CN109381990A - 一种钢铁烧结烟气脱硝***及利用该***进行的脱硝方法 - Google Patents

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赵喆
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Abstract

本发明涉及大气污染物治理技术领域，公开了一种钢铁烧结烟气脱硝***及利用该***进行的脱硝方法，经过除尘、脱硫后的烧结烟气首先进入烟气换热器预热，随后经过焦炉煤气燃烧器燃烧焦炉煤气提高烟气温度，再由还原剂喷射装置喷入还原剂，混合均匀后，进入脱硝反应器，在低温SCR催化剂作用下，烟气中的NOx与NH3反应，生成N2和H2O，从而达到脱硝的目的，脱硝出口烟道上布置有烟气换热器，利用余热加热入口烟气。本发明利用回转式烟气换热器及焦炉煤气燃烧提高烧结烟气温度至催化剂最佳温度区间，采用低温SCR脱硝技术降低烟气中氮氧化物浓度，提供一种低能耗、高效率的烧结烟气脱硝技术方案。

Description

一种钢铁烧结烟气脱硝***及利用该***进行的脱硝方法
技术领域
本发明涉及一种钢铁烧结烟气脱硝***及利用该***进行的脱硝方法，能有效降低烧结烟气中NOx的含量，实现烟气的清洁排放，属于大气污染物治理技术领域。
背景技术
钢铁行业是我国最重要的基础工业之一，在为经济发展做出重要贡献的同时，也带来了严重的大气污染问题。氮氧化物是钢铁企业所排放的主要大气污染物之一，其中钢铁烧结工序所产生的NOx约占全厂总排放量的50%，烧结烟气是钢铁企业NOx的最大产生源，是钢铁企业NOx排放控制的重点。烧结烟气中NOx浓度一般为200～500 mg/Nm3，其中燃料型NO占NOx总量的90%以上。
2012年颁布实施的《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》针对重点控制区要求烟气污染物排放限值为：SO2排放浓度≤180mg/Nm3、NOx排放浓度≤300mg/Nm3、颗粒物排放浓度≤40mg/Nm3。随着大气污染防治力度持续加大，以及目前国内烟气脱硫脱硝技术水平的提高，国家环保部对钢铁烧结、球团工业排污进一步从严控制已提上日程。2017年，国家环保部先后发布了《关于京津冀及周边地区执行大气污染物特别排放限值的公告》（征求意见稿）以及《关于发布<钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准>等20项国家污染物排放标准修改单的公告》（征求意见稿），公告提出：增加烧结烟气基准含氧量要求，同时修改大气污染物特别排放限值，即SO2限值调整为50mg/Nm3，NOx限值调整为100mg/Nm3，颗粒物限值调整为20mg/Nm3。
之前各钢铁生产企业主要通过调整燃料配比、烧结过程控制的手段，基本能够达到NOx不超过300mg/Nm3限值要求。因此，在进一步降低限制的公告发布之前，真正实施烧结烟气末端脱硝的烧结机不足总台数的2%，在标准修订版实施后，绝大多数现有生产企业需要增设烧结烟气脱硝装置。
目前烧结烟气脱硝技术主要为活性焦吸附。活性焦吸附法脱硝效率约50%～70%，建设成本和运行成本高，适用于新建项目，对脱硫脱硝进行协同处理，然而目前国内绝大部分烧结机已配置烟气脱硫装置，会出现重复建设问题。而电力行业应用成熟的SCR脱硝技术，反应所需烟气温度一般为300～450℃，烧结烟气温度100～180℃，经过脱硫后烟气温度进一步降低至60～100℃，烟气需要先升温至催化剂最佳温度区间，能耗大，运行成本高。因此，本发明的目的为开发一种适用于钢铁企业的高效率、低能耗的烧结烟气脱硝技术，降低氮氧化物排放，减少对环境的危害。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢铁烧结烟气脱硝***及利用该***进行的脱硝方法，解决现有活性焦吸附建设成本和运行成本高、对于大部分已经配置烟气脱硫装置的项目造成重复建设的问题，以及中温SCR脱硝技术烟气需要先升温至催化剂最佳温度区间、能耗大、运行成本高的技术问题。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案如下：
一种钢铁烧结烟气脱硝***，设于除尘***和脱硫***之后，其特征在于：包括脱硝入口烟道、脱硝反应器和脱硝出口烟道；所述脱硝反应器内设低温SCR催化剂；所述脱硝入口烟道连接在脱硝反应器的烟气入口端，其上沿烟气流向依次设置有燃烧器和还原剂喷射装置；所述脱硝出口烟道连接在脱硝反应器的烟气出口端，其尾部与烟囱连通；所述脱硝入口烟道和脱硝出口烟道的并排部分设烟气换热器，实现脱硝出口烟道内高温烟气与脱硝入口烟道内低温烟气的热量交换。
作为本发明的优选技术方案，所述燃烧器为预混火焰燃烧器，燃烧器燃料采用焦炉煤气，助燃风采用烧结烟气，其数量为1～10个。
进一步优选的，所述脱硝入口烟道入口处的烟气温度为60～100℃，经过烟气换热器初步预热至160～170℃。
进一步优选的，所述燃烧器将烟气升温至低温SCR催化剂的最佳活性温度，为180～200 ℃。
进一步优选的，所述烟气换热器为回转式换热器。
更优选的，所述低温SCR催化剂为一层或多层蜂窝式、平板式或波纹板式催化剂，所述低温SCR催化剂的上方设有吹灰器。
此外，本发明还提供一种利用上述***进行的钢铁烧结烟气脱硝方法，其特征在于，包括如下步骤：
首先，经过半干法脱硫后的烧结烟气进入脱硝入口烟道，烟气温度为60～100℃，经过烟气换热器进行初步预热至160～170℃；
其次，初步预热后的烧结烟气进入燃烧器，以焦炉煤气为燃料，以高含氧量的烧结烟气为辅助热风，通过焦炉煤气的燃烧将烧结烟气进一步加热至180～200 ℃；
再次，烧结烟气与还原剂喷射装置喷入的还原剂均匀混合，进入脱硝反应器，在低温SCR催化剂作用下，烟气中的NOx与NH3反应，生成N2和H2O，进行脱销；
然后，脱硝后的烧结烟气进入脱硝出口烟道，经过烟气换热器，将余热传递给脱硝入口烟道中的烧结烟气；
最后，脱硝并降温后的烧结烟气经烟囱排放到大气中。
本发明利用烟气换热器预热烧结烟气，并通入焦炉煤气燃烧升温至SCR低温催化剂最佳活性温度区间，加热后的烟气与喷入的还原剂均匀混合后，进入脱硝反应器，在催化剂的作用下，烟气中的NOx与NH3反应，生成N2和H2O，从而达到脱除氮氧化物目的。与现有技术相比，本发明具有如下优势：
1、适用范围广：本发明适用于新建项目，也适用于钢铁企业现有脱硫工艺的配套改造，仅需在脱硫后建设脱硝装置，与原烧结烟气环保处理***匹配；
2、安全稳定：本发明所述脱硝装置布置于除尘、脱硫装置后，烟气中重金属、灰分、SO2浓度低，有利于催化剂的安全稳定运行；
3、成本低：本发明利用烟气余热和焦炉煤气燃烧提高烟气温度至低温催化剂最佳活性温度区间，充分利用钢厂现有条件，以焦炉煤气为燃料，烧结烟气（含氧量约16%）为辅助热风耗能少，运行成本低；
4、脱硝效率高：随着钢铁行业环保政策逐渐趋于严格，未来氮氧化物排放限值可能进一步降低，本发明脱硝效率可达90%以上，具备环保前瞻性。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：
图1是本发明钢铁烧结烟气脱硝***的示意图。
附图标记：1-烟气换热器；2-燃烧器；3-还原剂喷射装置；4-低温SCR催化剂；5-脱硝入口烟道；6-脱硝反应器；7-脱硝出口烟道；8-烟囱。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的钢铁烧结烟气脱硝***及利用该***进行的脱硝方法的实施例。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。如图1所示，本发明的钢铁烧结烟气脱硝***，设于除尘***和脱硫***之后，包括脱硝入口烟道5、脱硝反应器6和脱硝出口烟道7；脱硝反应器6内设低温SCR催化剂4；脱硝入口烟道5连接在脱硝反应器6的烟气入口端，其上沿烟气流向依次设置有燃烧器2和还原剂喷射装置3；脱硝出口烟道7连接在脱硝反应器6的烟气出口端，其尾部与烟囱8连通；脱硝入口烟道5和脱硝出口烟道7的并排部分设烟气换热器1，实现脱硝出口烟道7内高温烟气与脱硝入口烟道5内低温烟气的热量交换。
其中，燃烧器2为预混火焰燃烧器，燃烧器燃料采用焦炉煤气，助燃风采用烧结烟气，其数量可以为1～10个。脱硝入口烟道5入口处的烟气温度为60～100℃，经过烟气换热器1初步预热至160～170℃。燃烧器2将烟气升温至低温SCR催化剂4的最佳活性温度，为180～200 ℃。烟气换热器1为回转式换热器。低温SCR催化剂4为一层或多层蜂窝式、平板式或波纹板式催化剂，低温SCR催化剂4的上方设有吹灰器。
本发明的脱硝装置布置于除尘、脱硫装置后，经过脱硫后的烧结烟气从脱硝入口烟道5进入，烟气温度约为60～100℃，经过烟气换热器1初步预热至160～170℃；烟气换热器(1)为回转式换热器，充分利用脱硝反应器出口的高温烟气对低温烧结烟气进行传热升温，回收烟气余热，降低能耗；经过GGH初步预热后的烧结烟气进入燃烧升温段，在脱硝入口烟道5内布置若干焦炉煤气燃烧器，通过焦炉煤气燃烧将烟气升温至低温SCR催化剂的最佳活性温度(180～200℃)；燃烧器燃料选用钢铁厂内热值较高的焦炉煤气，以高含氧量的烧结烟气为辅助热风，燃烧器采用预混火焰燃烧器，提高燃烧效率，降低CO生成量；升温后的烧结烟气流经还原剂喷射装置3，与还原剂均匀混合后，进入脱硝反应器6，在催化剂的作用下，NH3与烟气中的NOx进行反应，转换成N2和H2O，实现脱硝的目的；经过脱硝的高温烟气再次进入GGH换热装置，回收脱硝出口烟气余热，用于加热脱硝入口烟气，之后进入烟囱排放。
如，以某400m2烧结机为例，结合附图对本发明的具体结构、工作原理和工作过程作进一步的说明。
本发明的一种钢铁烧结烟气脱硝***，包括烟气换热器1、焦炉煤气燃烧器2、还原剂喷射装置3、低温SCR催化剂4等。
经过半干法脱硫后的烧结烟气温度80℃，NOx浓度为500mg/Nm3，首先进入烟气换热器1预热至160℃。烟气换热器1采用回转式换热器，充分利用脱硝反应器出口的高温烟气对低温烧结烟气进行传热升温。
脱硝入口烟道5设置4台预混燃烧器，以焦炉煤气为燃料，以高含氧量的烧结烟气为辅助热风，通过焦炉煤气的燃烧将预热后的烟气进一步加热至200℃。
随后烟气与还原剂喷射装置3喷入的还原剂均匀混合，进入脱硝反应器6，在低温SCR催化剂4作用下，烟气中的NOx与NH3反应，生成N2和H2O，脱硝效率达到80%，出口NOx浓度100mg/Nm3。
脱硝出口烟气约195℃，经过烟气换热器1，充分利用余热加热入口烟气，最后经烟囱排放到大气中。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种钢铁烧结烟气脱硝***，设于除尘***和脱硫***之后，其特征在于：包括脱硝入口烟道（5）、脱硝反应器（6）和脱硝出口烟道（7）；所述脱硝反应器（6）内设低温SCR催化剂（4）；所述脱硝入口烟道（5）连接在脱硝反应器（6）的烟气入口端，其上沿烟气流向依次设置有燃烧器（2）和还原剂喷射装置（3）；所述脱硝出口烟道（7）连接在脱硝反应器（6）的烟气出口端，其尾部与烟囱（8）连通；所述脱硝入口烟道（5）和脱硝出口烟道（7）的并排部分设烟气换热器（1），实现脱硝出口烟道（7）内高温烟气与脱硝入口烟道（5）内低温烟气的热量交换。
2.根据权利要求1所述的钢铁烧结烟气脱硝***，其特征在于：所述燃烧器（2）为预混火焰燃烧器，燃烧器燃料采用焦炉煤气，助燃风采用烧结烟气，其数量为1～10个。
3.根据权利要求1所述的钢铁烧结烟气脱硝***，其特征在于：所述脱硝入口烟道（5）入口处的烟气温度为60～100℃，经过烟气换热器（1）初步预热至160～170℃。
4.根据权利要求1所述的钢铁烧结烟气脱硝***，其特征在于：所述燃烧器（2）将烟气升温至低温SCR催化剂（4）的最佳活性温度，为180～200 ℃。
5.根据权利要求1所述的钢铁烧结烟气脱硝***，其特征在于：所述烟气换热器(1)为回转式换热器。
6.根据权利1～5任意一项所述的钢铁烧结烟气脱硝***，其特征在于：所述低温SCR催化剂（4）为一层或多层蜂窝式、平板式或波纹板式催化剂，所述低温SCR催化剂（4）的上方设有吹灰器。
7.一种利用权利要求1～6任意一项所述的***进行的钢铁烧结烟气脱硝方法，其特征在于，包括如下步骤：
首先，经过半干法脱硫后的烧结烟气进入脱硝入口烟道（5），烟气温度为60～100℃，经过烟气换热器（1）进行初步预热至160～170℃；
其次，初步预热后的烧结烟气进入燃烧器（2），以焦炉煤气为燃料，以高含氧量的烧结烟气为辅助热风，通过焦炉煤气的燃烧将烧结烟气进一步加热至180～200 ℃；
再次，烧结烟气与还原剂喷射装置（3）喷入的还原剂均匀混合，进入脱硝反应器（6），在低温SCR催化剂（4）作用下，烟气中的NOx与NH3反应，生成N2和H2O，进行脱销；
然后，脱硝后的烧结烟气进入脱硝出口烟道（7），经过烟气换热器（1），将余热传递给脱硝入口烟道（5）中的烧结烟气；
最后，脱硝并降温后的烧结烟气经烟囱（8）排放到大气中。
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