蓄热式装置 |
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| 申请号 | CN201611221314.X | 申请日 | 2016-12-26 | 公开(公告)号 | CN106766957A | 公开(公告)日 | 2017-05-31 |
| 申请人 | 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司; | 发明人 | 吴道洪; 钟贵全; 陈珊; 王志军; 王东方; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了蓄热式装置，包括：第一蓄热部，所述第一蓄热部内设置有高温蓄热体，所述第一蓄热部具有第一开口，第二蓄热部，所述第二蓄热部内由上至下或者由下至上依次设置有还原剂 喷嘴 、低温蓄热体和脱硝催化剂，所述第二蓄热部具有第二开口，所述第二蓄热部与所述第一蓄热部相连通。该蓄热式装置将蓄热燃烧系统与烟气脱硝系统集成于一体，由此在回收烟气余热的同时实现了对烟气的脱硝处理，该蓄热式装置具有蓄热和脱硝双重功能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种蓄热式装置，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 蓄热式装置技术领域[0001] 本发明属于气脱硝节能环保领域，具体而言，本发明涉及蓄热式装置。 背景技术[0002] 随着我国经济的飞速发展，天然气、石油和煤等化石燃料等能源得到更加广泛的应用，使得环境问题日益严峻，因此引起了一系列环境问题，如酸雨、臭氧层破坏、温室效应 等，使得我们的生存环境愈加严峻。我国以煤炭为主的能源结构决定了我国的氮氧化物和 硫氧化物排放量一直处于居高不下的状况，大量污染性气体的排放，使得环境问题日益严 峻，不仅严重影响我国人民的生产生活，而且不利于我国经济的可持续发展。因此，环境问 题得到了国家越来越多的关注。 [0003] 人类活动排放的NOX90％以上来自燃料燃烧过程。各种工业炉窑、民用炉灶、机动车及其他内燃机中的燃料高温燃烧时，燃料中的含氮物质氧化生成NOX，参与燃烧的空气中 的N2和O2也会生成NOX。从能源结构来看，我国的一次能源和发电能源构成中，煤占据了绝对 的主导地位。并且我国80％以上的煤是直接燃烧的，特别是用于电站、工业锅炉及民用锅炉 中。因此，相当长的时期内，烟气中的NOX排放是导致我国大气NOX污染的一个主要因素，如何 减少固定源排放的NOX是大气环境治理的一个重要课题。 [0004] 烟气脱硝属于燃烧后处理技术，许多发达国家的排烟系统都需安装烟气脱硝装置。烟气脱硝方法较多，但目前得到大量工业应用的只有选择性催化还原法和选择性非催 化还原法，且在还原剂与烟气的混合过程中，需设置格栅之类的装置提高混合的均匀性，其 他方法目前均处于实验研究阶段或中试阶段。 发明内容[0005] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出蓄热式装置，该蓄热式装置将蓄热燃烧系统与烟气脱硝系统集成于一 体，由此在回收烟气余热的同时实现了对烟气的脱硝处理，该蓄热式装置具有蓄热和脱硝 双重功能。 [0006] 根据本发明的一个方面，本发明提出了蓄热式装置，包括： [0007] 第一蓄热部，所述第一蓄热部内设置有高温蓄热体，所述第一蓄热部具有第一开口， [0009] 由此，通过采用本发明上述实施例的蓄热式装置，高温烟气首先由第一开口进入第一蓄热部内，经过高温蓄热体进行蓄热后进入第二蓄热部内，烟气在第二蓄热部内依次 经过还原剂喷嘴、低温蓄热体和脱硝催化剂，首先与还原剂喷嘴喷入的还原剂进行混合，再 经过低温蓄热体进行蓄热后在脱硝催化剂内发生脱硝反应，对烟气进行脱硝处理，最后经 过两次蓄热降温和脱硝处理烟气由第二开口排出。本发明上述实施例的蓄热式装置将蓄热 燃烧系统与烟气脱硝系统集成于一体，由此在回收烟气余热的同时实现了对烟气的脱硝处 理，该蓄热式装置具有蓄热和脱硝双重功能。 [0010] 另外，根据本发明上述实施例的蓄热式装置还可以具有如下附加的技术特征： [0011] 在本发明的一些实施例中，所述第二蓄热部内的所述脱硝催化剂邻近所述第二开口。 [0012] 在本发明的一些实施例中，所述第一开口位于所述第一蓄热部的上方，所述第二开口位于所述第二蓄热部的上方，且所述第一蓄热部底端与所述第二蓄热部的底端相连 通。 [0013] 在本发明的一些实施例中，所述第一蓄热部内具有沉降腔室，所述沉降腔室位于所述高温蓄热体的下方。 [0014] 在本发明的一些实施例中，所述第一开口位于所述第一蓄热部的下方，所述第二开口位于所述第二蓄热部的下方，且所述第一蓄热部顶端与所述第二蓄热部的顶端相连 通。 [0015] 在本发明的一些实施例中，所述第一开口位于所述第一蓄热部的上方，所述第二开口位于所述第二蓄热部的下方，且所述第一蓄热部底端与所述第二蓄热部的顶端相连 通。 [0016] 在本发明的一些实施例中，所述第一开口位于所述第一蓄热部的下方，所述第二开口位于所述第二蓄热部的上方，且所述第一蓄热部顶端与所述第二蓄热部的底端相连 通。 [0018] 在本发明的一些实施例中，所述还原剂喷嘴包括多个，所述还原剂喷嘴为雾化喷嘴。 [0020] 图1是根据本发明一个实施例的蓄热式装置的结构示意图。 [0021] 图2是根据本发明另一个实施例的蓄热式装置的结构示意图。 [0022] 图3是根据本发明再一个实施例的蓄热式装置的结构示意图。 [0023] 图4是根据本发明再一个实施例的蓄热式装置的结构示意图。 具体实施方式[0024] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。 [0025] 根据本发明的一个方面，本发明提出了蓄热式装置，如图1所示，本发明实施例的蓄热式装置包括：第一蓄热部10，所述第一蓄热部10内设置有高温蓄热体11，所述第一蓄热 部10具有第一开口12；第二蓄热部20，所述第二蓄热部20内由上至下或者由下至上依次设 置有还原剂喷嘴21、低温蓄热体22和脱硝催化剂23，所述第二蓄热部20具有第二开口24，所 述第二蓄热部20与所述第一蓄热部10相连通。 [0026] 由此，通过采用本发明上述实施例的蓄热式装置，高温烟气首先由第一开口12进入第一蓄热部10内，经过高温蓄热体11进行蓄热后进入第二蓄热部20内，烟气在第二蓄热 部20内依次经过还原剂喷嘴21、低温蓄热体22和脱硝催化剂23，首先与还原剂喷嘴21喷入 的还原剂进行混合，再经过低温蓄热体22进行蓄热后在脱硝催化剂23内发生脱硝反应，对 烟气进行脱硝处理，最后经过两次蓄热降温和脱硝处理烟气由第二开口24排出。 [0027] 通常烟气主要由燃烧过程中产生的CO2、物料熔化过程中的碳受热生成的CO以及氮氧化物组成。现有的蓄热装置只能达到对烟气的蓄热作用。本发明上述实施例的蓄热式 装置将蓄热燃烧系统与烟气脱硝系统集成于一体，由此在回收烟气余热的同时实现了对烟 气的脱硝处理，该蓄热式装置具有蓄热和脱硝双重功能。 [0028] 根据本发明的具体实施例，第二蓄热部内的所述脱硝催化剂邻近所述第二开口。由此，烟气进过两次蓄热降温和与还原剂混合后，最后在述脱硝催化剂内发生脱硝反应。由 此烟气经过高温蓄热体11和低温蓄热体22后，其温度能够满足脱硝反应的温度要求，由此 可以进一步提高脱硝效果。另外，本发明的蓄热式装置创造性地将烟气和还原剂混合气体 先通过低温蓄热体，再进入脱硝催化剂，可以取消常规喷氨格系统需配备格栅等装置。 [0029] 另外，将还原剂喷嘴21设置在低温蓄热体22的上游，由此可以使得烟气与还原剂得到充分地混合，以便进一步提高后续脱硝反应效果，提高脱硝效率。 [0030] 根据本发明的具体实施例，首先高温烟气由第一开口12进入第一蓄热部10内，经过高温蓄热体11进行蓄热后，温度由1500℃左右降低至700℃-800℃，进入第二蓄热部20 内，同时通过还原剂喷嘴21喷入还原剂，烟气与还原剂混合流经低温蓄热体后，温度降至 500℃以下，在还原剂作用下，通过脱硝催化剂23进行脱硝反应，去除氮氧化物后经换向阀 进入烟气管道，以低于150℃温度外排。高温烟气经脱硝催化剂，发生还原反应，脱除氮氧化 物，脱除效率可达98％以上。 [0031] 根据本发明的实施例，蓄热式装置经过对高温烟气进行蓄热后，可用于对气体燃料和/或空气进行预热，具体可以预热至1000℃以上，工业炉运行温度1500℃左右。 [0032] 根据本发明的具体实施例，上述实施例的蓄热式装置中的第一蓄热部和第二蓄热部的具体连通的方式可以根据高温烟气的走向划分为几种布置方式，分别为“U”型布置、 “n”型布置，“S”型布置。需要强调的是，无论蓄热式装置呈上述任何布置方式，烟气的在蓄 热式装置的经过的各组件的顺序均为高温蓄热体、还原剂喷嘴、低温蓄热体和脱硝催化剂。 [0033] 根据本发明的具体实施例，“U”型布置为，图1所示，第一开口12位于所述第一蓄热部10的上方，所述第二开口24位于所述第二蓄热部20的上方，且所述第一蓄热部10底端与 所述第二蓄热部20的底端相连通。 [0034] 根据本发明的具体实施例，当蓄热式装置呈“U”型布置布时，第一蓄热部10内具有沉降腔室13，所述沉降腔室位于所述高温蓄热体的下方。由此可以利用烟气的自用重力作 用，使烟气中的部分颗粒烟尘沉降。 [0035] 根据本发明的具体实施例，第一开口为工业炉的高温烟气接口。 [0036] 通常工业炉物料为经煤基直接还原转底炉处理的黑色、有色或非金属球团矿，700℃热装或冷装的金属化球团(DRI)，因此，在物料受热发生还原反应的同时会伴随有大量的 粉尘产生。该类粉尘含量较高的烟气的蓄热可以采用上述实施例的呈“U”型布置的蓄热式 装置。由此可以利用第一蓄热部内具有沉降腔室沉降烟气中的部分烟尘。 [0037] 根据本发明的具体实施例，蓄热式装置内蓄热体分高、低温两段优选“U”型布置，且蓄热式装置下部设置沉降室，含尘烟气经两次自然沉降，蓄热体及催化剂使用寿命长，节 能效果显著，脱硝效率高，适用于采用蓄热式高温空气燃烧用工业炉。 [0038] 根据本发明的具体实施例，“n”型布置为，图2所示，第一开口12位于所述第一蓄热部10的下方，所述第二开口24位于所述第二蓄热部20的下方，且所述第一蓄热部10顶端与 所述第二蓄热部20的顶端相连通。 [0039] 根据本发明的具体实施例，“S”型布置分为两种，图3所示，第一种是第一开口12位于所述第一蓄热部10的上方，所述第二开口24位于所述第二蓄热部20的下方，且所述第一 蓄热部10底端与所述第二蓄热部20的顶端相连通。图4所示，第二种是第一开口12位于所述 第一蓄热部10的下方，所述第二开口24位于所述第二蓄热部20的上方，且所述第一蓄热部 10顶端与所述第二蓄热部20的底端相连通。 [0040] 根据本发明的具体实施例，蓄热式装置的上述几种布置方式可以根据具体处理的烟气的类型和成分等进行选择。其中的脱硝催化剂的种类和尺寸等参数也同样可以根据处 理烟气的性质进行调节和选择。 [0041] 不同而有所改变或带脱硝功能的蓄热体布置方式也随处理对象和脱硝催化剂种类、尺寸等参数的不同而有所改变。 [0042] 根据本发明的具体实施例，还原剂喷嘴包括多个，还原剂喷嘴为雾化喷嘴。由此采用气泡雾化技术，使用高压压缩空气作为雾化介质，使还原剂喷出的瞬间雾化为小雾滴，雾 滴颗粒可达到40μm以下，能够很好的与烟气混合均匀。 [0043] 根据本发明的具体实施例，雾化喷嘴为氨水雾化喷嘴或者尿素雾化喷嘴。由此向烟气中喷入氨水或尿素作为还原剂。可以有效地还原烟气中的氧化物或者金属碱性化合 物。根据本发明的具体实施例，当雾化喷嘴为尿素雾化喷嘴时，即采用尿素作为还原剂，需 要将还原剂喷最设置在第一蓄热部内且位于高温蓄热体下游。尿素溶液需蒸汽作为雾化及 输运介质。由此将原剂喷最设置在第一蓄热部内且位于高温蓄热体下游，可以借助高温气 体显热对尿素溶液加热雾化，雾化喷嘴需采用耐高温材料，且喷嘴喷孔角度，孔径等参数影 响雾化效果。 [0044] 通过采用本发明上述实施例的蓄热式装置，该蓄热式装置既蓄热和脱硝功能于一体化，高温烟气经过蓄热回收降温至200-400℃后进入脱硝催化剂进行脱硝处理，充分回收 余热后再进行脱硝处理，高效节能、环保低成本。另外，将低温蓄热体式设置在脱硝催化剂 的上游，烟气与还原剂的混合气体经过二次自然沉降除尘后，在低温蓄热体内均匀混合，进 入脱硝催化剂，取消了喷氨格栅等装置，提高了脱硝效率，延长了蓄热体及催化剂使用寿 命。 [0045] 实施例 [0046] 工业炉为气体燃料燃烧直接加热方式，炉内原料为经煤基直接还原转底炉处理低品位铁矿石粉料与碳、粘结剂等压合而成的金属化球团，工业炉运行温度为1600℃。气体燃 料通过设置在炉体侧墙的喷口喷入炉内燃烧，炉内物料受热熔融并进行渣铁分离，将渣中 的铁或其他金属元素控制在2％以下。物料内的残碳与金属化球团进一步反应后生成CO，保 证了工业炉内部还原性气氛，与气体燃料燃烧产生的烟气一起流经蓄热装置进行烟气余热 回收和氮氧化物脱除处理后排出炉外。 [0047] 以“U”型布置为例，且以一侧的蓄热装置为例进行说明，120Nm3/h天然气，配备1500Nm3/h空气，炉膛内部温度1600℃左右，烟气中氮氧化物含量为500mg/m3左右；所述炉 膛内部高温烟气从工业炉侧墙上布置的喷口出来，进入第一蓄热部内，经所述高温蓄热体 蓄热后，温度从1500℃左右降低至700℃～800℃后在所述还原剂喷口喷入还原剂的条件下 进入所述低温蓄热体，完成均匀混合及粉尘的沉降，烟气温度在500℃以下进入所述脱硝催 化剂，进行脱硝反应去除氮氧化物后经所述烟气出口经换向阀进入烟气管道，烟气中氮氧 3 化物含量80mg/m ，温度低于150℃外排。所述还原剂通过布置在蓄热装置上还原剂喷嘴喷 出，与经高温蓄热体回收余热后的烟气混合后，一起进入低温蓄热体4并在该低温蓄热体内 完成均匀混合，以及粉尘的沉降，得到较为纯净的烟气(无粉尘)与还原剂的混合气体。该部 分混合气体经脱硝催化剂，发生还原反应，脱除氮氧化物，脱除效率可达90％以上。 [0048] 所述蓄热式装置内蓄热体分高、低温两段呈“U”型布置，且所述蓄热式装置下部设置沉降室； [0049] 所述蓄热式装置内脱硝催化剂安装在低温段蓄热体之上；烟气与还原剂的混合气体经过二次自然沉降除尘后，在低温蓄热体内均匀混合，进入脱硝催化剂，取消了喷氨格栅 等装置，提高了脱硝效率，延长了蓄热体及催化剂使用寿命。 [0050] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0051] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者 隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。 [0052] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内 部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情 况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0053] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在 第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示 第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第 一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。 [0054] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特 点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不 必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一 个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术 人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合 和组合。 |
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