一种旋切式SCR脱硝方法及其装置技术领域
本发明涉及烟气脱硝，尤其涉及一种旋切式SCR脱硝方法及其装置。
背景技术
随着基础工业的发展，我国经济飞速发展，但由于工业污染而导致的环
境问题也越来越严重。NOx是大气污染物的主要来源，其大量排放会给环境造
成巨大的危害。为了社会经济的可持续发展以及维持良好的生态环境，必须
加大对大气污染物NOx的排放控制和治理力度。国际上广泛使用的选择催化还
原法(SCR)是一种从尾气上治理NOx排放的有效方法。
目前采用的SCR方法是利用NH3作为还原剂在催化剂的作用下将NOx还原
为无害的N2，从而脱除烟气中的NOx。催化剂的合理选取是该技术提高脱硝效
率的关键,催化剂结构一般有蜂窝式、平板式和波纹板式三种。其中，平板式
或波纹板式催化剂比蜂窝式催化剂具有更好的防积尘和堵塞能力，但气固接
触比表面积小，催化反应能力差。目前国内使用的烟气脱硝净化设备，不仅
存在整个塔装置的占地面积大且耗电量居高不下的问题，而且烟气的净化不
够充分。
研究表明，国内外的脱硝设备，由于受气固接触面积的影响，塔体内烟
气的流场分布不均，烟气与还原剂、催化剂接触的时间有限，其催化还原反
应效率低，并且广泛存在NH3的逃逸、催化剂堵塞、催化剂失效等问题。不仅
影响脱硝效率的提高，而且造成脱硝成本增高，出现二次污染等问题。研发
高效的SCR方法及装置十分紧迫与必要。
通过对现有SCR系统研究可知，影响脱硝效率的因素包括反应温度、停
留时间、还原剂与烟气的混合均匀度、还原剂与NOx的化学当量比、催化剂性
能等。根据SCR催化剂的反应动力学原理，在反应温度与催化剂性能一定的
情况下，氨和NOx的混合程度对SCR工艺的脱硝效率具有极大的影响。在传统
的脱硝设备中，为了增加氨和NOx的混合时间，采用了增大装置的横截面积，
减少烟气流速，增加塔体高度或长度的方法。增大装置的横截面积不仅导致
塔内流场呈现出层流态，减少了混合器的紊流度，降低了脱硝效率，而且增
加了烟气中颗粒物的沉积，使催化剂表面大量积灰，影响催化剂的活性，增
大了氨的逃逸；增加塔体高度或长度又大大增加催化剂用量，增加建设成本
与运行成本。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种旋切式
SCR脱硝方法及其装置。既可实现烟气高效脱硝，又解决了现有技术中常出
现的易积灰、催化剂失效和氨逃逸的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种旋切式SCR脱硝装置，包括脱硝塔本体和沿脱硝塔本体的内圆周面
设置的板式催化剂层9；板式催化剂层9构成烟气通道；在脱硝塔本体的下部
侧壁沿脱硝塔本体内圆周切向方向设置烟气通入管道11；沿烟气通入管道11
的内圆周面以及板式催化剂层9的内圆周面分别布置有多个旋流雾化喷嘴8；
烟气先在烟气通入管道11内与旋流雾化喷嘴8喷射的氨气初步混合，再
沿脱硝塔本体内圆周切向方向喷入烟气通道内，与烟气通道内的旋流雾化喷
嘴8喷射的氨气相遇，由于烟气通道内的氨气沿切圆方向旋流喷出，使其与
氨气相互卷吸混合，并沿着由烟气通道的内圆周方向以切圆的方式螺旋上升；
各旋流雾化喷嘴8通过管路连接设置在脱硫塔外的氨供给系统。
所述沿板式催化剂层9的圆周面，自下而上间隔分布有多个吹灰器7，吹
灰器7用于吹落附着在板式催化剂层9表面的积灰。
所述烟气通入管道11和烟气通道的截面为圆形。
所述氨供给系统包括依次管路连接的液氨储罐6、用于对液氨进行蒸发的
液氨蒸发器5、用于对氨气进行缓冲的氨气缓冲槽4、用于对氨和空气进行混
合的氨/空气混合器3和用于对氨气进行稀释的稀释风机2；
所述氨/空气混合器3通过一带有电磁阀12的管路连接旋流雾化喷嘴8；
所述脱硝塔本体的外部还设有一个氨逃逸反馈控制系统1，所述脱硝塔本体顶
部的烟气出口设置有用于检测氨浓度的探头13；氨逃逸反馈控制系统1根据
探头13检测到的氨的浓度数据，控制氨供给系统以及电磁阀12的开度，用
于实时控制旋流雾化喷嘴8对氨的喷入量，使喷入烟气通道内的氨量与NOx
浓度相匹配。
所述脱硝塔本体底部设有积灰箱10，积灰箱10的底部设有排灰阀。
一种旋切式SCR脱硝方法如下：
烟气先在烟气通入管道11内与旋流雾化喷嘴8喷射的氨气初步混合，再
沿脱硝塔本体内圆周切向方向喷入烟气通道内，与烟气通道内的旋流雾化喷
嘴8喷射的氨气相遇，由于烟气通道内的氨气沿切圆方向旋流喷出，使其与
氨气相互卷吸混合，并沿着由烟气通道的内圆周方向以切圆的方式螺旋上升，
上升过程中反复切向冲刷板式催化剂层9，并发生催化还原反应，增大了烟气、
氨气与板式催化剂层9的比表面积，最后由脱硝塔本体顶部出口排出，实现
了烟气脱硝。
当探头13检测到烟气中氨的浓度大于预设值时，氨逃逸反馈控制系统1
根据该探头13反馈的氨浓度数据，控制氨供给系统以及电磁阀12的开度，
用于实时控制旋流雾化喷嘴8对氨的喷入量，使喷入烟气通道内的氨量与NOx
浓度与预设值相匹配。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
1、烟气与NH3混合效果好、流场均匀、脱硝效率高。采用从塔侧壁切向
方向开口的方式，与喷入的氨混合均匀，二者相互卷吸，使得烟气与还原剂
均匀混合，形成一种旋流雾化态。这种旋流雾化态，与其传统的流态相比，
一方面可以增加混合气在圆周方向的速率，保证烟气在烟气通道内有足够的
行程，使烟气充分脱硝。另一方面，烟气螺旋上升而非直线上升，增加了烟
气在烟气通道内的行程和停留时间，使流场更加均匀，充满度好，使烟气的
催化还原反应更充分，接触时间更长，增大了反应物接触比表面积，本发明
有效地利用了脱硝塔的空间，进一步提高了脱硝效率。
2、拓宽了氨气与烟气混合的时间与空间。在脱硝塔本体的下部侧壁沿脱
硝塔本体内圆周切向方向增设了烟气通入管道，并在其内圆周面设置旋流雾
化喷嘴，起到预喷氨的作用，充分利用喷氨空间与时间，进一步确保氨与烟
气的混合均匀。
3、避免了催化剂积灰，提高了催化剂使用效率。在旋流的催化场布置板
式催化剂层，混合气(烟气与氨)在板式催化剂层表面高速旋流作用下，离
心分离出的灰尘沿由板式催化剂层构成的烟气通道的壁面，滚落到位于底部
的积灰箱中。另外，为进一步提高除尘效果，并在板式催化剂层间设置了吹
灰器，定期吹掉旋流离心分离出并附着在板式催化剂层表面的积灰。有效解
决了烟气流速、积灰、接触比表面积之间的矛盾，混合气在板式催化剂层表
面反复高速旋流作用下，既减少了积灰与堵塞，缓解了催化剂失效，又使催
化剂使用效率达到较高水平。
4、降低了氨的逃逸率。一方面由于氨气沿切圆方向旋流喷出，使烟气与
氨气相互卷吸混合，并沿着由烟气通道的内圆周方向以切圆的方式螺旋上升，
减少脱硝塔出口烟气中NH3的体积分数，有效地实现了烟气的高效脱硝，降低
了NH3的逃逸率。另一方面，为进一步优化NH3的逃逸率，增加了氨逃逸反馈
控制系统，并在脱硝塔本体顶部的烟气出口设置了用于检测氨浓度的探头；
氨反馈控制系统根据探头检测到的氨的浓度数据，控制氨供给系统以及电磁
阀的开度，用于实时控制旋流雾化喷嘴对氨的喷入量，使喷入烟气通道内的
氨量与NOx浓度相匹配。解决了传统SCR装置中喷氨实时跟踪动态控制问题，
既保证脱硝效率，进一步降低了氨的逃逸率。
5、本发明在保证高效脱硝的前提下，催化剂用量少，技术手段简便易行。
与现有技术相比不仅脱硝塔结构简单、造价低廉，而且脱硝效率高，能耗低，
使脱硝成本大幅降低，显著提高了经济效益。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为图1中在脱硝塔本体的下部侧壁，沿脱硝塔本体内圆周切向方向
设置的烟气通入管道结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1、2所示。本发明公开了一种旋切式SCR脱硝装置，包括脱硝塔本
体和沿脱硝塔本体的内圆周面设置的板式催化剂层9；板式催化剂层9构成烟
气通道；在脱硝塔本体的下部侧壁沿脱硝塔本体内圆周切向方向设置烟气通
入管道11；沿烟气通入管道11的内圆周面以及板式催化剂层9的内圆周面分
别布置有多个旋流雾化喷嘴8；
烟气先在烟气通入管道11内与旋流雾化喷嘴8喷射的氨气初步混合，再
沿脱硝塔本体内圆周切向方向喷入烟气通道内，与烟气通道内的旋流雾化喷
嘴8喷射的氨气相遇，由于烟气通道内的氨气沿切圆方向旋流喷出，使其与
氨气相互卷吸混合，并沿着由烟气通道的内圆周方向以切圆的方式螺旋上升；
各旋流雾化喷嘴8通过管路连接设置在脱硫塔外的氨供给系统。
所述沿板式催化剂层9的圆周面，自下而上间隔分布有多个吹灰器7，吹
灰器7用于吹落附着在板式催化剂层9表面的积灰。吹灰器7连接外部的高
压蒸汽或压缩空气，通过高速气流吹落附着在板式催化剂层9上积灰。既减
少了积灰与堵塞，缓解了催化剂失效，又使催化剂使用效率达到较高水平。
所述烟气通入管道11和烟气通道的截面为圆形。
所述氨供给系统包括依次管路连接的液氨储罐6、用于对液氨进行蒸发的
液氨蒸发器5、用于对氨气进行缓冲的氨气缓冲槽4、用于对氨和空气进行混
合的氨/空气混合器3和用于对氨气进行稀释的稀释风机2；
所述氨/空气混合器3通过一带有电磁阀12的管路连接旋流雾化喷嘴8；
所述脱硝塔本体的外部还设有一个氨逃逸反馈控制系统1，所述脱硝塔本体顶
部的烟气出口设置有用于检测氨浓度的探头13；氨逃逸反馈控制系统1根据
探头13检测到的氨的浓度数据，控制氨供给系统以及电磁阀12的开度，用
于实时控制旋流雾化喷嘴8对氨的喷入量，使喷入烟气通道内的氨量与NOx
浓度相匹配。
所述脱硝塔本体底部设有积灰箱10，积灰箱10的底部设有排灰阀。
采用本发明旋切式SCR脱硝装置实现烟气的脱硝，可通过如下步骤实现：
烟气先在烟气通入管道11内与旋流雾化喷嘴8喷射的氨气初步混合，再
沿脱硝塔本体内圆周切向方向喷入烟气通道内，与烟气通道内的旋流雾化喷
嘴8喷射的氨气相遇，由于烟气通道内的氨气沿切圆方向旋流喷出，使其与
氨气相互卷吸混合，并沿着由烟气通道的内圆周方向以切圆的方式螺旋上升，
上升过程中反复切向冲刷板式催化剂层9，并发生催化还原反应，增大了烟气、
氨气与板式催化剂层9的比表面积，最后由脱硝塔本体顶部出口排出，实现
了烟气脱硝。
烟气脱硝过程中，还包括一个氨逃逸反馈控制步骤：当探头13检测到烟
气中氨的浓度大于预设值时，氨逃逸反馈控制系统1根据该探头13反馈的氨
浓度数据，控制氨供给系统以及电磁阀12的开度，用于实时控制旋流雾化喷
嘴8对氨的喷入量，使喷入烟气通道内的氨量与NOx浓度与预设值相匹配。
当然，本发明脱硝塔的烟气也可设置成从塔顶进入塔底流出，此时，应
对其他部件做相应调整，如可在塔顶增设旋流器10，探头13相应的设置在塔
底出口部位等。
本发明除了适合圆柱形脱硝塔，也适应矩形或其它截面形状的塔体。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的
精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置
换方式，都包含在本发明的保护范围之内。