專利名稱：煙氣選擇性催化還原脫硝設備的制作方法
技術領域：
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，會導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)，在特定的溫度范圍內與煙氣中的NOx進行選擇性還原反應生成氮氣(N2)和水蒸氣 (H2O)。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，并且，SCR的脫硝率也僅為60%以下，有待進一步 提尚。[0004]為了有效利用煙氣的高熱量，煙道通常由內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。這種設置方式一方面會導致催化劑床層不平整，另一方面，也會導致催化劑 床層與集箱基礎部位與其他部位溫度不一致，從而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致催化劑床層被破壞的煙氣選擇性催化 還原脫硝設備。[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。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備，該設備包括由包墻過熱 器圍成的煙道，沿煙氣的流動方向，所述煙道內依次設置有脫硝劑供給裝置和省煤器， 其中，該設備還包括擾動裝置和催化反應器，所述擾動裝置設置在煙道內并位于脫硝劑 供給裝置和催化反應器之間，所述煙道包括第一垂直段、第二垂直段和水平段，所述水 平段的兩端分別與所述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 集箱位于所述第二垂直段的底部，所述催化反應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備，通過在煙道內的脫硝劑供給 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，而且也避免了由于氨分布不均造成局部氨逃逸量超標的問題。[0009]本實用新型通過使包墻過熱器的集箱位于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。


[0010]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；[0011]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；[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備中擾動裝置的管狀 物的端口朝向的示意圖；[0013]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；[0014]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；[0015]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
[0016]
以下結合附圖對本實用新型進行詳細的說明。[0017]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備包括由包墻過熱 器6圍成的煙道1，沿煙氣的流動方向，所述煙道1內依次設置有脫硝劑供給裝置2和省 煤器3，其中，該設備還包括擾動裝置4和催化反應器5，所述擾動裝置4設置在煙道1 內并位于脫硝劑供給裝置2和催化反應器5之間，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6的集箱7位于第二垂直段c的底部，所述催化反應器5與第二 垂直段c的底部連通。[0018]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(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。[0019]根據(jù)本實用新型的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，所述包墻過熱器6的集箱7位 于第二垂直段c的底部，所述催化反應器5與第二垂直段c的底部連通。通過將催化反 應器5設置為與包墻過熱器6的集箱7的底部連通，一方面煙氣可以進入所述催化反應器 5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。[0020]所述催化反應器5可以為各種能夠用于煙氣選擇性催化還原脫硝的反應器，具體可以根據(jù)催化劑的形式進行選擇，例如，所述催化反應器5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。[0021]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5內裝 有催化劑床層8，所述催化劑床層8的厚度可以在很大范圍內改變，優(yōu)選為1.5-2.0米。[0022]所述催化劑床層8可以根據(jù)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8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8的厚度也就越大。[0023]形成所述催化劑床層8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(yōu)選為金屬氧化物催化劑。[0024]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/^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。[0025]盡管各種能夠實現(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。[0026]為了使得脫硝劑在進入催化劑床層8之前與煙氣充分混合均勻，所述管狀物所 述管狀物位于煙道1中的端口位于脫硝劑供給裝置2和催化反應器5之間。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8之間的路程為所述催化劑床層8的厚 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8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于煙道1中的端口行進至 催化劑床層8的表面實際走過的距離。[0027]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。[0028]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(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。[0029]根據(jù)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4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4的一端端口與擾動介質提 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。[0030]根據(jù)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(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，脫硝后的煙氣能 夠直接排放。[0031]根據(jù)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(jīng)過脫硝處理或未經(jīng)脫硝處理的煙氣。當 使用未經(jīng)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(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(yōu)選所述擾動介質為未經(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。[0032]本實用新型中，所述省煤器3和擾動裝置4之間的在煙道1內的先后關系沒有特 別限定，省煤器3可以位于所述擾動裝置4與所述脫硝劑供給裝置2之間，也可以位于所 述擾動裝置4與所述催化劑床層5之間，但優(yōu)選情況下，所述省煤器3位于所述擾動裝置 4和催化劑床層5之間。[0033]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占用空間的角度出發(fā)，如圖4所示，所述省煤器3優(yōu)選包括 換熱管9和多個換熱片10，所述換熱管9穿過所述換熱片10，并且換熱管9的外壁與換 熱片10緊密接觸。[0034]所述換熱片10的結構可以根據(jù)換熱的需要和換熱管9的尺寸改變，例如，如圖 5所示，所述換熱片10上形成有與所述換熱管9的尺寸匹配的空間。[0035]如圖6所示，在另一種實施方式中，每個換熱片10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9的形狀相適應的空間，所述 換熱管9穿過該空間與換熱片10緊密接觸。[0036]在一種優(yōu)選實施方式中，所述多個換熱片10平行排列，所述換熱管9多次往返 地依次穿過多個平行排列換熱片10，形成平行的多行和多列的換熱管陣列。[0037]在另一種優(yōu)選實施方式中，所述多個換熱片10平行排列，所述換熱管9為多 個，多個換熱管9依次穿過多個平行排列的換熱片10，形成平行的多行和多列的換熱管 陣列。[0038]在本實用新型中，所述省煤器3中的換熱片10的數(shù)量可以在很大范圍內改變， 可以根據(jù)換熱的需要以及尺寸的需要進行調整，優(yōu)選情況下，多個平行排列的換熱片10 的總厚度可以為單行或單列換熱管9長度的10-20%，更優(yōu)選的情況下，多個平行排列的 換熱片10中相鄰的兩個換熱片10的距離可以為1-5厘米，多個平行排列的換熱片10中 每個換熱片10的厚度可以為0.5-5厘米。[0039]在本實用新型中，所述換熱片10的大小可以在很大范圍內改變，可以根據(jù)換熱 的需要即尺寸的需要進行調整，優(yōu)選情況下，穿過每個所述換熱片10的換熱管9的總截 面積可以占該換熱片10單面面積的10-50%。所述換熱管9的尺寸沒有特別的限定，可以選用各種常規(guī)的換熱管尺寸，例如，所述換熱管9的截面積可以為10-100平方厘米。[0040]此外，在所述省煤器3中，所述換熱管9排列的密度可以在很大范圍內改變，優(yōu) 選情況下，平行的多行或多列的換熱管9中相鄰的兩行或兩列換熱管6的距離可以為5-25 厘米。[0041]在本實用新型的一種優(yōu)選實施方式中，所述換熱管9與多個換熱片10形成一體結構。[0042]本實用新型對于脫硝劑供給裝置2及其在煙道1中的設置方式和位置也沒有特別 的要求，可以為本領域技術人員公知的脫硝劑供給裝置和在煙道中的設置方式和位置。[0043]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。[0044]在一種優(yōu)選的實施方式中，所述多個管道沿煙道1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。[0045]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(yōu) 選所述脫硝劑以其飽和溶液的形式使用。[0046]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，所述脫硝 劑與煙氣的混合物在通過省煤器3之前或之后，將擾動介質由擾動介質提供裝置提供給 擾動裝置4，擾動裝置4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后進入催化反應器5，進而通過催化劑床層8，進行催化脫 硝。[0047]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，脫硝劑中氮與煙氣中NOx(以NO計)的氮的摩爾比(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，該設備包括由包墻過熱器圍成的煙道，沿煙 氣的流動方向，所述煙道內依次設置有脫硝劑供給裝置和省煤器，其特征在于，該設備 還包括擾動裝置和催化反應器，所述擾動裝置設置在煙道內并位于脫硝劑供給裝置和催 化反應器之間，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 別與所述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所述 第二垂直段的底部，所述催化反應器與第二垂直段的底部連通。
2.根據(jù)權利要求1所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，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)權利要求2所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，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)權利要求2所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，其特征在于，所述催化反應 器內裝有催化劑床層，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，其特征在于，所述 管狀物為多個。
6.根據(jù)權利要求5所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，其特征在于，所述管狀物的 數(shù)量為3-10個。
7.根據(jù)權利要求5所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，其特征在于，所述多個管狀 物沿煙道的徑向或周向分布。
8.根據(jù)權利要求5所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，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。
9.根據(jù)權利要求1或2所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，其特征在于，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(jù)權利要求1所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，其特征在于，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，并且換熱管的外壁與換熱片緊 密接觸。
11.根據(jù)權利要求10所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，其特征在于，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(jù)權利要求10或11所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，其特征在于，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(jù)權利要求12所述的煙氣選擇性催化還原脫硝設備，其特征在于，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厘米。
專利摘要一種煙氣選擇性催化還原脫硝設備，該設備包括由包墻過熱器圍成的煙道，沿煙氣的流動方向，煙道內依次設置有脫硝劑供給裝置、擾動裝置、省煤器，該設備還包括催化反應器，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所述第一垂直段和第二垂直段的上部連通，所述擾動裝置位于所述脫硝劑供給裝置和催化反應器之間，所述包墻過熱器的集箱位于所述第二垂直段的底部，所述催化反應器與第二垂直段的底部連通。所述擾動裝置避免了局部氨濃度過大導致的催化劑快速失效。本實用新型通過使集箱位于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。
文檔編號B01D53/56GK201807296SQ20102025969
公開日2011年4月27日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權日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任公司, 神華國華國際電力股份有限公司北京熱電分公司