催化脱硝系统和催化脱硝方法

技术领域

本发明属于烟气脱硝技术领域，尤其是涉及一种催化脱硝系统和催化脱硝方法。

背景技术

氮氧化物是大气主要污染物之一，是城市灰霾天气、大气酸沉降、光化学烟雾等环境问题的重要根源，对人类健康具有巨大的威胁。目前火电厂(含燃气轮机电厂)烟气脱硝的主要技术为选择性催化还原技术(SCR)。SCR催化通过将催化剂模块组装固定至烟道中，在烟气流经催化剂层时与其发生反应而脱硝，但由于烟气流速较高，二者接触时间即烟气在催化剂层的停留时间较短，影响了催化脱硝效率，特别是在电厂低负荷条件下，烟气温度随之降低，催化效率更难以得到保证。

在双碳和节能减排的政策背景下，烟气脱硝技术发展也迎来了新的契机，无论从环保角度，还是经济效益出发，开发高效新型脱硝技术、保证脱硝效率具有极其重要的意义。

发明内容

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，本发明的实施例提出一种具有高效脱硝效率的催化脱硝系统。

本发明的实施例还提出了一种催化脱硝方法。

本发明实施例的催化脱硝系统包括：燃气轮机和发电机，所述燃气轮机具有用于通入燃气的燃气进口、用于通入空气的空气进口和用于输出燃烧产生的烟气的烟气出口，所述燃气轮机与所述发电机传动连接以驱动所述发电机发电，所述发电机发电将产生电力并入电网；催化剂粉仓，所述催化剂粉仓用于储存催化剂粉，所述烟气出口与所述催化剂粉仓连通以使烟气通入所述催化剂粉仓并携带催化剂粉形成气粉流；旋风反应器，所述旋风反应器具有烟气入口、烟气出口和粉料出口，所述催化剂分仓的出口与所述旋风反应器的烟气入口连通将所述气粉流通入所述旋风反应器，烟气与催化剂在所述旋风反应器内发生脱硝反应；粉料回流管路和粉料再生管路，所述粉料回流管路和所述粉料再生管路并联在所述旋风反应器的粉料出口和所述催化剂粉仓的粉料入口之间，所述粉料再生管路上设有用于对催化剂进行加热再生的催化剂再生装置。

本发明实施例提供的催化脱硝系统采用气力输送方式形成含有催化剂粉的气粉流，使烟气与催化剂粉充分混合，并且从催化剂粉仓向旋风反应器输送的过程增加了烟气与催化剂粉末的接触反应时间，以确保烟气中的脱硝效率和脱硝效果。通过设置并联的粉料回流管路和粉料再生管路，使反应后的催化剂可选择性地通过粉料回流管路进行直接回流，或者通过粉料再生管路，将催化剂上附着的硫酸铵等结晶脱除，延长催化剂使用寿命，进一步降低运行成本。

在一些实施例中，催化脱硝系统包括：余热回收器，所述燃气轮机的烟气出口与所述余热回收器的热侧入口连通，所述余热回收器用于对烟气中的热量进行回收，所述余热回收器具有第一热侧出口和第二热侧出口，所述第一热侧出口与所述催化剂粉仓连通，所述第二热侧出口与所述旋风反应器的烟气入口连通，以使降温后的一部分烟气进入所述催化剂粉仓携带催化剂粉，另一部分烟气直接进入所述旋风反应器。

在一些实施例中，催化脱硝系统包括：增压风机，所述增压风机连接在所述第一热侧出口和所述催化剂粉仓之间，用于提高烟气的压力。

在一些实施例中，催化脱硝系统包括：布袋回收器，所述布袋回收器设在所述旋风反应器的下游，与所述旋风反应器的烟气出口连通，所述布袋回收器用于将烟气中剩余的催化剂粉分离出，所述布袋回收器的粉料出口与所述旋风反应器的粉料出口汇合。

在一些实施例中，催化脱硝系统包括：粉料输送管，所述布袋回收器的粉料出口和所述旋风反应器的粉料出口均与所述粉料输送管的入口连通，所述粉料输送管的出口与所述粉料回流管路和所述粉料再生管路中每一者连通，且所述粉料回流管路和所述粉料再生管路的进粉比例可调。

在一些实施例中，所述催化剂再生装置包括水洗离心罐和干燥塔，所述水洗离心罐用于对反应后的催化剂粉进行水洗净化以使其恢复反应能力，所述干燥塔位于所述水洗离心罐的下游用于对净化后的催化剂粉进行脱水干燥。

在一些实施例中，所述干燥塔包括壳体、循环风机、湿粉盘和加热盘，所述壳体具有进口和出口，所述循环风机设在所述进口和所述出口之间，所述湿粉盘和所述加热盘位于所述壳体中，且所述湿粉盘位于所述加热盘的上方。

在一些实施例中，催化脱硝系统包括风机和空气加热器，所述风机与所述空气进口连通，所述空气加热器连接在所述风机与所述空气入口之间，用于加热鼓入所述空气进口的空气。

本发明另一方面实施例还提供了一种催化脱硝方法，所述催化脱硝方法包括：

所述粉料回流管路开启，所述粉料再生管路关闭；

所述燃气轮机运作带动所述发电机发电，所述燃气轮机的烟气通入所述催化剂粉仓形成气粉流，所述气粉流输入所述旋风反应器，在所述旋风反应器内发生脱硝反应，并且烟气中的催化剂粉被旋风分离出来；

所述旋风反应器的粉料出口输出的催化剂粉通过所述粉料回流管路回到所述催化剂粉仓中，进行循环使用；

所述催化脱硝系统运行预设时间后，开启所述粉料再生管路，使所述催化剂粉中的至少一部分通过所述粉料再生管路再生后，回到所述催化剂粉仓中。

在一些实施例中，催化脱硝方法具体包括：

所述催化脱硝系统累计运行第一预设时间后，开启所述粉料再生管路，使所述催化剂粉中的30％通入所述粉料再生管路，剩余70％通入所述粉料回流管路，再生完成后关闭所述粉料再生管路；

所述催化脱硝系统累计运行第二预设时间后，使所述催化剂粉中的50％通入所述粉料再生管路，剩余50％通入所述粉料回流管路，再生完成后关闭所述粉料再生管路；

所述催化脱硝系统累计运行第三预设时间后，关闭所述粉料回流管路，使全部所述催化剂粉通入所述粉料再生管路，再生完成后关闭所述粉料再生管路，开启所述粉料回流管路。

附图说明

图1是本发明实施例提供的催化脱硝系统的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的干燥塔的内部结构示意图。

附图标记：

1-燃气罐；2-风机；3-燃气轮机；4-发电机；5-电网；6-余热回收器；7-催化剂粉仓；8-增压风机；9-旋风反应器；10-布袋回收器；11-烟囱；12-净水箱；13-水洗离心罐；14-干燥塔；141-循环风机；142-湿粉盘；143-加热盘；101-粉料回流管路；102-粉料再生管路；103-粉料输送管；

具体实施方式

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。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。

下面根据图1和图2描述本发明实施例提供的催化脱硝系统。催化脱硝系统包括燃气轮机3、发电机4、催化剂粉仓7、旋风反应器9、粉料回流管路101和粉料再生管路102。

燃气轮机3具有用于通入燃气的燃气进口、用于通入空气的空气进口和用于输出燃烧产生的烟气的烟气出口，燃气轮机3内燃气与空气均匀混合并发生燃烧，产生的高温烟气膨胀做功使燃气轮机3旋转。燃气轮机3与发电机4传动连接以驱动发电机4发电，发电机4发电将产生电力并入电网5。

催化剂粉仓7用于储存催化剂粉，催化剂粉仓7具有进口和出口，燃气轮机3的烟气出口与催化剂粉仓7的所述进口连通，以使从燃气轮机3排出的烟气通入催化剂粉仓7，烟气进入催化剂粉仓7后携带催化剂粉形成气粉流，所述气粉流从催化剂粉仓7的所述出口排出。

旋风反应器9具有烟气入口、烟气出口和粉料出口，催化剂分仓7的所述出口与旋风反应器9的烟气入口连通以将所述气粉流通入旋风反应器9中，烟气与催化剂在旋风反应器9内发生脱硝反应，也就是说，在催化剂的作用下，烟气中的氮氧化物被脱除。长行程延长了烟气与催化剂粉接触时间，保证脱硝效率。并且旋风反应器9具有旋风分离效果，在旋风回转过程中，由于惯性离心作用，大部分反应后的催化剂粉被从烟气中分离出来，烟气从旋风反应器9的烟气出口排出，催化剂粉从旋风反应器9的所述粉料出口排出。

粉料回流管路101和粉料再生管路102为并联管路，粉料回流管路101和粉料再生管路102并联在旋风反应器9的粉料出口和催化剂粉仓7的粉料入口之间，粉料再生管路102上设有用于对催化剂进行加热再生的催化剂再生装置。也就是说，从旋风反应器9的粉料出口排出的催化剂粉能够通过粉料回流管路101回到催化剂粉仓7中进行回收，也可以通过粉料再生管路102，被催化剂再生装置再生后，回到催化剂粉仓7中进行回收。

本发明实施例提供的催化脱硝系统采用气力输送方式形成含有催化剂粉的气粉流，使烟气与催化剂粉充分混合，并且从催化剂粉仓向旋风反应器输送的过程增加了烟气与催化剂粉末的接触反应时间，以确保烟气中的脱硝效率和脱硝效果。通过设置并联的粉料回流管路和粉料再生管路，使反应后的催化剂可选择性地通过粉料回流管路进行直接回流，或者通过粉料再生管路，将催化剂上附着的硫酸铵等结晶脱除，延长催化剂使用寿命，进一步降低运行成本。

可选地，所述催化剂粉末为V2O5-WO

可选地，所述催化剂粉末的粒径约为60目-200目(75μm-250μm)。

在一些实施例中，如图1所示，催化脱硝系统还包括余热回收器6，余热回收器6具有热侧和冷侧，热侧具有热侧入口和热侧出口，冷侧具有冷侧入口和冷侧出口。燃气轮机3的烟气出口与余热回收器6的热侧入口连通，从燃气轮机3的烟气出口排出的高温烟气在余热回收器6的热侧流通，与冷侧的换热介质换热，将热量传递至冷侧的换热介质中，烟气的温度得以降低。余热回收器6用于对烟气中的热量进行回收。余热回收器6的热侧出口为两个：第一热侧出口和第二热侧出口，第一热侧出口与催化剂粉仓7连通，第二热侧出口与旋风反应器9的烟气入口连通，以使从热侧排出的降温后烟气中的一部分进入催化剂粉仓7携带催化剂粉形成气粉流，另一部分直接进入旋风反应器9。

由于从燃气轮机3的烟气出口排出的烟气为高温烟气，其中具有可以利用的余热，余热回收器6的设置将高温烟气中余热进行回收，提高能源利用率。

进一步地，为了提高鼓入催化剂粉仓7中的烟气的压力，以使烟气气流能够携带更多的催化剂粉，如图1所示，催化脱硝系统包括增压风机8，增压风机8连接在余热回收器6的第一热侧出口和催化剂粉仓7之间，用于提高烟气的压力，从余热回收器6的第一热侧出口排出的低压烟气经过增压风机8的增压后变为高压烟气，高压烟气进入催化剂粉仓7携带催化剂粉形成气粉流，气粉流从催化剂粉仓7排出，与从余热回收器6的第二热侧出口排出的低压烟气汇合后一并进入旋风反应器9。

使余热回收器6的热侧出口为两个，是由于在一些情况下，无需所有的烟气全部通入催化剂粉仓7中形成气粉流，因此使一部分降温后的低压烟气直接进入旋风反应器9中。

进一步地，从余热回收器6的第一热侧出口排出的烟气量和从第二热侧出口排出的烟气量的比例可调，从而调节旋风反应器9内催化剂粉与烟气的比例。例如，从余热回收器6的第一热侧出口排出的烟气量的比例调大，形成携带有更多催化剂粉的气粉流。从余热回收器6的第一热侧出口排出的烟气量的比例调小，携带有催化剂粉的气粉流减少，可以根据烟气内氮氧化物的比例等条件进行灵活调节。

在一些实施例中，旋风反应器9的烟气出口排出的反应后的烟气中可能仍携带有少量的催化剂粉，为了对催化剂粉进行充分回收，催化脱硝系统包括：布袋回收器10，布袋回收器10设在旋风反应器9的下游，与旋风反应器9的烟气出口连通，从旋风反应器9中排出的反应后的烟气输入布袋回收器10中。

如图1所示，布袋回收器10具有烟气出口和粉料出口，布袋回收器10的烟气出口用于排出脱硝烟气，脱硝烟气通往烟囱11排空。布袋回收器10用于将烟气中剩余的催化剂粉分离出，布袋回收器10的粉料出口与旋风反应器9的粉料出口汇合。本发明实施例的催化脱硝系统将旋风反应器9和布袋回收器10联合，可充分回收催化剂并循环利用，降低运行成本。

进一步地，催化脱硝系统包括粉料输送管103，布袋回收器10的粉料出口和旋风反应器9的粉料出口均与粉料输送管103的入口连通，粉料输送管103的出口与粉料回流管路101和粉料再生管路102中每一者连通。通过粉料输送管103，将布袋回收器10排出的催化剂粉和从旋风分离器9排出的催化剂粉汇合后，输入粉料回流管路101和/或粉料再生管路102中。优选粉料回流管路101和粉料再生管路102的进粉比例可调，即通过粉料输送管103进入粉料回流管路101的催化剂粉的量与通过粉料输送管103进入粉料再生管路102的催化剂粉的量的比例可以调节，从而调节送往再生的催化剂粉的量。

在一些实施例中，粉料再生管路102上设置的所述催化剂再生装置包括水洗离心罐13和干燥塔14，水洗离心罐13用于对反应后的催化剂粉进行水洗净化以使其恢复反应能力，干燥塔14位于水洗离心罐13的下游用于对净化后的催化剂粉进行脱水干燥。

如图1所示，水洗离心罐13的顶部设有净水进口，催化脱硝系统还包括净水箱12，净水箱12位于水洗离心罐13的上方，与水洗离心罐13的净水进口连通，用于向水洗离心罐13内通入洗涤用的净水。水洗离心罐13内还设有离心用的飞轮，净水通过水洗溶解催化剂表面附着的硫酸铵等结晶盐，并通过离心分离出盐溶液和催化剂，催化剂被送入下游的干燥塔14中进行干燥。

在一些具体实施例中，如图2所示，干燥塔14包括壳体、循环风机141、湿粉盘142和加热盘143，壳体具有进口和出口，循环风机141设在壳体的进口和出口之间，图2所示的实施例中，循环风机141位于壳体的外侧。湿粉盘142和加热盘143位于所述壳体中，且湿粉盘142位于加热盘143的上方。湿粉盘142用于盛放水洗后的催化剂粉，优选湿粉盘142可拆卸地设置在所述壳体内，加热盘143用于加热以烘烤湿粉盘142上的催化剂粉。循环风机141用于循环壳体内的空气，以更快速的将湿粉盘142上的催化剂粉风干，循环风机141的引风入口可以设置滤膜，避免粉末进入循环风机141。

进一步地，湿粉盘142可以为在竖直方向上间隔设置的多个。

为了不影响壳体内空气的循环，优选湿粉盘142和加热盘143上设有若干通风孔。

当然在其他实施例中，干燥塔14还可以采用其他方式对水洗后的催化剂进行干燥脱水。

在一些实施例中，催化脱硝系统还包括风机2和空气加热器，风机2与燃气轮机3的空气进口连通，用于向燃气轮机3的空气进口鼓入空气。空气加热器(图中为示出)连接在风机2与燃气轮机3的空气入口之间，用于加热鼓入空气进口的空气，从而有利于燃气的燃烧反应发生。

具体地，如图1所示，催化脱硝系统包括用于储存燃气的燃气罐1，燃气轮机3的燃气入口和空气入口为一个，燃气罐1输出的燃气与风机2鼓出的空气混合均匀后，从燃气轮机3的燃气空气进口进入燃气轮机3。

在本发明的另一个实施例中，布袋回收器10的烟气出口与烟囱11之间还设置脱硫器(图中未示出)，使得烟气通过烟囱11排空前进一步脱除所含的含硫污染物，从而提高装置环保特性。

本发明实施例还提供了一种催化脱硝方法，其特征在于，催化脱硝方法基于权利要求1-8中任一项的催化脱硝系统，催化脱硝方法包括：

粉料回流管路101开启，粉料再生管路102关闭；

燃气轮机3运作带动发电机4发电，燃气轮机3的烟气通入催化剂粉仓7形成气粉流，气粉流输入旋风反应器9，在旋风反应器9内发生脱硝反应，并且烟气中的催化剂粉被旋风分离出来；

旋风反应器9的粉料出口输出的催化剂粉通过粉料回流管路101回到催化剂粉仓7中，进行循环使用；

催化脱硝系统运行预设时间后，开启粉料再生管路102，使催化剂粉中的至少一部分通过粉料再生管路102再生后，回到催化剂粉仓中。

在一些实施例中，催化脱硝系统的再生步骤具体包括：

催化脱硝系统累计运行第一预设时间后，开启粉料再生管路102，使催化剂粉中的30％通入粉料再生管路102，剩余70％通入粉料回流管路101，再生完成后关闭粉料再生管路102；

催化脱硝系统累计运行第二预设时间后，使催化剂粉中的50％通入粉料再生管路102，剩余50％通入粉料回流管路101，再生完成后关闭粉料再生管路102；

催化脱硝系统累计运行第三预设时间后，关闭粉料回流管路101，使全部催化剂粉通入粉料再生管路102，再生完成后关闭粉料再生管路102，开启粉料回流管路101。

需要说明的是，第一预设时间小于第二预设时间，第二预设时间小于第三预设时间。

在一个具体实施例中，催化脱硝系统正常运行期间只开启粉料回流管路101，所回收催化剂全部送回至催化剂粉仓7循环使用。

累计运行时间满1月后，开启粉料再生管路102，使催化剂粉中的30％通入粉料再生管路102，剩余70％通入粉料回流管路101，通入粉料再生管路102的催化剂粉末水洗、干燥完成后关闭粉料再生管路102，回收催化剂全部再由粉料回流管路101直接送至催化剂粉仓7。

累计运行时间满3月后，开启粉料再生管路102，使催化剂粉中的50％通入粉料再生管路102，剩余50％通入粉料回流管路101，通入粉料再生管路102的催化剂粉末水洗、干燥完成后关闭粉料再生管路102，回收催化剂全部再由粉料回流管路101直接送至催化剂粉仓7。

累计运行时间满半年后，开启粉料再生管路102，关闭粉料回流管路101，回收催化剂全部送至粉料再生管路102，水洗、干燥完成后关闭粉料再生管路102，粉料回流管路101，回收催化剂全部再由粉料回流管路101直接送至催化剂粉仓7。

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。

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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。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。

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。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等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须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。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。