。因此本實用新型優選所述擾動介質為未經脫硝處理的煙氣或者含脫硝劑和煙氣的混 合物，尤其優選所述擾動介質為含脫硝劑和煙氣的混合物，更為優選NOx的氨氮摩爾比 為0.5-1.1 1的脫硝劑和煙氣的混合物。[0034]本實用新型中，所述省煤器3和擾動裝置5之間的在煙道1內的先後關係沒有特 別限定，省煤器3可以位於所述擾動裝置5與所述脫硝劑供給裝置2之間，也可以位於所 述擾動裝置5與所述催化反應器6之間，但優選情況下，所述省煤器3位於所述擾動裝置 5和催化反應器6之間。[0035]所述省煤器3實質上是一種換熱器，可以為本領域技術人員公知的各種換熱 器。從提高換熱效率和減少佔用空間的角度出發，如圖4所示，所述省煤器3優選包括 換熱管8和多個換熱片7，所述換熱管8穿過所述換熱片7，並且換熱管8的外壁與換熱 片7緊密接觸。[0036]所述換熱片7的結構可以根據換熱的需要和換熱管8的尺寸改變，例如，如圖5 所示，所述換熱片7上形成有與所述換熱管8的尺寸匹配的空間。[0037]如圖6所示，在另一種實施方式中，每個換熱片7包括多個板體，該板體具有凹 槽且相鄰的兩個板體中的凹槽彼此相對，形成與換熱管8的形狀相適應的空間，所述換 熱管8穿過該空間與換熱片7緊密接觸。[0038]在一種優選實施方式中，所述多個換熱片7平行排列，所述換熱管8多次往返地 依次穿過多個平行排列換熱片7，形成平行的多行和多列的換熱管陣列。[0039]在另一種優選實施方式中，所述多個換熱片7平行排列，所述換熱管8為多個， 多個換熱管8依次穿過多個平行排列的換熱片7，形成平行的多行和多列的換熱管陣列。[0040]在本實用新型中，所述省煤器3中的換熱片7的數量可以在很大範圍內改變，可 以根據換熱的需要以及尺寸的需要進行調整，優選情況下，多個平行排列的換熱片7的 總厚度可以為單行或單列換熱管8長度的10-20%，更優選的情況下，多個平行排列的換 熱片7中相鄰的兩個換熱片7的距離可以為1-5釐米，多個平行排列的換熱片7中每個換 熱片7的厚度可以為0.5-5釐米。[0041]在本實用新型中，所述換熱片7的大小可以在很大範圍內改變，可以根據換熱 的需要即尺寸的需要進行調整，優選情況下，穿過每個所述換熱片7的換熱管8的總截面 積可以佔該換熱片7單面面積的10-50%。所述換熱管8的尺寸沒有特別的限定，可以選 用各種常規的換熱管尺寸，例如，所述換熱管8的截面積可以為10-100平方釐米。[0042]此外，在所述省煤器3中，所述換熱管8排列的密度可以在很大範圍內改變，優 選情況下，平行的多行或多列的換熱管8中相鄰的兩行或兩列換熱管8的距離可以為5-25 釐米。[0043]在本實用新型的一種優選實施方式中，所述換熱管8與多個換熱片7形成一體結 構。[0044]根據本實用新型的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，所述包牆過熱器9的集箱10 位於第二垂直段C的底部，所述第二垂直段C和水平段b之間設置有擋板11，所述包牆過 熱器9的集箱10到所述省煤器3的頂部的距離為所述包牆過熱器9的集箱10到擋板11 頂部的距離的85-100%，這樣可以防止煙氣直接衝刷省煤器3的側面，從而避免所述省 煤器3的側面腐蝕。[0045]在一種優選實施方式中，所述包牆過熱器的集箱10到所述省煤器3的頂部的距 離為所述包牆過熱器的集箱10到擋板11頂部的距離的100%，即省煤器3的頂部與擋板 11的頂部持平，這樣能夠使省煤器3下的體積最大化，以便於使用。[0046]本實用新型中，所述擋板11位於所述水平段b和所述第二垂直段c之間的連接 部處，並且所述擋板11的下端與所述水平段b的底部緊密接觸，從而可以防止煙氣不經 省煤器3而直接進入第二垂直段C。所述擋板11的材質可以為各種耐高溫和煙氣腐蝕的 材料，例如，所述擋板11可以由不鏽鋼、銅板或者各種合金板製成。[0047]根據本實用新型，所述脫硝劑供給裝置2可以是各種能夠用於提供脫硝劑的裝 置，優選情況下，所述脫硝劑供給裝置2為管道，該管道穿過煙道1的壁，伸入煙道1 中，伸入煙道1中的管道上形成有開口。優選情況下，所述管道1可以為多個，每根伸 入煙道1中的管道上的開口可以為多個。[0048]在一種優選的實施方式中，所述多個管道沿煙道1的軸向排列，更優選的情況 下，每根伸入煙道1中的管道上的多個開口沿所述管道的軸向分布。[0049]所述脫硝劑供給裝置2的管道的另一端與脫硝劑源連通。所述脫硝劑源可以是 脫硝劑儲罐，所述脫硝劑可以是各種能夠與NOx反應從而降低煙氣中NOx含量的試劑， 例如可以是氨。所述脫硝劑優選以其水溶液的形式使用，所述溶液的濃度已為本領域技 術人員所公知，可以為脫硝劑所能達到的各種濃度。為了降低脫硝劑的用量，優選所述 脫硝劑以其飽和溶液的形式使用。[0050]本實用新型的煙氣選擇性催化還原脫硝設備使用時，通過脫硝劑供給裝置2將 脫硝劑送入煙道1內，與煙氣在煙道1中混合，得到脫硝劑與煙氣的混合物，在所述脫硝 劑與煙氣的混合物通過省煤器3之前或之後，將擾動介質由擾動介質提供裝置提供給擾 動裝置5，擾動裝置5將擾動介質注入煙道1，對該脫硝劑和煙氣的混合物進行擾動，從 而使脫硝劑和煙氣混合均勻後通過省煤器3進入催化反應器6，進而通過催化劑床層4， 進行催化脫硝。[0051]煙氣選擇性催化還原脫硝的條件包括，溫度可以為280-420°C，優選為 300-400°C,煙氣的體積空速可以為200-20000小時―1，優選為1000-10000小時、以氮 元素計，脫硝劑中氮與煙氣中NOx的氮(以NO計)的摩爾比(簡稱氨氮摩爾比)可以為 0.5-1.1 1，優選為 0.7-1 1。
權利要求1.一種煙氣選擇性催化還原脫硝設備，該設備包括由包牆過熱器圍成的煙道，沿煙 氣的流動方向，煙道內依次設置有脫硝劑供給裝置和省煤器，其特徵在於，所述煙道包 括第一垂直段、第二垂直段和水平段，所述水平段的兩端分別與第一垂直段的上部和第 二垂直段的上部連通，所述省煤器位於第二垂直段內，包牆過熱器的集箱位於第二垂直 段的底部，第二垂直段和水平段之間設置有擋板，所述包牆過熱器的集箱到所述省煤器 的頂部的距離為所述包牆過熱器的集箱到擋板頂部的距離的85-100% ；該設備還包括擾 動裝置和催化反應器，所述擾動裝置位於所述脫硝劑供給裝置和催化反應器之間的煙道 內，所述催化反應器與第二垂直段的底部連通。
2.根據權利要求1所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，其特徵在於，所述擾動裝置 為管狀物，該管狀物穿過煙道的壁，一端埠位於煙道中。
3.根據權利要求2所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，其特徵在於，管狀物位於煙 道中的埠的朝向與煙氣流動方向的夾角為70-90°。
4.根據權利要求2所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，其特徵在於，所述催化反應 器內裝有催化劑床層，所述管狀物位於煙道中的埠與所述催化劑床層之間的路程為所 述催化劑床層厚度的5-10倍，其中，所述管狀物位於煙道中的埠與所述催化劑床層之 間的路程指在煙氣選擇性催化還原脫硝反應過程中，煙氣從所述管狀物位於煙道中的端 口行進至催化劑床層的表面實際走過的距離。
5.根據權利要求2、3或4所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，其特徵在於，所述 管狀物為多個。
6.根據權利要求5所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，其特徵在於，所述管狀物的 數量為3-10個。
7.根據權利要求5所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，其特徵在於，所述多個管狀 物沿煙道的徑向或周向分布。
8.根據權利要求5所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，其特徵在於，所述煙道的橫 截面積與所述管狀物的位於煙道中的埠的總面積之比為5000-50000 1。
9.根據權利要求1或2所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，其特徵在於，該設備還 包括擾動介質提供裝置，擾動介質提供裝置為擾動裝置提供擾動介質。
10.根據權利要求1所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，其特徵在於，所述省煤器 包括換熱管和多個換熱片，所述換熱管穿過所述換熱片，並且換熱管的外壁與換熱片緊 密接觸。
11.根據權利要求10所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，其特徵在於，每個換熱片 包括多個板體，該板體具有凹槽且相鄰的兩個板體中的凹槽彼此相對，形成與換熱管的 形狀相適應的空間，所述換熱管穿過該空間與換熱片緊密接觸。
12.根據權利要求10或11所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，其特徵在於，所述 多個換熱片平行排列，所述換熱管多次往返地依次穿過多個平行排列的換熱片，形成平 行的多行和多列的換熱管陣列；或者所述多個換熱片平行排列，所述換熱管為多個，多個換熱管依次穿過多個平行排列 的換熱片，形成平行的多行和多列的換熱管陣列。
13.根據權利要求12所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，其特徵在於，平行的多行或多列換熱管中相鄰的兩行或兩列換熱管的距離為5-25釐米。
專利摘要一種煙氣選擇性催化還原脫硝設備，該設備包括由包牆過熱器圍成的煙道，沿煙氣流動方向，煙道內依次設置有脫硝劑供給裝置和省煤器，該設備還包括催化反應器，煙道內還設置有位於脫硝劑供給裝置和催化反應器之間的擾動裝置，煙道包括第一垂直段、第二垂直段和水平段，水平段的兩端分別與第一垂直段和第二垂直段的上部連通，省煤器位於第二垂直段內，包牆過熱器的集箱位於第二垂直段的底部，第二垂直段和水平段之間設置有擋板，包牆過熱器集箱到省煤器頂部的距離為包牆過熱器集箱到擋板頂部的距離的85-100％；催化反應器與第二垂直段的底部連通。該設備易於將脫硝劑與煙氣混合均勻，為催化劑床層預留出更大的空間，不會對催化劑床層產生破壞。
文檔編號B01D53/56GK201807297SQ20102025969
公開日2011年4月27日 申請日期2010年7月13日 優先權日2010年5月21日
發明者周國民, 唐建城, 李振忠, 王松峰, 趙海軍 申請人:中國神華能源股份有限公司, 北京國華電力有限責任公司, 神華國華國際電力股份有限公司北京熱電分公司