CN105688667A - 一种利用高炉渣显热进行烧结烟气脱硝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环保技术领域，特别涉及一种利用高炉渣显热进行烧结烟气脱硝的方法。本发明将烧结脱硫后烟气进行脱湿后用于高炉渣干法粒化高温段直接换热、中温段间接换热，冷却后的高炉渣用做水泥配料，换热烟气经过除尘后温度保持在300℃以上，采用选择性催化还原(SCR)对烟气进行脱硝，烟气中NOx脱出率在85％以上，脱硝后的烟气温度大于250℃，可用于余热发电或烧结机热风烧结、点火助燃和预热烧结矿。本发明具有处理能力大，适用性强，充分利用高炉渣显热，运行成本低等优点。

Description

一种利用高炉渣显热进行烧结烟气脱硝的方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，特别涉及一种利用高炉渣显热进行烧结烟气脱硝的方法。
背景技术
我国钢铁生产以高炉-转炉长流程为主，烧结矿约占高炉炉料的70％～75％，烧结工序粉尘排放和SO2排放约占我国工业粉尘和SO2排放的5％和3％，同时烧结工序还排出大量的NOx、HF、HCl、重金属和二噁英等有害物质，成为大气污染的主要污染源。目前烧结烟气脱硫在技术上已经成熟，方法也有多种，国内建成投运烧结脱硫设施约有650台套。而在烧结烟气脱硝的建设方面进展不大，我国有报道的烧结脱硝装置不到10台，其中公认脱除效果比较好的有活性炭法，活性炭技术能够同时脱除SOx、NOx以及二噁英和其他有害挥发物，但该工艺的投资大、运行成本高，难以普及。其他在电力行业成熟应用的选择性催化还原(SCR)脱硝法，脱硝技术由于烧结烟气的温度低而无法实现，如果将烟气加热到催化反应所需温度消耗的能量巨大，也会造成运行成本高升。
在高炉渣余热利用方面，我国存在数量巨大的高炉渣，而其中90％以上的高炉渣都采用水淬的方式进行处理，我国许多地区水资源严重短缺，这样的处理方式一方面浪费大量的水资源，另一方面也将温度1500℃的液态高炉渣所蕴含的巨大潜热浪费。通常高炉渣水淬处理后只能回收炉渣10％的热量，其余90％的热量只能白白浪费。每吨液态高炉渣具有的物理热1.5GJ(相当于416KW·h)，即使回收50％的热量，1吨高炉渣回收的热量也能达到0.75GJ(相当于208KW·h)，因此节能潜力巨大。在利用方式上主要有利用高炉渣余热进行蒸汽发电和厂区供暖。降低烧结漏风率，提高高炉渣显热利用效率，利用高炉渣本身具有的显热作为加热烧结脱硫烟气至选择性催化还原(SCR)脱硝反应所需温度热源，从能量来源的角度有足够的保证。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用高炉渣显热进行烧结烟气脱硝的方法。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供一种利用高炉渣显热进行烧结烟气脱硝的方法，包括如下步骤：
(1)除湿：将烧结烟气从烟气脱硫装置5引入烟气除湿装置6内，进行除湿，去除脱硫烟气中的水蒸气；
(2)换热：除湿后的脱硫烟气分别与高炉渣10进行干法粒化高温段直接换热和中温段间接换热装置14进行间接换热；使换热后的脱硫烟气温度高于300℃；
(3)除尘：脱硫烟气换热后输入高温除尘装置17进行高温除尘，使热烟气含尘量低于选择性催化还原SCR脱硝所需浓度；
(4)脱硝：高温除尘后的脱硫烟气输入SCR脱硝装置19进行选择性催化还原SCR脱硝。
所述步骤(1)中，根据温度的不同，选自CaCl2、LiCl、LiBr、生石灰中的一种或几种除湿剂进行除湿。
所述步骤(1)中，先将脱硫烟气降低一定温度后，选用低温除湿剂进行除湿。
采用生石灰作为除湿剂吸附脱硫蒸汽中的水蒸气时，消化的生石灰用于烧结烟气湿法脱硫。
所述步骤(2)中，高温段直接换热后的高温脱硫烟气与未换热的脱硫烟气混合后进入中温高炉渣间接换热装置进行中温段间接换热。
所述步骤(2)中，脱硫烟气分别经高温段直接换热和中温段间接换热后，进行混合。
所述步骤(4)中，选择性催化还原SCR脱硝采用的催化剂为适用于烧结脱硫烟气NOx含量特点的低温催化剂。
所述步骤(4)中，选择性催化还原SCR脱硝采用的催化剂选自V2O5-WO3/TiO2、V2O5-MoO3/TiO2和V2O5/TiO2中的一种或几种。
所述步骤(4)中，选择性催化还原SCR脱硝采用的还原剂为蒸氨水，蒸氨水温度高于或等于除尘后脱硫烟气的温度。
经过步骤(1)除湿后的烟气可先通过换热***与脱硝后的烟气进行换热，换热后的烟气温度增加50～150℃，然后再与高炉渣干法粒化高温段或中温段换热。
所述步骤(2)后，经换热后的高炉渣运送至水泥厂作为水泥生产的基本原料。
所述步骤(4)之后，进一步包括如下脱硝尾气余热再利用的步骤：将脱硝后尾气并入已建成烧结余热锅炉高温烟气***加热，蒸汽并入蒸汽管网或直接发电；或脱硝后尾气用于烧结机热风烧结、点火助燃、预热烧结矿的燃料。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、该工艺充分利用了高炉渣的显热资源，大幅度降低运行成本实现经济脱硝的目的。
2、经烧结烟气干法粒化后的高炉渣可以作为水泥生产的原料，实现了高炉渣最大效率的利用。
3、该方法适用性强，可针对不同的烧结机设备配置，既可以用于已建成烧结脱硫企业也可在新建企业同时建设脱硫脱硝装置。
4、脱硝后烟气余热资源充分利用，脱硝后烟气可接入已有的烟气余热锅炉***，也可用于烧结机自身进行热风烧结、点火助燃或预热烧结矿。
附图说明
图1为本发明利用高炉渣显热进行烧结烟气脱硝的方法示意图。
其中的附图标记为：
1烧结机2烧结矿
3电除尘装置4烧结除尘风机
5烟气脱硫装置6烟气除湿装置
7烧结烟气脱硫除湿风机8直接换热进气阀门
9液渣粒化装置10高炉渣
11直接换热排气阀门12雾化冷却水
13强制冷却装置14中温高炉渣间接换热装置
15间接换热介质阀门16水泥厂
17高温除尘装置18脱硫尾气换热除尘风机
19SCR脱硝装置20脱硝风机
21烟筒
具体实施方式
基于高炉渣显热利用率低、烧结烟气脱硫装置已基本普及，脱硝无经济可行技术的现状，本发明提出了利用高炉渣显热，将烧结脱硫烟气进行除湿后用于高炉渣干法粒化高温段直接换热、中温段间接换热，换热后烟气温度达到300℃以上后经除尘后通过选择性催化还原(SCR)脱硝的方法，脱硝后的烟气在250℃以上可用于发电或烧结机热风烧结、点火助燃和预热烧结矿。经过脱硫烟气换热后的高炉渣温度在320℃左右，再通入空气冷却至100℃以下，送往水泥厂作为生产水泥的配料。
本发明的利用高炉渣显热进行烧结烟气脱硝的方法，包括如下步骤：
(1)除湿：将烧结烟气从烟气脱硫装置5引入烟气除湿装置6内，进行除湿，去除脱硫烟气中的水蒸气；
(2)换热：除湿后的脱硫烟气分别与高炉渣10进行干法粒化高温段直接换热和中温段间接换热装置14进行间接换热；使换热后的脱硫烟气温度高于300℃；
(3)除尘：脱硫烟气换热后输入高温除尘装置17进行高温除尘，使热烟气含尘量低于选择性催化还原SCR脱硝所需浓度；
(4)脱硝：高温除尘后的脱硫烟气输入SCR脱硝装置19进行选择性催化还原SCR脱硝。
所述步骤(1)所述的除湿工序根据温度的不同，采用CaCl2、LiCl、LiBr、生石灰或其他耐高温除湿效果好的除湿剂中的一种或几种组合进行除湿。也可结合运行经济性，将脱硫烟气降低一定温度后采取低温除湿剂进行除湿。
所述步骤(1)中采用生石灰吸附脱硫蒸汽中的水蒸气时，消化的生石灰可用于烧结烟气湿法脱硫。
所述步骤(1)除湿后的烟气可先通过换热***与脱硝后的烟气进行换热，换热后的烟气温度可增加50～150℃。
所述步骤(2)高温段直接换热后高温气体可视情况直接与未换热烟气混合进入中温高炉渣间接换热装置，也可将脱硫烟气部分用于高温段直接换热，部分用于中温段间接换热，换热后进行混合，并配合烧结机减少漏风率措施，以保证经过换热温度在300℃以上的脱硫烟气量。
所述步骤(4)选择性催化还原脱硝，可以直接选用现有成熟的选择性催化还原脱硝模式，也可针对烧结脱硫烟气NOx含量特点开发专用低温催化剂。
所述的选择性催化还原(SCR)脱硝采用的催化剂可以采用V2O5-WO3/TiO2、V2O5-MoO3/TiO2、V2O5/TiO2或其他可适用于烧结脱硫烟气NOx含量特点的低温催化剂。
所述步骤(4)采用的还原剂宜选择蒸氨水，通过蒸发器或其他方式获得高于或等于除尘脱硫烟气的温度。
根据不同企业的生产具体情况，可将脱硝后烟气并入已建成烧结余热锅炉高温烟气***加热，蒸汽并入蒸汽管网或直接发电；或用于烧结机热风烧结、点火助燃、预热烧结矿。
如图1所示，烧结机1产生的烧结烟气经过电除尘装置3和烟气脱硫装置5进行除尘和脱硫。本发明提供一种利用高炉渣显热进行烧结烟气脱硝的***，该***包括：烟气除湿装置6、液渣粒化装置9、强制冷却装置13、中温高炉渣间接换热装置14、高温除尘装置17和SCR脱硝装置19。
烟气除湿装置6的进气端和出气端分别与烟气脱硫装置5的出气端和烧结烟气脱硫除湿风机7连接；烧结烟气脱硫除湿风机7的另一端通过管道分别于液渣粒化装置9和中温高炉渣间接换热装置14的进气端连接；液渣粒化装置9的出气端与中温高炉渣间接换热装置14的进气端连接；液渣粒化装置9的底部高炉渣出料口与强制冷却装置13连接；强制冷却装置13的一端设置有雾化冷却水12入口，另一端设置的出口与中温高炉渣间接换热装置14连接；中温高炉渣间接换热装置14的出气端与高温除尘装置17的进气端连接；高温除尘装置17的出气端与脱硫尾气换热除尘风机18连接；脱硫尾气换热除尘风机18的另一端与SCR脱硝装置19的进气端连接；SCR脱硝装置19的出气端通过脱硝风机20与烟筒21连接。
液渣粒化装置9的进气端和出气端分别设置有直接换热进气阀门8和直接换热排气阀门11。
中温高炉渣间接换热装置14设置有间接换热介质排出口，排出口设置有间接换热介质阀门15。
从强制冷却装置13冷却后的高炉渣运输至水泥厂16。
本发明利用高炉渣显热进行烧结烟气脱硝的***工作过程为：
经过电除尘装置3和烟气脱硫装置5的烧结脱硫烟气通过烧结烟气脱硫除湿风机7引入烟气除湿装置6内，进行除湿；除湿后的烧结脱硫烟气进入液渣粒化装置9进行高温段直接换热；经过高温段直接换热的高温脱硫烟气与未换热的脱硫烟气混合后进入中温高炉渣间接换热装置14进行中温段间接换热；换热后的高温脱硫烟气进入高温除尘装置17进行高温除尘，然后，再进入SCR脱硝装置19进行脱硝反应，最后对脱硝后烟气进行处理和利用。
下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
(1)120～130℃的烧结烟气经湿法脱硫后从烟气脱硫装置5排出，烟气温度在55～60℃，含水量75mg/m3，含湿量较高的蒸汽经过塑料材质内盛装的溴化锂、氯化锂盐溶液进行除湿，除湿后烟气的相对湿度在20％～30％；
除湿过程中，除湿溶液吸收烟气中的水分，自身浓度降低，使用120～130℃的烧结烟气管道余热对除湿溶液进行浓缩再生。
(2)除湿后的脱硫烟气首先通过管道换热器与烧结烟气脱硝后尾气换热，换热后烟气温度在100℃左右；
换热烟气与高炉渣液渣粒化装置9高温段直接换热，然后与未换热烟气混合后进入中温高炉渣间接换热装置14进行中温段间接换热，换热后的高炉渣经过自然冷却后送往水泥厂16用做建材原料；
调节间接换热的烟气量以保证换热后的脱硫烟气温度在300℃以上。
(3)通过高温除尘装置17进行除尘使烟气含尘浓度达到选择性催化还原脱硝的要求。
(4)在内设催化剂的SCR脱硝装置19内通入氨蒸汽进行还原脱硝，烟气中NOx脱出率在85％以上，选择性催化还原脱硝反应方程式如下：
上述两个反应是放热反应，但烟气中NOx含量较低，因此经过SCR脱硝装置19后的烟气温度前后变化不大；
脱硝后烟气直接接入已有高温烟气锅炉进行换热获得高温蒸汽直接发电或并入企业内蒸汽管网使用。
实施例2
(1)120～130℃的烧结烟气经湿法脱硫后从烟气脱硫装置5排出，烟气温度在55～60℃，含水量75mg/m3，含湿量较高的蒸汽经过塑料材质内盛装的溴化锂、氯化锂盐溶液进行除湿，除湿后烟气的相对湿度在20％～30％；
除湿过程中，除湿溶液吸收烟气中的水分，自身浓度降低，使用120～130℃的烧结烟气管道余热对除湿溶液进行浓缩再生。
(2)除湿后的脱硫烟气首先通过管道换热器与烧结烟气脱硝后尾气换热，换热后烟气温度在100℃左右；
换热烟气部分用于高炉渣液渣粒化装置9高温段直接换热，部分用于中温高炉渣间接换热装置14间接换热，换热后进行混合，换热后的高炉渣经过自然冷却后送往水泥厂16；
保证不同换热方式的脱硫烟气混合后温度在300℃以上。
(3)通过高温除尘装置17进行除尘使烟气含尘浓度达到选择性催化还原脱硝的要求；
(4)在内设催化剂的SCR脱硝装置19内通入氨蒸汽进行还原脱硝，烟气中NOx脱出率在85％以上，选择性催化还原脱硝反应方程式如下：
上述两个反应是放热反应，但烟气中NOx含量较低，因此经过SCR脱硝装置19后的烟气温度前后变化不大；
脱硝后烟气直接接入已有高温烟气锅炉进行换热获得高温蒸汽直接发电或并入企业内蒸汽管网使用。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本方法的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本方法进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本方法的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本方法技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本方法的权利要求范围当中。

Claims (12)

1.一种利用高炉渣显热进行烧结烟气脱硝的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)除湿：将烧结烟气从烟气脱硫装置(5)引入烟气除湿装置(6)内，进行除湿，去除脱硫烟气中的水蒸气；
(2)换热：除湿后的脱硫烟气分别与高炉渣(10)进行干法粒化高温段直接换热和中温段间接换热装置(14)进行间接换热；使换热后的脱硫烟气温度高于300℃；
(3)除尘：脱硫烟气换热后输入高温除尘装置(17)进行高温除尘，使热烟气含尘量低于选择性催化还原SCR脱硝所需浓度；
(4)脱硝：高温除尘后的脱硫烟气输入SCR脱硝装置(19)进行选择性催化还原SCR脱硝。
2.根据权利要求1所述的利用高炉渣显热进行烧结烟气脱硝的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，根据温度的不同，选自CaCl2、LiCl、LiBr、生石灰中的一种或几种除湿剂进行除湿。
3.根据权利要求1所述的利用高炉渣显热进行烧结烟气脱硝的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，先将脱硫烟气降低一定温度后，选用低温除湿剂进行除湿。
4.根据权利要求2所述的利用高炉渣显热进行烧结烟气脱硝的方法，其特征在于：采用生石灰作为除湿剂吸附脱硫蒸汽中的水蒸气时，消化的生石灰用于烧结烟气湿法脱硫。
5.根据权利要求1所述的利用高炉渣显热进行烧结烟气脱硝的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，高温段直接换热后的高温脱硫烟气与未换热的脱硫烟气混合后进入中温高炉渣间接换热装置进行中温段间接换热。
6.根据权利要求1所述的利用高炉渣显热进行烧结烟气脱硝的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，脱硫烟气分别经高温段直接换热和中温段间接换热后，进行混合。
7.根据权利要求1所述的利用高炉渣显热进行烧结烟气脱硝的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，选择性催化还原SCR脱硝采用的催化剂为适用于烧结脱硫烟气NOx含量特点的低温催化剂。
8.根据权利要求1所述的利用高炉渣显热进行烧结烟气脱硝的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，选择性催化还原SCR脱硝采用的催化剂选自V2O5-WO3/TiO2、V2O5-MoO3/TiO2和V2O5/TiO2中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的利用高炉渣显热进行烧结烟气脱硝的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，选择性催化还原SCR脱硝采用的还原剂为蒸氨水，蒸氨水温度高于或等于除尘后脱硫烟气的温度。
10.根据权利要求1所述的利用高炉渣显热进行烧结烟气脱硝的方法，其特征在于：经过步骤(1)除湿后的烟气可先通过换热***与脱硝后的烟气进行换热，换热后的烟气温度增加50～150℃，然后再与高炉渣干法粒化高温段或中温段换热。
11.根据权利要求1所述的利用高炉渣显热进行烧结烟气脱硝的方法，其特征在于：所述步骤(2)后，经换热后的高炉渣运送至水泥厂作为水泥生产的基本原料。
12.根据权利要求1所述的利用高炉渣显热进行烧结烟气脱硝的方法，其特征在于：所述步骤(4)之后，进一步包括如下脱硝尾气余热再利用的步骤：将脱硝后尾气并入已建成烧结余热锅炉高温烟气***加热，蒸汽并入蒸汽管网或直接发电；或脱硝后尾气用于烧结机热风烧结、点火助燃、预热烧结矿的燃料。
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