蓄熱元件耦合催化劑氧化脫硝的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器及方法與流程

本發(fā)明涉及煙氣污染物治理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種蓄熱元件耦合催化劑氧化脫硝的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器及方法。

背景技術(shù)：

目前，我國燃煤電廠脫除NO_X主要采用SCR、SNCR和SCR/SNCR技術(shù)，以SCR技術(shù)居多，該技術(shù)的核心是在回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器與省煤器之間350～410℃煙溫區(qū)域內(nèi)布置一個SCR脫硝反應(yīng)器，在反應(yīng)器的全截面上布置V‐Ti‐W系脫硝催化劑，煙氣在進入反應(yīng)器之前被噴入氨或氨水，在催化劑的作用下，氨和NO_X發(fā)生反應(yīng)，將NO_X還原成N₂，從而脫除NO_X，是目前NO_X脫除效率最高的處理方式。

盡管如此，SCR催化脫硝技術(shù)也存在如下嚴(yán)重的問題：

(1)需要在回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器之前和省煤器之后加裝巨大的SCR脫硝反應(yīng)器，尺寸龐大，占據(jù)有效空間；

(2)煙道需要多次轉(zhuǎn)彎、催化劑阻力大，造成火電廠煙氣系統(tǒng)阻力增加，顯著增加引風(fēng)機的功率和電耗；

(3)增設(shè)脫硝反應(yīng)器后，空氣預(yù)熱器出口段煙氣負壓增加較多，使得空氣預(yù)熱器漏風(fēng)差壓升高，降低鍋爐熱效率；

(4)一般情況下脫硝效率越高，在催化劑的作用下SO₂向SO₃的轉(zhuǎn)換率也越高，導(dǎo)致煙氣中的酸露點溫度有所提高，當(dāng)空氣預(yù)熱器蓄熱元件的金屬溫度低于硫酸露點溫度時就會發(fā)生硫酸蒸汽凝結(jié)，并與積灰耦合，進而加劇空氣預(yù)熱器冷端腐蝕和堵塞。

(5)為提高脫硝效率，必須使用過量的氨，引起氨逃逸，眾所周知，氨是重霧霾形成物質(zhì)，氨逃逸加重了我國霧霾的嚴(yán)重程度；

(6)V‐Ti‐W系脫硝催化劑本身是有毒物質(zhì)，屬于危險廢物，一般催化劑運行3‐4年后就會中毒失效，其后，或更換，或清洗，遲早都需要危廢后續(xù)處理，是巨大的安全隱患。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決以上問題，本發(fā)明的目的在于提出了蓄熱元件耦合催化劑氧化脫硝的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器及方法，應(yīng)用的氧化脫硝反應(yīng)，反應(yīng)溫度高于煙氣中的酸露點，煙氣中的固有的少量SO₃基本不會凝結(jié)在空氣預(yù)熱器表面導(dǎo)致粘性積灰和腐蝕，保證了空氣預(yù)熱器的長期穩(wěn)定運行。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

蓄熱元件耦合催化劑氧化脫硝的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，包括外殼1，設(shè)置在外殼1內(nèi)部與外殼1相連且可轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子2，沿轉(zhuǎn)子2徑向方向安裝的蓄熱元件3，安裝在外殼1的徑向、軸向及環(huán)向的密封裝置4，與轉(zhuǎn)子2相連的驅(qū)動裝置5，設(shè)置在外殼1上部的空氣出口7和煙氣入口8，下部的空氣入口6和煙氣出口9；所述蓄熱元件3包括定位板3‐3，與定位板3‐3連接的波紋板3‐2，均勻覆蓋在定位板3‐3和波紋板3‐2表面的氧化脫硝催化劑層3‐1，所述氧化脫硝催化劑層3‐1為二氧化鈦氧化脫硝催化劑，其脫硝溫度窗口介于160℃～220℃之間，恰好位于回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器蓄熱元件的冷端的工作溫度區(qū)間內(nèi)；所述蓄熱元件3上端的波紋板3‐2和定位板3‐3為熱端，下端的波紋板3‐2和定位板3‐3為冷端，所述熱端的波紋板3‐2和定位板3‐3表面覆蓋或不覆蓋氧化脫硝催化劑層3‐1，冷端的波紋板3‐2和定位板3‐3表面覆蓋氧化脫硝催化劑層3‐1。

所述熱端的波紋板3‐2和定位板3‐3的版型為DU型或CU型，冷端的波紋板3‐2和定位板3‐3版型采用NF型、耐腐蝕合金材料或涂搪瓷。

所述波紋板3‐2和定位板3‐3在覆蓋氧化脫硝催化劑層3‐1前，均需進行表面預(yù)處理，去除表面油、銹、水及雜質(zhì)，使其更容易和氧化脫硝催化劑結(jié)合。

所述空氣入口6與空氣出口7都為矩形，等大且位于所述外殼1上下部相對應(yīng)的位置；所述煙氣入口8與煙氣出口9都為矩形，等大且位于所述外殼1上下部相對應(yīng)的位置。

所述蓄熱元件耦合催化劑氧化脫硝的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的脫硝方法，將所述波紋板3‐2與定位板3‐3浸潤到氧化脫硝催化劑漿液中，以使氧化脫硝催化劑漿液附著在所述波紋板3‐2與定位板3‐3表面，并經(jīng)過加工形成具有一定的強度的氧化脫硝催化劑層3‐1；啟動所述驅(qū)動裝置5的驅(qū)動轉(zhuǎn)子2在外殼1內(nèi)部轉(zhuǎn)動，進而帶動安裝在轉(zhuǎn)子2上的蓄熱元件3轉(zhuǎn)動；煙氣與氧化劑混合后，通過所述煙氣入口8進入外殼1內(nèi)部，在經(jīng)過轉(zhuǎn)動的蓄熱元件3時，既與蓄熱元件3進行換熱，將熱量傳遞到蓄熱元件3，又在氧化脫硝催化劑層3‐1的催化下，利用氧化劑將煙氣中的NO_X催化氧化成高價態(tài)氮氧化物，再從煙氣出口9流出；冷空氣從所述空氣入口6進入外殼1內(nèi)部，在經(jīng)過轉(zhuǎn)動的蓄熱元件3時，從蓄熱元件3中得到熱量，升高溫度，再從空氣出口7流出；由煙氣中的NO_X催化氧化生成的高價態(tài)氮氧化物，從所述煙氣出口9流出，進而在后續(xù)設(shè)備中脫除。

制作所述氧化脫硝催化劑層3‐1的漿液是將氧化脫硝催化劑在研缽中研磨均勻，與適量去離子水混合并攪拌均勻得到的。

將表面處理后的所述波紋板3‐2和定位板3‐3浸漬到氧化脫硝催化劑漿液中，使氧化脫硝催化劑充分依附后，通過干燥、焙燒得到氧化脫硝催化劑層3‐1。

所述氧化劑選用過氧化氫，在回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器之前的煙道上蒸發(fā)進入煙道中。

所述煙氣中的NO_X在空氣預(yù)熱器中被氧化為高價態(tài)氮氧化物，高價態(tài)氮氧化物溶于水，通過設(shè)置堿液噴淋裝置完成吸收過程，實現(xiàn)脫硝。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)勢在于：

(1)本發(fā)明的應(yīng)用性強。相較于傳統(tǒng)單獨建造脫硝裝置的設(shè)計，本發(fā)明在現(xiàn)有設(shè)備上進行改造，不需額外占用空間，大大減小了改造難度，降低了改造成本，具有廣泛的應(yīng)用前景；

(2)本發(fā)明去除了單獨存在的脫硝裝置，消除了脫硝裝置造成的煙道阻力增大，減小了引風(fēng)機壓力，降低了電耗成本；

(3)本發(fā)明所應(yīng)用的二氧化鈦氧化脫硝反應(yīng)使用的催化劑在160～220℃溫度下可發(fā)揮最好作用，恰好位于回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器蓄熱元件的冷端，十分適合氧化脫硝反應(yīng)的高效運行，解決了SCR和SNCR技術(shù)要求溫度在工業(yè)過程中沒有合適場所能滿足的問題；

(4)本發(fā)明將催化劑與空預(yù)器蓄熱元件耦合，將空預(yù)器波紋板作為脫硝反應(yīng)場所，波紋板具有比面積大的特點，為氧化脫硝提供了充足的反應(yīng)空間。同時空預(yù)器內(nèi)的煙氣流速約為10～14m/s，且氧化脫硝的反應(yīng)時間極短，則煙氣充分進行反應(yīng)；

(5)本發(fā)明應(yīng)用的氧化脫硝反應(yīng)，反應(yīng)溫度高于煙氣中的酸露點，煙氣中的固有的少量SO₃基本不會凝結(jié)在空氣預(yù)熱器表面導(dǎo)致粘性積灰和腐蝕，保證了空氣預(yù)熱器的長期穩(wěn)定運行；

(6)本發(fā)明的氧化催化反應(yīng)中也無氨氣參加，避免了氨逃逸的發(fā)生，有利于霧霾的控制；

(7)本發(fā)明所應(yīng)用的鈦系、鐵鈦系氧化脫硝催化劑不具有毒性，使用安全，且具有制造成本低廉的優(yōu)點。

附圖說明

圖1是蓄熱元件耦合催化劑氧化脫硝的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明涂覆氧化脫硝催化劑層的蓄熱元件，其中圖2(a)為冷端未覆蓋覆氧化脫硝催化劑層示意圖，圖2(b)為蓄熱元件熱端示意圖。

圖中：1、外殼；2、轉(zhuǎn)子；3、蓄熱元件；4、密封裝置；5、傳動裝置；6、空氣入口；7、空氣出口；8、煙氣入口；9、煙氣出口；3‐1、氧化脫硝催化劑層；3‐2、波紋板；3‐3、定位板。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明蓄熱元件耦合催化劑氧化脫硝的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，主要包括外殼1、轉(zhuǎn)子2、蓄熱元件3、密封裝置4、驅(qū)動裝置5；所述外殼1上部設(shè)有空氣出口7、煙氣入口8，下部設(shè)有空氣入口6、煙氣出口9。所述轉(zhuǎn)子2置于所述外殼1內(nèi)部，與所述外殼1相連且可轉(zhuǎn)動；所述蓄熱元件3沿轉(zhuǎn)子2徑向方向安裝在轉(zhuǎn)子2上；所述蓄熱元件3包括氧化脫硝催化劑層3‐1、波紋板3‐2和定位板3‐3三部分，其中所述波紋板3‐2與所述定位板3‐3相連，所述氧化脫硝催化劑層3‐1均勻覆蓋在波紋板3‐2與定位板3‐3表面；所述密封裝置4安裝在所述外殼1的徑向、軸向及環(huán)向；所述驅(qū)動裝置5與轉(zhuǎn)子2相連；所述蓄熱元件(3)上端的波紋板(3‐2)和定位板(3‐3)為熱端，下端的波紋板(3‐2)和定位板(3‐3)為冷端，所述熱端的波紋板(3‐2)和定位板(3‐3)表面覆蓋或不覆蓋氧化脫硝催化劑層(3‐1)，冷端的波紋板(3‐2)和定位板(3‐3)表面覆蓋氧化脫硝催化劑層(3‐1)。

所述空氣入口6與空氣出口7都為矩形，等大且位于所述外殼1上下部相對應(yīng)的位置；所述煙氣入口8與煙氣出口9都為矩形，等大且位于所述外殼1上下部相對應(yīng)的位置。

圖2所示為蓄熱元件3冷端和熱端示意圖，包括氧化脫硝催化劑層3‐1，波紋板3‐2，定位板3‐3。

所述氧化脫硝催化劑表層3‐1的成分為二氧化鈦氧化脫硝催化劑，其脫硝溫度窗口介于160℃～220℃之間，恰好位于回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器蓄熱元件的冷端的工作溫度區(qū)間內(nèi)。

所述波紋板3‐2和所述定位板3‐3熱端的板型可選用DU型，冷端版型可采用NF型。

所述波紋板3‐2和定位板3‐3在覆蓋氧化脫硝催化劑層3‐1前，均需進行表面預(yù)處理，去除表面油、銹、水及雜質(zhì)，使其更容易和催化劑結(jié)合。

上述蓄熱元件耦合催化劑氧化脫硝的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的脫硝方法如下：

將所述波紋板3‐2與定位板3‐3的冷端部分浸潤到氧化脫硝催化劑漿液中，以使氧化脫硝催化劑漿液附著在所述波紋板3‐2與定位板3‐3表面，并經(jīng)過加工形成具有一定的強度的氧化脫硝催化劑層3‐1。

啟動所述驅(qū)動裝置5驅(qū)動轉(zhuǎn)子2在外殼1內(nèi)部轉(zhuǎn)動，進而帶動安裝在所述轉(zhuǎn)子2上的蓄熱元件3轉(zhuǎn)動。

煙氣與氧化劑混合后通過所述煙氣入口8進入所述蓄熱元件耦合催化劑氧化脫硝的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，在經(jīng)過轉(zhuǎn)動的所述蓄熱元件3時，既與所述蓄熱元件3進行換熱，將熱量傳遞到所述蓄熱元件3，又在氧化脫硝催化劑層3‐1的催化下，利用氧化劑將煙氣中的NO_X催化氧化成NO₂，再從所述煙氣出口9流出。

冷空氣從所述空氣入口6進入催化劑和蓄熱元件耦合氧化催化脫硝的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，在經(jīng)過轉(zhuǎn)動的蓄熱元件3時，從蓄熱元件3中得到熱量，升高溫度，再從空氣出口7流出。

由煙氣中的NO_X催化氧化生成的高價態(tài)氮氧化物，從煙氣出口9流出，進而在后續(xù)設(shè)備中脫除。

制作氧化脫硝催化劑表層3‐1的漿液是將氧化催化劑在研缽中研磨均勻，與適量去離子水混合并攪拌均勻得到的。

將表面處理后的波紋板3‐2與定位板3‐3的冷端部分浸漬到所提及的催化劑漿液中，使催化劑充分依附后，在60～120℃下干燥2～24小時，再在350～600℃下焙燒得到催化劑表層3‐1。

所述氧化劑選用環(huán)保的過氧化氫，在回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器之前的煙道上蒸發(fā)噴入煙道中。

所述煙氣中的NO_X在空氣預(yù)熱器中被氧化為高價態(tài)氮氧化物，高價態(tài)氮氧化物溶于水，通過設(shè)置Na₂CO₃溶液噴淋裝置完成吸收過程，實現(xiàn)脫硝。