[发明专利]一种工业炉烟气脱硝和热量回收的方法及装置

说明书

本发明公开了一种工业炉烟气脱硝和热量回收的方法及装置。方法包括高温烟气在含有催化剂的U形蓄热室形成的烟气通道内换热和反应后变成低温烟气、环境空气在含有催化剂的U形蓄热室形成的空气通道内换热变成高温空气、烟气通道和空气通道通过换向阀进行切换等步骤；装置主要包括加热炉及其配风控制系统、U形蓄热室、换向阀、空气进出口模块、烟气进出口模块和换向阀驱动装置；空气进出口模块、换向阀和烟气进出口模块处于换向阀直径上，U形蓄热室均等的分布于换向阀直径两侧。本发明综合脱硝及蓄热式热量回收功能，可整体替代余热锅炉和脱硝塔；无需从外界引入还原剂，大大降低了装置投资、占地和运行成本。

技术领域

本发明属于工业环保技术领域，具体地说，涉及一种工业炉烟气脱硝和热量回收的方法及装置。

背景技术

在石化、钢铁、有色冶金、火力发电等行业的各种反应炉、加热炉等的烟气中，普遍含有氮氧化物，在排放前需要进行脱硝。工业烟气脱硝普遍采用SCR 或者SNCR法。

SCR法是在催化剂的作用下，采用氨或者尿素作为还原剂，将烟气中的氮氧化物还原为氮气。目前普遍采用的中温SCR脱硝温度在300～400℃，SCR催化剂只能安装于余热锅炉的高温和低温段之间，不仅破坏了设备的完整性和连续性，也会额外增加投资和占地。

SNCR法则是在高温下850～1100℃以上时，无催化剂的情况下直接向烟气中注入氨或者尿素作为还原剂，将烟气中的氮氧化物还原为氮气。该方法不仅对温度要求高，而且脱硝效率一般也只有30～60％，多数情况下无法满足环保排放要求。无论SCR还是SNCR法，都需要额外注入还原剂，不仅需要额外的尿素 /氨配制、稀释设施，而且氨等物质存储在装置内，还有一定的危险性；同时，还原剂的注入还增加了装置运行成本。

中国专利CN 102000498B，公开了一种无需外加还原剂的烟气脱硝的燃烧设备及方法，该方法采用电极放电，将烟气中的CO₂转化为CO，再通过CO与氮氧化物的催化反应实现脱硝。该方法通过自产的CO作为还原剂，省去了外输还原剂及相关的设施，从而降低了烟气脱硝系统的运行成本。但是该方法又额外引入放电系统，带来了新的电能消耗；同时，对于防火要求严格的烟气系统，电火花还可能带来新的安全隐患。此外，通过放电转化烟气中的CO₂对于烟气自身的组成、湿度、烟尘组成、电导率等都有一定要求，适用范围也存在较大的局限性。

中国专利CN 105783020B，公开了一种燃煤锅炉富氧低氮燃烧脱硝工艺，在一次配风中混入富CO气体，控制氮氧化物含量；再通入富氧二次风，保证完全燃烧。该方法虽然避免了氨、尿素等传统SCR脱硝工艺中还原剂的输入，但却需要从外界输入CO；在一次燃烧时，通过CO的还原作用和欠氧燃烧减少了氮氧化物的生成，但在二次富氧燃烧时，仍然不可避免的会再生成氮氧化物。采用该方法的CO发生设施及PSA/VPSA制氧等，都需要额外增加投资、占地及运行成本。

中国专利CN 108905556A，公开了一种脱硝和CO生成的一体化工艺及设备，采用半焦和铁粉的混合物作为还原剂，将氮氧化物还原生成氮气，同时半焦氧化生成CO；CO又可作为还原剂，进一步与氮氧化物反应。该方法为了避免半焦在高温下自燃的风险，将烟气脱硝和半焦发生CO的反应分开进行，增加了装置的投资和占地；该方法虽然避免了氨、尿素等传统SCR脱硝工艺中还原剂的输入，但却额外增加了半焦、铁粉等的消耗，同样增加了装置的运行成本。该方法为防止半焦温升过高，还引入了喷淋装置，一旦喷淋装置故障或水量控制不当，极易使CO生成设备内变为泥浆，难以处理。

中国专利CN 107875851A，公开了一种应用于全负荷烟气脱硝的自催化还原脱硝系统，同传统SCR脱硝相比，其仅将还原剂由氨、尿素等更换为了“生物钙基还原剂”和活性炭，其存在的问题同传统SCR脱硝，同时，由于活性炭的引入，还带来了高温自燃的风险。