一种提高scr脱硝效率的制氨装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种提高SCR脱硝效率的制氨装置，其特征是：在SCR脱硝反应器中上下两层催化剂层之前分别设置一道由圆柱管成排构成的圆柱管隔栅；在圆柱管中按设定的速度率喷入金属镁粉，形成固氮反应管腔内，在高温条件下烟气中的N2与金属镁反应成Mg2N3，将Mg2N3与水溶解反应后生成的NH3送回至喷氨格栅，重新用于SCR脱硝；本实用新型在SCR脱硝反应器中有效降低N2浓度，利于NO与NH3反应朝正方向进行，同时实现NH3的自制。本实用新型结构简单、可广泛用于燃煤电厂SCR反应器内，提高脱硝效率，可在电厂脱硝催化剂不加层下实现“超低排放”。
【专利说明】
一种提高SCR脱硝效率的制氨装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种提高SCR脱硝效率的制氨装置，属于电厂烟气治理技术领域， 用于提高N0X脱除效率和减小还原剂NH 3使用量。
【背景技术】
[0002] 选择性催化还原SCR脱硝技术，是将一定浓度的NH3喷入烟道中与烟气进行混合， 在反应器中经催化剂作用，将NH 3和N0X反应生成无毒无害的他和出0,达到N0X脱除的目的。因 技术成熟、脱硝效率高，被公认为是最有效的燃煤烟气脱硝方法。为了维持催化剂的高活性 及运行的经济性，现有SCR脱硝系统普遍采用高尘布置方式，即将SCR反应器布置在锅炉省 煤器与空气预热器之间。由于流经该位置的烟气未经除尘，烟气中含有高浓度的粉尘颗粒， 因此，SCR脱硝催化剂磨损、堵塞成为这种布置方式脱硝系统面临的难题。此外，因脱硝现场 进口直管道基本很短、喷氨均匀性、流场均匀性造成ΝΗ 3/Ν0χ混合效果不好，出口断面N0X浓 度的代表性差，造成脱硝效率低，氨逃逸超标及空预器堵塞等一系列问题。
[0003] "超低排放"对烟气中N0X的排放浓度要求是在基准氧含量6%条件下不高于50毫 克/立方米，这给当前SCR脱硝装置的运行带来更大的压力，在保证高的脱硝效率下，进口 ΝΗ3/Ν0χ摩尔比、出口N0X分布均匀度和氨逃逸率控制更加困难。当前燃煤电厂脱硝系统实现 N0X"超低排放"的最普遍做法就是备用层加装催化剂，但这种方式存在以下弊端:一、增加 了脱硝系统费用。以一台100万机组为例，增加一层催化剂体积约为370m 3,费用为400万左 右。二、SCR系统阻力增加。在加装备用层催化剂之后，脱硝反应器阻力增加约200Pa，导致引 风机电耗增加，运行费用提高。三、S0 2/S03转化率升高。三层催化剂运行系统的S02/S03转化 率很难保证在1 %以内，导致下游空预器易堵塞。四、增加了废弃催化剂处理量?；嵩黾右话?的废弃催化剂处理量。
[0004] 在实际脱硝工程中电厂采取一定的策略来解决上述脱硝系统的问题:包括:配置 动态混合器、FBE氨涡流混合器、三角翼静态混合器等提高ΝΗ 3/Ν0χ混合比。但此类技术存在 问题，包括:一、如果流场设计不好，容易造成系统积灰，或阻力太大加大了系统的电耗和钢 结构耗量。二、进行喷氨优化试验和CFD烟道模拟。这一措施可以优化流场和喷氨效果，但存 在模拟和优化费用高、频率高等问题，不能在根本上解决问题。三、增加备用层催化剂?？梢?直接实现N0 X<50毫克/立方米，但也会带来前段所述问题。四、在线水冲洗结垢空预器蓄热 元件冲洗后很难及时得到干燥，造成考登钢腐蚀生锈毛刺问题，且和烟尘板结形成很难处 理的固态物。五、控制脱硝还原剂消耗量。一些电厂对尿素热解炉系统及喷入方式进行优 化，但为了实现N0 X达标排放，实现补贴电价的获取，一些电厂很难解决好脱硝还原剂使用 量和N0X达标排放之间的平衡。六、催化剂的吹损问题。对催化剂进行硬质化和耐磨损处理。 上述技术难题除未很好解决外，还存在一个共性问题，就是都是从单一方面解决局部某一 个问题，很少有从全面和经济的角度去解决好整个脱硝系统的多个问题。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种提高SCR脱硝效 率的制氨装置，以期在提高SCR脱硝装置的N0 X脱除效率的同时，实现自制备还原剂NH3，?；?催化剂，降低氨逃逸率，可以不加层实现N0 X"超低排放"，从而提高整个脱硝装置运行的稳 定性和经济性。
[0006] 本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案：
[0007] 本实用新型提高SCR脱硝效率的制氨方法是:在SCR脱硝反应器中上下两层催化剂 层之前分别设置一道由圆柱管成排构成的圆柱管隔栅;在圆柱管中按设定的速度率喷入金 属镁粉，形成固氮反应管腔内，在高温条件下烟气中的他与金属镁反应成Mg 2N3,将Mg2N3与水 溶解反应后生成的NH 3送回至喷氨格栅，重新用于SCR脱硝。
[0008] 本实用新型提高SCR脱硝效率的制氨装置的结构特点是：
[0009] 设置SCR反应器内的各层结构为：
[0010] 位于SCR反应器的顶部、与进口烟道相连通的整流格栅，烟气经设置在烟道中的喷 氨格栅在整流格栅上导入SCR反应器的内腔；
[0011] 位于所述整流格栅下方的催化剂预留层；
[0012] 位于所述催化剂预留层下方的第一道圆柱管，所述第一道圆柱管在同一水平面上 成排设置有多根，形成第一道圆柱管隔栅；
[0013] 位于所述第一道圆柱管隔栅下方的第一层催化剂层；
[0014] 位于所述第一层催化剂层下方的第二道圆柱管，所述第二道圆柱管在同一水平面 上成排设置有多根，形成第二道圆柱管隔栅；
[0015] 位于所述第二道圆柱管隔栅下方的第二层催化剂层；
[0016] 所述第一道圆柱管和第二道圆柱管具有如下相同的结构形式:管体为四层嵌套， 所述四层嵌套由外向内依次是:外层、过滤层、内层和核心层，所述外层和内层均为可过烟 气的镂空管，所述过滤层为烟尘过滤层;所述核心层是用于分离氮气和氧气的分子筛层，由 所述核心层构成氧气收集管腔，在所述内层与核心层之间形成固氮反应管腔；
[0017] 所述第一道圆柱管和第二道圆柱管中的固氮反应管腔的入口端与外接金属镁粉 源相连通，出口端通过输送栗接入溶解反应池，设置在溶解反应池上方的氨气输送管与喷 氨格栅相连通，利用氨气输送管将溶解反应池中生成的氨气循环导入喷氨格栅;所述第一 道圆柱管和第二道圆柱管中氧气收集管腔在出口端通过抽气栗与氧气储罐相连通。
[0018] 本实用新型提高SCR脱硝效率的制氨装置的结构特点也在于:设置所述第一道圆 柱管的直径为l〇cm，控制相邻两根第一道圆柱管之间的间隙，以使第一道圆柱管隔栅的阻 力不超过150帕；由所述第二道圆柱管形成的第二道圆柱管隔栅与所述第一道圆柱管隔栅 具有相同的结构形式。
[0019] 本实用新型提高SCR脱硝效率的制氨装置的结构特点也在于:在所述第一道圆柱 管隔栅的上方设置可伸缩的第一道吹灰器，用于吹去第一道圆柱管隔栅上的表面积尘;在 所述第二道圆柱管隔栅的上方设置可伸缩的第二道吹灰器，用于吹去第二道圆柱管隔栅上 的表面积尘。
[0020] 烟气进入脱硝SCR反应器进口烟道，与喷氨格栅所喷入的氨气混合后，依次通过整 流格栅和催化剂预留层到达第一道圆柱管隔栅，烟气在第一道圆柱管隔栅中经过外层、过 滤层和内层过滤掉烟气中烟尘之后进行固氮反应管腔，与喷入固氮反应管腔中的金属镁粉 在高温下发生化学反应:Mg+N2=Mg3N2,生成黄色的氮化镁，处在固氮反应管腔中所含的1% ~2%的氧气通过核心层的分子筛得到快速去除，氮气因难以通过分子筛的微孔孔口，实现 氧气和氮气的分离。与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：
[0021] 1、有效提高SCR脱硝反应器脱硝效率。金属镁粉在固氮反应管腔内发生化学反应： Mg+N2=Mg3N2，降低SCR脱硝反应器中N2浓度，有利于SCR脱硝基本反应向正方向进行。
[0022] 2、有效?；ご呋?，避免直接受烟尘冲击损伤。两排圆柱管隔栅分别布置在两层 催化剂前，有效梳理烟气分配，拦截大块"爆米花"状灰块，阻止对催化剂冲刷磨损。
[0023] 3、实现循环自制备NH3,减小还原剂氨的使用量。圆柱管内反应生成物输送至溶解 反应池内遇水发生的化学反应Mg 3N2+6H20 = 3Mg (OH) 2+2NH3，生成的NH3重新输送喷氨格栅管 道中。
[0024] 4、有效提高了氨氮摩尔比和减小氨逃逸。上下两排圆柱管隔栅有效梳理烟气，提 高氨与烟气摩尔混合均匀性，提高反应效率，减小氨逃逸。
[0025] 5、本装置改进增加的费用少，易于实施，阻力较小，很好地解决了 SCR脱硝系统的 多个问题，不增加催化剂可实现"超低排放"目标。
[0026] 6、金属镁粉在圆柱管内的发生化学反应Mg+N2 = Mg3N2是放热反应，提高反应器内 温度，保证催化剂正常投运。
[0027] 7、本装置同时生成副产物Mg(0H)2溶液和氧气可以分别储存利用，增加了电厂的 收入。
【附图说明】
[0028]图1为本实用新型装置结构不意图；
[0029] 图2为本实用新型结构中圆柱管断面结构示意图；
[0030] 图中标号：1喷氨格栅，2为SCR反应器，3整流格栅，4a第一道吹灰器，4b第二道吹灰 器，5a第一流量阀，5b第二流量阀，6a第一道圆柱管，6b第二道圆柱管，7a第一层催化剂层， 7b第二层催化剂层，8抽气栗，9输送栗，15溶解反应池，16搅拌器，17氨气输送管，18溶液输 送栗，19氧气储罐，20储液罐，21催化剂预留层，22外层，23过滤层，24内层，25核心层。
【具体实施方式】
[0031] 本实施例中提高SCR脱硝效率的制氨方法是在SCR脱硝反应器中上下两层催化剂 层之前分别设置一道由圆柱管成排构成的圆柱管隔栅;在圆柱管中按设定的速度率喷入金 属镁粉，形成固氮反应管腔内，在高温条件下烟气中的他与金属镁反应成Mg 2N3,将Mg2N3与水 溶解反应后生成的NH 3送回至喷氨格栅，重新用于SCR脱硝。
[0032] 参见图1，本实施例中提高SCR脱硝效率的制氨装置是设置SCR反应器2内的各层结 构为:位于SCR反应器2的顶部、与进口烟道相连通的整流格栅3,烟气经设置在烟道中的喷 氨格栅1在整流格栅3上导入SCR反应器2的内腔;位于整流格栅3下方的催化剂预留层21;位 于催化剂预留层21下方的第一道圆柱管6a，第一道圆柱管6a在同一水平面上成排设置有多 根，形成第一道圆柱管隔栅;位于第一道圆柱管隔栅下方的第一层催化剂层7a;位于第一层 催化剂层7a下方的第二道圆柱管6b，第二道圆柱管6b在同一水平面上成排设置有多根，形 成第二道圆柱管隔栅，以及位于第二道圆柱管隔栅下方的第二层催化剂层7b。
[0033]如图2所示，本实施例中第一道圆柱管6a和第二道圆柱管6b的结构形式是:管体为 四层嵌套，四层嵌套由外向内依次是:外层22、过滤层23、内层24和核心层25,外层22和内层 24均为可过烟气的镂空管，过滤层23为烟尘过滤层;核心层25是用于分离氮气和氧气的分 子筛层，由核心层25构成氧气收集管腔，在内层24与核心层25之间形成固氮反应管腔； [0034]第一道圆柱管6a和第二道圆柱管6b中的氮反应管腔的入口端与外接金属镁粉源 相连通，出口端通过输送栗9接入溶解反应池15,设置在溶解反应池15上方的氨气输送管17 与喷氨格栅1相连通，利用氨气输送管17将溶解反应池15中生气的氨气循环导入喷氨格栅 1，溶解反应池15的；第一道圆柱管6a和第二道圆柱管6b中氧气收集管腔在出口端通过抽气 栗8与氧气储罐19相连通。
[0035]具体实施中，设置第一道圆柱管6a的直径为10cm，控制相邻两根第一道圆柱管6a 之间的间隙，以使第一道圆柱管隔栅的阻力不超过150帕；由第二道圆柱管6b形成的第二道 圆柱管隔栅与第一道圆柱管隔栅具有相同的结构形式。
[0036]如图1所示，本实施例中，在第一道圆柱管隔栅的上方设置可伸缩的第一道吹灰器 4a，用于吹去第一道圆柱管隔栅上的表面积尘;在第二道圆柱管隔栅的上方设置可伸缩的 第二道吹灰器4b，用于吹去第二道圆柱管隔栅上的表面积尘。
[0037]来自进口烟道的烟气首先喷氨格栅1中喷入的氨气混合，再依次通过整流格栅3和 催化剂预留层21到达由第一道圆柱管6a组成的第一道圆柱管隔栅，在第一道圆柱管6a中， 烟气依次经过外层22、过滤层23和内层24过滤掉烟气中烟尘后进入固氮反应管腔，在固氮 反应管腔中与喷入而来的金属镁粉在高温下发生化学反应:Mg+N 2 = Mg3N2，生产氮化镁，处 在固氮反应管腔中的烟气中1 %~2 %的氧气通过核心层25分子筛得到快速除去，分子筛的 内部微孔分布0.28~0.38nm，在该微孔尺寸范围内，氧气可以快速通过微孔孔口扩散到孔 内，而氮气却很难通过微孔孔口，从而达到氧、氮分离。外层22和内层24是以耐高温、耐磨蚀 的金属材料为材质，为镂空层，形成支撑结构;过滤层23材质为聚四氟乙烯，核心层25是以 耐高温的椰子壳、煤炭和树脂混合物为材质的分子筛，分子筛内部微孔分布为0.28~ 0.38nm，用于分离烟气中氮气和氧气。具体实施中，外层22、过滤层23和内层24相互距离较 上，基本为相套叠，在内层24与核心层25之间保持有一定的距离，以使保证需要的金属镁粉 的流量。
[0038]当烟气通过第一层催化剂层7a时，在第一层催化剂上发生的主化学反应为4N0+ 4NH3+02 = 4N2+6H20,烟气在到达由第二道圆柱管形成的第二道圆柱管隔栅时，按照在第一 道圆柱管隔栅上同样的流程进行。
[0039] 在经过两道圆柱管隔栅上的固氮化学反应之后，SCR反应器内的氮气的浓度有了 一定的降低，由此促进催化剂上主化学反应向正方向进行，有利于提高脱硝效率，同时烟气 和氨气经过两道圆柱管得到充分梳理，有效延长了混合距离，提高氨氮摩尔比混合性，有利 于在催化剂上发生化学反应，在一定程度上提高了脱硝效率的。
[0040] 经实验室模拟估算本实用新型通过上述两步脱硝提效，可增加脱硝效率约3.6%， 同时减小氨逃逸量1.6ppm，可进一步加大喷氨格栅1喷氨量，实现两层催化剂的SCR脱硝反 应器出口 N0X彡50毫克/立方米(6%基准氧）的排放目标。同时两层圆柱管隔栅阻力约为300 帕，增加阻力相对较小。
[0041] 本实施例中，还可以通过在第一道圆柱管6a的入口处设置第一流量阀5a，在第二 道圆柱管6b的入口处设置第二流量阀5b，根据烟气中N2含量和烟气流量控制金属镁粉的喷 入速率。经第一道圆柱管6a和第二道圆柱管6b内化学反应生成的黄色氮化镁粉末由粉末输 送管道经过输送栗9送至溶解反应池15中，在溶解反应池15中搅拌器16的搅拌下与水发生 如下化学反应:Mg 3N2+6H20 = 3Mg (OH) 2+2NH3，生产的NH通过氨气输送管17重新输送至喷氨 格栅1处，用于脱硝反应。
[0042] 表 1
[0043]
[0044] 表1所示，每反应消耗1千克镁粉大约为530mol，根据化学反应方程式，生成约 353mol氨气，在标况下体积约为7907L，同时生成530mol Mg(0H)2,根据消耗的167mol N2,按 照78:1估算，抽取02为47.9L。1千克镁粉价格大约为12.74元，显然，本装置工艺流程投入产 出比高，Mg(0H) 2经过溶液输送栗18送至储液罐20内，经抽气栗8抽取的氧气输送至氧气储 罐19 〇
[0045]当抽气栗8的抽力增大时，需要将第一道吹灰器4a和第二道吹灰器4b伸入SCR反应 器2内，对上下两道圆柱管的表面积灰进行吹扫，以便烟气能够顺利进入管内发生化学反 应。停止向第一道圆柱管6a和第二道圆柱管6b内喷入镁粉，向管内通入高压空气，与声波吹 灰交替进行。
【主权项】
1. 一种提高SCR脱硝效率的制氨装置，其特征是： 设置SCR反应器(2)内的各层结构为： 位于SCR反应器(2)的顶部、与进口烟道相连通的整流格栅(3)，烟气经设置在烟道中的 喷氨格栅(1)在整流格栅(3)上导入SCR反应器(2)的内腔； 位于所述整流格栅(3)下方的催化剂预留层(21); 位于所述催化剂预留层(21)下方的第一道圆柱管(6a)，所述第一道圆柱管(6a)在同一 水平面上成排设置有多根，形成第一道圆柱管隔栅； 位于所述第一道圆柱管隔栅下方的第一层催化剂层(7a); 位于所述第一层催化剂层(7a)下方的第二道圆柱管(6b)，所述第二道圆柱管(6b)在同 一水平面上成排设置有多根，形成第二道圆柱管隔栅； 位于所述第二道圆柱管隔栅下方的第二层催化剂层(7b); 所述第一道圆柱管(6a)和第二道圆柱管(6b)具有如下相同的结构形式:管体为四层嵌 套，所述四层嵌套由外向内依次是:外层(22)、过滤层(23)、内层(24)和核心层(25)，所述外 层（22)和内层（24)均为可过烟气的镂空管，所述过滤层（23)为烟尘过滤层；所述核心层 (25)是用于分离氮气和氧气的分子筛层，由所述核心层(25)构成氧气收集管腔，在所述内 层(24)与核心层(25)之间形成固氮反应管腔； 所述第一道圆柱管(6a)和第二道圆柱管(6b)中的固氮反应管腔的入口端与外接金属 镁粉源相连通，出口端通过输送栗(9)接入溶解反应池（15 )，设置在溶解反应池（15)上方的 氨气输送管（17)与喷氨格栅（1)相连通，利用氨气输送管（17)将溶解反应池（15)中生成的 氨气循环导入喷氨格栅（1);所述第一道圆柱管(6a)和第二道圆柱管(6b)中氧气收集管腔 在出口端通过抽气栗(8)与氧气储罐(19)相连通。2. 根据权利要求1所述的提高SCR脱硝效率的制氨装置，其特征是:设置所述第一道圆 柱管(6a)的直径为10cm，控制相邻两根第一道圆柱管(6a)之间的间隙，以使第一道圆柱管 隔栅的阻力不超过150帕；由所述第二道圆柱管(6b)形成的第二道圆柱管隔栅与所述第一 道圆柱管隔栅具有相同的结构形式。3. 根据权利要求1所述的提高SCR脱硝效率的制氨装置，其特征是:在所述第一道圆柱 管隔栅的上方设置可伸缩的第一道吹灰器(4a)，用于吹去第一道圆柱管隔栅上的表面积 尘;在所述第二道圆柱管隔栅的上方设置可伸缩的第二道吹灰器(4b)，用于吹去第二道圆 柱管隔栅上的表面积尘。
【文档编号】B01D53/56GK205586835SQ201620447821
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】马大卫, 查智明, 黄齐顺, 张其良, 程靖, 丛星亮
【申请人】安徽新力电业科技咨询有限责任公司, 国网安徽省电力公司电力科学研究院