權利要求

1.有色金屬卡爾多爐冶煉廢氣的低溫SCR脫硝裝置，其特征在于，包括自煙氣進入方向依次布置的換熱器(2)，燃氣補燃裝置(4)，氨氣制備及噴射裝置，SCR反應器(9)；以及煙氣進口管道上設置的煙氣檢測與反饋器；

所述SCR反應器(9)包括臥式脫硝反應器本體，臥式脫硝反應器本體內自煙氣進口方向依次設置有氨煙混合段和催化反應段，所述氨煙混合段包括自煙氣進口方向依次布置的多個靜態(tài)混合器(7)，所述催化反應段包括自煙氣進口方向依次布置的多個催化劑床層(8)；

SCR反應器(9)臥式脫硝反應器本體下部外側設置電加熱器(10)。

2.根據權利要求1所述的有色金屬卡爾多爐冶煉廢氣的低溫SCR脫硝裝置，其特征在于，SCR反應器(9)的煙氣出口方向依次連接換熱器(2)、引風機(11)、煙囪(12)。

3.根據權利要求1或2所述的有色金屬卡爾多爐冶煉廢氣的低溫SCR脫硝裝置，其特征在于，所述氨氣制備及噴射裝置包括噴氨裝置(5)和噴氨裝置(5)上連接的氨水儲罐(6)；采用20％濃氨水作為原料，通過蒸發(fā)制取氨氣，然后經稀釋風機將氨氣稀釋至5％安全濃度，通過噴氨裝置(5)噴入煙氣管道和煙氣混合。

4.根據權利要求1或2所述的有色金屬卡爾多爐冶煉廢氣的低溫SCR脫硝裝置，其特征在于，所述煙氣檢測與反饋器包括NOx檢測與信號反饋器(1)和溫度檢測與信號反饋器(3)；所述電加熱器(10)與溫度檢測裝置連接。

5.根據權利要求4所述的有色金屬卡爾多爐冶煉廢氣的低溫SCR脫硝裝置，其特征在于，所述溫度檢測裝置為溫度檢測與信號反饋器(3)。

6.根據權利要求1或2所述的有色金屬卡爾多爐冶煉廢氣的低溫SCR脫硝裝置，其特征在于，所述催化反應段設3層催化劑床層(8)，所述催化劑選擇低溫釩鈦基催化劑，催化劑活性反應溫度200℃；所述煙氣混合段由2-3個靜態(tài)混合器組成。

7.根據權利要求5所述的有色金屬卡爾多爐冶煉廢氣的低溫SCR脫硝裝置，其特征在于，所述SCR反應器(9)內位于每層催化劑床層(8)前端設置有吹灰器。

8.根據權利要求1或2所述的有色金屬卡爾多爐冶煉廢氣的低溫SCR脫硝裝置，其特征在于，SCR反應器(9)的煙氣進入管道上還設置有伴熱裝置；所述換熱器(2)為板式換熱器，板式換熱器的換熱片采用SS304、SMO254，所述板式換熱器由換熱芯體模塊、自支撐框架、熱側煙氣以及冷側煙氣進出口變徑部組成；所述煙氣補燃裝置(4)為燃氣預熱器裝置；SCR反應器(9)的臥式脫硝反應器本體設置檢修人孔，臥式脫硝反應器本體下部積灰槽底部設閥板。

9.有色金屬卡爾多爐冶煉廢氣的低溫SCR脫硝工藝，其特征在于，包含以下步驟：

步驟一、低溫煙氣首先經換熱器(2)進行加熱，然后通過燃氣補燃裝置(4)進一步加熱升溫至SCR反應器(9)中催化劑反應溫度區(qū)間，SCR反應器(9)為臥式結構，煙氣呈水平方向流動；

步驟二、利用儲存在氨水儲罐(6)區(qū)的濃氨水作為原料制取氨氣，將氨氣噴射入燃氣補燃升溫后的煙氣中，在煙道中流動過程中，煙氣與氨氣經靜態(tài)混合器(7)得到充分混合之后進入SCR反應器(9)的催化劑床層(8)；催化劑床層(8)的催化劑選用低溫SCR脫硝催化劑，催化劑反應溫度180-200℃；

步驟三、在通過催化劑過程中，在催化劑的催化反應作用下，煙氣中的氨氣與氮氧化物發(fā)生氧化還原反應生成無毒無害的N2和H2O，從而去除氮氧化物而使煙氣得到凈化。

10.根據權利要求9所述的有色金屬卡爾多爐冶煉廢氣的低溫SCR脫硝工藝，其特征在于，包含以下步驟：入口60±1℃低溫煙氣首先進入換熱器(2)與凈化后的200℃高溫煙氣進行熱量交換，將溫度提升至170℃，之后經過燃氣補燃裝置(4)進一步加熱，加熱量由溫度檢測與信號反饋器(3)控制，將170℃原煙氣加熱至高于SCR催化反應溫度至210±1℃，之后通過噴氨裝置(5)計量噴入脫硝還原劑；

脫硝還原劑由20％濃度氨水蒸發(fā)稀釋制取，20％濃度的氨水存儲在氨水儲罐(6)內，濃氨水經蒸汽蒸發(fā)并由稀釋風機稀釋成為5％的氨氣后，通過噴氨裝置(5)的氨氣噴槍，在NOx檢測與信號反饋器(1)的精確計量控制下噴入煙氣管道與煙氣進行混合，此時由于氨氣的混入使得煙氣溫度降至200±1℃的催化反應溫度區(qū)間；

噴氨后的煙氣進入SCR反應器(9)的臥式脫硝反應器本體，煙氣首先流經由2-3個靜態(tài)混合器(7)組成的混合段充分混合，之后進入催化劑床層(8)，在催化劑內煙氣中氮氧化物和氨氣進行催化還原反應生成N2和H2O，去除NO和NO2等氮氧化物，主要反應化學方程式如下所示：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

經過脫硝反應凈化后的煙氣溫度200℃，為充分利用煙氣余熱，節(jié)約能源，將200℃凈煙氣引入換熱器(2)，將熱量交換原煙氣用于提升其溫度，從換熱器(2)排出的凈煙氣溫度降至90±1℃，最后在引風機(11)的作用下，通過煙囪(12)排放。

說明書

技術領域

本發(fā)明屬于煙氣脫硝凈化技術領域，具體涉及有色金屬卡爾多爐冶煉廢氣的低溫SCR脫硝裝置及工藝。

背景技術

在我國氮氧化物是大氣污染主要的污染物之一，氮氧化物排放不僅會形成酸雨，而且是形成光化學煙霧和PM2.5的主要因素。為控制氮氧化物和酸雨污染，國家加大了對煙氣中氮氧化物的治理力度，要求對煙氣進行脫硝處理，最大程度上減弱氮氧化物對生態(tài)環(huán)境的影響。

SCR脫硝技術是目前廣泛應用的氮氧化物污染控制技術之一，根據所使用催化劑活性溫度的不同，SCR脫硝技術衍生出了針對不同煙氣工況下的脫硝處理工藝，主要有中高溫、中低溫、低溫SCR脫硝。

有色金屬冶煉工藝中，卡爾多爐排放煙氣煙氣量較小(一般不大于10萬m3/h)，其污染特征主要表現(xiàn)為含酸量高、氮氧化物含量高，因此一般卡爾多爐煙氣排出后，首先要進行濕法脫硫脫酸處理，去除其中的酸霧成分，此過程將使煙氣溫度進一步降至50-60℃，該溫度區(qū)間遠低于傳統(tǒng)的中高溫(280-320℃)脫硝溫度，要將50-60℃低溫煙氣加熱至中高溫催化劑活性溫度區(qū)間，將大大增加能耗，投資和運行成本也相應較高。

為節(jié)約能源降低成本，開發(fā)一種節(jié)能型低溫SCR脫硝反應裝置具有較大的現(xiàn)實意義。隨著低溫催化劑的生產工藝技術日臻成熟完善，廉價高效性能良好的低溫催化劑相繼出現(xiàn)，使得開發(fā)復雜工況條件下的低溫SCR脫硝工藝及裝置成為可能。

發(fā)明內容

本發(fā)明為了解決卡爾多爐煙氣凈化脫硝處理問題。公開了一種低溫SCR脫硝裝置及工藝，是一種有色金屬卡爾多爐冶煉廢氣的低溫SCR脫硝裝置及工藝。該工藝主要針對卡爾多爐煙氣經濕法脫硫后低溫、煙氣量小NOx濃度高的特征，設計的一種低溫脫硝凈化裝置及工藝。

本發(fā)明的技術方案：一種有色金屬卡爾多爐冶煉廢氣的低溫SCR脫硝裝置，包括自煙氣進入方向依次布置的換熱器，燃氣補燃裝置，氨氣制備及噴射裝置，SCR反應器；以及煙氣進口管道上設置的煙氣檢測與反饋器；

所述SCR反應器包括臥式脫硝反應器本體，臥式脫硝反應器本體內自煙氣進口方向依次設置有氨煙混合段和催化反應段，所述氨煙混合段包括自煙氣進口方向依次布置的多個靜態(tài)混合器，所述催化反應段包括自煙氣進口方向依次布置的多個催化劑床層；

SCR反應器臥式脫硝反應器本體下部外側設置電加熱器。

進一步的，SCR反應器的煙氣出口方向依次連接換熱器、引風機、煙囪。

再進一步的，所述氨氣制備及噴射裝置包括噴氨裝置和噴氨裝置上連接的氨水儲罐；采用20％濃氨水作為原料，通過蒸發(fā)制取氨氣，然后經稀釋風機將氨氣稀釋至5％安全濃度，通過噴氨裝置噴入煙氣管道和煙氣混合。

再進一步的，所述煙氣檢測與反饋器包括NOx檢測與信號反饋器和溫度檢測與信號反饋器；所述電加熱器與溫度檢測裝置連接。

再進一步的，所述溫度檢測裝置為溫度檢測與信號反饋器。

再進一步的，所述催化反應段設3層催化劑床層，所述催化劑選擇低溫釩鈦基催化劑，催化劑活性反應溫度200℃；所述煙氣混合段由2-3個靜態(tài)混合器組成。

再進一步的，所述SCR反應器內位于每層催化劑床層前端設置有吹灰器。

再進一步的，SCR反應器的煙氣進入管道上還設置有伴熱裝置；所述換熱器為板式換熱器，板式換熱器的換熱片采用SS304、SMO254，所述板式換熱器由換熱芯體模塊、自支撐框架、熱側煙氣以及冷側煙氣進出口變徑部組成；所述煙氣補燃裝置為燃氣預熱器裝置；SCR反應器的臥式脫硝反應器本體設置檢修人孔，臥式脫硝反應器本體下部積灰槽底部設閥板。

一種有色金屬卡爾多爐冶煉廢氣的低溫SCR脫硝工藝，包含以下步驟：

步驟一、低溫煙氣首先經換熱器進行加熱，然后通過燃氣補燃裝置進一步加熱升溫至SCR反應器中催化劑反應溫度區(qū)間，SCR反應器為臥式結構，煙氣呈水平方向流動；

步驟二、利用儲存在氨水儲罐區(qū)的濃氨水作為原料制取氨氣，將氨氣噴射入燃氣補燃升溫后的煙氣中，在煙道中流動過程中，煙氣與氨氣經靜態(tài)混合器得到充分混合之后進入SCR反應器的催化劑床層；催化劑床層的催化劑選用低溫SCR脫硝催化劑，催化劑反應溫度180-200℃；

步驟三、在通過催化劑過程中，在催化劑的催化反應作用下，煙氣中的氨氣與氮氧化物發(fā)生氧化還原反應生成無毒無害的N2和H2O，從而去除氮氧化物而使煙氣得到凈化。

進一步的，一種有色金屬卡爾多爐冶煉廢氣的低溫SCR脫硝工藝，包含以下步驟：入口60±1℃低溫煙氣首先進入換熱器與凈化后的200℃高溫煙氣進行熱量交換，將溫度提升至170℃，之后經過燃氣補燃裝置進一步加熱，加熱量由溫度檢測與信號反饋器(3)控制，將170℃原煙氣加熱至高于SCR催化反應溫度至210±1℃，之后通過噴氨裝置計量噴入脫硝還原劑；

脫硝還原劑由20％濃度氨水蒸發(fā)稀釋制取，20％濃度的氨水存儲在氨水儲罐內，濃氨水經蒸汽蒸發(fā)并由稀釋風機稀釋成為5％的氨氣后，通過噴氨裝置的氨氣噴槍，在NOx檢測與信號反饋器的精確計量控制下噴入煙氣管道與煙氣進行混合，此時由于氨氣的混入使得煙氣溫度降至200±1℃的催化反應溫度區(qū)間；

噴氨后的煙氣進入SCR反應器的臥式脫硝反應器本體，煙氣首先流經由2-3個靜態(tài)混合器組成的混合段充分混合，之后進入催化劑床層，在催化劑內煙氣中氮氧化物和氨氣進行催化還原反應生成N2和H2O，去除NO和NO2等氮氧化物，主要反應化學方程式如下所示：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

經過脫硝反應凈化后的煙氣溫度200℃，為充分利用煙氣余熱，節(jié)約能源，將200℃凈煙氣引入換熱器，將熱量交換原煙氣用于提升其溫度，從換熱器排出的凈煙氣溫度降至90±1℃，最后在引風機的作用下，通過煙囪排放。

本發(fā)明的技術效果：本發(fā)明裝置及工藝通過過程反應溫度控制，提升脫硝效率，增加了脫硝還原劑利用率，實用性強、可應用范圍廣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置的結構圖；

圖2為本發(fā)明流程的說明圖；

圖中：煙氣管路上實心箭頭表示煙氣流動方向，虛線及虛線上的空心箭頭表示信號方向，1-NOx檢測與信號反饋器，2-(GGH)換熱器，3-溫度檢測與信號反饋器，4-燃氣補燃裝置，5-噴氨裝置，6-氨水儲罐，7-靜態(tài)混合器，8-催化劑床層，9-SCR反應器，10-電加熱器，11-引風機，12-煙囪。

具體實施方式

本發(fā)明的一種低溫SCR脫硝裝置，煙氣先經(GGH)換熱器2換熱提溫，再進行SCR反應器9脫硝凈化，經煙囪12出煙。本發(fā)明裝置的氨氣制備及噴射裝置包括脫硝還原劑貯存裝置即氨水儲罐6、還原劑制備輸送及噴射裝置即噴氨裝置5、煙氣檢測與(信息)反饋器(NOx檢測與信號反饋器1和溫度檢測與信號反饋器3)、煙氣補燃裝置4。

所述GGH換熱器2為板式換熱器，(板式換熱器)換熱片采用SS304、SMO254，整個設備由換熱芯體模塊、自支撐框架、熱側煙氣以及冷側煙氣進出口變徑(部)等主要部件組成。

所述還原劑采用20％濃氨水作為原料，通過蒸發(fā)制取氨氣，然后經稀釋風機將氨氣稀釋至5％安全濃度，通過噴氨裝置5噴入煙氣管道和煙氣混合。

所述煙氣補燃裝置4采用燃氣預熱器裝置，利用天然氣或焦爐煤氣等作為燃料，將煙氣加熱升溫至脫硝反應溫度。煙氣預熱器(即燃氣預熱器裝置)的運行由GGH換熱器2出口煙氣溫度檢測與反饋控制，使加熱后煙氣在低溫脫硝反應溫度區(qū)間內，本裝置控制溫度(約200℃)。

所述SCR反應器9基本構成由催化劑床層(3層)，靜態(tài)混合器7、吹灰器等裝置組成，靜態(tài)混合器7設置于催化劑床層的前端。

優(yōu)選的，設置的溫度檢測與信號反饋器3和SCR反應器9底部的電加熱器10連連接，這樣無需再設置溫度檢測裝置，即可對SCR反應器9體及時補熱，用于防止SCR反應器9內煙氣溫度過低影響脫硝效率及系統(tǒng)運行。

低溫煙氣首先經換熱器2(即板式換熱器)進行加熱，然后通過燃氣補燃裝置4進一步加熱升溫至SCR反應器9中催化劑反應溫度區(qū)間，利用儲存在氨水儲罐6區(qū)的濃氨水作為原料制取氨氣，(通過噴氨裝置5)將氨氣噴射入燃氣(加熱)補燃升溫后的煙氣中，在煙道中流動過程中，煙氣與氨氣經靜態(tài)混合器7得到充分混合之后進入催化劑(床)層8，在通過催化劑過程中，在催化劑的催化反應作用下，煙氣中的氨氣與氮氧化物發(fā)生氧化還原反應生成無毒無害的N2和H2O，從而去除氮氧化物而使煙氣得到凈化。

本發(fā)明裝置及工藝通過過程反應溫度控制，提升脫硝效率，增加了脫硝還原劑利用率，實用性強、可應用范圍廣。

此脫硝裝置有兩個工藝要點：

(1)選用低溫SCR脫硝催化劑，催化劑反應溫度180-200℃，采用生產技術上比較成熟的釩鈦基低溫催化劑；

(2)SCR(脫硝)反應器臥式結構設計，煙氣呈水平方向流動，SCR(脫硝)反應器內設置氨煙混合段和催化(劑)反應段。

本發(fā)明的一種有色金屬卡爾多爐冶煉廢氣的低溫SCR脫硝裝置組成主要有：(GGH)換熱器、燃氣(加熱)補燃裝置、氨氣制備及噴射裝置、SCR反應器、煙氣檢測與反饋器。

工藝過程是將低溫煙氣通過換熱器升溫至一定溫度后，再通過燃氣補熱裝置加熱到催化劑反應活性溫度區(qū)間(180-200℃)，根據進口煙氣氮氧化物濃度檢測反饋信號，控制還原劑(氨氣)噴射量進行制氨及噴氨，噴氨后的煙氣經過靜態(tài)混合器充分均勻混合后，進入SCR反應器催化劑層進行脫硝反應。SCR反應器主要由煙氣混合段(即氨煙混合段，其含若干靜態(tài)混合器)、催化劑(床)層、(耙式)吹灰器等部分組成。催化劑選擇低溫釩鈦基催化劑，催化劑活性反應溫度200℃。

換熱器位于系統(tǒng)前端，目的是充分利用SCR脫硝反應后的凈煙氣余熱，將原煙氣溫度提升至170℃。

燃氣(加熱)補燃裝置利用天然氣作為燃料，通過熱風爐或者直接將燃氣噴入煙氣管道補燃加熱，將煙氣溫度進一步升至200℃，達到低溫催化劑反應活性溫度區(qū)間范圍。

噴氨裝置位于煙氣補燃裝置后，利用20％濃度氨水或尿素制取氨氣，利用稀釋風機抽取空氣將氨氣稀釋至5％安全濃度范圍，通過氨氣噴嘴噴入煙道。噴氨量的控制主要通過入口煙氣的NOx檢測與反饋信號進行精確控制。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案，SCR反應器采用一種特殊的結構設計，其特點是采用臥式脫硝反應器本體，SCR反應器由煙氣混合段和催化反應段組成，不設間隔。催化反應段設3層催化劑(床)層；煙氣混合段由2-3個靜態(tài)混合器組成煙氣通過混合段均勻混合后進入催化劑(床)層進行脫硝反應。煙氣在(SCR)反應器中流速1-2m/s，停留時間4-5s。催化劑共3層(2+1布置，設置一層預留層)，催化劑運行溫度200℃。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案，每層催化劑(床層)前端設置耙式除灰器，并定期啟動吹灰，清除散落在催化劑孔內的煙氣積塵。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案，在(SCR)反應器臥式脫硝反應器本體下部外側設置電加熱器，用于系統(tǒng)補熱，根據(SCR)反應器的艙體內溫度檢測信號反饋，當SCR反應器內煙氣溫度較低時，也可以開啟伴熱裝置進行煙氣補熱。

具體的，本發(fā)明的工藝，包括如下步驟：

入口低溫煙氣(約60℃)首先進入換熱器2與凈化后的高溫煙氣(200℃)進行熱量交換，將溫度提升至170℃，之后經過燃氣補燃裝置4進一步加熱，加熱量由溫度檢測與信號反饋器3控制，將170℃原煙氣加熱至略高于SCR催化反應溫度(200℃)至約210℃，之后通過噴氨裝置5計量噴入脫硝還原劑；

脫硝還原劑由20％濃度氨水蒸發(fā)稀釋制取，20％濃度的氨水存儲在氨水儲罐6內，濃氨水經蒸汽蒸發(fā)并由稀釋風機稀釋成為5％的氨氣后，通過噴氨裝置5的氨氣噴槍，在NOx檢測與信號反饋器1的精確計量控制下噴入煙氣管道與煙氣進行混合，此時由于氨氣的混入使得煙氣溫度降至約200℃的催化反應溫度區(qū)間。

噴氨后的煙氣進入SCR反應器9的臥式脫硝反應器本體，煙氣首先流經由2-3個靜態(tài)混合器7組成的混合段充分混合，之后進入催化劑(床)層8，在催化劑內煙氣中氮氧化物和氨氣進行催化還原反應生成N2和H2O，去除NO和NO2等氮氧化物，主要反應化學方程式如下所示：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

設置在催化劑前端的(耙式)除灰器定期開啟，清除催化劑表面積塵。為防止SCR反應器9倉底積灰部位溫度下降，在器體下部的電加熱器10，在煙氣溫度降低至脫硝反應區(qū)間范圍外時及時開啟補熱升溫；

SCR反應器9的臥式脫硝反應器本體設置檢修人孔，用于器體內部設備檢修或更換催化劑時，作為人員及物資通道。器體下部積灰槽底部設閥板，可人工進入檢修或清灰。

經過脫硝反應凈化后的煙氣溫度200℃，為充分利用煙氣余熱，節(jié)約能源，將200℃凈煙氣引入換熱器2，將熱量交換原煙氣用于提升其溫度，從(GGH)換熱器2排出的凈煙氣溫度降至約90℃，最后在引風機11的作用下，通過煙囪12排放。

由于氣流均布對脫硝有著至關重要的作用，本裝置采用計算流體力學(CFD)方法對其進行數(shù)值模擬優(yōu)化設計。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。