專利名稱：一種煙氣脫硝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種煙氣脫硝方法。
背景技術：
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。目前，運用比較成熟的煙氣脫硝技術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脫硝工藝的化學反應原理都是一樣的，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進行選擇性還原反應生 成氮氣(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)內(nèi)進 行。SCR工藝則是在煙道內(nèi)設置催化劑床層，在280-420°C溫度下，在催化劑存在的條件下 進行煙氣的催化選擇性還原反應。SNCR和SCR各有利弊。SNCR的優(yōu)點是不需要價格昂貴的催化劑床層，缺點是脫硝 效果較差，脫硝率一般不超過40%。SCR的缺點則是需要使用價格昂貴的催化劑床，而且 需要有足夠的空間來設置催化劑床層，優(yōu)點則是脫硝效果較SNCR好，脫硝率一般為70%左
右ο雖然通過進一步提高催化劑床層的厚度能夠稍微提高SCR的脫硝率，但由于催化 劑比較昂貴，會導致成本大幅提高。為此，現(xiàn)有技術一般采用增大脫硝劑的供給量的方法，試圖以此來降低SCR處理 后的煙氣中的氮氧化物NOx含量。然而，事實上，采用上述增大脫硝劑供給量的方式，不但 不能降低SCR處理后的煙氣中的氮氧化物NOx含量，反而還使得處理后的煙氣中氨氣的量 增大了，而且催化劑床層的壽命也降低了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的煙氣脫硝方法存在的SNCR工藝和SCR工藝脫 硝效率低的問題，提供一種脫硝率較高的煙氣脫硝方法。本發(fā)明的發(fā)明人在實踐中發(fā)現(xiàn)，將SNCR與SCR聯(lián)用存在一些問題，例如SNCR通 常在800-1250°C的溫度下進行，SCR通常在280-420°C的溫度下進行，盡管可以通過延長煙 道長度，使得進入催化劑床層的煙氣和脫硝劑的混合物的溫度滿足SCR的溫度要求，但是 這樣勢必使得煙道更為龐大，一方面提高了煙氣脫硝設備的初期投資成本，另一方面也增 加了煙氣脫硝設備占用的空間，在一些空間受限的應用環(huán)境中很難實現(xiàn)將SNCR與SCR聯(lián)合 使用。因此，如何在不增加設備占用空間的條件下，實現(xiàn)SCR與SNCR的聯(lián)用，是亟待解決的 技術問題。本發(fā)明提供了一種煙氣脫硝方法，其中，該方法包括在煙氣選擇性非催化還原條 件下，將煙氣與脫硝劑接觸，得到得到第一混合物，將得到第一混合物的溫度降低，并在煙
3氣選擇性催化還原條件下，將第一混合物與催化劑接觸。根據(jù)本發(fā)明的煙氣脫硝方法，通過在第一混合物進入催化劑床層之前，降低第一 混合物的溫度，從而一方面在不增大煙氣脫硝設備占用空間的條件下，使得進入催化劑床 層的煙氣與脫硝劑的混合物的溫度滿足SCR的要求；另一方面還可以充分利用煙氣中的熱 量。根據(jù)本發(fā)明的煙氣脫硝方法，脫硝效率可以高于65%。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的煙氣脫硝方法中的換熱器的一種實施方式的結構示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的煙氣脫硝方法中的換熱器的換熱片一種實施方式的結構示 意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的煙氣脫硝方法中的換熱器的換熱片另一種實施方式的結構 示意圖；圖4為本發(fā)明提供的煙氣脫硝方法的一種實施方式所用煙氣脫硝設備的結構示 意圖；圖5為顯示本發(fā)明提供的煙氣脫硝方法的一種實施方式所用煙氣脫硝設備中擾 動裝置位置的局部結構示意圖；圖6為顯示本發(fā)明提供的煙氣脫硝方法的一種實施方式所用煙氣脫硝設備中擾 動裝置為管狀物時，管狀物位于煙道中的端口的朝向Y與煙氣流動方向X的夾角α的示意 圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種煙氣脫硝方法，其中，該方法包括在煙氣選擇性非催化還原條 件下，將煙氣與脫硝劑接觸，得到得到第一混合物，將得到第一混合物的溫度降低，并在煙 氣選擇性催化還原條件下，將第一混合物與催化劑接觸。本發(fā)明中，降低第一混合物的溫度一方面可以充分利用煙氣中的熱量，另一方面 可以對進入催化劑的混合物的溫度進行控制，從而使得第一混合物的溫度滿足煙氣選擇性 催化還原條件的要求。本發(fā)明對降低第一混合物的溫度的方法沒有特別限定，可以采用本領域技術人員 公知的方法來降低第一混合物的溫度。優(yōu)選地，將第一混合物的溫度降低的方法包括將第 一混合物與換熱器接觸，接觸使得第一混合物的溫度為280-500°C。所述換熱器可以為本領域常用的各種的換熱器。從進一步降低煙道的占用空間以 及進一步提高換熱效率的角度出發(fā)，本發(fā)明優(yōu)選采用具有換熱管和多個換熱片的換熱器， 其中，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，換熱管內(nèi)裝有用 于取熱的換熱介質(zhì)，所述換熱介質(zhì)例如可以是除鹽水。換熱介質(zhì)的溫度只要低于第一混合 物的溫度即可，例如可以是40-200°C。圖1所示是具有換熱管和多個換熱片的換熱器的一種優(yōu)選的實施方式。如圖1所 示，所述多個換熱片7平行排列，所述換熱管8多次往返地依次穿過多個平行排列換熱片 7，形成平行的多行和多列的換熱管陣列。在另一種優(yōu)選的實施方式中，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換熱片，形成平行的多行和平行的多列換熱管陣列。圖2所示是所述換熱片7的一種優(yōu)選的實施方式。如圖2所示，所述 換熱片7上形成有與所述換熱管8的尺寸匹配的空間。在另一種實施方式中，每個換熱片 7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8的 形狀相適應的空間，所述換熱管8穿過該空間與換熱片7緊密接觸(如圖3所示)。本發(fā)明中，所述換熱器中的換熱片7的大小和數(shù)量可以在很大范圍內(nèi)改變，可以 根據(jù)預期的換熱效率進行適當?shù)倪x擇。優(yōu)選情況下，多個平行排列的換熱片7的總厚度可 以為單行或單列換熱管8長度的10-20%，更優(yōu)選的情況下，多個平行排列的換熱片7中相 鄰的兩個換熱片2的距離可以為1-5厘米，多個平行排列的換熱片2中每個換熱片7的厚 度可以為0. 5-5厘米。優(yōu)選情況下，穿過每個所述換熱片7的換熱管8的總截面積可以占 該換熱片7單面面積的10-50%。所述換熱管8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8的截面積可以為10-100平方厘米。此外，在所述換熱器中，所述換熱管8排列的密度可以在很大范圍內(nèi)改變，優(yōu)選情 況下，平行的多行或多列的換熱管8中相鄰的兩行或兩列換熱管8的距離可以為5-25厘 米。將第一混合物與換熱器進行接觸，從而將第一混合物的溫度控制為280-500°C可 以通過選擇換熱器的類型以及換熱器中的換熱介質(zhì)的種類和溫度來實現(xiàn)。本發(fā)明的發(fā)明人在實踐中發(fā)現(xiàn)，造成局部催化劑床層失效加速和/或局部脫硝劑 逃逸量超標的主要原因是進入催化劑床層的煙氣與脫硝劑的混合物中脫硝劑的分布不均 勻，導致催化劑床層中局部脫硝劑濃度過大，從而加速催化劑的失效和/或局部脫硝劑逃 逸量超標。本發(fā)明的發(fā)明人在實踐中進一步發(fā)現(xiàn)，造成煙氣和脫硝劑的混合物中脫硝劑分 布不均勻的主要原因在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，因而使得進入尾部煙道的脫硝劑在尾部煙道的分布通常都不均 勻。因此，在一種優(yōu)選的實施方式中，本發(fā)明的煙氣脫硝方法還包括將第一混合物的 溫度降低之前，向所述第一混合物中分別補入脫硝劑和注入擾動介質(zhì)，得到第二混合物。更 優(yōu)選的情況下，先向第一混合物中補入脫硝劑，然后，再注入擾動介質(zhì)，對補入的脫硝劑和 第一混合物進行擾動。根據(jù)本發(fā)明的煙氣脫硝方法，通過在煙氣與脫硝劑的混合物與催化劑接觸之前， 向煙氣與脫硝劑的混合物中注入擾動介質(zhì)，而將煙氣與脫硝劑混合均勻，從而防止由于催 化劑床層中局部脫硝劑濃度過大而引起的局部催化劑床層失效加速和/或局部脫硝劑逃 逸量超標的問題。根據(jù)本發(fā)明提供的方法，所述脫硝劑可以是本領域已知的各種脫硝劑。例如，所述 脫硝劑可以為氨或者各種加熱后能夠產(chǎn)生氨的物質(zhì)，如尿素。上述脫硝劑優(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。在采用加熱后能夠產(chǎn)生氨的物質(zhì)作為補入的脫硝劑的情況下，雖然只要將該加 熱后能夠產(chǎn)生氨的物質(zhì)補入所述第一混合物中即可在與催化劑接觸時發(fā)生選擇性催化還 原脫硝反應，但是，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當所述加熱后能夠產(chǎn)生氨的物質(zhì)補入所述第一混 合物中時，如果所述第一混合物的溫度比該加熱后能夠產(chǎn)生氨的物質(zhì)的分解溫度高不足300°C，則該加熱后能夠產(chǎn)生氨的物質(zhì)補入所述第一混合物之后分解成氨氣的速度較慢，從 而使得該加熱后能夠產(chǎn)生氨的物質(zhì)得不到充分利用；而如果所述加熱后能夠產(chǎn)生氨的物質(zhì) 補入的時間至與催化劑接觸的時間間隔為小于4秒時，則會導致該加熱后能夠產(chǎn)生氨的物 質(zhì)分解的氨氣與所述第一混合物混合不均勻。而且，本發(fā)明的發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，在補入的 脫硝劑為加熱后能夠產(chǎn)生氨的物質(zhì)的情況下，如果補入脫硝劑時第一混合物的溫度比脫硝 劑的分解溫度至少高300°C，補入脫硝劑的時間至與催化劑接觸的時間間隔至少為4秒時， 所述加熱后能夠產(chǎn)生氨的物質(zhì)能夠迅速分解成氨氣，并與所述第一混合物均勻混合，而且， 在這種情況下，與采用氨水作為補入的脫硝劑的情況相比，可以大大提高脫硝率。優(yōu)選情況 下，在補入的脫硝劑為加熱后能夠產(chǎn)生氨的物質(zhì)時，補入脫硝劑時第一混合物的溫度比脫 硝劑的分解溫度至少高600°C，補入脫硝劑的時間至與催化劑接觸的時間間隔為4-20秒。 在進一步優(yōu)選情況下，補入脫硝劑時非催化還原脫硝反應產(chǎn)物的溫度低于在選擇性非催化 還原反應條件下煙氣與脫硝劑接觸的溫度，也即低于950°C。補入的脫硝劑的量以滿足SCR反應的要求，優(yōu)選情況下，補入脫硝劑使得所述第 二混合物中以氮元素計，脫硝劑中氮與煙氣中N0X的氮(以NO計)的摩爾比(簡稱氨氮摩 爾比)為0.5-1. 1 1，進一步優(yōu)選為0. 7-1 1。所述擾動介質(zhì)可以是各種能夠通過輸送管噴出的介質(zhì)，只要不對煙氣與脫硝劑之 間的脫硝反應產(chǎn)生不利影響即可。為了保證與催化劑接觸前的第二混合物混合均勻，防止現(xiàn)有技術中由于脫硝劑 局部濃度過大或過小導致的催化劑中毒和氨逃逸現(xiàn)象的發(fā)生，同時減輕對下述煙道的損 傷，優(yōu)選情況下，所述擾動介質(zhì)的壓力為0. 3-5兆帕，更優(yōu)選為1-2兆帕，更進一步優(yōu)選為 1.4-1. 6兆帕；所述擾動介質(zhì)與所述第一混合物的體積流量比為0.001-0. 1 1，更優(yōu)選為 0. 004-0. 04 1 ；流速比為10-250 1，更優(yōu)選為10-230 1，更優(yōu)選為10-50 1，更進 一步優(yōu)選為20-30 1;擾動介質(zhì)在脫硝劑和煙氣的混合物與催化劑接觸前的至少0.1秒 鐘注入，更優(yōu)選在在脫硝劑和煙氣的混合物與催化劑接觸前的0. 5-5秒鐘注入。通過上述 壓力與流量和流速的配合，能夠保證第二混合物在與催化劑接觸前充分混合，從而徹底防 止現(xiàn)有技術中由于脫硝劑局部濃度過大或過小導致的催化劑中毒和氨逃逸現(xiàn)象的發(fā)生。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所述擾動介質(zhì)為不與煙氣和脫硝劑反應的惰性介 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。根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式，所述擾動介質(zhì)為煙氣或者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。而且使用脫硝劑和煙氣的混合物時， 特別是使用所述第一混合物作為擾動介質(zhì)時，擾動介質(zhì)的通入還不會導致第二混合物中脫 硝劑濃度的大幅降低。因此本發(fā)明優(yōu)選擾動介質(zhì)為未經(jīng)脫硝處理的煙氣或者脫硝劑和煙氣 的混合物，尤其優(yōu)選擾動介質(zhì)為所述第一混合物。根據(jù)本發(fā)明提供的煙氣脫硝方法，其中，煙氣選擇性非催化還原脫硝的條件包 括煙氣與脫硝劑接觸的溫度可以為800-1300°C，優(yōu)選為800-1100°C ；接觸的時間優(yōu)選為 0. 1-2秒，更優(yōu)選為0. 5-1秒；以氮元素計，脫硝劑中氮與煙氣中N0X的氮(以NO計)的摩爾比(簡稱氨氮摩爾比)可以為0.3-1. 5 1，優(yōu)選為0.3-1 1。根據(jù)本發(fā)明提供的煙氣脫硝方法，其中，以氮元素計，第二混合物中的脫硝劑中氮 與煙氣中N0X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。當所述擾動介質(zhì)為如上所述的煙氣或者含脫硝劑和煙氣的混合物如第一混合 物時，此處脫硝劑的氨與煙氣中摩爾比(氨氮摩爾比)相應包括擾動介質(zhì)中的脫硝 劑的氨以及N0X。根據(jù)本發(fā)明提供的煙氣脫硝方法，其中，煙氣選擇性催化還原脫硝的條件包括第 二混合物與催化劑接觸的溫度可以為280-420°C，優(yōu)選為300-400°C ；煙氣的體積空速可以 為200-20000小時勺，優(yōu)選為1000-10000小時人根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中，所述催化劑可以是各種能夠催化脫硝劑與氮氧化 物N0X反應，使氮氧化物N0X轉(zhuǎn)化為氮氣的催化劑，優(yōu)選為金屬氧化物催化劑。例如，所述金屬氧化物可以是乂205、卩6203、010、0203、(0304、慰0、0602、1^203、卩1~6011、 Nd203、Gd203、Yb203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Ti02上、 以V205為主要活性組分、W03或Mo03為助催化劑的釩鈦體系，即V205-W03/Ti02或V205_Mo03/ Ti02。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V205-W03/Ti02或V205-Mo03/Ti02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，即本發(fā)明優(yōu)選所述催化劑為催化劑床層形 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。 本發(fā)明中，所述煙氣可以是各種氮氧化物含量需要降低的煙氣，例如可以是未經(jīng) 任何處理的來電廠鍋爐的煙氣或來自煉鋼鍋爐的煙氣。下面結合附圖對本發(fā)明的一種實施方式進行詳細的說明。根據(jù)本發(fā)明的煙氣脫硝方法可以在各種煙氣脫硝設備中進行。圖4所示是本發(fā)明 提供的煙氣脫硝方法的一種實施方式所用煙氣脫硝設備的結構示意圖。如圖4所示，所述煙氣脫硝設備包括煙道1以及沿煙氣的流向依次設置在該煙道 1內(nèi)的脫硝劑供給裝置2、脫硝劑補給裝置3、擾動裝置4、換熱器6和催化劑床層5，所述脫 硝劑補給裝置3和擾動裝置4依次設置在脫硝劑供給裝置2和換熱器6之間的煙道1內(nèi)。 所述脫硝劑供給裝置2用于向所述煙道1內(nèi)提供脫硝劑以與煙氣接觸，從而發(fā)生選擇性非 催化還原反應；所述脫硝劑補給裝置3用于向煙氣與脫硝劑在選擇性非催化還原條件下接 觸后得到的第一混合物中補入脫硝劑，并通過擾動裝置4向煙道1中注入擾動介質(zhì)，使脫硝 劑和煙氣在擾動介質(zhì)的擾動下均勻混合，之后經(jīng)過換熱器6使煙氣降溫，之后進入催化劑 床層5，進行煙氣的選擇性催化還原反應，得到脫硝后的煙氣。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)本發(fā)明的一種實施方式，所述煙道包括第一 垂直段a、第二垂直段c和位于該兩個垂直段之間的一個水平段b，所述水平段b的兩端各 自與第一垂直段a、第二垂直段c的頂部連通。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所述脫硝劑供給裝置2和脫硝劑補給裝置3位于第 一垂直段a內(nèi)，所述催化劑床層5位于第二垂直段c內(nèi)。優(yōu)選情況下，脫硝劑供給裝置2到該脫硝劑供給裝置2所在垂直段的底部的距離A、脫硝劑供給裝置2到所述脫硝劑補給 裝置3的距離B、該脫硝劑補給裝置3所在垂直段的底部到頂部的距離C之間優(yōu)選滿足 A B C = 10-25 5-15 30，更優(yōu)選 A B C = 15-23 5-13 30。此時所述脫 硝劑補給裝置3供給的脫硝劑進入所述煙道的位置對應于使用時所述煙道的溫度為800°C 左右的區(qū)域，有利于脫硝劑為尿素時，使尿素分解為氨。通常情況下，相對于煙道的第一垂 直段a的高度為30米、寬度10米、深度10米時，所述脫硝劑補給裝置3位于所述第一垂直 段a的23-28米的位置，所述脫硝劑供給裝置2位于所述第一垂直段a的15-23米的位置。所述換熱器6與所述催化劑床層5之間的距離可以為1-1. 5米，優(yōu)選為1. 1-1. 3 米，從而可以確保與所述換熱器6進行接觸之后的第二混合物的溫度滿足煙氣選擇性催化 還原反應的要求。根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式，所述脫硝劑供給裝置2位于第一垂直段a內(nèi)，脫硝 劑補給裝置3位于水平段b內(nèi)，催化劑床層5位于第二垂直段c內(nèi)。該實施方式適用于脫 硝劑補給裝置3補給的脫硝劑為氨水的情況。根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式，所述煙氣脫硝設備還包括脫硝劑源(未示出)，為 脫硝劑供給裝置2和脫硝劑補給裝置3提供脫硝劑。所述脫硝劑源例如可以是脫硝劑儲罐 或泵。所述脫硝劑供給裝置2和脫硝劑補給裝置3的一端端口與脫硝劑源連通，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)。脫硝劑供給裝置2和脫硝劑補給裝置3可 以共用一個脫硝劑源，也可以各自與不同的脫硝劑源連通，由不同的脫硝劑源提供脫硝劑。在所述煙氣脫硝設備中，盡管各種能夠用來提供脫硝劑的裝置均可作所述脫硝劑 供給裝置2和所述脫硝劑補給裝置3，但優(yōu)選情況下，所述脫硝劑供給裝置2和所述脫硝劑 補給裝置3各自為管道，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。脫硝劑通過該開口進入煙道內(nèi)。所述管道優(yōu)選為多根，例如可以為3-10根。進一 步優(yōu)選情況下，所述多根管道沿煙道1的軸向或周向排列。更優(yōu)選的情況下，所述多根管道 沿煙道1的軸向排列并沿煙道1的徑向均勻分布。每根伸入煙道1中的管道上的開口可以 為多個，如2-20個。優(yōu)選每根伸入煙道1中的管道上的多個開口沿所述管道的軸向分布。 為了使所述脫硝劑與煙氣的接觸更加充分，所述開口的方向與煙道1中煙氣流動的方向相 反，從而煙氣與來自所述脫硝劑供給裝置2和脫硝劑補給裝置3的所述脫硝劑非同向接觸， 能夠更好的獲得脫硝效果。在本發(fā)明中，所述開口的方向與煙道1中煙氣流動的方向相反 并非絕對相反，包括所述開口的方向朝下、朝向水平或者向下傾斜1-15°的情況。所述煙道 的橫截面積與所述脫硝劑供給裝置2的開口的總面積之比可以為5000-50000 1，優(yōu)選為 20000-30000 1。所述煙道的橫截面積與所述脫硝劑補給裝置3的開口的總面積之比為 5000-50000 1，優(yōu)選為 20000-30000 1。優(yōu)選情況，如圖5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6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a為70-90°角。為了使得在第一混合物中分別補入脫硝劑和注入擾動介質(zhì)后得到的第二混合物 進入催化劑床層5之前充分混合均勻，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5之間的路程為所述催化劑床層5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5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5的表面實際走過的距離。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。綜合考慮擾動效果和對擾動裝置的設備要求，本發(fā)明優(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。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，該設備還包括擾動介質(zhì)提供裝置(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內(nèi)。在所述煙氣脫硝設備中，所述催化劑床層5為由催化劑形成的催化劑床，所述催 化劑床層5的厚度沒有特別的限定，優(yōu)選情況下，所述催化劑床層5的厚度可以為1. 5-2米。為了充分利用煙氣中的熱，優(yōu)選情況下，所述煙道1尤其是所述煙道1的脫硝劑供 給裝置2所在的第一垂直段a、水平段b以及催化劑床層5所在第二垂直段c的催化劑床 層5以上(以煙氣流向為準)的部分由金屬管圍成。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。下面的實施例將對本發(fā)明作進一步的說明。以下實施例中，煙氣中NOx的含量采 用北京宏昌信科技有限公司銷售的在線紅外煙氣分析儀，產(chǎn)品型號為Gasboard-3000。實施例1該實施例用于說明本發(fā)明提供的煙氣脫硝方法。采用圖4所示的煙氣脫硝設備實施煙氣脫硝，該煙氣脫硝設備包括煙道1以及依 次設置在煙道1內(nèi)的脫硝劑供給裝置2、脫硝劑補給裝置3、擾動裝置4和催化劑床層5，其 中煙道由直徑為60毫米的20G碳鋼管圍成，煙道的截面為10米X 6米的矩形，20G碳鋼管 內(nèi)裝電站鍋爐用除鹽水。所述煙道具有第一垂直段a、水平段b和第二垂直段c，所述水平段 b的兩端分別與第一垂直段a和第二垂直段c的上部的連通，所述第一垂直段a的高度為30 米，水平段的寬度為8米，第二垂直段的高度為22米。所述脫硝劑供給裝置2到所述第一垂 直段a的底部的最小距離A、所述脫硝劑供給裝置2到所述脫硝劑補給裝置3的最小距離B 和所述脫硝劑補給裝置3到所述第一垂直段5的頂部的最小距離C的比例為15 5 30。 所述脫硝劑供給裝置2為7根噴射管，噴射管的一端伸入煙道內(nèi)，另一端與脫硝劑源(濃度 為39重量％的尿素水溶液)連通；所述脫硝劑補給裝置3為3根噴射管，噴射管的一端伸 入煙道內(nèi)，另一端與脫硝劑源(濃度為39重量％的尿素水溶液)連通。擾動裝置4位于距 離第二垂直段的最小距離為6米處，包括5根直徑為50毫米的管狀物，5根管狀物沿煙道1 的周向均勻排列成一排，所述管狀物的一端與1. 5MPa的蒸汽源連接，另一端伸入煙道1內(nèi)， 管狀物的出口方向與煙氣流向垂直。催化劑床層5的厚度為1. 8米，催化劑床層5的上表 面距離第二垂直段的頂部8米，催化劑床層5由雅佶隆陶瓷產(chǎn)品貿(mào)易(上海)有限公司銷 售的(生產(chǎn)商Johnson Matthey Catalysts (Germany)) GmbH 二氧化鈦基 SCR 板式催化劑 形成。換熱器6購自北京伯兆楓冷暖設備有限公司的H型鰭片省煤器，具有35行X 35列的換熱管陣列，平行的多行換熱管中相鄰的兩行換熱管的距離為10厘米，平行的多行換 熱管中相鄰的兩行換熱管的距離為15厘米，換熱管的橫截面積為80平方厘米；具有280個 換熱片，換熱片的總厚度為單行或單列換熱管長度的15%，相鄰的兩個換熱片的距離為20 厘米，每個換熱片的厚度為5毫米；穿過每個所述換熱片的換熱管的總截面積占該換熱片 單面面積的40%。換熱器6內(nèi)裝有溫度為200°C的電站鍋爐用除鹽水蒸汽。通過脫硝劑供給裝置2將濃度為39重量％的尿素水溶液送入煙道內(nèi)，與溫度為 1000°c、流量為70萬立方米/小時的來自電廠鍋爐的煙氣(氮氧化物的含量為350mg/Nm3) 混合，使尿素水溶液與煙氣中的氮氧化物的氨氮摩爾比為1 1，煙氣與該尿素水溶液接觸 的時間為1. 1秒鐘。并通過脫硝劑補給裝置3向上述接觸后產(chǎn)生的第一混合物中補入濃度 為39重量％的尿素水溶液(此時，上述第一混合物的溫度為900°C )，使該混合物中的氨氮 摩爾比為0.8 1。再由上述作為擾動裝置4的管狀物(各自與壓力為1.5兆帕的350°C 的水蒸氣罐相連通)將作為擾動介質(zhì)的水蒸氣以4. 19噸/小時的量送入煙道中，得到第二 混合物。其中，每噸水蒸氣的體積為2871立方米，因此，通過計算可以得知擾動介質(zhì)與所述 煙氣的體積流量比為0.017 1，流速比為105 1，煙氣通過催化劑床層5的體積空速為 6482小時、擾動介質(zhì)在第二混合物與催化劑接觸前的4. 32秒鐘注入。測得脫硝后的煙氣 中N0X的含量為45mg/Nm3，N0X的轉(zhuǎn)化率為87. 1重量％。實施例2該實施例用于說明本發(fā)明提供的所述煙氣脫硝方法。采用與實施例1相同的煙氣脫硝設備實施煙氣脫硝，具體地，通過脫硝劑供給裝 置2將濃度為39重量％的尿素水溶液送入煙道內(nèi)，與溫度為1000°C、流量為77. 8萬立方米 /小時的來自電廠鍋爐的煙氣(氮氧化物的含量為350mg/Nm3)混合，使尿素水溶液與煙氣 中的氮氧化物的氨氮摩爾比為0.3 1，煙氣與該尿素水溶液接觸的時間為1.2秒鐘。并通 過脫硝劑補給裝置3向上述接觸后產(chǎn)生的第一混合物中補入濃度為39重量％的尿素水溶 液(此時，上述第一混合物的溫度為850°C)，使該混合物中的氨氮摩爾比為1 1。再由上 述作為擾動裝置4的管狀物(各自與壓力為1. 5兆帕的350°C的水蒸氣罐相連通)將作為擾 動介質(zhì)的水蒸氣以5噸/小時的量送入煙道中，得到第二混合物。其中，每噸水蒸氣的體積 為2871立方米，因此，通過計算可以得知擾動介質(zhì)與所述煙氣的體積流量比為0.018 1， 流速比為113 1，煙氣通過催化劑床層5的體積空速為7204小時-1，擾動介質(zhì)在脫硝劑 和煙氣的混合物與催化劑接觸前的3. 89秒鐘注入。經(jīng)過換熱器6使第二混合物的溫度降 為350°C。測得脫硝后的煙氣中N0X的含量為50mg/Nm3，N0X的轉(zhuǎn)化率為85. 7重量％。實施例3該實施例用于說明本發(fā)明提供的所述煙氣脫硝方法。采用與實施例1相同的煙氣脫硝設備實施煙氣脫硝，具體地，通過脫硝劑供給裝 置2將濃度為39重量％的尿素水溶液送入煙道內(nèi)，與溫度為1100°C、流量為60萬立方米 /小時的來自電廠鍋爐的煙氣(氮氧化物的含量為350mg/Nm3)混合，使尿素水溶液與煙氣 中的氮氧化物的氨氮摩爾比為0.8 1，煙氣與該尿素水溶液接觸的時間為0.5秒鐘。并 通過脫硝劑補給裝置3向上述接觸后產(chǎn)生的混合物中補入濃度為39重量％的尿素水溶 液(此時，上述接觸后產(chǎn)生的第一混合物的溫度為800°C )，使該混合物中的氨氮摩爾比為 0.7 1。再由上述作為擾動裝置4的管狀物(各自與壓力為1.5兆帕的350°C的水蒸氣罐相連通)將作為擾動介質(zhì)的水蒸氣以7噸/小時的量送入煙道中的上述煙氣和脫硝劑的混 合物中。其中，每噸水蒸氣的體積為2871立方米，因此，通過計算可以得知擾動介質(zhì)與所述 煙氣的體積流量比為0.033 1，流速比為205 1，煙氣通過催化劑床層5的體積空速為 5556小時、擾動介質(zhì)在脫硝劑和煙氣的混合物與催化劑接觸前的5. 03秒鐘注入。經(jīng)過換 熱器6使第二混合物的溫度降為400°C。測得脫硝后的煙氣中NOx的含量為45mg/Nm3，NOx 的轉(zhuǎn)化率為91. 8重量％。實施例4該實施例用于說明本發(fā)明提供的所述煙氣脫硝方法。采用與實施例1相同的煙氣脫硝設備實施煙氣脫硝，不同的是，調(diào)整脫硝劑補給 裝置3的開口在煙道1內(nèi)的位置，使脫硝劑補給裝置3在水平段b內(nèi)距離第一垂直段a與 水平段b相鄰位置5米處將濃度為39重量％的尿素水溶液送入煙道內(nèi)(此時，上述接觸后 產(chǎn)生的混合物的溫度為700°C)，使該混合物中的氨氮摩爾比為0.8 1。該補入了尿素的 混合物在約3. 4秒后溫度降至約400°C，并在該溫度下以64821Γ1的體積空速通過催化劑床 層5。測得脫硝后的煙氣中NOx的含量為100mg/Nm3，NOx的轉(zhuǎn)化率為71. 4重量％。實施例5采用與實施例1相同的煙氣脫硝設備實施煙氣脫硝，不同的是，沒有啟動脫硝劑 補給裝置3和擾動裝置4，即，沒有補入脫硝劑也沒有加入擾動介質(zhì)，測得脫硝后的煙氣中 NOx的含量為105mg/Nm3，NOx的轉(zhuǎn)化率為70重量％。
權利要求
一種煙氣脫硝方法，其特征在于，該方法包括在煙氣選擇性非催化還原條件下，將煙氣與脫硝劑接觸，得到第一混合物，將得到第一混合物的溫度降低，并在煙氣選擇性催化還原條件下，將降低溫度的該第一混合物與催化劑接觸。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，將第一混合物的溫度降低的方法包括將第一混 合物與換熱器接觸，接觸使得第一混合物的溫度為280-500°C。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，所述換熱器包括換熱管、多個換熱片以及容納在 換熱管內(nèi)的換熱介質(zhì)，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。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，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。
5.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，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。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，將第一混合物的溫度降低之前，該方法還包括 向所述第一混合物中分別補入脫硝劑和注入擾動介質(zhì)，得到第二混合物。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中，先向第一混合物中補入脫硝劑，然后，再注入擾 動介質(zhì)，對補入的脫硝劑和第一混合物進行擾動。
8.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中，所述脫硝劑為加熱后能夠產(chǎn)生氨的物質(zhì)，并且補 入脫硝劑時所述第一混合物的溫度比脫硝劑的分解溫度至少高300°C，補入脫硝劑的時間 至第二混合物與催化劑接觸的時間間隔至少為4秒。
9.根據(jù)權利要求6或8所述的方法，其中，補入的脫硝劑的量使得脫硝劑和所述第一混 合物中的NOx的氨氮摩爾比為0. 5-1. 1:1。
10.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中，所述擾動介質(zhì)的壓力為0.3-5兆帕，所述擾動介 質(zhì)與所述第一混合物的體積流量比為0.001-0. 1 1，流速比為10-250 1，擾動介質(zhì)在第 二混合物與催化劑接觸前的至少0. 1秒鐘注入。
11.根據(jù)權利要求6-8中任意一項所述的方法，其中，所述擾動介質(zhì)為不與脫硝劑和煙 氣反應的惰性介質(zhì)。
12.根據(jù)權利要求6-8中任意一項所述的方法，其中，所述擾動介質(zhì)為煙氣或者第一混 合物。
13.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述煙氣選擇性非催化還原脫硝的條件包括 煙氣與脫硝劑接觸的溫度為950-1300°C，接觸的時間為0. 1-2秒，脫硝劑與煙氣中的NOx的 氨氮摩爾比為0. 3-1. 5 1。
14.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述煙氣選擇性催化還原脫硝的條件包括第 二混合物與催化劑接觸的溫度為280-420°C，第二混合物的體積空速為200-20000小時人
全文摘要
本發(fā)明提供了一種煙氣脫硝方法，其中，該方法包括在煙氣選擇性非催化還原條件下，將煙氣與脫硝劑接觸，得到第一混合物，將得到的第一混合物的溫度降低，并在煙氣選擇性催化還原條件下，將第一混合物與催化劑接觸。根據(jù)本發(fā)明的煙氣脫硝方法，通過在第一混合物進入催化劑床層之前，降低第一混合物的溫度，從而一方面在不增大煙氣脫硝設備占用空間的條件下，使得進入催化劑床層的煙氣與脫硝劑的混合物的溫度滿足SCR的要求；另一方面還可以充分利用煙氣中的熱量。根據(jù)本發(fā)明的煙氣脫硝方法，脫硝效率可以高于65％。
文檔編號B01D53/56GK101940877SQ20101022970
公開日2011年1月12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