一種雙旋式scr脫硝方法及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煙氣脫硝，尤其涉及一種雙旋式SCR脫硝方法及其裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]^^^是大氣污染中影響較大污染物，能形成光化學(xué)煙霧、酸雨，破壞臭氧層，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的溫室效應(yīng)，對人體、環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)有極大危害。因此，對行治理，完善脫硝技術(shù)對保護(hù)生態(tài)環(huán)境以及我國的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
[0003]目前，傳統(tǒng)的脫硝主要采用選擇性催化還原法(SCR)和選擇性非催化還原法(SNCR)。其中，被廣泛采用的SCR技術(shù)是一種從尾氣上治理^^^排放的有效方法，其還原劑有尿素、氨水和純氨，通常是利用NH3作為還原劑在催化劑的作用下將NOx還原為無害的N2，從而脫除煙氣中的N0X。催化劑的合理選取和使用是SCR技術(shù)的核心。催化劑的結(jié)構(gòu)主要有蜂窩式、平板式和波紋板式三種。其中，平板式或波紋板式催化劑比蜂窩式催化劑具有更好的防積塵和堵塞能力，但氣固接觸比表面積小，催化效果差。
[0004]研究表明，國內(nèi)外的脫硝設(shè)備，由于受氣固接觸面積的影響，塔體內(nèi)煙氣的流場分布不均，煙氣與還原劑、催化劑接觸的時間有限，其催化還原反應(yīng)效率低，并且廣泛存在NH3的逃逸、催化劑堵塞、催化劑失效等問題。不僅影響脫硝效率的提高，而且造成脫硝成本增高，出現(xiàn)二次污染等問題。研發(fā)高效的SCR方法及裝置十分緊迫與必要。
[0005]通過對現(xiàn)有SCR系統(tǒng)研究可知，影響脫硝效率的因素包括反應(yīng)溫度、停留時間、還原劑與煙氣的混合均勻度、還原劑與N0X的化學(xué)當(dāng)量比、催化劑性能等。根據(jù)SCR催化劑的反應(yīng)動力學(xué)原理，在反應(yīng)溫度與催化劑性能一定的情況下，氨和混合程度對SCR工藝的脫硝效率具有極大的影響。在傳統(tǒng)的脫硝設(shè)備中，為了增加氨和合時間，采用了增大裝置的橫截面積，減少煙氣流速，增加塔體高度或長度的方法。增大裝置的橫截面積不僅導(dǎo)致塔內(nèi)流場呈現(xiàn)出層流態(tài)，減少了混合器的紊流度，降低了脫硝效率，而且增加了煙氣中顆粒物的沉積，使催化劑表面大量積灰，影響催化劑的活性，增大了氨的逃逸；增加塔體高度或長度又大大增加催化劑用量，增加建設(shè)成本與運行成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種雙旋式SCR脫硝方法及其裝置。既可實現(xiàn)煙氣高效脫硝，又解決了現(xiàn)有技術(shù)中常出現(xiàn)的易積灰、催化劑失效和氨逃逸的問題。
[0007]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
[0008]—種雙旋式SCR脫硝裝置，包括脫硝塔本體和沿脫硝塔本體的內(nèi)圓周面設(shè)置的第一板式催化劑層8，在第一板式催化劑層8內(nèi)設(shè)有第二板式催化劑層8-1 ;第一板式催化劑層8與第二板式催化劑層8-1之間的空腔為第一旋流催化反應(yīng)腔8-2，第二板式催化劑層8-1內(nèi)的空腔為第二旋流催化反應(yīng)腔8-3 ;第二旋流催化反應(yīng)腔8-3底端設(shè)有旋流器9 ;
[0009]所述第一旋流催化反應(yīng)腔8-2的頂部密封，并在脫硝塔本體的上側(cè)壁沿脫硝塔本體內(nèi)圓周切向方向設(shè)置煙氣通入管道11 ;沿?zé)煔馔ㄈ牍艿?1的內(nèi)圓周面以及第一旋流催化反應(yīng)腔8-2頂部的內(nèi)圓周面分別布置有多個旋流霧化噴嘴7 ;
[0010]當(dāng)煙氣進(jìn)入煙氣通入管道11時，與旋流霧化噴嘴7噴射的氨氣相遇，由于氨氣是以旋流的方式噴出，使煙氣與氨氣相互卷吸混合，形成混合氣，混合氣沿著第一旋流催化反應(yīng)腔8-2的圓周自上而下以切圓的方式螺旋下沉，當(dāng)下沉至第一旋流催化反應(yīng)腔8-2底部后，在旋流器9的旋流作用下，混合氣沿著第二旋流催化反應(yīng)腔8-3的圓周自下而上以切圓的方式螺旋上升；
[0011]各旋流霧化噴嘴7通過管路連接設(shè)置在脫硫塔外的氨供給系統(tǒng)。
[0012]所述煙氣通入管道11、第一旋流催化反應(yīng)腔8-2和第二旋流催化反應(yīng)腔8-3的截面為圓形。
[0013]所述氨供給系統(tǒng)包括依次管路連接的液氨儲罐6、用于對液氨進(jìn)行蒸發(fā)的液氨蒸發(fā)器5、用于對氨氣進(jìn)行緩沖的氨氣緩沖槽4、用于對氨和空氣進(jìn)行混合的氨/空氣混合器3和用于對氨氣進(jìn)行稀釋的稀釋風(fēng)機(jī)2 ;
[0014]所述氨/空氣混合器3通過一帶有電磁閥12的管路連接旋流霧化噴嘴7 ;所述脫硝塔本體的外部還設(shè)有一個氨逃逸反饋控制系統(tǒng)1，所述脫硝塔本體頂部的煙氣出口設(shè)置有用于檢測氨濃度的探頭13 ;氨逃逸反饋控制系統(tǒng)1根據(jù)探頭13檢測到的氨的濃度數(shù)據(jù)，控制氨供給系統(tǒng)以及電磁閥12的開度，用于實時控制旋流霧化噴嘴7對氨的噴入量，使噴入煙氣通道內(nèi)的氨量與NOJ^度相匹配。
[0015]所述脫硝塔本體的底部設(shè)置有密閉式積灰箱10，用于由收納第一板式催化劑層8和第二板式催化劑層8-1跌落下來的積灰。所述密閉式積灰箱10的底部設(shè)有排灰閥。
[0016]—種雙旋式SCR脫硝方法，如下:
[0017]—級旋流催化還原反應(yīng)步驟:
[0018]當(dāng)煙氣進(jìn)入煙氣通入管道11時，與旋流霧化噴嘴7噴射的氨氣相遇，由于氨氣以旋流的方式噴出，使煙氣與氨氣相互卷吸混合，形成混合氣，混合氣沿著第一旋流催化反應(yīng)腔8-2的圓周自上而下以切圓的方式螺旋下沉，螺旋下沉過程中，反復(fù)切向沖刷第一板式催化劑層8的內(nèi)壁和第二板式催化劑層8-1的外壁，并與之發(fā)生一級旋流催化還原反應(yīng)；
[0019]二級旋流催化還原反應(yīng)步驟:
[0020]當(dāng)混合氣螺旋下沉至第一旋流催化反應(yīng)腔8-2底部后，在旋流器9的旋流作用下，混合氣沿著第二旋流催化反應(yīng)腔8-3的圓周自下而上以切圓的方式螺旋上升，螺旋上升的過程中反復(fù)切向沖刷第二板式催化劑層8-1的內(nèi)壁，并與之發(fā)生二級旋流催化還原反應(yīng)；最后由脫硝塔本體頂部出口排出，實現(xiàn)了煙氣脫硝。
[0021]氨逃逸反饋控制步驟:當(dāng)探頭13檢測到煙氣中氨的濃度大于預(yù)設(shè)值時，氨逃逸反饋控制系統(tǒng)1根據(jù)該探頭13反饋的氨濃度數(shù)據(jù)，控制氨供給系統(tǒng)以及電磁閥12的開度，用于實時控制旋流霧化噴嘴7對氨的噴入量，使噴氨量與NOJ^度與預(yù)設(shè)值相匹配。
[0022]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點及效果:
[0023]1、煙氣與MV混合效果好、流場均勻、脫硝效率高。煙氣進(jìn)入煙氣通入管道時，與旋流霧化噴嘴噴射的氨氣相遇，由于氨氣以旋流的方式噴出，使煙氣與氨氣相互卷吸混合，形成混合氣，混合氣沿著第一旋流催化反應(yīng)腔的圓周自上而下以切圓的方式螺旋下沉，當(dāng)下沉至第一旋流催化反應(yīng)腔底部后，在旋流器的旋流作用下，混合氣沿著第二旋流催化反應(yīng)腔的圓周自下而上以切圓的方式螺旋上升。這種旋流霧化態(tài)，與其傳統(tǒng)的流態(tài)相比，一方面可以增加混合氣在圓周方向的速率，在保證煙氣與氨氣的充分混合前提下，使其在各旋流催化反應(yīng)腔有足夠的行程，使煙氣更加充分完成催化還原反應(yīng)，達(dá)到完美脫硝目的。另一方面，混合氣螺旋流動而非直線流動，充分加長了其在各旋流催化反應(yīng)腔內(nèi)的行程和停留時間，使流場更加均勻，充滿度好，使煙氣的催化還原反應(yīng)更充分，接觸時間更長，增大了反應(yīng)物接觸比表面積，有效地利用了脫硝塔的空間，使煙氣的脫硝效率更進(jìn)一步得到了提高。
[0024]2、拓寬了氨氣與煙氣混合的時間與空間。在脫硝塔本體的上部側(cè)壁沿脫硝塔本體內(nèi)圓周切向方向增設(shè)了煙氣通入管道，在其內(nèi)圓周面設(shè)置的旋流霧化噴嘴，起到預(yù)噴氨作用，以對煙氣進(jìn)行預(yù)處理，充分利用噴氨空間與時間，進(jìn)一步確保氨與煙氣的混合均勻。
[0025]3、避免了催化劑積灰，提高了催化劑使用效率。混合氣(煙氣與氨)在各旋流催化反應(yīng)腔內(nèi)高速旋流作用下，離心分離出的灰塵沿由板式催化劑層，滾落至密閉式積灰箱中。有效解決了煙氣流速、積灰、接觸比表面積之間的矛盾，既減少了積灰與堵塞，緩解了催化劑失效，又使催化劑使用效率達(dá)到較高水平。
[0026]4、降低了氨的逃逸率。一方面由于氨氣以旋流的方式噴出，使煙氣與氨氣相互卷吸混合，并沿著由各旋流催化反應(yīng)腔內(nèi)圓周方向以切圓的方式螺旋流動，減少脫硝塔出口煙氣中順3的體積分?jǐn)?shù)，有效地實現(xiàn)了煙氣的高效脫硝，降低了 NH3的逃逸率。另一方面，為進(jìn)一步優(yōu)化NH3的逃逸率，增加了氨逃逸反饋控制系統(tǒng)，并在脫硝塔本體頂部的煙氣出口設(shè)置了用于檢測氨濃度的探頭；氨反饋控制系統(tǒng)根據(jù)探頭檢測到的氨的濃度數(shù)據(jù)，控制氨供給系統(tǒng)以及電磁閥的開度，用于實時控制旋流霧化噴嘴對氨的噴入量，使噴入煙氣通道內(nèi)的氨量與勵身度相匹配。解決了傳統(tǒng)SCR裝置中噴氨實時跟蹤動態(tài)控制問題，既保證脫硝效率，進(jìn)一步降低了氨的逃逸率降低了氨的逃逸，避免二次污染，降低了氨的逃逸，避免二次污染。
[0027]5、本發(fā)明在保證高效脫硝的前提下，催化劑用量少，技術(shù)手段簡便易行。與現(xiàn)有技術(shù)相比不僅脫硝塔結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉，而且脫硝效率高，能耗低，使脫硝成本大幅降低，顯著提高了經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2為圖1中在脫硝塔本體的上部側(cè)壁，沿脫硝塔本體內(nèi)圓周切向方向設(shè)置的煙氣通入管道結(jié)構(gòu)俯視示意圖。
[0030]圖3為脫硝塔本體頂部旋流霧化噴嘴分布示意圖。
[0031 ] 圖4為旋流器結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0033]實施例
[0034]如圖1至4所示。本發(fā)明公開了一種雙旋式SCR脫硝裝置，包括脫硝塔本體和沿脫硝塔本體的內(nèi)圓周面設(shè)置的第一板式催化劑層8，在第一板式催化劑層8內(nèi)設(shè)有第二板式催化劑層8-1 ;第一板式催化劑層8與第二板式催化劑層8-1之間的空腔為第一旋流催化反應(yīng)腔8-2，第二板式催化劑層8-1內(nèi)的空腔為第二旋流催化反應(yīng)腔8-3 ;第二旋流催化反應(yīng)腔8-3底端設(shè)有旋流器9 ;第一旋流催化反應(yīng)腔8-2和第二旋流催化反應(yīng)腔8-3的截面為圓形。
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