專利名稱：一種煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備。
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NO)，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。SCR和SNCR脫硝工藝的化學(xué)反應(yīng)原理都 是一樣的，都是將脫硝劑(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)。SNCR工藝一般在鍋爐的爐膛內(nèi)即燃燒 區(qū)(800-1250°C)進(jìn)行選擇性還原反應(yīng)。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)。SNCR和SCR各自有優(yōu)缺點(diǎn)，SNCR的優(yōu)點(diǎn)是不需要價(jià)格昂貴的催化劑床，缺點(diǎn) 是脫硝效果較差，脫硝率一般不超過40%。SCR的缺點(diǎn)則是需要使用價(jià)格昂貴的催化劑 床，而且需要有足夠的空間設(shè)置催化劑床，優(yōu)點(diǎn)則是脫硝效果較SNCR好，脫硝率一般 為60%以下。因此，如何高效地脫除煙氣中的氮氧化物仍然是一個(gè)亟待解決的技術(shù)問題。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有脫硝工藝存在的脫硝效率不高的問題，提供一 種能夠高效地脫除煙氣中的氮氧化物的煙氣脫硝設(shè)備。本實(shí)用新型的發(fā)明人發(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是提高SCR系統(tǒng)脫硝效率的關(guān)鍵所在。本實(shí)用新型提供了一種煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備，該設(shè)備包括煙道以及沿 煙氣流動(dòng)方向依次設(shè)置在煙道內(nèi)的脫硝劑供給裝置和催化劑床層，其中，該設(shè)備還包括 設(shè)置在煙道內(nèi)的擾動(dòng)裝置和聲波吹灰器，所述擾動(dòng)裝置位于所述脫硝劑供給裝置和催化 劑床層之間，所述聲波吹灰器位于所述催化劑床層與所述擾動(dòng)裝置之間，用于對(duì)所述催 化劑床層進(jìn)行吹掃。根據(jù)本實(shí)用新型的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備在所述催化劑床層與脫硝劑供 給裝置之間設(shè)置擾動(dòng)裝置，所述擾動(dòng)裝置用于對(duì)煙氣進(jìn)行擾動(dòng)，將煙氣與脫硝劑混合均 勻，從而既避免了局部氨濃度過大導(dǎo)致的局部催化劑床層失效加速和局部氨逃逸量超標(biāo)的問題，同時(shí)也避免了局部氨濃度過小導(dǎo)致的達(dá)不到設(shè)計(jì)的脫硝效率的問題。并且，根 據(jù)本實(shí)用新型的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備在擾動(dòng)裝置和催化劑床層之間設(shè)置聲波吹 灰器，可以避免煙氣中的灰分沉積在催化劑床層表面或者積聚在催化劑床層的空隙中， 從而可以防止由于積灰而導(dǎo)致催化劑失效。

圖1為根據(jù)本實(shí)用新型的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備的一種實(shí)施方式；圖2為本實(shí)用新型提供的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備中涉及擾動(dòng)裝置部分的 局部旋轉(zhuǎn)剖視圖；圖3為顯示本實(shí)用新型提供的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備中擾動(dòng)裝置的管狀 物的端口朝向的示意圖；圖4為顯示本實(shí)用新型提供的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備中聲波吹灰器的輻 射喇叭的開口方向與煙氣流動(dòng)方向的角度的示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)地描述。如圖1所示，根據(jù)本實(shí)用新型的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備，該設(shè)備包括煙 道1以及沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向依次設(shè)置在煙道1內(nèi)的脫硝劑供給裝置2和催化劑床層3，并 且，該設(shè)備還包括設(shè)置在煙道1內(nèi)的擾動(dòng)裝置4和聲波吹灰器5，所述擾動(dòng)裝置4位于所 述脫硝劑供給裝置2和催化劑床層3之間，所述聲波吹灰器5位于所述催化劑床層3與所 述擾動(dòng)裝置4之間，用于對(duì)所述催化劑床層進(jìn)行吹掃。盡管各種能夠?qū)崿F(xiàn)擾動(dòng)功能的擾動(dòng)裝置均可實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，例如，所 述擾動(dòng)裝置4可以為固定式均流裝置，如均流板。但由于這種固定式均流裝置需要通過 多次均流才能實(shí)現(xiàn)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(yōu)選情況，如圖2所示(圖2為本實(shí)用新型提供的煙氣選擇性催化還原脫 硝設(shè)備中涉及擾動(dòng)裝置部分的局部旋轉(zhuǎn)剖視圖，即將圖1所示的煙氣選擇性催化還原脫 硝設(shè)備從擾動(dòng)裝置3左側(cè)部分截取，并將截取部分旋轉(zhuǎn)90°后得到圖2)，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°。本實(shí)用新型中，所述擾動(dòng)裝置4只要設(shè)置在煙道1內(nèi)并位于所述脫硝劑供給裝置 2和催化劑床層3之間即可實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，但為了使得脫硝劑在進(jìn)入催化劑床層 3之前與煙氣充分混合均勻，優(yōu)選情況下，所述擾動(dòng)裝置4與所述催化劑床層3之間的距 離盡可能遠(yuǎn)，進(jìn)一步優(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3之 間的路程為所述催化劑床層3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3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4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 煙道1的徑向或周向分布。[0019]綜合考慮擾動(dòng)效果和對(duì)擾動(dòng)裝置的設(shè)備要求，本實(shí)用新型優(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)本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式，該設(shè)備還包括擾動(dòng)介質(zhì)提供裝置(圖1中未示 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，如高壓鋼瓶或泵。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1內(nèi)。根據(jù)本實(shí)用新型的第二種實(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?第零族元素中的一種或多種，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)本實(shí)用新型的第三種實(shí)施方式，所述擾動(dòng)介質(zhì)為煙氣或者含脫硝劑和煙氣 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。而使用含脫硝劑和 煙氣的混合物時(shí)，特別是是用氨氮摩爾比符合脫硝反應(yīng)的含脫硝劑和煙氣的混合物作為 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(shí)用新型優(yōu)選所述擾動(dòng)介質(zhì)為未經(jīng)脫硝處理的煙氣或者含脫硝劑和煙氣的混 合物，尤其優(yōu)選所述擾動(dòng)介質(zhì)為含脫硝劑和煙氣的混合物，更為優(yōu)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。根據(jù)本實(shí)用新型的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備還包括聲波吹灰器5，所述聲波 吹灰器5位于所述催化劑床層3與所述擾動(dòng)裝置4之間，用于對(duì)所述催化劑床層3進(jìn)行吹 掃，從而可以防止煙氣的灰分沉積在催化劑床層3的表面。所述聲波吹氣器5可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的各種類型的聲波吹灰器。所述 聲波吹灰器5的安裝位置可以根據(jù)催化劑床層3的位置而確定，只要所述聲波吹灰器5的 用于將聲波規(guī)整放大的輻射喇叭的下沿不與催化劑床層3的上表面接觸即可。優(yōu)選地， 如圖4所示，所述輻射喇叭的開口方向N與煙氣流動(dòng)方向M的角度β為80-90°，所述 輻射喇叭的下沿至所述催化劑床層的上表面的距離為5-50厘米。根據(jù)本實(shí)用新型的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備還包括壓縮氣體提供裝置(未 示出)，所述壓縮氣體提供裝置與所述聲波吹灰器5相連，為聲波吹灰器5提供壓縮氣 體。所述壓縮氣體提供裝置可以為各種能夠?yàn)槁暡ù祷移?提供壓縮氣體的裝置，例如 空氣壓縮機(jī)。由于本實(shí)用新型主要涉及在SCR裝置的催化劑床層3和脫硝劑供給裝置2之間 增加擾動(dòng)裝置4和聲波吹灰器5，而催化劑床層3和脫硝劑供給裝置2以及它們?cè)跓煹? 中的設(shè)置方式和位置沒有特別的要求，可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的催化劑床層和脫硝 劑供給裝置以及它們?cè)跓煹乐械脑O(shè)置方式和位置。例如，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)本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式，如圖1所示，所述煙道1沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向包括第一垂直段a、第二垂直段c和一個(gè)水 平段b，所述水平段b的兩端分別與第一垂直段a、第二垂直段c的上部連通，所述脫硝 劑供給裝置1位于第一垂直段a，所述催化劑床層3位于第二垂直段c內(nèi)，所述擾動(dòng)裝置 4位于水平段b或第一垂直段a內(nèi)。所述催化劑床層3可以根據(jù)所需達(dá)到的脫硝率進(jìn)行適當(dāng)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3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3的厚度也就越大。形成所述催化劑床層3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(yīng)，使氮氧化物NOxR化為氮?dú)獾拇呋瘎?，?yōu)選為金屬氧化物催化劑。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(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￥205-\￥03/^02或￥205_^/[003/^02。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￥205-\￥03/^丨02或￥205_^/[003/1102 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。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。本實(shí)用新型的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備使用時(shí)，通過脫硝劑供給裝置2將 脫硝劑送入煙道1內(nèi)，與煙氣在煙道1中混合，得到脫硝劑與煙氣的混合物，將擾動(dòng)介質(zhì) 由擾動(dòng)介質(zhì)提供裝置提供給擾動(dòng)裝置4，擾動(dòng)裝置4將擾動(dòng)介質(zhì)注入煙道1，對(duì)該脫硝劑 和煙氣的混合物進(jìn)行擾動(dòng)，從而使脫硝劑和煙氣混合均勻后通過催化劑床層3，進(jìn)行催化 脫硝，所述聲波吹灰器5發(fā)出聲波，對(duì)催化劑床層3進(jìn)行吹掃。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(yōu)選為 300-400°C,煙氣的體積空速可以為200-20000小時(shí)―1，優(yōu)選為1000-10000小時(shí)、以氮 元素計(jì)，脫硝劑中氮與煙氣中NOx(以NO計(jì))的氮的摩爾比(簡(jiǎn)稱氨氮摩爾比)可以為 0.5-1.1 1，優(yōu)選為 0.7-1 1。
權(quán)利要求1.一種煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備，該設(shè)備包括煙道以及沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向依次設(shè) 置在煙道內(nèi)的脫硝劑供給裝置和催化劑床層，其特征在于，該設(shè)備還包括設(shè)置在煙道內(nèi) 的擾動(dòng)裝置和聲波吹灰器，所述擾動(dòng)裝置位于所述脫硝劑供給裝置和催化劑床層之間， 所述聲波吹灰器位于所述催化劑床層與所述擾動(dòng)裝置之間，用于對(duì)所述催化劑床層進(jìn)行 吹掃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備，其特征在于，所述擾動(dòng)裝置 為管狀物，該管狀物穿過煙道的壁，一端端口位于煙道中，所述管狀物位于煙道中的端 口的朝向與煙氣流動(dòng)方向的角度為70-90°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備，其特征在于，所述管狀物位 于煙道中的端口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， 所述管狀物位于煙道中的端口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(yīng)過程中，煙氣從所述管狀物位于煙道中的端口行進(jìn)至催化劑床層的表面實(shí)際走過 的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備，其特征在于，所述管狀 物為多個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備，其特征在于，所述管狀物的 數(shù)量為3-10個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備，其特征在于，所述多個(gè)管狀 物沿?zé)煹赖膹较蚧蛑芟蚍植肌?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備，其特征在于，所述煙道的橫 截面積與所述管狀物的位于煙道中的端口的總面積之比為5000-50000 1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還 包括擾動(dòng)介質(zhì)提供裝置，擾動(dòng)介質(zhì)提供裝置為擾動(dòng)裝置提供擾動(dòng)介質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備，其特征在于，所述聲波吹灰 器包括輻射喇叭，所述輻射喇叭的開口方向與煙氣流動(dòng)方向的角度為80-90°，所述輻射 喇叭的下沿至所述催化劑床層的上表面的距離為5-50厘米。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包 括壓縮氣體提供裝置，該壓縮氣體提供裝置為聲波吹灰器提供壓縮氣體。
專利摘要一種煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備，該設(shè)備包括煙道以及沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向依次設(shè)置在煙道內(nèi)的脫硝劑供給裝置和催化劑床層，其中，該設(shè)備還包括設(shè)置在煙道內(nèi)的擾動(dòng)裝置和聲波吹灰器，所述擾動(dòng)裝置位于所述脫硝劑供給裝置和催化劑床層之間，所述聲波吹灰器位于所述催化劑床層與所述擾動(dòng)裝置之間，用于對(duì)所述催化劑床層進(jìn)行吹掃。所述擾動(dòng)裝置將煙氣與脫硝劑混合均勻，從而既避免了局部氨濃度過大導(dǎo)致的局部催化劑床層失效加速和局部氨逃逸量超標(biāo)的問題，同時(shí)也避免了局部氨濃度過小導(dǎo)致的達(dá)不到設(shè)計(jì)的脫硝效率的問題。所述聲波吹灰器避免了煙氣中的灰分沉積在催化劑床層表面或者積聚在催化劑床層的空隙中而導(dǎo)致的催化劑失效。
文檔編號(hào)B01D53/90GK201791474SQ20102025967
公開日2011年4月13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)明者周國民, 唐建城, 李振忠, 王松峰, 趙海軍 申請(qǐng)人:中國神華能源股份有限公司, 北京國華電力有限責(zé)任公司, 神華國華國際電力股份有限公司北京熱電分公司