技术领域
[0001] 本实用新型属于
锅炉烟气脱硝技术领域，尤其涉及一种SCR脱硝装置与低温等离子体装置协同脱硝装置。
背景技术
[0002] 根据国家三部委《全面实施燃
煤电厂超低排放和节能改造工作方案》要求，到2020年全国30万千瓦及以上燃煤发
电机组需实现超低排放，氮
氧化物排放浓度不高于50mg/Nm3。
[0003]
选择性催化还原(SCR)技术是目前应用较为广泛的脱硝技术，其原理是在催化剂的作用下，以NH3为还原剂，优先与烟气中的NOx还原生成氮气和
水。SCR脱硝装置最佳的反应
温度为300℃～400℃，为了满足温度要求，目前SCR反应器一般设置于锅炉省煤器出口与
空气预热器入口之间。常规的SCR反应器面积很大，而且连接烟道较长，尤其对于改造项目，反应器无法布置在锅炉附近，甚至需要布置在锅炉厂房外，烟道更长，导致一次性投资
费用较高。
[0004] 另一方面，国内火电机组普遍负荷率不高，机组长期处于低负荷运行。当锅炉机组处于低负荷时，脱硝装置入口烟气温度低于催化剂的正常使用温度，导致SCR脱硝系统无法正常运行，造成排污超标等环保问题。同时NH3会和烟气中的SO3反应生成
硫酸氢铵并析出，导致空预器堵塞和
腐蚀严重，引
风机超负荷运行。根据对广东省燃煤机组脱硝装置的调研，2014年平均1台机组每年因烟气温度低导致的脱硝系统退出运行时长达219h，严重影响机组的正常运行。
[0005] 因此开发一种经济性好、适用范围广、可保证NOx稳定达标的超低排放技术，具有重要的环境和经济效益。实用新型内容
[0006] 本实用新型的目的在于提供一种SCR脱硝装置与低温等离子体装置协同脱硝装置，该装置将SCR脱硝技术与低温等离子体技术联合使用协同脱硝，实现宽负荷下的NOX超低排放，并具有经济、高效、灵活性好的技术优点。
[0007] 为解决上述问题，本实用新型的技术方案为：
[0008] 一种SCR脱硝装置与低温等离子体装置协同脱硝装置，按烟气流向依次包括：二级省煤器、SCR脱硝装置、一级省煤器、电
除尘器、一级低温等离子体反应装置和/或二级低温等离子体反应装置、吸收装置；
[0009] 所述二级省煤器连接锅炉出口，所述SCR脱硝装置安装于所述二级省煤器和所述一级省煤器之间的烟道内，所述
电除尘器通过管道与所述一级省煤器连接并在所述一级省煤器之后，所述一级低温等离子体反应装置为所述电除尘器的末级或次末级
电场改造，所述二级低温等离子体反应装置设置在所述电除尘器之后且与所述电除尘器连接，所述吸收装置通过管道与所述电除尘器连接，或与所述二级低温等离子体反应装置连接；
[0010] 所述SCR脱硝装置包括烟道、
支撑梁、催化剂层、膨胀节；所述支撑梁设置在所述烟道内，所述催化剂层安装在所述支撑梁上，所述膨胀节设置在所述烟道和所述一级省煤器之间，用于补偿烟道
热膨胀引起的位移。
[0011] 优选地，还包括若干烟气排放连续监测系统，所述二级省煤器之前、所述电除尘器和所述一级省煤器之间、吸收装置之后均设置所述烟气排放连续监测系统。
[0012] 优选地，所述吸收装置为湿法
脱硫装置或半干法脱硫装置。
[0013] 优选地，所述一级低温等离子体反应装置包括末级或次末级电场本体、一级
等离子体发生器、一级等离子体电源；
[0014] 所述一级等离子体发生器设置在所述末级或次末级电场本体，所述一级等离子体电源与所述一级等离子体发生器电连接，用于向所述一级等离子体发生器输送
能量；
[0015] 所述二级低温等离子体反应装置包括二级反应器本体、二级等离子体发生器、二级等离子体电源；
[0016] 所述二级等离子体发生器设置在所述二级反应器本体的内部，所述二级等离子体电源与所述二级等离子体发生器电连接，用于向所述二级等离子体发生器输送能量。
[0017] 优选地，所述一级等离子体电源和所述二级等离子体电源均为高压直流电源或高压脉冲电源或交直流
叠加流光放电电源。
[0018] 优选地，所述一级等离子体电源的功率和二级等离子体电源的功率均为1～40W/Nm3。
[0019] 优选地，所述二级等离子体发生器的结构为单介质阻挡放电或双介质阻挡放电。
[0020] 优选地，所述一级等离子体发生器包括
阳极线和
阴极板，所述二级等离子体发生器包括中心
电极、
接地电极和
挡板，挡板位于
中心电极和接地电极之间。
[0021] 优选地，所述烟气排放连续监测系统监测项目包括NOX含量、O2含量、H2O含量、N2含量。
[0022] 本实用新型由于采用以上技术方案，使其与
现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
[0023] (1)本实用新型结合了SCR脱硝装置与低温等离子体装置，采用SCR脱硝装置进行初步脱硝，将SCR装置安装于一级省煤器和二级省煤器之间的空闲区域，进而利用了旧原有烟道，无需新增或改造烟道，只需在原有烟道内设置支撑梁，在支撑梁上安装催化剂层。因而相比常规SCR装置，节省了大量空间和投资费用，非常适合改造项目。
[0024] (2)本实用新型采用低温等离子体技术进行深度脱硝，由于烟气中本身含有约6％的氧气和水
蒸汽，利用低温等离子体技术使O2、H2O气体分子被激发活化产生O·、OH·、HO2·、H·等具有强氧化性的自由基，有效去除NOX污染物。系统流程简单，操作方便，适用范围广。
[0025] (3)本实用新型将SCR脱硝技术与低温等离子体技术联合使用协同脱硝，脱硝效率可达90％以上，NOX排放浓度可最低降至20mg/Nm3，远远满足火电厂超低排放标准。同时，可以根据机组负荷和运行工况灵活调节是否将电除尘器末级改造一级低温等离子体反应装置，或者在电除尘器之后添加二级低温等离子体反应装置，或将一级低温等离子体反应装置和二级低温等离子体反应装置结合，实现全时段、宽负荷超低排放脱硝，使机组以最安全、经济的模式运行，具有突出的环境和社会效益。
附图说明
[0026] 图1为本实用新型
实施例1的脱硝装置示意图；
[0027] 图2为本实用新型实施例1、2、3中SCR脱硝装置截面图；
[0028] 图3为本实用新型实施例2的脱硝装置示意图；
[0029] 图4为本实用新型实施例3的脱硝装置示意图。
[0030] 附图标记说明：1-锅炉；2-二级省煤器，3-SCR脱硝装置，4-一级省煤器，5-电除尘器，6-一级低温等离子体反应装置，7-二级低温等离子体反应装置，8-吸收装置，9-烟气排放连续监测系统，31-烟道，32-催化剂层，33-支撑梁，34-膨胀节，61-一级等离子体电源，71-二级反应器本体，72-二级等离子体发生器，73-二级等离子体电源。
具体实施方式
[0031] 以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的一种SCR脱硝装置与低温等离子体装置协同脱硝装置作进一步详细说明。根据下面说明和
权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。
[0032] 实施例1
[0033] 参看图1，在一个实施例中，一种SCR脱硝装置与低温等离子体装置协同脱硝装置，按烟气流向依次包括：二级省煤器2、SCR脱硝装置3、一级省煤器4、电除尘器5、一级低温等离子体反应装置6、二级低温等离子体反应装置7、吸收装置8；
[0034] 锅炉1出口安装二级省煤器2，SCR脱硝装置3安装于二级省煤器2和一级省煤器4之间的烟道内，对烟气进行初步脱硝，电除尘器5通过管道与一级省煤器4连接并在一级省煤器4之后，一级低温等离子体反应装置6为电除尘器5的末级或次末级电场改造而成，二级低温等离子体反应装置7设置在电除尘器5之后且与电除尘器5连接，吸收装置8通过管道与二级低温等离子体反应装置7连接；
[0035] 参看图2，SCR脱硝装置3包括烟道31、催化剂层32、支撑梁33、膨胀节34；支撑梁33设置在烟道31内，催化剂层32安装在支撑梁33上，膨胀节34设置在烟道31和二级省煤器2之间，用于补偿烟道31热膨胀引起的位移。二级省煤器2和一级省煤器4之间一般有空闲的烟道31，将SCR脱硝装置3布置于此，无需新增或改造烟道31，相比于常规SCR脱硝装置3，节省了大量的空间和投资费用。
[0036] 一级低温等离子体反应装置6包括末级或次末级电场本体、一级等离子体发生器、一级等离子体电源61，一级等离子体发生器设置在末级或次末级电场本体，一级等离子体电源61与一级等离子体发生器电连接，用于向一级等离子体发生器输送能量；
[0037] 一级低温等离子体反应装置6是由电除尘器5的末级或次末级电场改造的，将电除尘器5末级或次末级电场的电源改造为一级等离子体电源61，利用旧原电场的本体作为最为一级低温等离子体反应装置6的壳体，原有的阴极线、阳极板改造为阳极线、阴极板，二者组成低温等离子体发生器，整个电除尘器5的末级或次末级电场改造为一级低温等离子体反应装置6，改造后不会影响电除尘器5的除尘效率。烟气经过一级低温等离子体反应装置6后，烟气中的O2、H2O被电离激发活化产生O·、OH·、HO2·、H·等具有强氧化自由基物质。烟气中的NOx的主要成分是NO，NO被自由基氧
化成高价态的氮氧化物如NO2、N2O5。主要反应式如下：
[0038] e+O2→e+O(1D)+O (1a)
[0039] O(1D)+M→O+M (1b)
[0040] NO+O+M→NO2+M (2)
[0041] O+O2+M→O3+M (3)
[0042] NO+O3→NO2+O2 (4)
[0043] NO2+O+M→NO3+M (5)
[0044] NO+NO3→2NO2 (6)
[0045] NO2+O3→NO3+O2 (7)
[0046] NO2+NO3+M→N2O5+M (8)
[0047] e+H2O→e+OH+H (9)
[0048] O(1D)+H2O→2OH (10)
[0049] H+O2+M→HO2+M (11)
[0050] HO2+NO→NO2+OH (12)
[0051] 其中，上述方程式中O(1D)为氧的激发态，M为烟气中带有的少量金属。
[0052] NO的氧化效率与一级等离子体电源61的结构、
电压和功率有关。
[0053] 较佳地，一级等离子体电源61为高压直流电源或高压脉冲电源或交直流叠加流光放电电源。
[0054] 较佳地，一级等离子体电源61功率为1～40W/Nm3，进一步优选为1～5W/Nm3。
[0055] 为了进一步提高NO的氧化效率，在电除尘器5后设置二级低温等离子体反应装置7，具体包括二级反应器本体71、二级等离子体发生器72、二级等离子体电源73；二级等离子体发生器72设置在二级反应器本体71的内部，二级等离子体电源73与二级等离子体发生器
72电连接，用于向二级等离子体发生器72输送能量，使烟气被电离激发活化产生更多的自由基，反应方程式同式(1)～式(12)。
[0056] 优选地，二级等离子体电源73为高压直流电源或高压脉冲电源或交直流叠加流光放电电源。
[0057] 优选地，二级等离子体电源73的功率为1～40W/Nm3，进一步优选为1～5W/Nm3。
[0058] 优选地，二级等离子体发生器72的结构为单介质阻挡放电或双介质阻挡放电。
[0059] 优选地，二级等离子体发生器72包括中心电极、接地电极和挡板，挡板位于中心电极和接地电极之间，采用玻璃或陶瓷等绝缘材料制作，放电被控制在挡板的两侧，可以避免流光放电转变为火花放电，保证烟气被持续电离产生自由基。
[0060] 经过一级等离子体发生器、二级等离子体发生器72的作用，使得NO被100％氧化成高价态的氮氧化物如NO2、N2O5，然后在后端设置吸收装置8，吸收装置8可选为湿法脱硫装置或半干法脱硫装置，提供了游离水的反应环境，用来协同吸收NO2、N2O5，最终实现NOX的超低排放。主要反应式如下：
[0061] OH+NO2+M→HNO3+M (13)
[0062] N2O5+H2O→2HNO3 (14)
[0063] 同时吸收装置8还吸收烟气中的含硫化物，对烟气进行脱硫。
[0064] 优选地，该装置还包括若干烟气排放连续监测系统9，二级省煤器2入口、电除尘器5的入口、吸收装置8的出口均设置有烟气排放连续监测系统9。优选检测项目包括NOX含量、O2含量、H2O含量、N2含量，以监测NOX的治理效果。
[0065] 本实施例具有以下优点：
[0066] (1)本实施例采用SCR脱硝装置3进行初步脱硝，SCR装置安装于二级省煤器2和一级省煤器4之间空闲区域，利用旧原有烟道31，无需新增或改造烟道31，只需在原有烟道31内设置支撑梁33，在支撑梁33上安装催化剂层32。相比常规SCR装置，节省了大量空间和投资费用，非常适合改造项目。
[0067] (2)本实施例采用低温等离子体技术进行深度脱硝，由于烟气中本身含有约6％的氧气和水蒸汽，利用低温等离子体技术使O2、H2O气体分子被激发活化产生O·、OH·、HO2·、H·等具有强氧化性的自由基，有效去除NOX污染物。系统流程简单，操作方便，适用范围广。
[0068] (3)本实施例将SCR脱硝技术与低温等离子体技术联合使用协同脱硝，脱硝效率可达90％以上，NOX排放浓度可最低降至20mg/Nm3，远远满足火电厂超低排放标准。同时，可以根据机组负荷和运行工况灵活调节，实现全时段、宽负荷超低排放脱硝，使机组以最安全、经济的模式运行，具有突出的环境和社会效益。
[0069] 实施例2
[0070] 参看图3，本实施例是在实施例1的
基础上做出的改进，其不同之处在于：
[0071] 根据工程项目NOX排放浓度并综合考虑改造空间，取消二级低温等离子体反应装置7，仅在电除尘器5设置一级低温等离子体反应装置6，根据项目实际情况确定需要改造的电场数量，与SCR脱硝装置3协同脱硝。本实施例装置无需新增烟道31，不额外占用空间，有效降低项目实施难度以及投资费用，经济效益好。
[0072] 实施例3
[0073] 参照图4，本实施例是在实施例1的基础上作出的改进，其不同之处在于：
[0074] 当工程项目电除尘器5不适宜改造，或者除尘装置为布袋除尘器时，仅设置二级低温等离子体反应装置7，与SCR脱硝装置3协同脱硝。根据项目实际情况设计二级低温等离子体反应装置7的装机台数和功率，保证NOx达到超低排放。
[0075] 上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式。即使对本实用新型作出各种变化，倘若这些变化属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本实用新型的保护范围之中。
