本发明涉及一种新型空预脱硝一体反应器及反 应方法， 具体涉及锅炉的空气预热和烟气 中 NOx的脱除技术， 属于锅炉节能减排技术创新领域。

背景技术

空气预热器和烟气脱硝反应器是现在燃煤锅炉 ， 特别是燃煤电站锅炉烟气处理装置中必 不可少的两个部分。

空气预热器， 简称空预器， 主要作用是利用烟气将进入锅炉的空气预热到 一定温度， 这 样可以回收烟气的热量， 降低锅炉排烟温度， 同时也由于空气被预热， 提高了燃料与空气的 初始温度， 强化了燃料的着火和燃烧过程， 减少了燃料的不完全燃烧损失， 进一步提高了锅 炉效率。

烟气脱硝方面，于 2012年 1月 1日实施的《火电厂大气污染物排放标准》 （GB 13223-2011 ) 中规定所有新建火电机组 NO _x 排放量达到 100mg/cm ³ 。从 2014年 1月 1日开始，要求重点地 区所有火电投运机组 NO _x 排放量达到 100mg/cm ³ ，而非重点地区 2003年以前投产的机组达到 200mg/cm ³ _o 新标准的实施为火电企业带来了巨大的压 力，氮氧化物的控制也成为国家经济可 持续发展和环境保护的紧迫客观要求。 目前催化还原 NOx技术（SCR) 已成为世界上应用最 多、 最为成熟且最有成效的一种烟气脱硝技术。 该技术是把氨作为还原剂， 喷入烟道与烟气 充分混合， 然后流经装载 SCR催化剂的反应器中， 在催化剂的作用下， 烟气中的 NOx被还 原剂氨还原为无害的氮气。 目前， SCR反应器在燃煤电站锅炉中得到广泛应用。

空预器和 SCR脱硝反应器为电站锅炉常规烟气处理设备， 占地较大， 投资和运行成本均 较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空预脱硝一体反应 器及反应方法， 在该反应器中可以实现热 烟气对冷空气的预热， 同时实现烟气的脱硝反应， 实现烟气余热利用和烟气脱硝净化处理的 同时进行， 提高燃煤锅炉烟气处理设备的紧凑性， 降低投资和运行成本。

本发明采用的技术方案为：

空预脱硝一体反应器，包括回转式催化剂本体 结构和回转式催化剂本体结构外面的壳体、 壳体上下面的气体进出通道， 气体进出通道分隔为烟气进出通道、 还原剂进出通道和空气进 出通道三部分， 回转式催化剂本体结构为圆柱形， 包括中心轴转子、可绕中心轴转子旋转的 多层圆形催化剂层， 多层圆形催化剂层由径向密封板和轴向密封板 分割为空气区、 烟气区和 ，

化剂层的烟气区上下相通并大小与烟气进出 通道相对应， 各层圆形催化剂层的还原剂区上下 相通并大小与还原剂进出通道相对应， 气体进出通道固定在壳体上， 壳体不随中心轴转子转 动。

所述的圆形催化剂层上竖直装载着蜂窝状催化 剂。 所述蜂窝状催化剂由两部分组成， 金 属支撑骨架与催化剂涂层。 金属支撑骨架采用钢板， 为蜂窝状结构。 催化剂涂层均匀覆盖在 金属支撑骨架表面， 催化剂采用 Fe或 Cu等非贵金属催化剂， 该金属可负载于分子筛、 氧化 铝等硅铝氧化物载体， 成本较低。

所述的空气区、 烟气区和还原剂区的两两相接处有过渡区过渡 。

所述的烟气区的扇区为 160 °± 10 °， 空气区的扇区为 120 °± 10 °， 还原剂区的扇区为 40 ° ± 10 °。所述各扇形区域的角度可根据催化剂种类� ��烟气温度等具体设置调整。所述过渡区的 扇区为 10 ° ~20 °。

所述回转式催化剂本体结构的驱动方式可以采 用周边驱动或中心轴驱动。 反应器中壳体 与回转式催化剂本体结构间应加入轴向密封和 径向密封， 以减小各区域之间的漏风。

反应器进气部分固定， 烟气、 还原剂和空气分别进入反应器的不同扇形区域 。 装载催化 剂的回转式催化剂本体结构持续旋转， 在烟气区、 还原剂区和空气区交替循环。

利用上述反应器进行空预脱硝一体反应的方法 ， 催化剂随转动在烟气区、 还原剂区和空 气区交替循环， 催化剂层旋转至烟气区， 入口烟气温度为 300-350°C， 催化剂被烟气加热， 并 将烟气温度降低至 120-150°C， 同时烟气中的 NOx被吸附于催化剂表面； 然后催化剂继续旋 转至还原剂区， 入口还原剂气体温度为 350-600°C， 催化剂被还原剂气体进一步加热， 同时催 化剂表面吸附的 NOx被还原剂气体还原并从催化剂表面脱除； 最后催化剂旋转至空气区， 入 口空气温度为常温， 催化剂被冷空气冷却， 同时将冷空气加热至 120-200°C， 催化剂表面残留 的 NOx也将被空气携带至炉膛参与燃烧过程； 催化剂将随反应器旋转回空气区， 进行下一轮 催化剂层的加热-再加热 -冷却过程， 也即 NOx的吸附 -还原脱附-再脱附过程。

所述烟气和还原剂从反应器上部进入， 从下方流出； 空气从反应器下方进入， 上方流出。 所述的还原剂气体采用燃料型气体， 如氢气 （H ₂ )、 一氧化碳 （CO)、 甲垸 （CH ₄ )、 乙垸 (C ₂ H ₆ )、 乙烯 （C ₂ H ₄ )、 丙垸 （C ₃ H ₈ )、 丙烯 （C ₃ H ₆ )、 丁垸 (C ₄ H ₁₀ )、 丁烯 (C ₄ H ₈ ) 等一系 列还原性气体之一或几种的组合， 该还原剂可以用氮气加以稀释， 燃料气体的浓度范围为 1-20%。

所述的还原剂气体与烟气的体积流量比范围为 1 _: 20~1:400。

本发明的反应器中催化剂在烟气区、 还原剂区和空气区交替循环。 催化剂将随反应器旋 转进行催化剂层的加热-再加热 -冷却过程， 也即 NOx 的吸附 -还原脱附-再脱附过程。 各区域 温度及反应氛围的不同均有利于空预和脱硝过 程的进行， 进而提高整个反应器的脱硝效率。 对比空预器和脱硝反应器分开布置的烟气处理 系统， 空预脱硝一体设备的体积约为单独回转 式空预器的 1.2-1.5 倍， 投资成本为分开布置的系统的 50%-75%， 运行成本为分开布置的 60-80% 同时，预期空气预热效果和单独的回转式空气 预热器相当，同时脱硝效率可达到 90% 左右。

附图说明

图 1为本发明空预脱硝一体反应器的结构图；

图 2为图 1的 A-A侧剖视图；

图 3为图 1的 B-B侧剖视图；

图 4为催化剂层的分区示意图。

其中， 1.烟气进出通道、 2.还原剂进出通道、 3.空气进出通道、 4. 中心轴转子、 5. 圆形 催化剂层， 6. 空气区、 7.烟气区、 8.还原剂区、 9. 过渡区、 10.壳体。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明。

实施例 1

空预脱硝一体反应器， 包括回转式催化剂本体结构和回转式催化剂本 体结构外面的壳体 10、 壳体 10上下面的气体进出通道， 气体进出通道分隔为烟气进出通道 1、 还原剂进出通道 2和空气进出通道 3三部分， 回转式催化剂本体结构为圆柱形， 包括中心轴转子 4、 可绕中 心轴转子旋转的多层圆形催化剂层 5， 多层圆形催化剂层由径向密封板和轴向密封板 分割为 空气区 6、烟气区 7和还原剂区 8， 各层圆形催化剂层的空气区 6上下相通并大小与空气进出 通道 3相对应， 各层圆形催化剂层的烟气区 7上下相通并大小与烟气进出通道 1相对应， 各 层圆形催化剂层的还原剂区 8上下相通并大小与还原剂进出通道 2相对应， 气体进出通道固 定在壳体 10上， 壳体不随中心轴转子转动。

反应器进气部分分为三股分别进入反应器， 分别为烟气、 还原剂和空气。 反应器进气部 分固定， 烟气、 还原剂和空气分别进入反应器的不同扇形区域 。 烟气进入的扇区为 160°， 称 为烟气区 7; 空气进入的扇区为 120°， 称为空气区 6; 还原剂进入的扇区为 40 °， 称为还原剂 区 8。 所述各扇形区域的角度可根据催化剂种类及烟 气温度等具体设置调整， 调整幅度为士 10 °。 所述的空气区、 烟气区和还原剂区之间分别存在过渡区 9， 该扇区为 10° ~20 °。

回转式催化剂本体结构的驱动方式可以采用周 边驱动或中心轴驱动。 反应器中应加入轴 向密封和径向密封， 以减小各区域之间的漏风。 回转式催化剂本体结构中心安装旋转轴， 回 转式催化剂本体结构可以绕中心轴旋转， 扇形区装载的催化剂层随之旋转。

圆形催化剂层上竖直装载着蜂窝状催化剂。 所述蜂窝状催化剂由两部分组成， 金属支撑 骨架与催化剂涂层。 金属支撑骨架采用钢板， 为蜂窝状结构。 催化剂涂层均匀覆盖在金属支 撑骨架表面， 催化剂采用 Fe或 Cu等非贵金属催化剂， 该金属可负载于分子筛、 氧化铝等硅 铝氧化物载体， 成本较低。

反应器中烟气和还原剂从反应器上部进入， 从下方流出； 空气从反应器下方进入， 上方 流出。还原剂气体采用燃料型气体，如氢气（ ¾)、一氧化碳（CO)、甲垸（CH ₄ )、乙垸（C ₂ H ₆ )、 乙烯 (C ₂ H ₄ )、 丙垸 (C ₃ H ₈ )、 丙烯 (C ₃ H ₆ )、 丁垸 ( C ₄ H ₁₀ )、 丁烯 (C ₄ H ₈ )等一系列还原性气 体之一或几种的组合， 该还原剂可以用氮气加以稀释， 燃料气体的浓度范围为 1-20%。 还原 剂气体与烟气的体积流量比范围为 1 :20~ 1 :400。

首先， 催化剂层旋转至烟气区， 入口烟气温度为 300-350°C， 催化剂被烟气加热， 并将烟 气温度降低至 120-150°C， 同时烟气中的 NOx被吸附于催化剂表面。 然后， 催化剂继续旋转 至还原剂区， 入口还原剂气体温度为 350-600°C， 催化剂被还原剂气体进一步加热， 同时催化 剂表面吸附的 NOx被还原剂气体还原并从催化剂表面脱除。 最后， 催化剂旋转至空气区， 入 口空气温度为常温， 10-30°C， 催化剂被冷空气冷却， 同时将冷空气加热至 120-200°C， 催化 剂表面残留的 NOx也将被空气携带至炉膛参与燃烧过程。至此 ， 催化剂将随反应器旋转回空 气区， 进行下一轮催化剂层的加热-再加热 -冷却过程。