專利名稱：一種除塵脫硝一體化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護領(lǐng)域，適應(yīng)于鍋爐煙氣以及工業(yè)尾氣的凈化，具體涉及一種煙氣除塵脫硝一體化裝置。
背景技術(shù)：
NOx是直接導致酸雨，臭氧層空洞以及光化學煙霧的重要原因之一，肆意排放NOx將對人類健康以及生態(tài)環(huán)境造成嚴重的危害，因此對NOx的治理一直是世界環(huán)境保護領(lǐng)域的重點。世界各國對NOx的排放制定了越來越嚴格的標準，我國2011年7月最新頒布的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223 - 2011)對NOx的排放也開始執(zhí)行比過去更嚴格的標準，這無疑對煙氣脫硝技術(shù)有了更高的要求，因此，煙氣脫硝技術(shù)必須不斷提高。對于煙氣中NOx的脫除，國內(nèi)外普遍使用選擇性催化還原法(即SCR法)。該方法脫除效率高，無二次污染，可廣泛應(yīng)用于燃煤煙氣以及工業(yè)尾氣的凈化中。其主要是利用氨氣作為還原劑來還原煙氣中的N0X，生成H2O和N2,從而達到去除NOx的目的。在SCR脫硝工藝中，混氨技術(shù)一直是決定脫硝效率和氨逃逸率的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前常見的混氨的方法主要有噴氨格柵、靜態(tài)混合器和渦流混合器等，其中噴氨格柵由于易于調(diào)節(jié)和混合效果好，較多的應(yīng)用于SCR法脫硝工藝?，F(xiàn)行工藝中，普遍采用的噴氨格柵是將煙道截面分成20 40個等面積的控制區(qū)域，每個區(qū)域有若干個噴嘴，每個分區(qū)的流量可根據(jù)煙氣中NOx濃度分布單獨調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)均勻噴氨。但是，當煙道橫截面積較大時，控制區(qū)域?qū)⒆兌嗷蜃兇?，造成操作系統(tǒng)變復雜或者物料輸送距離增加，從而影響所需ΝΗ3/Ν0比的實現(xiàn)。如果煙道的形狀為圓形或者其他特殊形狀，可能還存在噴氨死角，從而嚴重影響NOx的整體去除效率。同時，普通SCR脫硝裝置，混氨行程較短，不利于NH3與NOx充分混合，若混氨行程較長，則一方面占據(jù)空間，另一方面煙氣熱量損失較大。此外，傳統(tǒng)的SCR脫硝工藝主要采用高溫高塵布置，煙氣含塵較大，容易造成SCR催化劑床層磨損，堵塞和中毒，且高溫煙氣直接進入催化劑還可能使得催化劑燒結(jié)失活，從而使得催化劑壽命降低，設(shè)備維修率增高，成本增加。近年來，由于省煤器和余熱鍋爐等的使用，導致某些工況下煙氣溫度可能不高，因此，在SCR脫硝裝置中還需要根據(jù)實際情況使用中低溫型SCR催化劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是如上所述傳統(tǒng)脫硝反應(yīng)裝置的不足，提供一種不僅脫硝效率高，氨逃逸率低，而且可實現(xiàn)除塵脫硝一體化，裝置結(jié)構(gòu)緊湊，能有效保障系統(tǒng)安全運行，減少維修，延長催化劑使用壽命，降低運行成本，適用范圍廣，便于推廣的除塵脫
硝一體化裝置。為了達到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為所述除塵脫硝一體化裝置包括煙氣通道21，混合煙氣入口 3，由外筒4和內(nèi)筒5構(gòu)成的殼體，殼體底部的灰斗11，煙氣通道21與混合煙氣入口 3連接，混合煙氣入口 3與殼體連通，外筒壁15和內(nèi)筒壁7之間有環(huán)隙，外筒4與內(nèi)筒5通過文丘里通道9連通，所述煙氣通道21橫截面為環(huán)狀，煙氣通道21中設(shè)有福射狀分布的噴氨格柵I，噴氨格柵I包括輸氨管道17和沿輸氨管道17呈福射狀分布于煙氣通道21內(nèi)的噴氨嘴20，所述環(huán)隙內(nèi)設(shè)有脫硝催化劑床層14。另外，所述混合煙氣入口 3設(shè)置于內(nèi)筒5上部，使煙氣沿切線方向進入內(nèi)筒5。在所述內(nèi)筒壁7內(nèi)側(cè)，沿煙氣流動方向，并排安裝有成螺旋狀盤繞于內(nèi)筒壁7上的吸熱螺旋板6。所述吸熱熱螺旋板6之間間隔為O. InTO. 3m,吸熱螺旋板6邊緣向內(nèi)筒5中心伸出O. llTO. 3R (R為內(nèi)筒5半徑，單位為m)，伸出部分與豎直方向成45° 70°夾角a。所述文丘里通道9的通道口向內(nèi)筒5中心伸出O. 15ΙΓ0. 4R(R為內(nèi)筒5半徑，單位為m)，文丘里通道9的入口和出口按氣流流動方向設(shè)計成流線型。所述文丘里通道9與內(nèi)筒5的直徑方向成10° 40°夾角β，與水平面成15°飛5°夾角Y。所述文丘里通道9向內(nèi)筒5中心伸出的部分與水平面平行且頂部呈拱狀。脫硝催化劑床層14下方設(shè)有環(huán)形散熱整流板8。所述脫硝催化劑床層14中催化劑可為通道式整體催化劑、填充床式催化劑、高溫型催化劑或中低溫催化劑。所述內(nèi)筒壁7底部與豎直方向成2 0° 45°角Φ，所述外筒壁15底部與豎直方向成20° 45°角Θ。在灰斗11和除塵脫硝殼體內(nèi)筒5以及外筒4之間有灰斗風門12，在灰斗11底部有清灰口門10。下面對本發(fā)明及其設(shè)計原理作進一步說明
參見圖I至圖5，所述除塵脫硝一體化裝置包括煙氣通道21，混合煙氣入口 3，由外筒4和內(nèi)筒5構(gòu)成的殼體，殼體底部的灰斗11，煙氣通道21與混合煙氣入口 3連接，混合煙氣入口 3與殼體連通，外筒壁15和內(nèi)筒壁7之間設(shè)有環(huán)隙，所述環(huán)隙內(nèi)設(shè)有呈輻射狀均勻分布的脫硝催化劑床層14，外筒4與內(nèi)筒5通過文丘里通道9連通。煙氣通道21橫截面為環(huán)狀，煙氣通道21中設(shè)有福射狀分布的噴氨格柵I，噴氨格柵I包括輸氨管道17和噴氨嘴20，噴氨嘴20沿輸氨管道17呈輻射狀均勻分布于環(huán)形煙道外壁18和環(huán)形煙道內(nèi)壁19之間的煙氣通道21內(nèi)?；旌蠠煔馊肟?3設(shè)置于內(nèi)筒5上部，且使煙氣沿切線方向進入內(nèi)筒5，從而利用旋風除塵的原理實現(xiàn)除塵。在所述內(nèi)筒壁7內(nèi)側(cè)，沿煙氣流動方向，并排安裝有成螺旋狀盤繞于內(nèi)筒壁7上的吸熱螺旋板6，根據(jù)煙氣流向設(shè)為右旋或左旋，每兩塊吸熱熱螺旋板6之間間隔為O. ΙπΓΟ. 3m，吸熱螺旋板6邊緣向內(nèi)筒5中心伸出O. llTO. 3R (R為內(nèi)筒5半徑，單位為m)，伸出部分與豎直方向成45° 70°夾角α。所述文丘里通道9的通道口向內(nèi)筒5中心伸出O. 15ΙΓ0. 4R (R為內(nèi)筒5半徑，單位為m)，文丘里通道9的入口和出口按氣流流動方向設(shè)計成流線型；文丘里通道9與內(nèi)筒5的直徑方向成10° 40°夾角β，與水平面成15°飛5°夾角Y ;文丘里通道9向內(nèi)筒5中心伸出的部分與水平面平行且頂部呈拱狀。脫硝催化劑床層14中催化劑可為通道式整體催化劑、填充床式催化劑、高溫型催化劑或中低溫催化劑，脫硝催化劑床層14層數(shù)為三到四層，每層脫硝催化劑床層14下方設(shè)有環(huán)形散熱整流板8，散熱整流板8網(wǎng)格的密度可根據(jù)壓降和散熱要求靈活設(shè)計。吸熱螺旋板6、散熱整流板8和內(nèi)筒壁7均由導熱性能良好的材料構(gòu)成，三者之間可實現(xiàn)很好的熱傳導。所述內(nèi)筒壁7底部與豎直方向成20° 45°角Φ，外筒壁15底部與豎直方向成20° 45°角Θ。另外，除塵脫銷殼體外筒壁15上，可根據(jù)需要設(shè)置觀察孔、煙氣監(jiān)測孔以及檢修孔。在灰斗11和除塵脫硝殼體內(nèi)筒5以及外筒4之間有灰斗風門12，在灰斗11底部有清灰口門10。本發(fā)明的工作原理如下
含粉塵和NOx的煙氣，經(jīng)煙氣管道輸送到新型噴氨格柵I處，此時煙氣通道橫截面由圓形變成環(huán)形，氨氣通過氨氣入口 2輸入，經(jīng)噴氨之后，混合煙氣從煙氣入口 3處沿切線方向進入內(nèi)筒5,在筒內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)氣流,一方面使得NH3和NOx混合均勻，另一方面，由于離心力的原因，煙氣中大部分的粉塵將沿殼體內(nèi)筒壁7向下滑落而除去。殼體內(nèi)筒壁7上裝有吸熱螺旋板6，一方面其平行排列的結(jié)構(gòu)類似于板式除塵器可以提高除塵效率，另一方面，吸熱螺旋板6可以吸收煙氣熱量，并結(jié)合內(nèi)筒壁7和散熱整流板8分攤熱量，實現(xiàn)在整個煙氣處理過程中煙氣溫度均勻分布，減少熱量損失，提高總體脫硝效率，并有效防止催化劑燒結(jié)。煙氣到達內(nèi)筒5底部后，經(jīng)文丘里通道9進入外筒4。由于文丘里通道9橫截面積相對較小，導致煙氣流速增加，從而煙氣紊流程度增加，進一步促進了 NH3和NOx的混合，當煙氣從文丘里通道9流出后，進入外筒4，流速大大降低，在導流板13的作用下，通過散熱整流板8整流并加熱后，煙氣在整個橫截面上實現(xiàn)濃度和流速均勻分布，煙氣溫度也保持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)。最后，混合均勻，速度平均，ΝΗ3/Ν0比適宜，溫度合適，含塵較少的混合煙氣從脫硝催化劑床層14底部進入，在脫硝催化劑的作用下實現(xiàn)選擇性催化還原反應(yīng)，生成N2和H2O,氣體從煙氣出口 16排出，脫硝催化劑床層14中催化劑可為通道式整體催化劑、填充床式催化劑、高溫型催化劑或中低溫催化劑，脫硝反應(yīng)使用的還原劑可為NH3，也可為尿素、有機烴類、乙醇等。由于煙氣在整個橫截面上濃度和速度分布較為均勻，且脫硝催化劑床層14橫截面的跨度較小，脫硝反應(yīng)進行較為均勻，能充分利用所有的催化劑，從而使得氨逃逸率將大大降低。由于煙氣已經(jīng)過除塵處理，含塵量較少，從而可以降低對催化劑的磨損，堵塞以及污染。與此同時，由于從脫硝催化劑床層14底部進入，煙氣中粉塵將不易于累積在脫硝催化劑床層14之上，且清灰方便。另外，該裝置可以通過兩個或多個并聯(lián)后實現(xiàn)大規(guī)模煙氣處理。本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在
(I)使用輻射狀分布的新型噴氨格柵結(jié)合橫截面為環(huán)狀的煙氣通道，相對于同等規(guī)模的傳統(tǒng)型圓形或者方形分布的噴氨格柵，最邊緣的噴氨嘴距最中間的噴氨嘴的距離變小，使得這兩點之間NOx的絕對濃度差大大降低，使得噴氨格柵的結(jié)構(gòu)以及控制系統(tǒng)較傳統(tǒng)的簡單，使所需的ΝΗ3/Ν0比更易于實現(xiàn)。與此同時，該結(jié)構(gòu)使得NH3輸送距離變短且無噴氨死角，更有利于噴氨。(2)混合煙氣入口與殼體內(nèi)筒組成除塵器，運用旋風除塵原理，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，可除去大部分粉塵，防止其對后續(xù)脫硝催化劑床層的磨損，污染和堵塞。(3)殼體內(nèi)筒壁內(nèi)側(cè)上設(shè)置有吸熱螺旋板，一方面，螺旋板平行排列，可輔助除塵，提高除塵效率，另一方面，螺旋板可吸收入口煙氣中的熱量，并結(jié)合內(nèi)筒壁和散熱整流板分攤熱量，實現(xiàn)在整個煙氣處理過程中煙氣溫度均勻分布，減少熱量損失，提高總體脫硝效率，有效防止催化劑燒結(jié)。(4)本發(fā)明在不增加裝置長度的情況下，大大延長了混氨時間，不但結(jié)構(gòu)緊湊，而且可有效提高NOx的去除率和降低氨逃逸率。(5)當混合煙氣經(jīng)過文丘里通道時，由于煙道面積突然縮小，煙氣流速增加，湍流增強，進一步強化了反應(yīng)物的混合程度與分布的均勻性。當煙氣從文丘里通道中出來，煙道面積突然擴大，煙氣流速降低，便于反應(yīng)物在脫硝催化劑床層上充分反應(yīng)。
(6)文丘里通道與殼體內(nèi)筒的直徑方向成10° 40°角，且與水平面成15°飛5°角，可使煙氣以較低阻力進入殼體外筒。文丘里通道入口處向殼體內(nèi)筒中心方向伸出一定距離，伸出部分呈水平布置，背面光滑且成拱形，可有效防止落下的灰塵被煙氣帶入殼體外筒。文丘里通道入口和出口設(shè)計成流線型，可以大大降低設(shè)備壓損，節(jié)約運行成本。(7)煙氣從脫硝催化劑床層底部進入，灰塵不易于累積在催化劑床層之上，同時使得催化劑床層清灰變得更容易。(8)脫硝催化劑床層呈輻射狀分布于外筒壁和內(nèi)筒壁之間的環(huán)隙內(nèi)，相對于等體積的柱形催化劑，煙氣分布的跨度減小，反應(yīng)物絕對濃度差將大大降低，從而能充分利用全部催化劑，提高去NOx除效率，降低氨逃逸率。(9)除塵脫銷殼體外筒壁上可根據(jù)需要設(shè)置觀察孔、煙氣監(jiān)測孔以及檢修孔，從而可方便對脫硝催化劑床層進行觀測和檢修，同時對煙氣各項指標進行監(jiān)測。


圖I為本發(fā)明除塵脫硝一體化裝置的正剖視 圖2為圖I所示除塵脫硝一體化裝置沿A-A的剖視 圖3為圖I所示除塵脫硝一體化裝置沿B-B的剖視 圖4為圖I所示除塵脫硝一體化裝置沿C-C的剖視 圖5為圖I所示除塵脫硝一體化裝置沿D-D的剖視圖。圖中1、新型噴氨格柵；2、氨氣入口 ；3、混合煙氣入口 ；4、外筒；5、內(nèi)筒；6、吸熱螺旋板、7、內(nèi)筒壁；8、散熱整流板；9、文丘里通道；10、清灰口門；11、灰斗；12、灰斗風門；13、導流板；14、脫硝催化劑床層；15、外筒壁；16、煙氣出口 ；17、輸氨管道；18、環(huán)形煙道外壁；19、環(huán)形煙道內(nèi)壁；20、噴氨嘴；21、煙氣通道。
具體實施例方式如圖I至圖5所示，所述除塵脫硝一體化裝置包括煙氣通道21，混合煙氣入口 3，由外筒4和內(nèi)筒5構(gòu)成的殼體，殼體底部的灰斗11，煙氣通道21與混合煙氣入口 3連接，混合煙氣入口 3與殼體連通，外筒壁15和內(nèi)筒壁7之間有環(huán)隙，所述環(huán)隙內(nèi)設(shè)有呈輻射狀均勻分布的脫硝催化劑床層14，外筒4與內(nèi)筒5通過文丘里通道9連通，所述煙氣通道21橫截面為環(huán)狀，煙氣通道21中設(shè)有福射狀分布的噴氨格柵I，噴氨格柵I包括輸氨管道17和沿輸氨管道17呈輻射狀分布于煙氣通道21內(nèi)的噴氨嘴20。所述混合煙氣入口 3設(shè)置于內(nèi)筒5上部，使煙氣沿切線方向進入內(nèi)筒5。在所述內(nèi)筒壁7內(nèi)側(cè)，沿煙氣流動方向，并排安裝有成螺旋狀盤繞于內(nèi)筒壁7上的吸熱螺旋板6。所述吸熱熱螺旋板6之間間隔為
O.InTo. 3m,吸熱螺旋板6邊緣向內(nèi)筒5中心伸出O. llTO. 3R (R為內(nèi)筒5半徑，單位為m)，伸出部分與豎直方向成45° 70°夾角a。所述文丘里通道9的通道口向內(nèi)筒5中心伸出O. 15IT0.4R (R為內(nèi)筒5半徑，單位為m)，文丘里通道9的入口和出口按氣流流動方向設(shè)計成流線型。所述文丘里通道9與內(nèi)筒5的直徑方向成10° 40°夾角β，與水平面成15°飛5°夾角Y。所述文丘里通道9向內(nèi)筒5中心伸出的部分與水平面平行且頂部呈拱狀。脫硝催化劑床層14下方設(shè)有環(huán)形散熱整流板8。所述脫硝催化劑床層14中催化劑可為通道式整體催化劑、填充床式催化劑、高溫型催化劑或中低溫催化劑。所述內(nèi)筒壁7底部與豎直方向成20° 45°角Φ，外筒壁15底部與豎直方向成20° 45°角Θ。在灰斗11和除塵脫硝殼體內(nèi)筒5以及外筒4之間有灰斗風門12，在灰斗11底部有清灰口門10。
權(quán)利要求
1.一種除塵脫硝一體化裝置，包括煙氣通道(21)，混合煙氣入口(3)，由外筒(4)和內(nèi)筒(5 )構(gòu)成的殼體，殼體底部的灰斗(11)，煙氣通道(21)與混合煙氣入口( 3 )連接，混合煙氣入口(3)與殼體連通，外筒壁(15)和內(nèi)筒壁(7)之間有環(huán)隙，外筒(4)與內(nèi)筒(5)通過文丘里通道(9)連通，其特征在于，所述煙氣通道(21)橫截面為環(huán)狀，煙氣通道(21)中設(shè)有輻射狀分布的噴氨格柵(I)，噴氨格柵(I)包括輸氨管道(17)和沿輸氨管道(17)呈福射狀分布于煙氣通道(21)內(nèi)的噴氨嘴(20);所述環(huán)隙內(nèi)設(shè)有脫硝催化劑床層(14)。
2.如權(quán)利要求I所述的除塵脫硝一體化裝置，其特征在于，所述混合煙氣入口(3)設(shè)置于內(nèi)筒(5)上部，使煙氣沿切線方向進入內(nèi)筒(5)。
3.如權(quán)利要求I所述的除塵脫硝一體化裝置，其特征在于，在所述內(nèi)筒壁(7)內(nèi)側(cè)，沿煙氣流動方向，并排安裝有成螺旋狀盤繞于內(nèi)筒壁(7)上的吸熱螺旋板(6)。
4.如權(quán)利要求3所述的除塵脫硝一體化裝置，其特征在于，所述吸熱熱螺旋板(6)之間間隔為O. ΙπΓΟ. 3m，吸熱螺旋板(6)邊緣向內(nèi)筒(5)中心伸出O. llTO. 3R，其中，R為內(nèi)筒(5)的半徑，單位為m，伸出部分與豎直方向成45° 70°夾角(α)。
5.如權(quán)利要求I所述的除塵脫硝一體化裝置，其特征在于，所述文丘里通道(9)的通道口向內(nèi)筒(5)中心伸出O. 15ΙΓ0. 4R，其中，R為內(nèi)筒(5)的半徑，單位為m，文丘里通道(9)的入口和出口按氣流流動方向設(shè)計成流線型。
6.如權(quán)利要求5所述的除塵脫硝一體化裝置，其特征在于，所述文丘里通道(9)與內(nèi)筒(5)的直徑方向成10° 40°夾角(β )，與水平面成15° 55°夾角(Y)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的除塵脫硝一體化裝置，其特征在于，所述文丘里通道(9)向內(nèi)筒(5)中心伸出的部分與水平面平行且頂部呈拱狀。
8.如權(quán)利要求I所述的除塵脫硝一體化裝置，其特征在于，所述脫硝催化劑床層(14)下方設(shè)有環(huán)形散熱整流板(8 )。
9.如權(quán)利要求8所述的除塵脫硝一體化裝置，其特征在于，所述脫硝催化劑床層(14)中催化劑為通道式整體催化劑、填充床式催化劑、高溫型催化劑或中低溫催化劑。
10.如權(quán)利要求I所述的除塵脫硝一體化裝置，其特征在于，所述內(nèi)筒壁(7)底部與豎直方向成20° 45°角(Φ)，外筒壁(15)底部與豎直方向成20° 45°角(Θ)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種除塵脫硝一體化裝置，所述裝置包括煙氣通道，混合煙氣入口，由外筒和內(nèi)筒構(gòu)成的殼體，殼體底部的灰斗，內(nèi)筒主要用來除塵和混氨，外筒主要用來放置脫硝催化劑床層，所述煙氣通道橫截面為環(huán)狀，煙氣通道中設(shè)有輻射狀分布的噴氨格柵，使得更易于實現(xiàn)所需的NH3/NO比。本發(fā)明的裝置能實現(xiàn)先除塵再脫硝，可有效防止催化劑磨損、中毒和堵塞，延長催化劑壽命。在不延長裝置長度的情況下，延長了混氨時間，使混氨更加充分。內(nèi)筒和外筒中分別裝有吸熱螺旋板和散熱整流板來分攤?cè)肟跓煔獾臒崃浚瓤梢越档蜔煔鉄崃繐p失，提高脫硝效率，又可有效防止煙溫過熱導致催化劑燒結(jié)失活。
文檔編號B01D53/90GK102614779SQ201210130210
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者文青波, 方鑫, 李彩亭, 肖育軍, 趙亞培 申請人:湖南大學