一種燃煤煙氣除塵脫硝一體化系統及其工作方法與流程

本發明涉及一種燃煤煙氣除塵脫硝一體化系統及其工作方法，廣泛應用于燃煤鍋爐、燃煤窯爐煙氣的scr脫硝工程和袋式、電除塵系統，屬于廢氣污染治理技術，本發明屬于環保技術領域。

背景技術：

我國是世界上少數幾個以煤炭為主要能源的國家之一，據統計，我國90%二氧化硫、67%氮氧化物、70%煙塵排放量來自于煤炭的燃燒。燃煤煙氣含有煙塵，nox，so2，so3，hcl，hf，重金屬等污染物，污染物濃度高，毒性大，對生態環境和人類健康有較大危害。因而，煙氣在排入大氣之前需要進行凈化處理。目前我國工業上典型的做法是煙氣從鍋爐省煤器出來后進入scr反應器，加入液氨作為還原劑脫硝后再進入電除塵器（有的還要袋式除塵）除塵，除塵后的煙氣再進入fgd吸收塔進行脫硫，脫硫后的凈煙氣再由煙囪排入大氣。

現有的除塵脫硝裝備存在以下缺點：一是由于脫硝、除塵單元作為獨立單元分開布置，增加了投資及占地面積，同時由于煙氣阻力、電除塵增加了運行費用；二是scr催化劑需要安裝在除塵器之前，煙氣中灰塵含量高，極易造成催化劑的堵塞、磨蝕和中毒，減小了催化劑的使用壽命，并使運行費用增加。圍繞我國大氣污染控制方面的重大需求和國際技術進步，通過關鍵技術研發和系統集成，開發具有除塵、脫硝一體的控制技術與設備，推動我國大氣環境質量改善任務十分迫切。

在涌現出的眾多脫硝技術方法中，燃煤煙氣同時高效除塵、脫硝是一種新的有效的方法。它不同國內典型的煙氣脫硝工程技術，是國內首創。它集除塵與脫硝于一體，可以替代目前國內煙氣處理工程中的脫硝反應器和除塵器。

中國專利201510789500.2公開了一種燃煤煙氣除塵脫硫脫硝一體化復合工藝系統，它是高溫煙氣除塵脫硫脫硝及余熱利用的成套設備，主要由陶瓷多管除塵器進行粗除塵并脫硫，陶瓷過濾膜過濾器進行深度凈化除塵并脫硝，換熱器利用煙氣余熱將冷風變成熱風，進入鍋爐燃燒口助燃。該結構依靠填充還原劑，不能很好地保證脫硝速率。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術中存在的上述不足，而提供一種結構設計合理，除塵率、脫硝率高，裝置投資運行費用低，特別適用燃煤煙氣凈化處理的燃煤煙氣除塵脫硝一體化系統及其工作方法。

本發明解決上述問題所采用的技術方案是：一種燃煤煙氣除塵脫硝一體化系統,包括鍋爐、fgd脫硫裝置和煙囪，其特征在于：還包括除塵脫硝一體化裝置和空氣預熱器，鍋爐和除塵脫硝一體化裝置相連，除塵脫硝一體化裝置和空氣預熱器相連，空氣預熱器和fgd脫硫裝置相連，fgd脫硫裝置和煙囪相連；所述除塵脫硝一體化裝置包括多個除塵脫硝一體化模塊，所有除塵脫硝一體化模塊組裝成為除塵脫硝一體化裝置；所述除塵脫硝一體化模塊包括多個陶瓷過濾器催化劑單體，所有陶瓷過濾器催化劑單體組裝形成除塵脫硝一體化模塊；所述陶瓷過濾器催化劑單體包括單體外層和單體內層，單體內層設置在單體外層的內側，單體外層為微孔過濾器。微孔過濾器由高溫陶瓷制成，其除塵效率達99.9%。單體內層脫硝效率>90%。陶瓷過濾器催化劑單體需要經過煅燒處理。從省煤器出來的含塵煙氣混合液氨后，首先經過單體外層（過濾層）除塵，除塵后的煙氣進入單體內層（催化劑表面），在催化劑的作用下nox與氨還原劑進行scr脫硝反應，生成無環境危害的n2和h2o，達到環保排放要求。

本發明所述微孔過濾器上設置有微孔，微孔的孔徑大于或者等于10μm。

本發明所述單體內層的材質為納米級金紅石型tio2、v2o5或上述二者的混合物。單體內層的材質還可以摻入其他活性物質。陶瓷過濾器催化劑單體具有優良的耐溫性、耐腐性和耐磨蝕性。

本發明所述除塵脫硝一體化模塊的形狀為長方體，除塵脫硝一體化模塊的縱截面的形狀為150mm×150mm的正方形，除塵脫硝一體化模塊的長度為1000mm～2000mm。除塵脫硝一體化模塊的形狀也可以根據設計需要做成各種形狀。

本發明所述燃煤煙氣除塵脫硝一體化系統包括反應塔，除塵脫硝一體化裝置安裝在反應塔中，鍋爐與反應塔相連。

本發明所述燃煤煙氣除塵脫硝一體化系統還包括靜態混合器，鍋爐與靜態混合器相連，靜態混合器與反應塔相連。

本發明所述除塵脫硝一體化裝置上設置有固定板。

一種燃煤煙氣除塵脫硝一體化系統的工作方法，其特征在于：包括如下步驟：

1）煙氣由鍋爐進入除塵脫硝一體化裝置中，然后煙氣與氨氣混合；

2）煙氣與氨氣的混合氣體首先進入單體外層進行除塵，然后再進入單體內層進行脫硝反應；

3）脫硝反應結束后的煙氣離開除塵脫硝一體化裝置前往空氣預熱器進行熱量回收；

4）熱量回收結束后的煙氣離開空氣預熱器前往fgd脫硫裝置進行脫硫；

5）脫硫結束后的煙氣離開fgd脫硫裝置前往煙囪進行排放。

6）本發明步驟2）煙氣與氨氣的混合氣體中，nox的物質的量和nh3的物質的量相等。

相比現有技術，本發明改變了目前典型的煙氣除塵、脫硝、脫硫的工藝流程，煙氣經過除塵脫硝一體化裝置后實現了除塵脫硝一體，不需再進行電除塵直接進行fgd脫硫后達到環保排放要求。陶瓷過濾器催化劑單體是復合層材料的產品，單體外層是由高溫陶瓷做成的微孔孔徑達10μ的過濾器層，單體內層是采用特殊技術處理由納米級金紅石型tio2、v2o5等活性成分組成的催化層。本發明燃煤煙氣除塵脫硝一體化系統形成了一種新型的煙氣除塵、脫硝、脫硫的工程技術。從鍋爐的省煤器出來的含塵煙氣按比例與nh3混合后進入除塵脫硝一體化裝置，含塵煙氣首先由單體外層的過濾器除塵，除塵效率高達99.9%，灰塵在除塵脫硝一體化裝置的底部收集。除塵后煙氣進入單體內層的催化劑表面，在催化劑的作用下與nh3還原劑進行scr脫硝反應，生成無環境危害的n2、h2o。除塵脫硝后的煙氣不再需要進行電除塵和袋式除塵，直接進入fgd吸收塔進行脫硫后從煙囪排放，達到環保排放要求。此一體化裝置大大簡化了工藝流程，減少了投資、占地空間及運行費用。

附圖說明

圖1是本發明實施例除塵脫硝一體化裝置的平面結構示意圖。

圖2是本發明實施例燃煤煙氣除塵脫硝一體化系統的平面結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖并通過實施例對本發明作進一步的詳細說明，以下實施例是對本發明的解釋而本發明并不局限于以下實施例。

實施例。

參見圖1至圖2。

本實施例為一種燃煤煙氣除塵脫硝一體化系統,包括鍋爐1、除塵脫硝一體化裝置2、空氣預熱器3、fgd脫硫裝置4和煙囪5。鍋爐1和除塵脫硝一體化裝置2相連，除塵脫硝一體化裝置2和空氣預熱器3相連，空氣預熱器3和fgd脫硫裝置4相連，fgd脫硫裝置4和煙囪5相連。

作為優選，fgd脫硫裝置4為fgd脫硫塔。

除塵脫硝一體化裝置2包括多個除塵脫硝一體化模塊，所有除塵脫硝一體化模塊組裝成為除塵脫硝一體化裝置2。除塵脫硝一體化模塊的形狀可以根據設計需要做成各種形狀。

作為優選，除塵脫硝一體化裝置2上設置有固定板6。

作為優選，除塵脫硝一體化模塊的形狀為長方體，除塵脫硝一體化模塊的縱截面的形狀為150mm×150mm的正方形，除塵脫硝一體化模塊的長度為1000mm～2000mm。

除塵脫硝一體化模塊包括多個陶瓷過濾器催化劑單體，所有陶瓷過濾器催化劑單體組裝形成除塵脫硝一體化模塊。陶瓷過濾器催化劑單體包括單體外層和單體內層，單體內層設置在單體外層的內側，單體外層為微孔過濾器。

作為優選，微孔過濾器上設置有微孔，微孔的孔徑大于或者等于10μm，微孔過濾器作為過濾層。微孔過濾器由高溫陶瓷制成，其除塵效率達99.9%。

作為優選，單體內層的材質為納米級金紅石型tio2、v2o5或tio2和v2o5的混合物。單體內層的材質還可以摻入其他活性物質。陶瓷過濾器催化劑單體具有優良的耐溫性、耐腐性和耐磨蝕性。單體內層作為催化層，單體內層脫硝效率>90%。

作為優選，燃煤煙氣除塵脫硝一體化系統包括還反應塔和靜態混合器，除塵脫硝一體化裝置2安裝在反應塔中，鍋爐1與反應塔相連，除塵脫硝一體化裝置2作為scr反應器。鍋爐1與靜態混合器相連，靜態混合器與反應塔相連，鍋爐1中安裝有省煤器。

scr脫硝反應的原理：

4no+4nh3+o2→4n2+6h2o（1）

no+no2+2nh3→2n2+3h2o（2）

2no2+4nh3+o2→3n2+6h2o（3）。

作為優選，本實施例根據省煤器出口煙氣的參數及脫硝率、nh3逃逸率等設計陶瓷過濾器催化劑單體及scr反應器。

本實施例還包括了燃煤煙氣除塵脫硝一體化系統的工作方法。

scr法工藝系統流程主要由貯氨、混氨、噴氨、反應塔（陶瓷過濾器催化劑）系統、煙道及控制系統等組成。首先，液氨由汽車運送到液氨儲罐貯藏，液氨通過蒸發器中的蒸汽、熱水，被減壓蒸發輸送至氨蒸發罐，通過鼓風機向氨氣空氣混合器中鼓入與氨氣的量成一定配比的空氣進行稀釋。經稀釋的氨氣通過噴射系統中的噴嘴被注入到煙道隔柵中，與煙氣混合。在噴嘴數量較少的情況下，為了獲得氨和煙氣的充分均勻分布，靜態混合器使從鍋爐1的省煤器中出來的煙氣經與部分旁路高溫煙氣混合調溫后，進入除塵脫硝一體化裝置2，然后再與氨氣混合。

作為優選，本實施例陶瓷過濾器催化劑單體反應過程中nox與nh3實際的摩爾比為1：1。優于其它產品的1：1.2，降低了氨消耗量。

初始的煙氣由飛灰、nox和so2組成。

初始的煙氣混合氨氣后，首先經過除塵脫硝一體化裝置2中單體外層（過濾層）的表面除塵，99.9%以上的粉塵被過濾。除塵后的煙氣連同氨氣進入單體內層（催化層）與催化劑接觸，在催化劑的作用下nox與氨還原劑進行scr脫硝反應，生成無環境危害的n2和h2o，殘留了so2。從除塵脫硝一體化裝置2出來的煙氣由于已經除去了飛灰，不需要再進行電除塵，經過空氣預熱器3回收熱量后，直接進入fgd脫硫塔完成煙氣脫硫，脫硫結束后的煙氣成為干凈煙氣，干凈煙氣最后進入排放煙囪5，達到環保排放要求。

本實施例燃煤煙氣除塵脫硝一體化系統部分設計參數和優點如下：

1.脫硝和除塵二合一，大大簡化scr過程，降低能耗，可降低scr工程總造價30%以上,無需電除塵和袋式除塵，同步去除nox和煙塵，節省大量能耗和工藝過程；

2.陶瓷過濾器催化劑單體適用溫度范圍廣，單體內層的催化劑的適用溫度范圍在180～450℃之間。耐高溫可達900-1000℃，反應效率變化平穩；

3.scr反應過程中nox與nh3的實際摩爾比為1：1，優于其它產品的1：1.2，降低氨消耗量；

4.性能優于蜂巢/板式催化劑，實用反應面積達90%，反應速度:1.0m/min-1.5m/min,1立方米催化劑可以處理5000立方米的煙氣量，效率高，除塵效率99.9%，脫硝效率>90%,氨逃逸<1ppm,壓力損失500pa-750pa（視項目工況而定），吹灰采用脈沖高速氣流反吹灰；除塵效率高，占地面積小，尤其適合預留空間不足的老機組改造；

5.裝置維護簡單，降低操作和維護費用,scr催化劑可再生(費用比傳統方法少70%)，壽命為5-7年，運行維護費用接近零。

此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同，本說明書中所描述的以上內容僅僅是對本發明結構所作的舉例說明。凡依據本發明專利構思所述的構造、特征及原理所做的等效變化或者簡單變化，均包括于本發明專利的保護范圍內。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發明的結構或者超越本權利要求書所定義的范圍，均應屬于本發明的保護范圍。