專利名稱：一種煙氣脫硝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煙氣脫硝方法。
背景技術(shù)：
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(chǎn)生。由 于煙氣中通常含有大量的氮氧化物NOx如N0，這些氮氧化物如果直接排放到大氣中，會(huì)導(dǎo)致 腐蝕性很強(qiáng)的酸雨，因此煙氣在排放之前必須經(jīng)過脫氮(即脫硝)處理。目前，運(yùn)用比較成熟的煙氣脫硝技術(shù)主要有兩種選擇性催化還原(SCR)工藝和 選擇性非催化還原脫硝(SNCR)工藝。SNCR工藝一般在800-1300°C鍋爐的爐膛內(nèi)噴入脫硝 劑，將脫硝劑(尿素或者氨)與煙氣接觸，使脫硝劑與煙氣中的NOx進(jìn)行選擇性還原反應(yīng)生 成氮?dú)?N2)和水蒸氣(H2O),并排出與脫硝劑接觸后的煙氣。SNCR工藝存在的問題是脫硝 的效率低，一般SNCR脫硝技術(shù)的脫硝效率在40%以下。SCR工藝則是在煙道內(nèi)設(shè)置催化劑床層，在280_420°C溫度下，在催化劑存在的 條件下進(jìn)行催化選擇性還原反應(yīng)。SCR工藝的脫硝效率較SNCR相對(duì)較高，一般可達(dá)到 50-60%。而且，盡管SCR脫硝效果較SNCR工藝的好，但如上所述，SCR的脫硝率也僅為60% 以下，有待進(jìn)一步提高。雖然通過進(jìn)一步提高催化劑床層的厚度能夠稍微提高SCR的脫硝 率，但由于催化劑比較昂貴，會(huì)導(dǎo)致成本大幅提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中SNCR工藝和SCR工藝存在的脫硝率較低的 缺點(diǎn)，提供一種脫硝率較高的煙氣脫硝方法。為了有效提高脫硝率，本發(fā)明的發(fā)明人試圖通過在煙氣的非催化還原脫硝區(qū)增大 脫硝劑的供給量，并在位于非催化還原脫硝區(qū)之后的煙道尾部增加一個(gè)催化劑床層，使非 催化脫硝后的煙氣直接進(jìn)行選擇性催化還原脫硝，然而卻意外地發(fā)現(xiàn)，隨著煙道內(nèi)非催化 脫硝區(qū)脫硝劑供給量的明顯增加，煙氣中的氮氧化物NOx的量不但沒有降低，反而較脫硝劑 在上述范圍內(nèi)時(shí)有所上升，這可能是因?yàn)榘北谎趸闪?N0X。另外，本發(fā)明的發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)， 由于尾部煙道的容積較大，同時(shí)受鍋爐本身結(jié)構(gòu)和位置的限制，脫硝劑的送入位置非常受 限，因而進(jìn)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(duì)于 SCR系統(tǒng)的脫硝效率影響很大。如果進(jìn)入SCR催化劑的氨分布不均勻，對(duì)于氨濃度大的部位 將加速催化劑的失效，對(duì)于氨濃度小的部位又達(dá)不到設(shè)計(jì)的脫硝效率，并且氨分布不均將 必然造成局部氨逃逸量超標(biāo)。因此，使氨在尾部煙道的均勻分布也是提高SCR系統(tǒng)脫硝效 率的關(guān)鍵之一所在。為了解決上述問題，本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了大量的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過在煙氣的 選擇性非催化還原反應(yīng)過程與煙氣的選擇性催化還原反應(yīng)過程區(qū)間對(duì)脫硝劑進(jìn)行補(bǔ)給并 對(duì)脫硝劑和煙氣進(jìn)行擾動(dòng)，可以有效解決煙氣中NOx含量較高的問題，實(shí)現(xiàn)真正意義上的充
3分煙氣脫硝。本發(fā)明提供了一種煙氣脫硝方法，其中，該方法包括在煙氣選擇性非催化還原條 件下，將煙氣與脫硝劑接觸，得到第一混合物，向第一混合物中分別補(bǔ)入脫硝劑和注入擾動(dòng) 介質(zhì)，得到第二混合物，在煙氣選擇性催化還原條件下，將第二混合物與催化劑接觸。按照本發(fā)明的煙氣脫硝方法，在煙氣選擇性非催化還原條件下，將煙氣與脫硝劑 接觸屬于SNCR過程，在煙氣選擇性催化還原條件下，將第二混合物與催化劑接觸屬于SCR 過程，通過在煙氣的SNCR過程和SCR過程區(qū)間補(bǔ)入脫硝劑和注入擾動(dòng)介質(zhì)，真正實(shí)現(xiàn)了煙 氣的SNCR和SCR聯(lián)合脫硝，從而在保證脫硝效率的情況下，減少了催化劑的用量，降低了 成本。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過分析，認(rèn)為能夠?qū)崿F(xiàn)如此顯著的效果的機(jī)理可能是在煙氣的 SNCR過程和SCR過程區(qū)間補(bǔ)入脫硝劑，補(bǔ)入的脫硝劑能夠起到抑制SNCR過程中NOx還原反 應(yīng)的逆向反應(yīng)，有效降低進(jìn)入SCR過程區(qū)域的煙氣中NOx含量，從而能夠減少SCR過程中催 化劑的用量，另一方面補(bǔ)入的脫硝劑能夠與煙氣一起進(jìn)入SCR反應(yīng)區(qū)，在催化劑的作用下 進(jìn)行脫硝反應(yīng)，進(jìn)一步提高SCR過程脫硝效率；通過注入擾動(dòng)介質(zhì)，使得脫硝劑在進(jìn)行SCR 反應(yīng)時(shí)均勻分布，從而既避免了局部氨濃度過大導(dǎo)致的催化劑快速失效的問題，也避免了 局部氨濃度過小不能實(shí)現(xiàn)充分脫硝的問題，而且還避免了由于脫硝劑分布不均造成氨逃逸 量超標(biāo)的問題。


圖1為本發(fā)明提供的煙氣脫硝方法的一種實(shí)施方式所用煙氣脫硝設(shè)備的結(jié)構(gòu)示 意圖；圖2為顯示本發(fā)明提供的煙氣脫硝方法的一種實(shí)施方式所用煙氣脫硝設(shè)備中擾 動(dòng)裝置位置的局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為顯示本發(fā)明提供的煙氣脫硝方法的一種實(shí)施方式所用煙氣脫硝設(shè)備中擾 動(dòng)裝置為管狀物時(shí)，管狀物位于煙道中的端口的朝向Y與煙氣流動(dòng)方向X的夾角α的示意 圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明提供的煙氣脫硝方法，該方法包括在煙氣選擇性非催化還原條件下， 將煙氣與脫硝劑接觸，得到第一混合物，向第一混合物中分別補(bǔ)入脫硝劑和注入擾動(dòng)介質(zhì)， 得到第二混合物，在煙氣選擇性催化還原條件下，將第二混合物與催化劑接觸。根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中，向第一混合物中分別補(bǔ)入脫硝劑和注入擾動(dòng)介質(zhì) 的前后順序沒有特別的要求，只要保證擾動(dòng)的程度使得煙氣和脫硝劑混合均勻即可，可以 根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)選擇。在優(yōu)選的情況下，先向第一混合物中補(bǔ)入脫硝劑，然后，再注 入擾動(dòng)介質(zhì)，對(duì)補(bǔ)入的脫硝劑和第一混合物進(jìn)行擾動(dòng)，這樣，通過補(bǔ)入脫硝劑后再注入擾動(dòng) 介質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)脫硝劑與煙氣更加充分地混合均勻。所述擾動(dòng)介質(zhì)可以是各種能夠通過輸送管噴出的介質(zhì)，只要不對(duì)煙氣與脫硝劑之 間的脫硝反應(yīng)產(chǎn)生不利影響即可。為了保證與催化劑接觸前的第二混合物混合均勻，防止現(xiàn)有技術(shù)中由于脫硝劑 局部濃度過大或過小導(dǎo)致的催化劑中毒和氨逃逸現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)減輕對(duì)下述煙道的損傷，優(yōu)選情況下，所述擾動(dòng)介質(zhì)的壓力為0. 3-5兆帕，更優(yōu)選為1-2兆帕，更進(jìn)一步優(yōu)選為 1. 4-1. 6兆帕；所述擾動(dòng)介質(zhì)與所述第一混合物的體積流量比為0. 001-0. 1 1，更優(yōu)選為 0. 004-0. 04 1 ；流速比為10-250 1，更優(yōu)選為10-230 1，更優(yōu)選為10-50 1，更進(jìn) 一步優(yōu)選為20-30 1;擾動(dòng)介質(zhì)在脫硝劑和煙氣的混合物與催化劑接觸前的至少0.1秒 鐘注入，更優(yōu)選在在脫硝劑和煙氣的混合物與催化劑接觸前的0. 5-5秒鐘注入。通過上述 壓力與流量和流速的配合，能夠保證第二混合物在與催化劑接觸前充分混合，從而徹底防 止現(xiàn)有技術(shù)中由于脫硝劑局部濃度過大或過小導(dǎo)致的催化劑中毒和氨逃逸現(xiàn)象的發(fā)生。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述擾動(dòng)介質(zhì)為不與煙氣和脫硝劑反應(yīng)的惰性介 質(zhì)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和成本核算確定，優(yōu)選是水蒸氣、空氣、氮?dú)夂驮刂芷诒碇械诹阕逶?中的一種或多種，從而不會(huì)因擾動(dòng)而給煙氣引入新的雜質(zhì)，脫硝后的煙氣能夠直接排放。根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，所述擾動(dòng)介質(zhì)為煙氣或者脫硝劑和煙氣的混合 物。所述作為擾動(dòng)介質(zhì)的煙氣可以是經(jīng)過脫硝處理或未經(jīng)脫硝處理的煙氣。當(dāng)使用未經(jīng)脫 硝處理的煙氣作為擾動(dòng)介質(zhì)時(shí)，一方面無需外界供給擾動(dòng)介質(zhì)，另一方面還能夠使未經(jīng)脫 硝處理的煙氣在起到擾動(dòng)作用后也能獲得脫硝效果。而且使用脫硝劑和煙氣的混合物時(shí)， 特別是使用所述第一混合物作為擾動(dòng)介質(zhì)時(shí)，擾動(dòng)介質(zhì)的通入還不會(huì)導(dǎo)致第二混合物中脫 硝劑濃度的大幅降低。因此本發(fā)明優(yōu)選擾動(dòng)介質(zhì)為未經(jīng)脫硝處理的煙氣或者脫硝劑和煙氣 的混合物，尤其優(yōu)選擾動(dòng)介質(zhì)為所述第一混合物。根據(jù)本發(fā)明提供的方法，在采用加熱后能夠產(chǎn)生氨的物質(zhì)作為補(bǔ)入的脫硝劑的情 況下，雖然只要將該加熱后能夠產(chǎn)生氨的物質(zhì)補(bǔ)入所述第一混合物中即可在與催化劑接觸 時(shí)發(fā)生選擇性催化還原脫硝反應(yīng)，但是，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)所述加熱后能夠產(chǎn)生氨的 物質(zhì)補(bǔ)入所述第一混合物中時(shí)，如果所述第一混合物的溫度比該加熱后能夠產(chǎn)生氨的物質(zhì) 的分解溫度高不足300°C，則該加熱后能夠產(chǎn)生氨的物質(zhì)補(bǔ)入所述第一混合物之后分解成 氨氣的速度較慢，從而使得該加熱后能夠產(chǎn)生氨的物質(zhì)得不到充分利用；而如果所述加熱 后能夠產(chǎn)生氨的物質(zhì)補(bǔ)入的時(shí)間至與催化劑接觸的時(shí)間間隔為小于4秒時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致該加 熱后能夠產(chǎn)生氨的物質(zhì)分解的氨氣與所述第一混合物混合不均勻。而且，本發(fā)明的發(fā)明人 意外地發(fā)現(xiàn)，在補(bǔ)入的脫硝劑為加熱后能夠產(chǎn)生氨的物質(zhì)的情況下，如果補(bǔ)入脫硝劑時(shí)第 一混合物的溫度比脫硝劑的分解溫度至少高300°C，補(bǔ)入脫硝劑的時(shí)間至與催化劑接觸的 時(shí)間間隔至少為4秒時(shí)，所述加熱后能夠產(chǎn)生氨的物質(zhì)能夠迅速分解成氨氣，并與所述第 一混合物均勻混合，而且，在這種情況下，與采用氨水作為補(bǔ)入的脫硝劑的情況相比，可以 大大提高脫硝率。優(yōu)選情況下，在補(bǔ)入的脫硝劑為加熱后能夠產(chǎn)生氨的物質(zhì)時(shí)，補(bǔ)入脫硝劑 時(shí)第一混合物的溫度比脫硝劑的分解溫度至少高600°C，補(bǔ)入脫硝劑的時(shí)間至與催化劑接 觸的時(shí)間間隔為4-20秒。在進(jìn)一步優(yōu)選情況下，補(bǔ)入脫硝劑時(shí)非催化還原脫硝反應(yīng)產(chǎn)物的 溫度低于在選擇性非催化還原反應(yīng)條件下煙氣與脫硝劑接觸的溫度，也即低于950°C。補(bǔ)入的脫硝劑的量以滿足SCR反應(yīng)的要求，優(yōu)選情況下，補(bǔ)入脫硝劑使得所述第 二混合物中以氮元素計(jì)，脫硝劑中氮與煙氣中NOx的氮(以NO計(jì))的摩爾比(簡(jiǎn)稱氨氮摩 爾比)為 0. 5-1. 1:1。本發(fā)明主要涉及在煙氣的SNCR過程和SCR過程區(qū)間補(bǔ)入脫硝劑和注入擾動(dòng)介質(zhì)， 因此對(duì)煙氣和脫硝劑之間的選擇性非催化還原反應(yīng)和選擇性催化還原反應(yīng)的具體條件和 脫硝劑的種類沒有特別限定，可以是本領(lǐng)域已知的選擇性非催化還原反應(yīng)條件和選擇性催
5化還原反應(yīng)應(yīng)條件和脫硝劑種類。例如，所述脫硝劑可以為氨或者各種加熱后能夠產(chǎn)生氨 的物質(zhì)，但優(yōu)選情況下，如上所述，補(bǔ)入的脫硝劑為尿素溶液。另外，在煙氣選擇性非催化還 原條件下與煙氣接觸的脫硝劑與向第一混合物中補(bǔ)入的脫硝劑可以相同或不同，例如可以 為尿素或氨。上述脫硝劑優(yōu)選以其水溶液的形式使用，所述溶液的濃度已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所 公知，可以為脫硝劑所能達(dá)到的各種濃度。為了降低脫硝劑的用量，優(yōu)選所述脫硝劑以其飽 和溶液的形式使用。根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中，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(yīng)，使氮氧化物NOx轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾拇呋瘎瑑?yōu)選為金屬氧化物催化劑。例如，所述金屬氧化物可以是V2O5、Fe203、Cu0、Cr2O3、Co304、Ni0、CeO2、La2O3、Pr6O11、 Nd203、Gd203、Yb2O3中的一種或多種，優(yōu)選V205。進(jìn)一步優(yōu)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V205-W03/Ti02或V2O5-MoO3/ Ti02。由于SCR反應(yīng)中大量飛灰的存在，為防止堵塞、減少壓力損失、增加機(jī)械強(qiáng)度，優(yōu) 選將上述V2O5-WOZTiO2或V2O5-M0OZTiO2催化劑固定在不銹鋼板表面或制成蜂窩陶瓷狀， 形成不銹鋼波紋板式和蜂窩陶瓷的結(jié)構(gòu)形式，即本發(fā)明優(yōu)選所述催化劑為催化劑床層形 式。上述催化劑可以商購(gòu)得到，例如可以購(gòu)自日本觸媒化成、日立公司、德國(guó)雅佶隆公司以 及美國(guó)的Cormetech公司。根據(jù)本發(fā)明提供的煙氣脫硝方法，其中，煙氣選擇性非催化還原脫硝的條件包 括煙氣與脫硝劑接觸的溫度可以為800-1300°C，優(yōu)選為800-1100°C ；接觸的時(shí)間優(yōu)選為 0. 1-2秒，更優(yōu)選為0. 5-1秒；以氮元素計(jì)，脫硝劑中氮與煙氣中NOx的氮(以NO計(jì))的摩 爾比(簡(jiǎn)稱氨氮摩爾比)可以為0.3-1. 5 1，優(yōu)選為0.3-1. 1 1。根據(jù)本發(fā)明提供的煙氣脫硝方法，其中，以氮元素計(jì)，第二混合物中的脫硝劑中氮 與煙氣中NOx的氮(以NO計(jì))的摩爾比(簡(jiǎn)稱氨氮摩爾比)可以為0.5-1. 1 1，優(yōu)選為 0.7-1 1。當(dāng)所述擾動(dòng)介質(zhì)為如上所述的煙氣或者含脫硝劑和煙氣的混合物如第一混合 物時(shí)，此處脫硝劑的氨與煙氣中NOxW摩爾比(氨氮摩爾比)相應(yīng)包括擾動(dòng)介質(zhì)中的脫硝 劑的氨以及NOx。根據(jù)本發(fā)明提供的煙氣脫硝方法，其中，煙氣選擇性催化還原脫硝的條件包括第 二混合物與催化劑接觸的溫度可以為280-420°C，優(yōu)選為300-400°C ；煙氣的體積空速可以 為200-20000小時(shí)勺，優(yōu)選為1000-10000小時(shí)人本發(fā)明中，所述煙氣可以是各種氮氧化物含量需要降低的煙氣，例如可以是未經(jīng) 任何處理的來電廠鍋爐的煙氣或來自煉鋼鍋爐的煙氣。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一種實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，本發(fā)明提供的煙氣脫硝方法可以采用如圖1所示的 煙氣脫硝設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。如圖1所示，所述煙氣脫硝設(shè)備包括煙道1以及沿?zé)煔獾牧飨蛞来卧O(shè)置在該煙道1 內(nèi)的脫硝劑供給裝置2和催化劑床層5，以及脫硝劑補(bǔ)給裝置3和擾動(dòng)裝置4，所述脫硝劑 補(bǔ)給裝置3和擾動(dòng)裝置4依次設(shè)置在脫硝劑供給裝置2和催化劑床層5之間的煙道1內(nèi)。 所述脫硝劑供給裝置2用于向所述煙道1內(nèi)提供脫硝劑以與煙氣接觸，從而發(fā)生選擇性非催化還原反應(yīng)；所述脫硝劑補(bǔ)給裝置3用于向煙氣與脫硝劑在選擇性非催化還原條件下接 觸后得到的第一混合物中補(bǔ)入脫硝劑，并通過擾動(dòng)裝置4向煙道1中注入擾動(dòng)介質(zhì)，使脫硝 劑和煙氣在擾動(dòng)介質(zhì)的擾動(dòng)下均勻混合，之后經(jīng)過催化劑床層5，進(jìn)行煙氣的選擇性催化還 原反應(yīng)，得到脫硝后的煙氣。所述煙道1的橫截面可以為圓形、橢圓形、矩形、正方形或者各種不規(guī)則形狀，煙 道1本身可以是直行的，也可以是彎形的，根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述煙道包括第一 垂直段a、第二垂直段c和位于該兩個(gè)垂直段之間的一個(gè)水平段b，所述水平段b的兩端各 自與第一垂直段a、第二垂直段c的頂部連通。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述脫硝劑供給裝置2和脫硝劑補(bǔ)給裝置3位于第 一垂直段a內(nèi)，所述催化劑床層5位于第二垂直段c內(nèi)。優(yōu)選情況下，脫硝劑供給裝置2 到該脫硝劑供給裝置2所在垂直段的底部的距離A、脫硝劑供給裝置2到所述脫硝劑補(bǔ)給 裝置3的距離B、該脫硝劑補(bǔ)給裝置3所在垂直段的底部到頂部的距離C之間優(yōu)選滿足 A B C = 10-25 5-15 30，更優(yōu)選 A !BiC= 15-23 5-13 30。此時(shí)所述脫 硝劑補(bǔ)給裝置3供給的脫硝劑進(jìn)入所述煙道的位置對(duì)應(yīng)于使用時(shí)所述煙道的溫度為800°C 左右的區(qū)域，有利于脫硝劑為尿素時(shí)，使尿素分解為氨。通常情況下，相對(duì)于煙道的第一垂 直段a的高度為30米、寬度10米、深度10米時(shí)，所述脫硝劑補(bǔ)給裝置3位于所述第一垂直 段a的23-28米的位置，所述脫硝劑供給裝置2位于所述第一垂直段a的15-23米的位置。根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，所述脫硝劑供給裝置2位于第一垂直段a內(nèi)，脫硝 劑補(bǔ)給裝置3位于水平段b內(nèi)，催化劑床層5位于第二垂直段c內(nèi)。該實(shí)施方式適用于脫 硝劑補(bǔ)給裝置3補(bǔ)給的脫硝劑為氨水的情況。根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，所述煙氣脫硝設(shè)備還包括脫硝劑源(未示出)，為 脫硝劑供給裝置2和脫硝劑補(bǔ)給裝置3提供脫硝劑。所述脫硝劑源例如可以是脫硝劑儲(chǔ)罐 或泵。所述脫硝劑供給裝置2和脫硝劑補(bǔ)給裝置3的一端端口與脫硝劑源連通，另一端端 口則穿過所述煙道1的壁而伸入所述煙道1內(nèi)。脫硝劑供給裝置2和脫硝劑補(bǔ)給裝置3可 以共用一個(gè)脫硝劑源，也可以各自與不同的脫硝劑源連通，由不同的脫硝劑源提供脫硝劑。在所述煙氣脫硝設(shè)備中，盡管各種能夠用來提供脫硝劑的裝置均可作所述脫硝劑 供給裝置2和所述脫硝劑補(bǔ)給裝置3，但優(yōu)選情況下，所述脫硝劑供給裝置2和所述脫硝劑 補(bǔ)給裝置3各自為管道，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。脫硝劑通過該開口進(jìn)入煙道內(nèi)。所述管道優(yōu)選為多根，例如可以為3-10根。進(jìn)一 步優(yōu)選情況下，所述多根管道沿?zé)煹?的軸向或周向排列。更優(yōu)選的情況下，所述多根管道 沿?zé)煹?的軸向排列并沿?zé)煹?的徑向均勻分布。每根伸入煙道1中的管道上的開口可以 為多個(gè)，如2-20個(gè)。優(yōu)選每根伸入煙道1中的管道上的多個(gè)開口沿所述管道的軸向分布。 為了使所述脫硝劑與煙氣的接觸更加充分，所述開口的方向與煙道1中煙氣流動(dòng)的方向相 反，從而煙氣與來自所述脫硝劑供給裝置2和脫硝劑補(bǔ)給裝置3的所述脫硝劑非同向接觸， 能夠更好的獲得脫硝效果。在本發(fā)明中，所述開口的方向與煙道1中煙氣流動(dòng)的方向相反 并非絕對(duì)相反，包括所述開口的方向朝下、朝向水平或者向下傾斜1-15°的情況。所述煙道 的橫截面積與所述脫硝劑供給裝置2的開口的總面積之比可以為5000-50000 1，優(yōu)選為 20000-30000 1。所述煙道的橫截面積與所述脫硝劑補(bǔ)給裝置3的開口的總面積之比為 5000-50000 1，優(yōu)選為 20000-30000 1。
優(yōu)選情況，如圖2所示，所述擾動(dòng)裝置4為管狀物，該管狀物穿過煙道1的壁，一端 端口位于煙道1中。進(jìn)一步優(yōu)選情況下，為了更好的獲得擾動(dòng)效果，如圖3所示，管狀物位 于煙道1中的端口的朝向Y與煙氣流動(dòng)方向X的夾角α為70-90°角。為了使得在第一混合物中分別補(bǔ)入脫硝劑和注入擾動(dòng)介質(zhì)后得到的第二混合物 進(jìn)入催化劑床層5之前充分混合均勻，優(yōu)選情況下，所述管狀物位于煙道1中的端口與所述 催化劑床層5之間的路程為所述催化劑床層5厚度的5-10倍。其中，所述管狀物位于煙道 1中的端口與所述催化劑床層5之間的路程指在煙氣選擇性催化還原脫硝反應(yīng)過程中，煙 氣從所述管狀物位于煙道1中的端口行進(jìn)至催化劑床層5的表面實(shí)際走過的距離。所述管狀物可以為一個(gè)或多個(gè)，優(yōu)選為3-10個(gè)。進(jìn)一步優(yōu)選所述多個(gè)管狀物沿?zé)?道1的徑向或周向分布。綜合考慮擾動(dòng)效果和對(duì)擾動(dòng)裝置的設(shè)備要求，本發(fā)明優(yōu)選所述煙道1的橫截面積 與所述管狀物的位于煙道1中的端口的總面積之比為5000-50000 1。進(jìn)一步優(yōu)選所述煙 道1的橫截面積與所述管狀物的位于煙道1中的端口的總面積之比為20000-30000 1。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，該設(shè)備還包括擾動(dòng)介質(zhì)提供裝置(未示出)，擾動(dòng)介 質(zhì)提供裝置為擾動(dòng)裝置4提供擾動(dòng)介質(zhì)。所述擾動(dòng)介質(zhì)提供裝置可以是各種能夠提供擾動(dòng) 介質(zhì)的裝置，如鋼瓶或泵。所述擾動(dòng)裝置4的一端端口與擾動(dòng)介質(zhì)提供裝置連通，另一端端 口則穿過所述煙道1的壁而伸入所述煙道內(nèi)。在所述煙氣脫硝設(shè)備中，所述催化劑床層5為由催化劑形成的催化劑床，所述催 化劑床層5的厚度沒有特別的限定，優(yōu)選情況下，所述催化劑床層5的厚度可以為1. 5-2米。為了充分利用煙氣中的熱，優(yōu)選情況下，所述煙道1尤其是所述煙道1的脫硝劑供 給裝置2所在的第一垂直段a、水平段b以及催化劑床層5所在第二垂直段c的催化劑床 層5以上(以煙氣流向?yàn)闇?zhǔn))的部分由金屬管圍成。所述金屬管例如可以是碳鋼管、不銹 鋼管、銅管、鈦管或者各種金屬合金管等。下面的實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。以下實(shí)施例中，煙氣中NOx的含量采 用北京宏昌信科技有限公司銷售的在線紅外煙氣分析儀，產(chǎn)品型號(hào)為Gasboard-3000。實(shí)施例1該實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的所述煙氣脫硝方法。采用圖1所示的煙氣脫硝設(shè)備實(shí)施煙氣脫硝，該煙氣脫硝設(shè)備包括煙道1以及依 次設(shè)置在煙道1內(nèi)的脫硝劑供給裝置2、脫硝劑補(bǔ)給裝置3、擾動(dòng)裝置4和催化劑床層5，其 中煙道由直徑為60毫米的20G碳鋼管圍成，煙道的截面為10米X 6米的矩形，20G碳鋼管 內(nèi)裝電站鍋爐用除鹽水。所述煙道具有第一垂直段a、水平段b和第二垂直段c，所述水平段 b的兩端分別與第一垂直段a和第二垂直段c的上部的連通，所述第一垂直段a的高度為30 米，水平段的寬度為8米，第二垂直段的高度為22米。所述脫硝劑供給裝置2到所述第一垂 直段a的底部的最小距離A、所述脫硝劑供給裝置2到所述脫硝劑補(bǔ)給裝置3的最小距離B 和所述脫硝劑補(bǔ)給裝置3到所述第一垂直段5的頂部的最小距離C的比例為15 5 30。 所述脫硝劑供給裝置2為7根噴射管，噴射管的一端伸入煙道內(nèi)，另一端與脫硝劑源(濃度 為39重量％的尿素水溶液)連通；所述脫硝劑補(bǔ)給裝置3為3根噴射管，噴射管的一端伸 入煙道內(nèi)，另一端與脫硝劑源(濃度為39重量％的尿素水溶液)連通。擾動(dòng)裝置4位于距離第二垂直段的最小距離為6米處，包括5根直徑為50毫米的管狀物，5根管狀物沿?zé)煹? 的周向均勻排列成一排，所述管狀物的一端與1. 5MPa的蒸汽源連接，另一端伸入煙道1內(nèi)， 管狀物的出口方向與煙氣流向垂直。催化劑床層5的厚度為1. 8米，催化劑床層5的上表 面距離第二垂直段的頂部8米，催化劑床層5由雅佶隆陶瓷產(chǎn)品貿(mào)易(上海)有限公司銷 售的(生產(chǎn)商Johnson Matthey Catalysts (Germany)) GmbH 二氧化鈦基 SCR 板式催化劑 形成。通過脫硝劑供給裝置2將濃度為39重量％的尿素水溶液送入煙道內(nèi)，與溫度為 900°C、流量為70萬立方米/小時(shí)的來自電廠鍋爐的煙氣(氮氧化物的含量為350mg/Nm3) 混合，使尿素水溶液與煙氣中的氮氧化物的氨氮摩爾比為1 1，煙氣與該尿素水溶液接觸 的時(shí)間為1. 1秒鐘。并通過脫硝劑補(bǔ)給裝置3向上述接觸后產(chǎn)生的第一混合物中補(bǔ)入濃度 為39重量％的尿素水溶液(此時(shí)，上述第一混合物的溫度為850°C )，使該混合物中的氨氮 摩爾比為0.8 1。再由上述作為擾動(dòng)裝置4的管狀物(各自與壓力為1.5兆帕的350°C 的水蒸氣罐相連通)將作為擾動(dòng)介質(zhì)的水蒸氣以4. 19噸/小時(shí)的量送入煙道中，得到第二 混合物。其中，每噸水蒸氣的體積為2871立方米，因此，通過計(jì)算可以得知擾動(dòng)介質(zhì)與所述 煙氣的體積流量比為0.017 1，流速比為105 1，煙氣通過催化劑床層5的體積空速為 6482小時(shí)、擾動(dòng)介質(zhì)在第二混合物與催化劑接觸前的4. 32秒鐘注入。測(cè)得脫硝后的煙氣 中NOx的含量為45mg/Nm3，NOx的轉(zhuǎn)化率為87. 1重量％。對(duì)比例1按照實(shí)施例1的方法實(shí)施煙氣脫硝，不同的是，通過脫硝劑供給裝置2送入煙道1 內(nèi)的39重量％的尿素水溶液的量為實(shí)施例1中通過脫硝劑供給裝置2和脫硝劑補(bǔ)給裝置3 送入煙道1中的尿素水溶液的總量，且不通過脫硝劑補(bǔ)給裝置3向煙道1中輸送尿素水溶 液。最后測(cè)得脫硝后的煙氣中NOx的含量為200mg/Nm3，NOx的轉(zhuǎn)化率為42. 9重量％。對(duì)比例2按照實(shí)施例1的方法實(shí)施煙氣脫硝，不同的是，不通過擾動(dòng)裝置4向煙道1中送入 水蒸氣。測(cè)得脫硝后的煙氣中NOx的含量為180mg/Nm3，NOx的轉(zhuǎn)化率為48. 6重量％。實(shí)施例2該實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的所述煙氣脫硝方法。采用與實(shí)施例1相同的煙氣脫硝設(shè)備實(shí)施煙氣脫硝，具體地，通過脫硝劑供給裝 置2將濃度為39重量％的尿素水溶液送入煙道內(nèi)，與溫度為1000°C、流量為77. 8萬立方米 /小時(shí)的來自電廠鍋爐的煙氣(氮氧化物的含量為350mg/Nm3)混合，使尿素水溶液與煙氣 中的氮氧化物的氨氮摩爾比為0.3 1，煙氣與該尿素水溶液接觸的時(shí)間為1.2秒鐘。并通 過脫硝劑補(bǔ)給裝置3向上述接觸后產(chǎn)生的第一混合物中補(bǔ)入濃度為39重量％的尿素水溶 液(此時(shí)，上述第一混合物的溫度為850°C)，使該混合物中的氨氮摩爾比為1 1。再由上 述作為擾動(dòng)裝置4的管狀物(各自與壓力為1. 5兆帕的350°C的水蒸氣罐相連通)將作為擾 動(dòng)介質(zhì)的水蒸氣以5噸/小時(shí)的量送入煙道中，得到第二混合物。其中，每噸水蒸氣的體積 為2871立方米，因此，通過計(jì)算可以得知擾動(dòng)介質(zhì)與所述煙氣的體積流量比為0.018 1， 流速比為113 1，煙氣通過催化劑床層5的體積空速為7204小時(shí)-1，擾動(dòng)介質(zhì)在脫硝劑和 煙氣的混合物與催化劑接觸前的3. 89秒鐘注入。測(cè)得脫硝后的煙氣中NOx的含量為50mg/ Nm3, NOx的轉(zhuǎn)化率為85. 7重量％。
實(shí)施例3該實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的所述煙氣脫硝方法。采用與實(shí)施例1相同的煙氣脫硝設(shè)備實(shí)施煙氣脫硝，具體地，通過脫硝劑供給裝 置2將濃度為39重量％的尿素水溶液送入煙道內(nèi)，與溫度為1100°C、流量為60萬立方米 /小時(shí)的來自電廠鍋爐的煙氣(氮氧化物的含量為350mg/Nm3)混合，使尿素水溶液與煙氣 中的氮氧化物的氨氮摩爾比為0.8 1，煙氣與該尿素水溶液接觸的時(shí)間為0.5秒鐘。并 通過脫硝劑補(bǔ)給裝置3向上述接觸后產(chǎn)生的混合物中補(bǔ)入濃度為39重量％的尿素水溶 液(此時(shí)，上述接觸后產(chǎn)生的第一混合物的溫度為800°C )，使該混合物中的氨氮摩爾比為 0.7 1。再由上述作為擾動(dòng)裝置4的管狀物(各自與壓力為1.5兆帕的350°C的水蒸氣罐 相連通)將作為擾動(dòng)介質(zhì)的水蒸氣以7噸/小時(shí)的量送入煙道中的上述煙氣和脫硝劑的混 合物中。其中，每噸水蒸氣的體積為2871立方米，因此，通過計(jì)算可以得知擾動(dòng)介質(zhì)與所述 煙氣的體積流量比為0.033 1，流速比為205 1，煙氣通過催化劑床層5的體積空速為 5556小時(shí)、擾動(dòng)介質(zhì)在脫硝劑和煙氣的混合物與催化劑接觸前的5. 03秒鐘注入。測(cè)得脫 硝后的煙氣中NOx的含量為45mg/Nm3，NOx的轉(zhuǎn)化率為91. 8重量％。實(shí)施例4該實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的所述煙氣脫硝方法。采用與實(shí)施例1相同的煙氣脫硝設(shè)備實(shí)施煙氣脫硝，不同的是，調(diào)整脫硝劑補(bǔ)給 裝置3的開口在煙道1內(nèi)的位置，使脫硝劑補(bǔ)給裝置3在水平段b內(nèi)距離第一垂直段a與 水平段b相鄰位置5米處將濃度為39重量％的尿素水溶液送入煙道內(nèi)(此時(shí)，上述接觸后 產(chǎn)生的混合物的溫度為700°C)，使該混合物中的氨氮摩爾比為0.8 1。該補(bǔ)入了尿素的 混合物在約3. 4秒后溫度降至約400°C，并在該溫度下以64821Γ1的體積空速通過催化劑床 層5。測(cè)得脫硝后的煙氣中NOx的含量為100mg/Nm3，NOx的轉(zhuǎn)化率為71. 4重量％。
10
權(quán)利要求
一種煙氣脫硝方法，其特征在于，該方法包括在煙氣選擇性非催化還原條件下，將煙氣與脫硝劑接觸，得到第一混合物，向第一混合物中分別補(bǔ)入脫硝劑和注入擾動(dòng)介質(zhì)，得到第二混合物，在煙氣選擇性催化還原條件下，將第二混合物與催化劑接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，先向第一混合物中補(bǔ)入脫硝劑，然后，再注入擾 動(dòng)介質(zhì)，對(duì)補(bǔ)入的脫硝劑和第一混合物進(jìn)行擾動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述擾動(dòng)介質(zhì)的壓力為0.3-5兆帕，所述擾動(dòng)介 質(zhì)與所述第一混合物的體積流量比為0.001-0. 1 1，流速比為10-250 1，擾動(dòng)介質(zhì)在第 二混合物與催化劑接觸前的至少0. 1秒鐘注入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述擾動(dòng)介質(zhì)為不與脫硝劑和煙 氣反應(yīng)的惰性介質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述擾動(dòng)介質(zhì)為水蒸氣、空氣和氮?dú)庵械囊环N或 多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述擾動(dòng)介質(zhì)為煙氣或者所述第一混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述脫硝劑為氨或者加熱后能夠產(chǎn)生氨的物質(zhì)， 并且補(bǔ)入脫硝劑時(shí)第一混合物的溫度比脫硝劑的分解溫度至少高300°C，補(bǔ)入脫硝劑的時(shí) 間至與催化劑接觸的時(shí)間間隔至少為4秒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的方法，其中，補(bǔ)入的脫硝劑的量使得第二混合物中的脫硝 劑和煙氣中的NOxW氨氮摩爾比為0.5-1. 1 1。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述煙氣選擇性非催化還原脫硝的條件包括煙 氣與脫硝劑接觸的溫度為950-1300°C，接觸的時(shí)間為0. 1-2秒，脫硝劑與煙氣中的NOx的氨 氮摩爾比為0.3-1. 5 1。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述煙氣選擇性催化還原脫硝的條件包括第 二混合物與催化劑接觸的溫度為280-420°C，煙氣的體積空速為200-20000小時(shí)人
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述催化劑為含有金屬氧化物的板式催化劑 或蜂窩狀催化劑，所述金屬氧化物為 V205、Fe203、CuO, Cr2O3> Co3O4, NiO、CeO2, La2O3, Pr6O11, Nd2O3, Gd2O3, Yb2O3中的一種或多種，以催化劑的總量為基準(zhǔn)，所述金屬氧化物的含量為1-5 重量％。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種煙氣脫硝方法，其中，該方法包括在煙氣選擇性非催化還原條件下，將煙氣與脫硝劑接觸，得到第一混合物，向第一混合物中分別補(bǔ)入脫硝劑和注入擾動(dòng)介質(zhì)，得到第二混合物，在煙氣選擇性催化還原條件下，將第二混合物與催化劑接觸。本發(fā)明通過在煙氣的選擇性非催化還原反應(yīng)過程與煙氣的選擇性催化還原反應(yīng)過程區(qū)間對(duì)脫硝劑進(jìn)行補(bǔ)給并對(duì)脫硝劑和煙氣進(jìn)行擾動(dòng)，可以有效解決煙氣中NOx含量較高的問題，實(shí)現(xiàn)真正意義上的充分煙氣脫硝。
文檔編號(hào)B01D53/56GK101940878SQ201010229710
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者周國(guó)民, 唐建城, 李振忠, 王松峰, 趙海軍 申請(qǐng)人:中國(guó)神華能源股份有限公司;北京國(guó)華電力有限責(zé)任公司;神華國(guó)華國(guó)際電力股份有限公司北京熱電分公司