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：
一種煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一種煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備。
技術(shù)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(chǎn)生。 由于煙氣中通常含有大量的氮氧化物NO1^BNO,這些氮氧化物如果直接排放到大氣中， 會導(dǎo)致腐蝕性很強的酸雨，因此煙氣在排放之前必須經(jīng)過脫氮(即脫硝)處理。[0003]目前運用比較成熟的煙氣脫硝技術(shù)之一為選擇性催化還原6CR)工藝，SCR 脫硝工藝的化學(xué)反應(yīng)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)，在特定的溫度范圍內(nèi)與煙氣中的NOx進行選擇性還原反應(yīng)生成氮氣(N2)和水蒸氣 (H2O)。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(shè)置催化劑床，并且，SCR的脫硝率也僅為60%以下，有待進一步 提尚。[0004]另外，為了有效利用煙氣的高熱量，煙道通常由內(nèi)裝除鹽水的多個金屬管(也 稱包墻過熱器)圍成，煙氣中的高熱量通過輻射等傳遞方式傳遞給金屬管內(nèi)的除鹽水， 從而獲得過熱蒸汽。多個金屬管匯集于包墻過熱器的集箱，催化劑床層通常位于煙道尾 部且集箱的底部。這種設(shè)置方式一方面會導(dǎo)致催化劑床層不平整，另一方面，也會導(dǎo)致 催化劑床層與集箱接觸部位與其他部位溫度不一致，從而使整個催化劑床層溫度分布不 均，容易對催化劑床層造成破壞。實用新型內(nèi)容[0005]本實用新型的目的是為了克服SCR工藝存在的脫硝效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(dǎo)致催化劑床層被破壞的煙氣選擇性催化 還原脫硝設(shè)備。[0006]本實用新型的發(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于SCR系統(tǒng)的脫硝效率影響很大。如果進入SCR 催化劑的氨分布不均勻，對于氨濃度大的部位將加速催化劑的失效，對于氨濃度小的部 位又達不到設(shè)計的脫硝效率，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。[0007]本實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)備包括由包墻過熱 器圍成的煙道以及設(shè)置在煙道內(nèi)的脫硝劑供給裝置，其中，該設(shè)備還包括擾動裝置和催 化反應(yīng)器，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，所述包墻過熱器的集箱位于第二垂直段的 底部，所述脫硝劑供給裝置位于第一垂直段內(nèi)，所述擾動裝置設(shè)置在煙道內(nèi)并位于所述 脫硝劑供給裝置和所述催化反應(yīng)器之間，所述催化反應(yīng)器與第二垂直段的底部連通。[0008]本實用新型提供的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備，通過在煙道內(nèi)的脫硝劑供給 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(nèi)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，同時也避免了局部氨濃度過小導(dǎo)致的達不 到設(shè)計的脫硝效率的問題，而且也避免了由于氨分布不均造成局部氨逃逸量超標(biāo)的問題。[0009]本實用新型通過使集箱位于所述催化反應(yīng)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(dǎo)致的對催化劑床層的破壞。


[0010]圖1為本實用新型提供的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；[0011]圖2為本實用新型提供的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備中涉及擾動裝置部分的 局部旋轉(zhuǎn)剖視圖；[0012]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(shè)備中擾動裝置的管狀 物的端口朝向的示意圖。
具體實施方式
[0013]
以下結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細的說明。[0014]如圖1所示，本實用新型提供的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備包括由包墻過熱 器5圍成的煙道1以及設(shè)置在煙道1內(nèi)的脫硝劑供給裝置2，其中，該設(shè)備還包括擾動裝 置4和催化反應(yīng)器3，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，所述包墻過熱器5的 集箱6位于第二垂直段c的底部，所述脫硝劑供給裝置2位于第一垂直段a內(nèi)，所述擾動 裝置4設(shè)置在煙道1內(nèi)并位于所述脫硝劑供給裝置2和所述催化反應(yīng)器3之間，所述催化 反應(yīng)器3與第二垂直段c的底部連通。[0015]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(zhì)，從 而能夠充分利用煙氣中的熱。優(yōu)選情況下，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。[0016]根據(jù)本實用新型的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備，所述包墻過熱器5的集箱6位 于第二垂直段c的底部，所述催化反應(yīng)器3與第二垂直段c的底部連通。通過將催化反 應(yīng)器3設(shè)置為與包墻過熱器5的集箱6的底部連通，一方面煙氣可以進入所述催化反應(yīng)器 3進行選擇性催化還原反應(yīng)，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(dǎo) 致的對催化劑床層的破壞。[0017]所述催化反應(yīng)器3可以為各種能夠用于煙氣選擇性催化還原脫硝的反應(yīng)器，具 體可以根據(jù)催化劑的形式進行選擇，例如，所述催化反應(yīng)器3可以為底部具有孔隙或者 縫隙的槽型反應(yīng)器，槽型反應(yīng)器的側(cè)壁與煙道1的第二垂直段c的底部側(cè)壁連接。[0018]按照本實用新型提供的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備，所述催化反應(yīng)器3內(nèi)裝 有催化劑床層7，所述催化劑床層7的厚度可以在很大范圍內(nèi)改變，優(yōu)選為1.5-2.0米。[0019]所述催化劑床層7可以根據(jù)所需達到的脫硝率進行適當(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7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7的厚度也就越大。[0020]形成所述催化劑床層7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化為氮氣的催化劑，優(yōu)選為金屬氧化物催化劑。[0021]例如，所述金屬氧化物可以是％05、Fe203、CuO>Cr2O3> Co3O4> NiO> CeO2> La2O3> Pr6O11 > Nd2O3> Gd2O3> Yb2O3 中的一種或多種，優(yōu)選 V205。進一步優(yōu) 選所述催化劑是分散在TiO2上、以％05為主要活性組分、W03或MoO3為助催化劑的 釩鈦體系，即\^205-W03/Ti02或\^205-Mo03/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、增加機械強度，優(yōu)選將上述\^205-\￥03/沉02或％05-^/[003/ TiO2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。[0022]盡管各種能夠?qū)崿F(xiàn)擾動功能的擾動裝置均可實現(xiàn)本實用新型的目的，例如，所 述擾動裝置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(圖2為本實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 從擾動裝置3左側(cè)部分截取，并將截取部分旋轉(zhuǎn)90°后得到圖幻所示，所述擾動裝置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。進一步優(yōu)選情況下，為 了更好的獲得擾動效果，如圖3所示，管狀物位于煙道1中的端口的朝向Y與煙氣流動方 向X的夾角α為70-90°角。[0023]本實用新型中，所述擾動裝置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和催化反應(yīng)器3之間即可實現(xiàn)本實用新型的目的，但為了使得脫硝劑在進入催化劑床層 7之前與煙氣充分混合均勻，優(yōu)選情況下，所述擾動裝置4與所述催化反應(yīng)器3之間的距 離盡可能遠，進一步優(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7之 間的路程為所述催化劑床層7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7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中的端口行進至催化劑床層7的表面實際走過的距離。所述擾動裝置4 優(yōu)選設(shè)置在所述第一垂直段a內(nèi)和/水平段b內(nèi)，特別優(yōu)選設(shè)置在所述第一垂直段a內(nèi)或 者所述第一垂直段a和水平段b的鄰接處。[0024]所述管狀物可以為一個或多個，優(yōu)選為3-10個。進一步優(yōu)選所述多個管狀物沿 煙道1的徑向或周向分布。[0025]綜合考慮擾動效果和對擾動裝置的設(shè)備要求，本實用新型優(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 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。[0026]根據(jù)本實用新型的一種實施方式，該設(shè)備還包括擾動介質(zhì)提供裝置(圖1中未示 出)，擾動介質(zhì)提供裝置為擾動裝置4提供擾動介質(zhì)。所述擾動介質(zhì)提供裝置可以是各種 能夠提供擾動介質(zhì)的裝置，如高壓鋼瓶或泵。所述擾動裝置4的一端端口與擾動介質(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)。[0027]根據(jù)本實用新型的第二種實施方式，所述擾動介質(zhì)為不與煙氣和脫硝劑反應(yīng)的 惰性介質(zhì)，根據(jù)現(xiàn)場情況和成本核算確定，優(yōu)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(zhì)，脫硝后的煙氣能 夠直接排放。[0028]根據(jù)本實用新型的第三種實施方式，所述擾動介質(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介質(zhì)時，一方面無需外界供給擾動介質(zhì)，另一方面還 能夠使未經(jīng)脫硝處理的煙氣在起到擾動作用后也能獲得脫硝效果。而是用含脫硝劑和 煙氣的混合物時，特別是是用氨氮摩爾比符合脫硝反應(yīng)的含脫硝劑和煙氣的混合物作為 擾動介質(zhì)時，擾動介質(zhì)的通入還不會導(dǎo)致煙氣和脫硝劑的混合物中脫硝劑濃度的大幅降 低。因此本實用新型優(yōu)選所述擾動介質(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。[0029]本實用新型對于脫硝劑供給裝置2及其在煙道1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)人員公知的脫硝劑供給裝置及在煙道中的設(shè)置方式和位置。[0030]根據(jù)本實用新型，所述脫硝劑供給裝置2可以是各種能夠用于提供脫硝劑的裝 置，優(yōu)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(yōu)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。[0031]在一種優(yōu)選的實施方式中，所述多個管道沿?zé)煹?的軸向排列，更優(yōu)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。[0032]所述脫硝劑供給裝置2中，所述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(yīng)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(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。[0033]本實用新型的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備使用時，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，將擾動介質(zhì) 由擾動介質(zhì)提供裝置提供給擾動裝置4，擾動裝置4將擾動介質(zhì)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后進入催化反應(yīng)器3，進而通過 催化劑床層7，進行催化脫硝。[0034]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―1，優(yōu)選為1000-10000小時、以氮 元素計，脫硝劑中的氮與煙氣中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(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)備包括由包墻過熱器圍成的煙道以及設(shè) 置在煙道內(nèi)的脫硝劑供給裝置，其特征在于，該設(shè)備還包括擾動裝置和催化反應(yīng)器，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，所述包墻過熱器的集箱位于第二垂直段的底部，所述脫 硝劑供給裝置位于第一垂直段內(nèi)，所述擾動裝置設(shè)置在煙道內(nèi)并位于所述脫硝劑供給裝 置和所述催化反應(yīng)器之間，所述催化反應(yīng)器與第二垂直段的底部連通。
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。
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，管狀物位于煙 道中的端口的朝向與煙氣流動方向的夾角為70-90°。
4.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，所述催化反應(yīng) 器內(nèi)裝有催化劑床層，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 口行進至催化劑床層的表面實際走過的距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3或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 管狀物為多個。
6.根據(jù)權(quán)利要求5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。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備，其特征在于，所述多個管狀 物沿?zé)煹赖膹较蚧蛑芟蚍植肌?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備，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。
9.根據(jù)權(quán)利要求8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20000-30000 1。
10.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 還包括擾動介質(zhì)提供裝置，擾動介質(zhì)提供裝置為擾動裝置提供擾動介質(zhì)。
專利摘要一種煙氣選擇性催化還原脫硝設(shè)備，該設(shè)備包括由包墻過熱器圍成的煙道以及設(shè)置在煙道內(nèi)的脫硝劑供給裝置，該設(shè)備還包括擾動裝置和催化反應(yīng)器，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和第二垂直段的上部連通，所述包墻過熱器的集箱位于第二垂直段的底部，所述脫硝劑供給裝置位于第一垂直段內(nèi)，所述擾動裝置設(shè)置在煙道內(nèi)并位于所述脫硝劑供給裝置和所述催化反應(yīng)器之間，催化反應(yīng)器與第二垂直段的底部連通。所述擾動裝置使得脫硝劑在煙道內(nèi)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。本實用新型提供的設(shè)備能夠防止催化劑床層因受熱不均或位置不平整而導(dǎo)致的對催化劑床層的破壞。
文檔編號B01D53/90GK201807295SQ201020259679
公開日2011年4月27日 申請日期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