一种深度分级燃烧炉膛外CO催化氧化系统及方法

摘要

本发明涉及烟气污染物脱除技术领域，具体为一种深度分级燃烧炉膛外CO催化氧化系统及方法。本发明系统包括设置在深度分级燃烧锅炉的烟气通道内的CO催化氧化装置；所述的深度分级燃烧锅炉的烟气通道内自锅炉烟气高温入口到锅炉烟气低温出口之间依次设置有省煤器、SCR催化剂脱硝系统和空预器；所述的CO催化氧化装置包括CO氧化催化剂涂层和设置在烟气通道内的CO氧化催化剂格栅中的至少一种；所述的CO氧化催化剂涂层由CO氧化催化剂喷涂设置在烟气通道沿程壁面上形成，其中对应除省煤器、SCR催化剂脱硝系统和空预器的沿程壁面上不喷涂CO氧化催化剂；CO氧化催化剂格栅内填装CO氧化催化剂。本发明系统及方法，设计合理，成本低，改造方便，效果明显。

说明书

技术领域

本发明涉及烟气污染物脱除技术领域，具体为一种深度分级燃烧炉膛外CO催化氧化系统及方法。

背景技术

氮氧化物(NO

空气分级燃烧技术是降低NO

深度分级燃烧技术，是在原有分级燃烧的基础上，进一步增大炉膛内还原区域面积，提高CO的含量，抑制NO

其中，CO是一种还原性较强的物质，到达尾部烟道时，可以发生反应：

2CO+O

CO+2NO→N

上述化学反应过程将深度分级燃烧产生的过量的CO氧化为CO

但其存在的问题在于，随着第四代深度分级燃烧技术的应用，可以获得较高的锅炉燃烧效率和更低的NO

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种深度分级燃烧炉膛外CO催化氧化系统及方法，设计合理，成本低，改造方便，效果明显。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种深度分级燃烧炉膛外CO催化氧化系统，包括设置在深度分级燃烧锅炉的烟气通道内的CO催化氧化装置；CO催化氧化装置内设置有CO氧化催化剂；

所述的深度分级燃烧锅炉的烟气通道内自锅炉烟气高温入口到锅炉烟气低温出口之间依次设置有省煤器、SCR催化剂脱硝系统和空预器。

进一步的，所述的CO催化氧化装置包括CO氧化催化剂涂层和设置在烟气通道内的CO氧化催化剂格栅中的至少一种；所述的CO氧化催化剂涂层由CO氧化催化剂喷涂设置在烟气通道沿程壁面上形成，其中对应除省煤器、SCR催化剂脱硝系统和空预器的沿程壁面上不喷涂CO氧化催化剂；CO氧化催化剂格栅内填装CO氧化催化剂。

更进一步的，所述的CO氧化催化剂格栅设置在省煤器和空预器之间。

更进一步的，所述的CO氧化催化剂格栅采用SCR催化剂脱硝系统中的至少一层催化剂格栅层，在该催化剂格栅层内填装CO氧化催化剂。

更进一步的，CO氧化催化剂格栅中的CO氧化催化剂采用板式催化剂，格栅的基体采用不锈钢制成，且节距应不小于7.0mm。

更进一步的，所述的CO氧化催化剂涂层由等离子喷涂或激光法喷涂CO催化剂形成。

一种深度分级燃烧炉膛外CO催化氧化方法，步骤如下：

从锅炉烟气高温入口出来的高温烟气，经过CO催化氧化装置，使烟气中过量CO发生氧化还原反应，并最终转化为CO

进一步的，所述的CO氧化催化剂的作用温度范围为150℃-800℃，化学寿命应大于168+24000运行小时，机械寿命不小于8年。

进一步的，所述的CO氧化催化剂格栅中的CO氧化催化剂采用作用温度为200℃-300℃的Ce-Cu催化剂。

进一步的，所述的CO氧化催化剂涂层中的CO氧化催化剂，对应烟气通道沿程温度，依次采用对应不同作用温度范围的多种CO氧化催化剂。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明系统通过在深度分级燃烧锅炉炉膛外的烟气通道内设置CO催化氧化装置，并在CO催化氧化装置内设置CO氧化催化剂，能将深度分级燃烧炉膛外高浓度的CO转化为CO

进一步，本发明系统采用CO氧化催化剂装填CO氧化催化剂格栅和喷涂CO氧化催化剂涂层中的至少一种作为CO催化氧化装置，以达到CO浓度降低的目的；当CO催化氧化装置采用喷涂CO氧化催化剂涂层方式时，利用燃煤锅炉尾部受热面布置的大量金属材料，作为CO氧化催化剂涂层的金属基体，具有比表面积高，热稳定性好，厚度均匀，与基体结合牢靠等优点。从锅炉烟气高温入口出来的高温烟气(约800℃)，到锅炉烟气低温口(约150℃)，烟气从高温到低温跨度较大。通过在金属壁面涂覆CO氧化催化剂涂层的方法，模拟飞灰、金属壁面的有效活性成分，即含有的金属氧化物CuO、Fe

进一步，本发明系统结构合理，实施方便，实现了深度分级燃烧的较高锅炉效率和较低NO

本发明方法通过CO氧化催化剂涂层与深度分级燃烧锅炉尾部受热面的金属材料共同作用，或者与CO氧化催化剂格栅共同作用，使深度分级燃烧锅炉炉膛外高浓度的CO组分，在催化作用下，使过量CO在催化作用下完成氧化反应生成CO

附图说明

图1为本发明装填CO氧化催化剂格栅的系统结构示意图。

图2为本发明沿程喷涂CO氧化催化剂涂层的系统结构示意图。

图3为本发明CO氧化催化剂格栅和CO氧化催化剂涂层的一体化CO处理系统结构示意图。

图中：1为深度分级燃烧锅炉，2为低氮燃烧器，3为SNCR催化剂的脱硝系统，4为锅炉烟气高温口，5为省煤器，7为SCR催化剂脱硝系统，8为空预器，9为锅炉烟气低温出口，61为CO氧化催化剂格栅、62为CO氧化催化剂涂层。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明一种深度分级燃烧炉膛外CO催化氧化系统，包括设置在深度分级燃烧锅炉炉膛1外的CO催化氧化装置，以及设置在深度分级燃烧锅炉炉膛1内烟气通道内的省煤器5、SCR催化剂脱硝系统7和空预器8；CO催化氧化装置内设置有CO氧化催化剂；省煤器5、SCR催化剂脱硝系统7和空预器8自锅炉烟气高温入口4到锅炉烟气低温出口9方向依次设置。

其中，CO催化氧化装置采用CO氧化催化剂格栅61或/和CO氧化催化剂涂层62；CO氧化催化剂涂层62由CO氧化催化剂喷涂设置在烟气通道沿程壁面上形成，其中对应除省煤器5、SCR催化剂脱硝系统7和空预器8的沿程壁面上不喷涂CO氧化催化剂；CO氧化催化剂格栅61内填装CO氧化催化剂，其设置在省煤器5和空预器8之间或者采用SCR催化剂脱硝系统7中的至少一层催化剂格栅层，在该催化剂格栅层内填装CO氧化催化剂。

以下通过采用不同的CO催化氧化装置方式来进行具体说明：

当CO催化氧化装置采用CO氧化催化剂格栅61时，如图1所示，

从锅炉烟气高温入口4出来的高温烟气(约800℃)，通过在省煤器5和空预器8之间(约200℃-300℃)，选择适宜此温度范围的CO氧化催化剂，布置CO氧化催化剂格栅61，或与SCR催化剂脱硝系统7共用至少一层催化剂格栅层空间，再通过空预器8，烟气温度继续降低到150℃以下，可以有效降低CO浓度；

其中，CO氧化催化剂格栅61中的催化剂设计时需考虑采取防堵塞和防中毒的技术措施；

其中，CO氧化催化剂格栅61中的催化剂的型式宜采用板式催化剂，采用平板式催化剂时，应采用不锈钢材质作为基材，节距应不小于7.0mm；

其中，CO氧化催化剂主要成分，需要有效防止锅炉飞灰在催化剂中发生粘污、堵塞及中毒现象发生；其化学寿命应大于168+24000运行小时，机械寿命不小于8年。

当CO催化氧化装置采用CO氧化催化剂涂层62时，如图2所示，

通过在锅炉烟气高温入口4(约800℃)到锅炉烟气低温出口9(约150℃)的沿程，除开诸如省煤器5、SCR催化剂脱硝系统7、空预器8等重要单元，在烟气途经沿程的壁面喷涂CO氧化催化剂涂层62；

其中，如图1所示，CO氧化催化剂涂层62的单独作用，或者与原先锅炉尾部受热面的金属材料共同作用，或者如图3所示，CO氧化催化剂涂层62与CO氧化催化剂格栅61共同作用，使深度分级燃烧锅炉炉膛1外高浓度的CO组分，在催化作用下，发生CO的氧化还原反应；

其中，通过调整催化剂的活性成分比例，增大催化剂活性、调整材料面积等手段，如Ce-Cu氧化催化剂，添加活性成分Co的摩尔比由0.1增加到1；通过催化剂表征的方法，将催化剂的比表面积增大或者载体采用纳米级的活性Al

其中，在烟气接触的沿程金属内壁，通过等离子喷涂、激光法喷涂等方式喷涂CO氧化催化剂涂层62；

其中，CO氧化催化剂涂层62，与锅炉壁面高温热处理后的金属合金基体，表面易形成金属氧化物，如Al

其中，选择不同的CO氧化催化剂涂层62，可以在沿程150℃-800℃温度范围之间，不同的CO氧化催化剂作用于各自适宜的温度区间内，CO氧化催化剂即发挥作用，使烟气中过量CO发生氧化还原反应，将CO转化为CO2，反应释放的热量留下，减少排放CO的热损失，经济环保。

本发明一种深度分级燃烧炉膛外CO催化氧化方法，使从锅炉烟气高温入口4出来的高温烟气经过CO催化氧化装置，烟气中过量CO发生氧化还原反应，并最终转化为CO

其中，CO氧化催化剂的作用温度范围为150℃-800℃，化学寿命应大于168+24000运行小时，机械寿命不小于8年。

其中，CO氧化催化剂格栅61中的CO氧化催化剂采用作用温度为200℃-300℃的Ce-Cu催化剂。

其中，CO氧化催化剂涂层62中的CO氧化催化剂，对应烟气通道沿程温度，依次采用对应不同作用温度范围的多种CO氧化催化剂。

本发明系统和方法在实现了深度分级燃烧技术获得较高锅炉效率和较低NO

实例1

本实施例以CO催化氧化装置采用CO氧化催化剂格栅61单独作用为例，进行具体说明，如图1所示，在锅炉烟气高温入口4，温度800℃-900℃，假定此处CO最高浓度约500ppm，通过在省煤器5与空预器8之间，单独布置CO氧化催化剂格栅61；或者在SCR催化剂脱硝系统7内，温度约200℃-300℃之间，占用SCR催化剂的一层催化剂空间，用来布置CO氧化催化剂；在不影响SCR催化剂脱硝效率的同时，达到深度分级燃烧高浓度CO降低的目的；

优选的Ce-Cu催化剂，可以在该温度范围内获得较高的CO转化率，如250℃转化率可达98％。烟气再经过空预器8，到锅炉烟气低温出口9位置，烟气温度降至约150℃，实验室表明CO浓度可由锅炉烟气高温入口4处，从500ppm在催化剂的作用下降低到10-20ppm，转化率达到96％以上。

实例2

本实施例以CO催化氧化装置采用CO氧化催化剂涂层62单独作用为例，进行具体说明，如图2所示，在锅炉烟气高温入口4，温度800℃-900℃，假定此处CO最高浓度约500ppm，到锅炉烟气低温出口9，温度150℃。沿程除省煤器5、SCR催化剂脱硝系统7、空预器8之外，在烟气通道内烟气接触的沿程金属内壁，通过等离子喷涂、激光法喷涂等方式喷涂CO氧化催化剂涂层62；

在烟气通道内烟气接触的沿程金属内壁150℃-800℃温度范围之间，适宜的温度区间CO氧化催化剂作用于烟气中过量CO，例如贵金属Pt基系列的CO氧化催化剂比较适合较高温度范围，如350℃-600℃温度范围之间的CO氧化催化，而非贵金属Ce-Cu系列的CO氧化催化剂比较适合较低温度范围。如150℃-300℃温度范围之间的CO氧化催化剂。利用不同的活性组分的CO氧化催化剂使烟气中的CO参加氧化还原反应，将CO转化为CO

实例3

本以CO催化氧化装置采用CO氧化催化剂涂层62和CO氧化催化剂格栅61共同作用为例，进行具体说明，如图3所示，将CO氧化催化剂涂层62与CO氧化催化剂格栅61共同作用，形成一体化的CO氧化处理系统。使深度分级燃烧锅炉1炉膛外高浓度的CO组分，在催化作用下，发生CO的氧化还原反应；

优选不同的CO氧化催化剂涂层62，在烟气通道内烟气接触的沿程金属内壁150℃-800℃温度范围之间，不同的CO氧化催化剂在各自适宜的温度区间内，催化剂竞争发挥作用，使烟气中过量CO发生氧化还原反应，将CO转化为CO