CN111701446B - 一种工业炉烟气脱硝和热量回收的方法及装置 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种工业炉烟气脱硝和热量回收的方法及装置

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。

中国专利CN200610018705.1，公开了一种同时回收余热和脱除污染物的废气处理装置，通过阀门在两个多孔陶瓷蓄热室间来回切换，一个蓄热，一个放热。通本发明专利相比，其存在以下问题:1.需要额外注入氨等还原性介质；2. 蓄热室之间换向期间，会存在较大的压力和污染物含量波动；3.对阀门的同步性存在较高要求，若开关不同步，可能导致系统瘫痪。

发明内容

为了解决现有技术存在的需额外注入还原性介质、蓄热室换向期间会存在较大的压力和污染物含量波动、以及阀门的同步性低可能导致系统瘫痪等技术问题，本发明提供了一种工业炉烟气脱硝和热量回收的方法及装置。

本发明提供的工业炉烟气脱硝和热量回收的方法，包括如下步骤：

1)高温烟气经烟气进口进入换向阀的换向室A1,在换向室A1内分成N1股分别进入N1个含有催化剂的U形蓄热室，在蓄热室内经换热和反应后变成低温烟气，经各蓄热室的出口汇入换向阀的换向室A2，并经烟气出口排出，此时， N1个含有催化剂的U形蓄热室形成烟气通道；

2)在步骤1)进行的同时，环境空气经空气进口进入换向阀的换向室A3，在换向室A3内分成N2股分别进入N2个含有催化剂的U形蓄热室，在蓄热室内经换热变成高温空气，经各蓄热室的出口汇入换向阀的换向室A4，并经空气出口进入燃烧器，此时，N2个含有催化剂的U形蓄热室形成空气通道；

3)在步骤1)和步骤2)进行一定时间后，换向阀进行切换，由初始位置切换至终止位置；

4)换向阀切换至终止位置后，高温烟气经烟气进口进入换向阀的换向室A4, 在换向室A4内分成N2股分别进入N2个含有催化剂的U形蓄热室，在蓄热室内经换热和反应后变成低温烟气，经各蓄热室的出口汇入换向阀的换向室A3，并经烟气出口排出，此时，N2个含有催化剂的U形蓄热室形成烟气通道；

5)在步骤4)进行的同时，环境空气经空气进口进入换向阀的换向室A2，在换向室A2内分成N1股分别进入N1个含有催化剂的U形蓄热室，在蓄热室内经换热变成高温空气，经各蓄热室的出口汇入换向阀的换向室A1，并经空气出口进入燃烧器，此时，N1个含有催化剂的U形蓄热室形成空气通道；

6)在步骤4)和步骤5)进行同步骤1)和步骤2)相同的时间后，换向阀再次进行切换，由终止位置回复到初始位置；

7)换向阀回复到初始位置后，重新进行步骤1)～步骤6)，周而复始；

8)对上述步骤1)和步骤4)排出的低温烟气进行氮氧化物在线监测，并根据氮氧化物的监测值与设定值的差值大小，调节步骤2)和步骤5)中进入空气进口的环境空气的流量，进而调整高温烟气中还原性介质CO和H₂的含量；

所述N1＝N2，均为正整数；

所述换向室A1～A4指的是换向阀阀板处于初始位置或终止位置时烟气或空气进行分配或汇聚的换向阀内部空间；

所述换向室A1和换向室A2通过N1个U形蓄热室连通，换向室A3和换向室A4通过N2个U形蓄热室连通；

所述的初始位置或终止位置是指换向阀阀板处于使换向室A1和换向室A4 隔断、换向室A2和换向室A3隔断时所处的位置。

为了便于描述本发明的方法，定义：换向阀处于初始位置时，烟气进口与换向室A1连通、烟气出口与换向室A2连通、空气进口与换向室A3连通、空气出口与换向室A4连通；换向阀处于终止位置时，烟气进口与换向室A4连通、烟气出口与换向室A3连通、空气进口与换向室A2连通、空气出口与换向室A1 连通。

作为进一步的改进，换向阀在初始位置和终止位置之间切换时，换向室A1 与换向室A4连通，换向室A2与换向室A3连通。

本方法的核心原理在于，通过在线调节进入燃烧器的配风量，控制加热炉炉膛内CO、H₂等还原性物质的生成量，从而控制高温烟气中还原性介质CO和 H₂的含量，使得高温烟气中的氮氧化物在适宜的温度和催化剂的作用下被还原为氮气，从而实现脱硝。其主要反应式如下：

2CO+2NO＝N₂+2CO₂

4CO+2NO₂＝N₂+4CO₂

2H₂+2NO＝N₂+2H₂O

4H₂+2NO₂＝N₂+4H₂O

具体实现过程如下，通过在线监测排出的低温烟气中的NOx浓度，调节燃烧器的配风量，加热炉出口的高温烟气进入U形蓄热室，在U形蓄热室的蓄热体表面催化剂作用下，烟气中的氮氧化物与还原性物质反应脱硝；随着换向阀驱动装置的运行，烟气和空气在不同蓄热体之间切换，通过蓄热体对空气加热实现能量回收的同时，也确保每个蓄热体在升温和降温的过程中，都可以在某些时间段内处于适宜的反应温度条件下；同时在低温时反应生成的硫酸铵，在较高的温度下也会自行分解，不会聚集堵塞催化剂孔道。

本发明方法的重要特征之一在于烟气通道和空气通道互换过程中，可以使换向室A1与换向室A4、换向室A2与换向室A3两两连通且同步切换。

本发明还提供了一种工业炉烟气脱硝和热量回收的装置，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；换向阀整体呈圆柱形筒状体，外形呈扇形体的U形蓄热室、空气进出口模块和烟气进出口模块围绕换向阀环形布置，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；空气进出口模块上设有空气进口和空气出口，烟气进出口模块上设有烟气进口和烟气出口；所述空气进口通过换向阀及U形蓄热室与所述空气出口连通，所述空气出口与加热炉燃烧器入口连通，加热炉高温烟气出口与所述烟气进口连通，所述烟气进口通过换向阀及U形蓄热室与所述烟气出口连通，所述烟气出口与所述空气进口通过配风控制系统相连，U形蓄热室内设有催化剂。

所述的配风控制系统包括在线监测仪、鼓风机和调节阀，调节阀设于鼓风机和空气进口之间的管线上，在线监测仪分别和所述烟气出口、鼓风机和调节阀相连。

所述的U形蓄热室包括蓄热体、蓄热室中间隔板和尾部通道，蓄热室中间隔板将蓄热室分成上下两层蓄热室，上层蓄热室和下层蓄热室内均装填蓄热体，上层蓄热室和下层蓄热室通过尾部通道连通，蓄热体表面敷设有具有脱硝反应活性的催化剂或蓄热体本身为脱硝催化剂和蓄热体的组合/嵌合结构。所述蓄热体可以为金属板、非金属板或蜂窝陶瓷。

所述换向阀包括阀盖、阀壳、阀轴、换向阀接口、换向阀接口隔板、换向阀中间隔板、阀板(包括上挡板和下挡板)，换向阀接口包括一个烟气接口、一个空气接口和与U形蓄热室个数相同的蓄热室接口，阀盖安装在阀壳的上端和下端，阀轴穿过上端阀盖与驱动装置连接，驱动装置安装在上端阀盖上，换向阀的烟气接口、空气接口和蓄热室接口均有换向阀接口隔板，换向阀接口隔板把每个换向阀接口分隔为上下两个接口，换向阀中间隔板将换向阀的内腔分隔成上下两个腔室，上挡板位于上腔室内，下挡板位于下腔室内；所述上挡板和下挡板同轴，随阀轴同步转动，且上挡板和下挡板的安装方位完全一致。

所述空气进出口模块包括空气侧换向阀接口、空气进出口中间隔板、空气出口和空气进口，空气侧换向阀接口连通换向阀的空气接口，空气进出口中间隔板与换向阀接口隔板接触密封，空气进出口中间隔板分隔空气进出口模块，使空气进出口模块内部形成上下两层通道，其中上层通道一端连通换向阀上腔室，另一端连通空气出口(或空气进口)；下层通道一端连通换向阀下腔室，另一端连通空气进口(或空气出口)。

所述烟气进出口模块包括烟气侧换向阀接口、烟气进出口中间隔板、烟气进口和烟气出口，烟气侧换向阀接口连通换向阀的烟气接口，烟气进出口中间隔板与换向阀接口隔板接触密封。烟气进出口中间隔板分隔烟气进出口模块，使烟气进出口模块内部形成上下两个通道，其中上层通道一端连通换向阀上腔室，另一端连通烟气进口(或烟气出口)；下层通道一端连通换向阀下腔室，另一端连通烟气出口(或烟气进口)。

所述换向阀、U形蓄热室、空气进出口模块、烟气进出口模块和换向阀驱动装置共同组成本发明装置的核心部件：蓄热式反应-换热组件；

本发明所述的五块隔板(换向阀中间隔板、换向阀接口隔板、蓄热室中间隔板、空气进出口中间隔板、烟气进出口中间隔板)位于同一标高、同一平面内。

当阀板(包括上挡板和下挡板)所在平面处于空气进出口模块和烟气进出口之间时，阀板和换向阀中间隔板将换向阀内腔分为四个换向室，四个换向室从上向下从左至右按逆时针排列，依次为换向室A1、换向室A2、换向室A3和换向室A4。

本发明的有益效果在于：

1)本发明通过反应蓄热体的催化作用和在不同介质间的切换，在同一装置内实现脱硝和能量回收，同时解决了现有SNCR脱硝效率低及SCR脱硝温度较低时硫胺堵塞的问题。

2)本发明的脱硝过程利用燃烧炉不完全燃烧自产的还原性物质，无需从外界引入还原剂，避免了传统脱硝还原剂存储、配制、使用过程中带来的投资、占地、成本及二次污染问题；脱硝效果通过配风可以做到实时在线调节，适应负荷变化能力强。

3)本发明的蓄热式能量回收技术与现有技术的回转式空气预热器相比，蓄热室不动，烟气、空气进出口不动，仅换向阀的阀板往复转动，阀板半径、运动密封长度远低于现有技术的回转式空气预热器，其漏风量更小，但蓄热能力可以和回转式空气预热器相当。解决了现有技术的回转式空气预热器漏风量大的问题。

4)本发明的蓄热式能量回收技术与现有技术的阀门切换式空气预热器相比，在换向阀内阀板转动换向时，整台空气预热器不存在烟气流和空气流瞬间断流问题。最苛刻的瞬间，也仅有其中一条通道内的烟气流(一条通道的空气流)瞬间断流，其余通道内的烟气流和空气流依然连续畅通，一条通道断流对有多条通道的总烟气流影响很小，压降波动也有限。解决了现有阀门切换式空气预热器换向时烟气流和空气流瞬间断流问题，以及相关的炉膛压力波动问题。

5)本发明的蓄热式能量回收技术与现有技术的阀门切换式空气预热器，仅有一台换向阀，不存在多个换向阀同步换向不同步问题。

6)本发明提供的方法及其装置中，低温段可以采用陶瓷等非金属材料的反应蓄热体，陶瓷材料不存在烟气露点腐蚀问题，排烟温度可以更低，能量回收效率高。

7)本发明提供的装置中，烟气、空气在U形蓄热室内水平流动，反应蓄热体水平放置，不需要另外设置蓄热体支撑格栅。

总之，本发明的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；同时，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，也避免了传统脱硝技术还原剂存储、使用过程中带来的安全风险以及二次污染等问题。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。

下面的附图示意说明了本发明的一个实施例，本实施例中的装置有8条反应蓄热通道。

图1为本发明的蓄热式反应-换热组件的3D视图；

图2为本发明U形蓄热室模块的3D视图；

图3为图2的U形蓄热室模块3D视图的剖视图；

图4为本发明的换向阀的装配图；

图5为本发明的换向阀的3D视图；

图6为本发明的空气进出口模块的3D视图；

图7为本发明的烟气进出口模块的3D视图；

图8为图1的3D视图的剖视图(挡板在0-0位，即初始位置)；

图9为图1的3D视图的剖视图(挡板在1-1位，即终止位置)；

图10为本发明的装置的结构示意图。

图中：

、空气流；

、烟气流；

0-0、换向阀挡板起始位置；1-1、换向阀挡板终止位置；

1、蓄热式反应-换热组件；

10、换向阀；

11、上挡板；12、下挡板；13、换向阀中间隔板；14、阀轴；15、阀盖；

16、阀壳；17、换向阀接口(下标表示有多个)；18、接口隔板；19、挡板轴向密封面；

20、U形蓄热室(下标表示有多个)；21、反应蓄热体；22、U形蓄热室壳体；23、U形蓄热室中间隔板；24、U形蓄热室首部法兰；25、U形蓄热室尾部法兰；26、U形蓄热室尾部封门；27、U形蓄热室尾部封门连接件；

30、空气进出口模块；

32、空气出口；33、空气进口；

40、烟气进出口模块；

42、烟气进口；43、烟气出口；

50、驱动装置；

90、加热炉；91、高温烟气出口；92、燃烧器；93、在线监测仪；94、调

节阀；95、鼓风机；96、引风机；97、烟囱；

100、空气流；200、烟气流

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而提供这些实施方式是为了使本领域相关技术人员对本发明的理解更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员；本部分所展示的优选实施方式，不应该理解为对本发明实现方式的限制。

如图10所示，本发明所述的装置主要包括加热炉90、蓄热式反应-换热组件1(包括换向阀、U形蓄热室、烟气进出口模块、空气进出口模块和换向阀驱动装置)、鼓风机95、引风机96、在线监测仪93。蓄热式反应-换热组件1安装在加热炉90的烟气余热回收系统中。烟气物流200从加热炉90的高温烟气出口91流出后进入蓄热式反应-换热组件1的烟气进口，并在蓄热式反应-换热组件1内放热，其中的氮氧化物进行还原反应后，从烟气出口流出，通过引风机 96排入烟囱97；通过在线监测仪93对出口烟气中的氮氧化物含量进行在线监测，当烟气中氮氧化物含量高于设定值时，通过调节阀94降低空气物流100流量；当烟气中氮氧化物含量低于设定值时，通过调节阀94提高空气物流100流量；空气物流100由鼓风机95送入蓄热式反应-换热组件1的空气进口，在蓄热式反应-换热组件1内吸热后，从空气出口流出，进入加热炉90中的燃烧器 92入炉助燃。

本发明所述的蓄热式反应-换热组件1的简图见图1。在本例中，包括1个换向阀10、8个U形蓄热室20_-1～8、1个空气进出口模块30、1个烟气进出口模块40和1套驱动装置50。换向阀10在中间，U形蓄热室20、空气进出口模块 30和烟气进出口模块40环绕在换向阀10的周围。空气进出口模块30、换向阀 10及烟气进出口模块40形成的一条直线，将8个U形蓄热室20分隔在两侧。

本发明实施例的8条独立的反应蓄热通道由换向阀挡板分隔为两组，每组4 个U形蓄热室形成4条反应蓄热通道。第一组U形蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4反应蓄热时，第二组U形蓄热室20_-5、20_-6、20_-7、20_-8放热，经过一定时间后，换向阀换向，变成了第一组U形蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4放热，第二组U形蓄热室20_-5、20_-6、20_-7、20_-8反应蓄热，再经过一定时间后，换向阀二次换向，又回到第一组U形蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4反应蓄热、第二组U形蓄热室20_-5、 20_-6、20_-7、20_-8放热的状态。以上过程循环往复，达到热交换及反应的目的。

参见图8，当挡板方位在换向阀挡板起始位置0-0位时，高温烟气通过第二组U形蓄热室20_-5、20_-6、20_-7、20_-8内的4条反应蓄热通道，加热其中的反应蓄热体，并且烟气中的氮氧化物在反应蓄热体表面催化剂的作用下与CO反应生成氮气。与此同时，空气通过第一组U形蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4内的4条反应蓄热通道，吸收反应蓄热体蓄存的热量，获得高温预热。经过一定时间后，换向阀换向，挡板方位转换到换向阀挡板终止位置1-1位，换向过程中，换向室A1与换向室A4连通，换向室A2与换向室A3连通；换向后，如图9所示，高温烟气通过第一组U形蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4内的4条反应蓄热通道，加热其中的反应蓄热体，并且烟气中的氮氧化物在反应蓄热体表面催化剂的作用下与还原剂反应。同时，空气通过第二组U形蓄热室20_-5、20_-6、20_-7、20_-8内的4条反应蓄热通道，吸收反应蓄热体蓄存的热量，获得高温预热。再经过一定时间后，换向阀二次换向，切换过程中，换向室A4与换向室A1连通，换向室A3与换向室A2连通，如此循环往复。当换向阀处于初始位置0-0位或终止位置1-1位时，换向室A1与换向室A4处于隔断状态，换向室A2与换向室A3 处于隔断状态。

图2、图3所示为U形蓄热室20，U形蓄热室20主要由反应蓄热体21、U 形蓄热室壳体22、U形蓄热室中间隔板23、U形蓄热室首部法兰24、U形蓄热室尾部法兰25、U形蓄热室尾部封门26、U形蓄热室尾部封门连接件27等部分组成。

U形蓄热室中间隔板23将U形蓄热室20分成上下两层，上下两层都装填反应蓄热体21，上层的反应蓄热体21由中间隔板23支撑，下层的反应蓄热体21 由U形蓄热室壳体22支撑，上下两层通过尾部通道连通。

U形蓄热室20内的反应蓄热体21可以通过U形蓄热室尾部封门26装卸。

本实施例中反应蓄热体21以蜂窝陶瓷为基材，表面浸渍催化活性成分的金属化合物后烧结而成。

每个U形蓄热室内的上下层与尾部通道构成1条内部U形气流通道，8个U 形蓄热室就有8条独立的U形气流通道。

图4、图5所示为换向阀10，换向阀10主要由上挡板11、下挡板12、换向阀中间隔板13、阀轴14、阀盖15、阀壳16、换向阀接口17、接口隔板18 和挡板轴向密封面19组成，挡板11和下挡板12共同组成阀板。

换向阀中间隔板13将换向阀10的内腔分隔成上下两个腔室，上挡板11位于上腔室内，下挡板12位于下腔室内。上挡板11和下挡板12同轴，随阀轴14 同步转动，且挡板方位完全一致。

本实施例换向阀接口17共有10个，分别以17_-1、17_-2、17_-3、17_-4、17_-5、17_-6、 17_-7、17_-8、17_-9、17_-10表示，其中接口17_-9为空气接口，连接空气进出口模块30。接口17_-10为烟气接口，连接烟气进出口模块40。其余8个接口17_-1、17_-2、17_-3、 17_-4、17_-5、17_-6、17_-7、17_-8为U形蓄热室接口，分别连接U形蓄热室20_-1、20_-2、 20_-3、20_-4、20_-5、20_-6、20_-7、20_-8。8个U形蓄热室内的8条U形反应蓄热通道与换向阀接口17的8个对应接口联通，形成反应蓄热通道。

图6、图7所示为空气进出口模块30和烟气进出口模块40，分别包含相应的空气出口32、空气进口33以及烟气进口42、烟气出口43。

空气进出口模块30/烟气进出口模块40与换向阀10的空气接口17_-10联通后，空气/烟气可以在换向阀10内的上挡板11的导向作用下，进入设备内部反应蓄热通道。在挡板旋转到一定角度封住某一U形蓄热室出入口的瞬间，1条反应蓄热通道封闭，但仍有3条反应蓄热通道保证烟气畅通。1/4条反应蓄热通道封闭，对整个烟气流的流速和压降影响较小。

实施例一

某含烃尾气焚烧炉，焚烧后烟气温度1250℃，烟气中基本不含SOx，NOx 含量400mg/m³n。通过在线监测仪(CEMS)93对出口烟气中的氮氧化物含量进行在线监测，调节鼓风机95风量，使得燃烧炉内烃类不完全燃烧，生成微量CO 和H₂。蓄热式反应-换热组件1内，CO和H₂在U形蓄热室20内与NOx进行反应，反应蓄热体21以莫来石为基材，表面浸渍V₂O₅/MnO₃/WO₃活性金属化合物成分。换向阀10每3分钟切换一次，经过处理后，排放烟气温度降至150℃，烟气中 NOx降至80mg/m³n，满足排放指标要求，经引风机96排入烟囱97。加热后的空气送至尾气焚烧炉，由于助燃空气温度升高，即使在炉内烃类不完全燃烧的情况下，炉温反而略有升高。

实施例二

某不完全再生反应器，出口烟气温度700℃，SOx含量800mg/m³n，NOx含量 200mg/m³n，CO含量1000mg/m³n。由于没有燃烧炉，所以不存在空气量在线调节的流程，烟气直接进入蓄热式反应-换热组件1内，CO在U形蓄热室20内与NOx 进行反应，反应蓄热体21以以蜂窝陶瓷为基材，浸渍有CeO₂/La₂O₃活性金属催化剂成分。换向阀10每2分钟切换一次，蓄热体热量用于加热固定流量的过程气，节省了原用于加热该股过程气的蒸汽用量。蓄热式反应-换热组件1出口的烟气温度降至100℃，SOx含量略有降低，NOx含量降低至65mg/m³n，CO含量降低至840mg/m³n。经过长周期运行，未发现蓄热体硫酸铵堵塞或催化剂活性明显下降。

实施例三

某VOCs处理设施，采用RCO对VOCs进行处理，所产尾气温度450℃，SOx 含量30mg/m³n，NOx含量120mg/m³n，CO含量250mg/m³n。尾气直接进入蓄热式反应-换热组件1内，CO在U形蓄热室20内与NOx进行反应，反应蓄热体21 以钢板基材，镶嵌有Zn_α/HKUST锌铜双金属有机催化剂。换向阀10每2分钟切换一次，经过处理后，排放烟气温度降至120℃，烟气中NOx降至70mg/m³n，CO 含量170mg/m³n满足排放指标要求。蓄热体热量用于加热固定流量的RCO氧化用空气，节省了RCO装置的燃料消耗量。

Claims (7)

1.一种工业炉烟气脱硝和热量回收的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)高温烟气经烟气进口进入换向阀的换向室A1,在换向室A1内分成N1股分别进入N1个含有催化剂的U形蓄热室，在蓄热室内经换热和反应后变成低温烟气，经各蓄热室的出口汇入换向阀的换向室A2，并经烟气出口排出，此时，N1个含有催化剂的U形蓄热室形成烟气通道；

2)在步骤1)进行的同时，环境空气经空气进口进入换向阀的换向室A3，在换向室A3内分成N2股分别进入N2个含有催化剂的U形蓄热室，在蓄热室内经换热变成高温空气，经各蓄热室的出口汇入换向阀的换向室A4，并经空气出口进入燃烧器，此时，N2个含有催化剂的U形蓄热室形成空气通道；

3)在步骤1)和步骤2)进行一定时间后，换向阀进行切换，由初始位置切换至终止位置；

4)换向阀切换至终止位置后，高温烟气经烟气进口进入换向阀的换向室A4,在换向室A4内分成N2股分别进入N2个含有催化剂的U形蓄热室，在蓄热室内经换热和反应后变成低温烟气，经各蓄热室的出口汇入换向阀的换向室A3，并经烟气出口排出，此时，N2个含有催化剂的U形蓄热室形成烟气通道；

5)在步骤4)进行的同时，环境空气经空气进口进入换向阀的换向室A2，在换向室A2内分成N1股分别进入N1个含有催化剂的U形蓄热室，在蓄热室内经换热变成高温空气，经各蓄热室的出口汇入换向阀的换向室A1，并经空气出口进入燃烧器，此时，N1个含有催化剂的U形蓄热室形成空气通道；

6)在步骤4)和步骤5)进行同步骤1)和步骤2)相同的时间后，换向阀再次进行切换，由终止位置回复到初始位置；

7)换向阀回复到初始位置后，重新进行步骤1)～步骤6)，周而复始；

8)对上述步骤1)和步骤4)排出的低温烟气进行氮氧化物在线监测，并根据氮氧化物的监测值与设定值的差值大小，调节步骤2)和步骤5)中进入空气进口的环境空气的流量，进而调整高温烟气中还原性介质CO和H₂的含量；

所述N1＝N2，均为正整数；

所述换向室A1～A4指的是换向阀阀板处于初始位置或终止位置时烟气或空气进行分配或汇聚的换向阀内部空间；

所述换向室A1和换向室A2通过N1个U形蓄热室连通，换向室A3和换向室A4通过N2个U形蓄热室连通；

所述的初始位置或终止位置是指换向阀阀板处于使换向室A1和换向室A4隔断、换向室A2和换向室A3隔断时所处的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述换向阀在初始位置和终止位置之间切换时，换向室A1与换向室A4连通，换向室A2与换向室A3连通。

3.一种工业炉烟气脱硝和热量回收的装置，其特征在于：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；换向阀整体呈圆柱形筒状体，外形呈扇形体的U形蓄热室、空气进出口模块和烟气进出口模块围绕换向阀环形布置，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；空气进出口模块上设有空气进口和空气出口，烟气进出口模块上设有烟气进口和烟气出口；所述空气进口通过换向阀及U形蓄热室与所述空气出口连通，所述空气出口与加热炉燃烧器入口连通，加热炉高温烟气出口与所述烟气进口连通，所述烟气进口通过换向阀及U形蓄热室与所述烟气出口连通，所述烟气出口与所述空气进口通过配风控制系统相连，U形蓄热室内设有催化剂；所述U形蓄热室包括蓄热体、蓄热室中间隔板和尾部通道，蓄热室中间隔板将蓄热室分成上下两层蓄热室，上层蓄热室和下层蓄热室内均装填蓄热体，上层蓄热室和下层蓄热室通过尾部通道连通，蓄热体表面敷设有具有脱硝反应活性的催化剂或蓄热体本身为脱硝催化剂和蓄热体的组合/嵌合结构；所述换向阀包括阀盖、阀壳、阀轴、换向阀接口、换向阀接口隔板、换向阀中间隔板和阀板，阀板包括上挡板和下挡板，换向阀接口包括一个烟气接口、一个空气接口和与U形蓄热室个数相同的蓄热室接口，阀盖安装在阀壳的上端和下端，阀轴穿过上端阀盖与驱动装置连接，驱动装置安装在上端阀盖上，换向阀的烟气接口、空气接口和蓄热室接口均有换向阀接口隔板，换向阀接口隔板把每个换向阀接口分隔为上下两个接口，换向阀中间隔板将换向阀的内腔分隔成上下两个腔室，上挡板位于上腔室内，下挡板位于下腔室内；所述上挡板和下挡板同轴，随阀轴同步转动，且上挡板和下挡板的安装方位完全一致。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述的配风控制系统包括在线监测仪、鼓风机和调节阀，调节阀设于鼓风机和空气进口之间的管线上，在线监测仪分别和所述烟气出口、鼓风机和调节阀相连。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述空气进出口模块包括空气侧换向阀接口、空气进出口中间隔板、空气出口和空气进口，空气侧换向阀接口连通换向阀的空气接口，空气进出口中间隔板与换向阀接口隔板接触密封，空气进出口中间隔板分隔空气进出口模块，使空气进出口模块内部形成上下两层通道，其中上层通道一端连通换向阀上腔室，另一端连通空气出口；下层通道一端连通换向阀下腔室，另一端连通空气进口。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述烟气进出口模块包括烟气侧换向阀接口、烟气进出口中间隔板、烟气进口和烟气出口，烟气侧换向阀接口连通换向阀的烟气接口，烟气进出口中间隔板与换向阀接口隔板接触密封，烟气进出口中间隔板分隔烟气进出口模块，使烟气进出口模块内部形成上下两个通道，其中上层通道一端连通换向阀上腔室，另一端连通烟气进口；下层通道一端连通换向阀下腔室，另一端连通烟气出口。

7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述阀板所在平面处于空气进出口模块和烟气进出口之间时，阀板和换向阀中间隔板将换向阀内腔分为四个换向室，四个换向室从上向下从左至右按逆时针排列，依次为换向室A1、换向室A2、换向室A3和换向室A4。

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