一种臭氧在氨气前注入辅助SCR的窑炉烟气脱硝装置及方法制造方法及图纸

一种臭氧在氨气前注入辅助SCR的窑炉烟气脱硝装置及方法，属于大气污染物控制技术领域。基于烟气配气系统、臭氧发生器、混合器、氨气瓶、SCR反应器、管路实现。该烟气脱硝工艺中，首先，烟气通过烟气配气系统流经管路注入混合器内，臭氧发生器将氧气转化为臭氧注入混合器内，混合器内臭氧与烟气充分混合，臭氧将烟气中的NO部分氧化为NO2。其次，氨气瓶将氨气注入混合器之后的管路中，与混合器内经臭氧氧化后的烟气一起混合后进入SCR反应器。最后，混合烟气通过SCR反应器，生成水和氮气。本发明专利技术结构简单，臭氧氧化效率高，且在较低温况下仍具备较高的氮氧化物去除效率，能够延长催化剂使用寿命。

A Kiln Flue Gas Denitrification Device and Method by Injecting Ozone to Assist SCR before Ammonia Gas

【技术实现步骤摘要】
一种臭氧在氨气前注入辅助SCR的窑炉烟气脱硝装置及方法
本专利技术属于大气污染物控制
，涉及一种臭氧在氨气前注入辅助SCR的窑炉烟气脱硝装置及方法。
技术介绍
氮氧化物(主要是NO和NO2，统称NOx)是一类重要的大气污染物，其主要危害包括：可形成酸雨或酸雾；与碳氢化合物形成光化学烟雾；破坏臭氧层，形成臭氧层空洞；影响人体健康，高浓度NO2可诱发呼吸系统疾病，如肺气肿和支气管炎等。我国窑炉工业对国内氮氧化物排放的贡献率仅次于电力行业和机动车尾气排放。窑炉按方法特征主要分为水泥窑、玻璃窑、陶瓷窑等。根据国家统计局公布的数据，2018年全国规模以上水泥企业水泥总产量达到21.8亿吨，2017年年末平板玻璃产量为8亿重箱，窑炉生产过程中向大气排放大量氮氧化物，在工业窑炉的烟气治理上，氮氧化物的排放治理要求已经再次被明确化。2011年发布的《平板玻璃工业大气污染物排放标准》中NOx排放的要求为≤700mg/Nm3；2015年《水泥工业大气污染物排放标准》规定水泥厂氮氧化物排放浓度不超过320mg/Nm3，窑炉工业烟气脱硝技术面临紧迫的形式。烟气脱硝技术主要包括固体吸附法、液体吸收法、选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原(SNCR)法、等离子体法等。固体吸附法特点是同时脱硫脱硝，但是吸附剂用量大、再生周期短、系统占用面积大、一次性脱硝效率低；液体吸收法特点是方法设备简单、能耗低、投资少，然而副产物不易处理，而且用水量大并会产生水污染；SNCR脱硝方法在没有催化剂存在条件下，氨基还原剂在850℃～1050℃的温度下，选择性的与NOx反应生成N2和H2O，具有方法简单，设备和运行费用少等优势，缺点是对设备损害程度大，脱硝效率不高；等离子体脱硝法虽可以在室温条件下活化反应分子，仍存在所需设备昂贵、目标物选择性低、电能消耗高的问题。选择性催化还原(SCR)技术以NH3为还原剂，V2O5-WO3/TiO2为催化剂，在含氧条件下，烟气温度为320～450℃，选择性的将烟气中NOx还原成N2和H2O。进入SCR反应器的烟气中NO与NO2的比例影响主反应的选择性，主要反应是标准SCR(1)，快速SCR(2)和NO2-SCR(3)：烟气中的氮氧化物主要是NO和NO2，其中氮氧化物总量的95％为NO，因此标准SCR(1)被认为是SCR脱硝技术的主反应方程式。若提高烟气中NO2的含量，达到NO2/NO＝1时发生快速SCR(2)，其反应速率比标准SCR快一个数量级，氮氧化物的转化速率规律为:快速SCR>标准SCR>NO2-SCR，相对于标准SCR技术通过快速SCR脱除氮氧化物可提高催化剂的脱硝效率。SCR脱硝装置分为高尘布置和低尘布置。高尘布置是SCR反应器布置在除尘器之前，烟气的温度高，满足催化剂的催化温度，但烟气中飞灰含量高，降低了催化剂的活性。而低尘布置排除粉尘的干扰，延长了催化剂的使用寿命，由于烟气温度低，催化剂的催化活性差，所以需要另外提供热量，增加能耗。玻璃窑炉主烟道出口一般为400℃～550℃，产生的粉尘粒径小，黏结性较强；水泥窑炉烟气温度在900℃以上，含有60g/Nm3以上高浓度粉尘。这些窑炉粉尘易造成催化剂微孔堵塞，降低催化剂催化活性和使用寿命，目前国内玻璃窑炉烟气和水泥窑炉烟气处理采用SCR脱硝技术中先除尘降低烟气粉尘对脱硝干扰的低尘SCR还原方法。处理流程主要是将窑炉高温烟气通入余热锅炉回收热量，使其温度降至320～350℃的范围内，再进行SCR反应。SCR脱硝催化剂反应温度窗口要求320℃～450℃，在没有预热器的情况下，特别是烟气通过余热锅炉和除尘器之后，温度一般低于催化剂活性温度窗口，此时，需对烟气进行加热，增加窑炉烟气脱硝设备的复杂性和成本。因此，低温环境下高效SCR脱硝技术受到关注。对比文件1【沿面放电氧活性物质注入协同SCR脱除烟气中NOx，李虎，商克峰，鲁娜，安久涛，李杰，吴彦，水野彰.环境科学学报，2015,35(7):2025-2029】，介绍了利用沿面放电产生氧活性物质(如臭氧或其它活性氧物质)在SCR烟气脱硝方法中的氨气注入口后面、SCR反应器前面的烟道中注入，实现了快速SCR反应过程，在150℃条件下，使SCR脱硝效率提高23％。在该对比文件中，氧活性物质是从氨气入口后注入，势必要发生NO和NH3对氧活性物质的竞争反应，主要反应过程：7Ο3+6ΝH3→6ΝΟ2+9H2Ο(4)5Ο3+6ΝH3→6ΝΟ+9H2Ο(5)阻碍NO氧化生成NO2的数量，造成氧活性物质浪费，使沿面放电能量利用效率下降，而且该过程还会进一步反应产生硝酸或硝酸铵，抑制SCR反应。
技术实现思路
本专利技术针对窑炉烟气脱硝催化剂反应温度窗口要求高(320℃～450℃)，窑炉烟气处理温度一般低于催化剂活性温度窗口，需对烟气进行加热，增加窑炉烟气脱硝设备的复杂性等问题，提供一种臭氧辅助NH3-SCR的窑炉烟气脱硝装置及方法，实现对SCR低尘烟气脱硝技术改进，提高氮氧化物的脱除效率。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种臭氧在氨气前注入辅助SCR的窑炉烟气脱硝装置，包括烟气配气系统、臭氧发生器1、混合器2、氨气瓶3、SCR反应器4、多个管路5，其中，烟气配气系统包括N2、O2、NO高压气瓶和质量流量控制器。所述的混合器2前端通过管路5与臭氧发生器1连通、烟气配气系统连通；混合器2后端分别通过管路5与氨气瓶3、SCR反应器4连接。具体为：所述的混合器2与SCR反应器4通过管路5连通；所述的臭氧发生器1、烟气配气系统设于混合器2前端，分别通过管路5与混合器2连通；所述的氨气瓶3设于混合器2后端，位于混合器2与SCR反应器4之间，通过管路5与其连通。一种臭氧在氨气前注入辅助SCR的窑炉烟气脱硝方法，基于窑炉烟气脱硝装置实现，包括以下步骤：(1)臭氧发生器1将氧气转化为臭氧，产生的臭氧注入混合器2内。(2)烟气通过烟气配气系统流经管路5注入混合器2内，混合器2内臭氧与烟气充分混合，臭氧将烟气中的NO部分氧化为NO2。根据烟气初始氮氧化物浓度调节臭氧添加量，使烟气中50％的NO在混合器2中氧化为NO2。(3)氨气瓶3将氨气注入混合器2之后的管路5中，与混合器2内经臭氧氧化后的烟气一起混合后进入SCR反应器4。(4)混合烟气通过SCR反应器4，产生快速SCR反应，烟气中的氮氧化物与氨气在催化剂的作用下生成水和氮气。SCR反应器4内反应温度可以低于250度。本专利技术一种臭氧在氨气前注入辅助SCR的窑炉烟气脱硝方法，基于窑炉烟气脱硝装置实现，窑炉烟气脱硝装置的混合器2，可以是一个单独的容器设备，也可以是一定长度的管路5。本专利技术与标准SCR技术相比，先将烟气中部分NO氧化为NO2时，当烟气中当NO和NO2的摩尔比达到1：1时，SCR反应器4内发生快速SCR(FastSCR)反应过程。其反应式如下：本专利技术同样可以将烟气中气态单质汞转化为离子态汞，提高汞脱除率。本专利技术臭氧在氨气前面注入与臭氧在氨气后注入辅助SCR烟气脱硝方法相比，臭氧在氨气前面注入的脱硝效率优于在氨气后面注入的脱硝效率；且两种情况下臭氧注入的脱硝效率均高于相同条件下的标准SCR脱硝效率。本专利技术的有益效果是：(1)低温高效：本专利技术针对窑炉的低尘S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种臭氧在氨气前注入辅助SCR的窑炉烟气脱硝装置，其特征在于，包括烟气配气系统、臭氧发生器(1)、混合器(2)、氨气瓶(3)、SCR反应器(4)、多个管路(5)；所述的混合器(2)与SCR反应器(4)通过管路(5)连通；所述的臭氧发生器(1)、烟气配气系统设于混合器(2)前端，分别通过管路(5)与混合器(2)连通；所述的氨气瓶(3)设于混合器(2)后端，位于混合器(2)与SCR反应器(4)之间，通过管路(5)与其连通；所述的烟气配气系统包括高压气瓶和质量流量控制器；臭氧发生器(1)产生的臭氧注入混合器(2)内，烟气通过烟气配气系统进入混合器(2)内，混合烟气流经混合器(2)后与氨气混合，进入SCR反应器(4)，烟气中的氮氧化物与氨气在催化剂的作用下生成水和氮气。

【技术特征摘要】
1.一种臭氧在氨气前注入辅助SCR的窑炉烟气脱硝装置，其特征在于，包括烟气配气系统、臭氧发生器(1)、混合器(2)、氨气瓶(3)、SCR反应器(4)、多个管路(5)；所述的混合器(2)与SCR反应器(4)通过管路(5)连通；所述的臭氧发生器(1)、烟气配气系统设于混合器(2)前端，分别通过管路(5)与混合器(2)连通；所述的氨气瓶(3)设于混合器(2)后端，位于混合器(2)与SCR反应器(4)之间，通过管路(5)与其连通；所述的烟气配气系统包括高压气瓶和质量流量控制器；臭氧发生器(1)产生的臭氧注入混合器(2)内，烟气通过烟气配气系统进入混合器(2)内，混合烟气流经混合器(2)后与氨气混合，进入SCR反应器(4)，烟气中的氮氧化物与氨气在催化剂的作用下生成水和氮气。2.根据权利要求1所述的一种臭氧在氨气前注入辅助SCR的窑炉烟气脱硝装置，其特征在于，所述的混合器(2)可以是一个单独的容器设备，也可以是一定长度的管路。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杰，刘美艺，姜楠，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21