一種基于scr反應(yīng)的低溫脫硝反應(yīng)器及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煙氣脫硝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于SCR反應(yīng)的低溫脫硝反應(yīng)器及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氮氧化物對環(huán)境的危害十分巨大，選擇性催化還原(SCR)技術(shù)就是利用還原劑在催化劑的作用下，把煙氣中的NOx還原成N2,以減少化石燃料燃燒帶來的環(huán)境污染。傳統(tǒng)的脫硝反應(yīng)器中主要發(fā)生4ΝΗ3+4Ν0+02—4Ν2+6Η20的化學(xué)反應(yīng)，若不引入催化劑，該反應(yīng)900°C以上才能達(dá)到較好的脫硝效果;在有催化劑存在的條件下，該反應(yīng)所需要的溫度在300°C以上，低溫范圍內(nèi)的脫硝效率不足50%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003 ]針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種基于SCR反應(yīng)的低溫脫硝反應(yīng)器及方法。
[0004]—種基于SCR反應(yīng)的低溫脫硝反應(yīng)器，煙氣入口設(shè)于反應(yīng)器的上部，煙氣出口設(shè)于反應(yīng)器的底部，反應(yīng)器頂部為傾角為30°?40°的傾斜面，其內(nèi)部由上至下依次為催化氧化層3，噴嘴5，靜態(tài)混合器6和催化還原層7，所述噴嘴5與氨氣儲(chǔ)存與噴射系統(tǒng)4相連;催化氧化層3和催化還原層7選用釩鈦系脫硝催化劑或過渡金屬改性的分子篩脫硝催化劑。
[0005]煙氣入口處設(shè)有入口導(dǎo)流板2，所述入口導(dǎo)流板2的折角為130°?150°;煙氣出口處設(shè)有出口導(dǎo)流板9，所述出口導(dǎo)流板9為垂直導(dǎo)流板。
[0006]所述氨氣儲(chǔ)存與噴射系統(tǒng)4選用渦流靜態(tài)混合式噴射格柵。
[0007]所述催化還原層7下部設(shè)有預(yù)備催化還原層8，預(yù)備催化還原層8選用釩鈦系脫硝催化劑或過渡金屬改性的分子篩脫硝催化劑。
[0008]上述一種基于SCR反應(yīng)的低溫脫硝反應(yīng)器進(jìn)行煙氣脫硝的方法，反應(yīng)器的煙氣入口直接連接在電站鍋爐尾部煙道I上，煙氣由鍋爐尾部煙道I流出后進(jìn)入反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)先經(jīng)催化氧化層3預(yù)氧化，使部分NO轉(zhuǎn)化為NO2,預(yù)氧化的煙氣與噴嘴5噴入的NH3混合，并經(jīng)靜態(tài)混合器6混合均勻后，在催化還原層7進(jìn)行SCR反應(yīng)，SCR主要反應(yīng)為Ν0+Ν02+2ΝΗ3—2Ν2+4H20，反應(yīng)速率達(dá)標(biāo)準(zhǔn)SCR反應(yīng)4ΝΗ3+4Ν0+02—4Ν2+6Η20速率的10倍以上;反應(yīng)器內(nèi)的溫度為200 ?350。。。
[0009]煙氣入口處，煙氣流動(dòng)方向與豎直方向的夾角為45°-65°。
[0010]預(yù)氧化后，煙氣中NO與N02的摩爾比為(0.8-1.2):1。
[0011]NH3噴入量與煙氣中NOx的摩爾比為(0.9-1.05):1。
[0012]所述催化還原層7下部設(shè)有預(yù)備催化還原層8，經(jīng)催化還原層7反應(yīng)的煙氣通過預(yù)備催化還原層8，進(jìn)一步將殘余的NOx還原成Ns。
[0013]反應(yīng)器內(nèi)煙氣的空速大小為20000?40000h—1 ；反應(yīng)器內(nèi)部煙氣流速均勻，各層催化劑表面的煙氣速度相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于6 %。
[0014]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明所設(shè)計(jì)的新型鍋爐脫硝反應(yīng)裝置，通過改變噴氨系統(tǒng)的位置，引入快速SCR反應(yīng)工藝，在反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置兩種不同功能的催化劑層，使得煙氣在反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)過先氧化后催化還原的過程，使脫硝主要反應(yīng)由4NH3+4N0+02—4N2+6H20轉(zhuǎn)變?yōu)镹0+N02+2NH3—2N2+4H20，大大提高了煙氣低溫段的脫硝效率，在200°C左右脫硝的效率可達(dá)98%以上。
【附圖說明】
[0015]圖1為一種基于SCR反應(yīng)的低溫脫硝反應(yīng)器的示意圖；
[0016]標(biāo)號說明:1_鍋爐尾部煙道、2-入口導(dǎo)流板、3-催化氧化層、4-氨氣儲(chǔ)存與噴射系統(tǒng)、5-噴嘴、6-靜態(tài)混合器、7-催化還原層、8-預(yù)備催化還原層、9-出口導(dǎo)流板、10-反應(yīng)器出口煙道。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0018]如圖1所示一種基于SCR反應(yīng)的低溫脫硝反應(yīng)器，反應(yīng)器頂部為傾角為30°?40°的傾斜面，煙氣入口設(shè)于反應(yīng)器的上部，煙氣入口處均勻分布有入口導(dǎo)流板2，入口導(dǎo)流板2的折角為130°?150° ;煙氣出口設(shè)于反應(yīng)器的底部，煙氣出口處分布的4個(gè)垂直導(dǎo)流板9能夠改善煙氣的分布效果，消除實(shí)際運(yùn)行過程中的灰塵沉積。反應(yīng)器內(nèi)部由上至下依次為催化氧化層3，噴嘴5，靜態(tài)混合器6，催化還原層7和預(yù)備催化還原層8，所述噴嘴5與氨氣儲(chǔ)存與噴射系統(tǒng)4相連，其中氨氣儲(chǔ)存與噴射系統(tǒng)4選用渦流靜態(tài)混合式噴射格柵;反應(yīng)器外包覆保溫材料，從而降低了整個(gè)脫硝過程熱量的損失，有利于維持反應(yīng)溫度。所述催化氧化層3、催化還原層7和預(yù)備催化還原層8均選用常規(guī)SCR脫硝催化劑，包括釩鈦系脫硝催化劑或過渡金屬改性的分子篩脫硝催化劑。
[0019]上述一種基于SCR反應(yīng)的低溫脫硝反應(yīng)器進(jìn)行煙氣脫硝的方法:
[0020]模擬煙氣中O2體積分?jǐn)?shù)為3%，N0濃度2000ppm，平衡氣為N2,其空速為25000h—、煙氣流量8L/min，空間速率大小為20000?40000h—1，反應(yīng)器內(nèi)部煙氣流速均勻，各層催化劑表面的煙氣速度相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于6%。催化氧化層3、催化還原層7和預(yù)備催化還原層8均選用Mn-Ce-ZSM-5復(fù)合分子篩催化劑?？刂茻煔馀c催化劑層的接觸時(shí)間為200ms左右，有利于反應(yīng)氣體在催化劑微孔內(nèi)的擴(kuò)散、吸附、反應(yīng)以及產(chǎn)物氣的解吸和擴(kuò)散。
[0021]反應(yīng)器的煙氣入口直接連接在電站鍋爐尾部煙道I上，煙氣由鍋爐尾部煙道I流至低溫脫硝反應(yīng)器，反應(yīng)器煙氣入口處的煙氣流動(dòng)方向與豎直方向的夾角為45°-65°，煙氣經(jīng)入口導(dǎo)流板2導(dǎo)流后進(jìn)入反應(yīng)器，煙氣在反應(yīng)器內(nèi)先經(jīng)催化氧化層3預(yù)氧化，使部分NO轉(zhuǎn)化為NO2,在反應(yīng)溫度升高至200°C時(shí)，經(jīng)煙氣分析儀測試發(fā)現(xiàn)，煙氣中NO被氧化成NO2的效率近似為50% JH^N2混合氣經(jīng)噴射格柵的噴嘴5噴入反應(yīng)器內(nèi)，NH3噴入量與煙氣中NOx的摩爾比為(0.9-1.05):1，在一定長度的煙道內(nèi)與催化氧化后的煙氣經(jīng)靜態(tài)混合器6充分均勻混合后，在催化還原層7的還原催化劑表面發(fā)生快速SCR反應(yīng)，快速SCR反應(yīng)速率達(dá)標(biāo)準(zhǔn)SCR反應(yīng)速率的10倍以上;反應(yīng)溫度200°C時(shí)，NOx氣體的轉(zhuǎn)化率高達(dá)98%以上，煙氣低溫條件下的脫硝效率得到了極大的提升。煙氣經(jīng)SCR反應(yīng)器出口排出前，通過預(yù)備催化還原層8，進(jìn)一步將殘余的NOx還原成N2，NOx氣體的轉(zhuǎn)化率提高到99%以上。脫硝完成后，煙氣經(jīng)垂直導(dǎo)流板9導(dǎo)流排出SCR反應(yīng)器的出口段，基于快速SCR反應(yīng)的整個(gè)煙氣低溫脫硝反應(yīng)完成。
[0022]以上快速SCR低溫脫硝反應(yīng)器能夠很好地適用于電站鍋爐，可在現(xiàn)有電站SCR脫硝裝置的基礎(chǔ)上直接改造并投入使用，改造成本低，運(yùn)行成本低，并大大提高了煙氣在低溫段的脫硝效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于SCR反應(yīng)的低溫脫硝反應(yīng)器，其特征在于，煙氣入口設(shè)于反應(yīng)器的上部，煙氣出口設(shè)于反應(yīng)器的底部，反應(yīng)器頂部為傾角為30°?40°的傾斜面，其內(nèi)部由上至下依次為催化氧化層(3)，噴嘴(5)，靜態(tài)混合器(6)和催化還原層(7)，所述噴嘴(5)與氨氣儲(chǔ)存與噴射系統(tǒng)(4)相連;催化氧化層(3)和催化還原層(7)選用釩鈦系脫硝催化劑或過渡金屬改性的分子篩脫硝催化劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于SCR反應(yīng)的低溫脫硝反應(yīng)器，其特征在于，煙氣入口處設(shè)有入口導(dǎo)流板(2)，所述入口導(dǎo)流板(2)的折角為130°?150° ;煙氣出口處設(shè)有出口導(dǎo)流板(9)，所述出口導(dǎo)流板(9)為垂直導(dǎo)流板。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于SCR反應(yīng)的低溫脫硝反應(yīng)器，其特征在于，所述氨氣儲(chǔ)存與噴射系統(tǒng)(4)選用渦流靜態(tài)混合式噴射格柵。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于SCR反應(yīng)的低溫脫硝反應(yīng)器，其特征在于，所述催化還原層(7)下部設(shè)有預(yù)備催化還原層(8)，預(yù)備催化還原層(8)選用釩鈦系脫硝催化劑或過渡金屬改性的分子篩脫硝催化劑。5.權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述一種基于SCR反應(yīng)的低溫脫硝反應(yīng)器進(jìn)行煙氣脫硝的方法，其特征在于，反應(yīng)器的煙氣入口直接連接在電站鍋爐尾部煙道(I)上，煙氣由鍋爐尾部煙道(I)流出后進(jìn)入反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)先經(jīng)催化氧化層(3)預(yù)氧化，使部分NO轉(zhuǎn)化為NO2,預(yù)氧化的煙氣與噴嘴(5)噴入的NH3混合，并經(jīng)靜態(tài)混合器(6)混合均勻后，在催化還原層(7)進(jìn)行SCR反應(yīng);反應(yīng)器內(nèi)的溫度為200?350°C。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種煙氣脫硝的方法，其特征在于，煙氣入口處，煙氣流動(dòng)方向與豎直方向的夾角為45°-65°。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種煙氣脫硝的方法，其特征在于，預(yù)氧化后，煙氣中NO與NO2的摩爾比為(0.8-1.2):1。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種煙氣脫硝的方法，其特征在于，NH3噴入量與煙氣中NOx的摩爾比為(0.9-1.05):1。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種煙氣脫硝的方法，其特征在于，所述催化還原層(7)下部設(shè)有預(yù)備催化還原層(8)，經(jīng)催化還原層(7)反應(yīng)的煙氣通過預(yù)備催化還原層(8)，進(jìn)一步將殘余的NOx還原成N2。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種煙氣脫硝的方法，其特征在于，反應(yīng)器內(nèi)煙氣的空速大小為20000?4000011.1;反應(yīng)器內(nèi)部煙氣流速均勻，各層催化劑表面的煙氣速度相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于6%。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于SCR反應(yīng)的低溫脫硝反應(yīng)器及方法。反應(yīng)器的煙氣入口直接連接在電站鍋爐的尾部煙道上，煙氣由鍋爐的尾部煙道流出后進(jìn)入反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)先經(jīng)催化氧化層預(yù)氧化，使部分NO轉(zhuǎn)化為NO2，預(yù)氧化的煙氣與噴嘴噴入的NH3混合，并經(jīng)靜態(tài)混合器混合均勻后，在催化還原層進(jìn)行快速SCR反應(yīng)；反應(yīng)器內(nèi)的溫度為200～350℃，快速SCR反應(yīng)速率達(dá)標(biāo)準(zhǔn)SCR反應(yīng)速率的10倍以上。催化還原層下部進(jìn)一步設(shè)有預(yù)備催化還原層，經(jīng)催化還原層反應(yīng)的煙氣通過預(yù)備催化還原層，進(jìn)一步將殘余的NOx還原成N2。本發(fā)明大大提高了煙氣低溫段的脫硝效率，在200℃左右脫硝的效率可達(dá)98％以上。
【IPC分類】B01D53/86, B01D53/76, B01D53/56
【公開號】CN105521709
【申請?zhí)枴緾N201610077100
【發(fā)明人】萬震天, 楊曉初, 汪濤, 肖海平, 孫保民, 戴玉坤
【申請人】華北電力大學(xué)
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2016年2月3日