CN110585900A - 一种焦炉烟气脱硝及余热利用联合装置及利用其进行脱硝的方法 - Google Patents

一种焦炉烟气脱硝及余热利用联合装置及利用其进行脱硝的方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种焦炉烟气脱硝及余热利用联合装置及利用其进行脱硝的方法，属于焦炉烟气脱硝技术领域，包括入口烟道、脱硝反应器和汽包，所述入口烟道设有烟气进口、氨气进口管道和三条烟气出口管道，每条烟气出口管道和脱硝反应器顶部对应的进口相连，脱硝反应器的下部壳体上设有净烟气出口，净烟气出口上方的脱硝反应器腔体内从上至下依次设有烟气均流构件、脱硝催化剂、蒸发换热器和预热换热器，蒸发换热器的进口和出口分别通过管线和汽包相连，预热蒸发器的进口连有软水管线，预热蒸发器的出口通过热水管线和汽包相连。利用本发明的装置，每年减排NOx2500吨，回收蒸汽每年10万吨，脱硝效率大于96%。

Description

一种焦炉烟气脱硝及余热利用联合装置及利用其进行脱硝的 方法
技术领域
本发明属于焦炉烟气脱硝领域，具体涉及一种焦炉烟气脱硝及余热利用联合装置及利用其进行脱硝的方法。
背景技术
对于烟气脱硝，采用氨为原料还原法成熟且可靠，反应原理如下：NO+0.25O2+NH3＝N2+1.5H2O，氨将NOx还原为氮气和水，消除了污染。1molNO消耗1mol氨，折算为1吨NO2消耗0.37吨氨。该项目按最大值设计，每小时将消耗氨为130kg。该方法分为无催化剂的非催化选择性还原法(Selectively non-catalytic reduction,SNCR)，和有催化剂的选择性催化还原法(Selectively catalytic reduction,SCR)。SNCR法要求反应温度在850-950℃，脱硝效率在50-70％之间。很显然，焦炉烟道气不适合采用SNCR。
焦炉烟道气有如下特点：
(1)温度较低，一般温度在200-2240℃之间，正常温度220℃左右。尽管烟气温度也是从1300-1500℃左右降到这个温度的，由于焦炉结构的特殊性(采用蓄热换热式方式，而锅炉采用的是管式换热方式)，几乎不可能在焦炉内串插催化剂层，只能利用这个烟气的温度区实施脱硝。
(2)烟气NOx含量较高，在800-1200mg/Nm3之间。
(3)含尘量较低，一般在30mg/Nm3左右，小于100mg/Nm3。
这样，常规的锅炉用催化剂就不太适合于焦炉烟道气脱硝。
焦炉烟道气带出的余热占整个焦化***余热利用的近三分之一。过去为了省去烟气出口引风机及其可能带来的问题，烟气直接从地下烟道联通烟囱排出，对于焦炉的燃烧室而言，直接构成爬力，为焦炉提供空气。
近年来，随着节能，尤其环保标准的提高，焦炉烟道气的余热利用成为一个重要的方向。但是由于焦炉烟道气的特殊性，目前的余热利用装置运行容易出现运行稳定性的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种焦炉烟气脱硝及余热利用联合装置及利用其进行脱硝的方法。
基于上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种焦炉烟气脱硝及余热利用联合装置，包括入口烟道、脱硝反应器和汽包，所述入口烟道设有烟气进口、氨气进口管道和三条烟气出口管道，每条烟气出口管道和脱硝反应器顶部对应的进口相连，脱硝反应器的下部壳体上设有净烟气出口，净烟气出口上方的脱硝反应器腔体内从上至下依次设有烟气均流构件、脱硝催化剂、蒸发换热器和预热换热器，蒸发换热器的进口和出口分别通过管线和汽包相连，预热蒸发器的进口连有软水管线，预热蒸发器的出口通过热水管线和汽包相连，所述汽包设有蒸汽输出管。
进一步地，所述入口烟道呈S型，由上水平部、下水平部以及连接上下水平部的竖直部组成，下水平部的左端进口为烟气进口，上水平部的右端分支设有三条烟气出口管道，每条烟气出口管道上均设有煤气燃烧器，煤气燃烧器和煤气管线连通，脱硝反应器的顶部设有三个进口，三条烟气出口管道分别与脱硝反应器顶部的三个进口相连，脱硝反应器的腔体内设有两个分隔板，分隔板向上延伸至脱硝反应器腔体的顶部，向下延伸至脱硝催化剂的底部。
进一步地，入口烟道竖直部的下方设有氨气混合构件，氨气混合构件与入口烟道外部的氨气进口管道相连接，所述氨气混合构件包括氨气支管，氨气支管上垂直设有射流管。
进一步地，所述脱硝催化剂从上至下间隔设有三层，每层装填高度为1.0至1.8米，且相邻层的间距为1.0至1.6米。
进一步地，所述烟气均流构件为孔板，孔板的厚度为6至20mm，且孔板的开孔为方孔、圆孔或条形孔，孔的流通面积是脱硝反应器横截面积的四分之一到三分之一。
进一步地，所述所述催化剂为蜂窝状催化剂，蜂窝孔为圆形孔或方形孔或六角形孔，所述蜂窝空大小为3至6毫米，所述蜂窝状催化剂为含有MoO3的V2O5/TiO2催化剂，且MoO3的质量占催化剂总量的2.5至5％之间，V2O5的质量占催化剂总量的在1.5至3.0％。
进一步地，所述蒸发换热器和所述预热换热器均为带有翅片管的管式换热器，且所述翅片的材质为铝片，翅片的间距为3mm至6mm，翅片高度为25mm至45mm。
利用上述焦炉烟气脱硝及余热利用联合装置进行脱硝的方法，包括如下步骤：
(1)将脱硫后的温度为200-240℃、NOX含量600-1200mg/Nm3的烟气通过烟气进口进入入口烟道内，氨水蒸汽通过氨气进口管道进入氨气混合构件并喷射出来和氨气混合得到混合气，使NH3/NO的摩尔比在0.95-1.05之间，
(2)将混合气经过煤气燃烧器时，煤气燃烧器对其进行加热，加热后的混合气通过烟气均流构件进入催化剂层，在催化剂的催化作用下，NH3和NO进行反应；
(3)脱硝后的烟气中NOx含量小于50mg/Nm3，依次与蒸发换热器、预热换热器进行接触，换热后的烟气温度为150～170℃，通过净烟气出口排出。
优选地，所述氨水蒸汽为浓度10-20wt％的氨水溶液经过汽化而得，氨水蒸汽的温度为140℃，体积流量为900-1350m3/hr，烟气流量为54万m3/hr，射流管的速度≥80m/s。
利用本发明的装置和催化剂，每年减排NOx为2500吨，回收蒸汽每年10万吨，脱硝效率：大于96％；出口NOx：小于50mg/Nm3，催化剂使用周期大于两年，取得了很好的经济效益。
附图说明
图1是本发明焦炉烟气脱硝及余热利用联合装置的结构示意图；
图2是图1中氨气混合构件的结构示意图。
具体实施方式
以下根据附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明，但不作为对本发明保护范围的限制。
实施例1
一种焦炉烟气脱硝及余热利用联合装置，如图1所示，包括入口烟道200、脱硝反应器100和汽包300，所述入口烟道200设有烟气进口、氨气进口管道1和三条烟气出口管道，每条烟气出口管道和脱硝反应器100顶部对应的进口相连，脱硝反应器100的下部壳体上设有净烟气出口9，净烟气出口9上方的脱硝反应器腔体内从上至下依次设有烟气均流构件30、脱硝催化剂40、蒸发换热器50和预热换热器60，所述汽包300通过下降水管线5与蒸发换热器50的进口相连，蒸发换热器50的出口通过上升水管线6和汽包300相连，预热蒸发器60的进口连有软水管线2，预热蒸发器60的出口通过热水管线4和汽包300相连。所述汽包300上设有蒸汽输出管7。
所述入口烟道200呈S型，由上水平部、下水平部以及连接上下水平部的竖直部组成，下水平部的左端进口为烟气进口，上水平部的右端分支设有三条烟气出口管道，每条烟气出口管道上均设有煤气燃烧器400，煤气燃烧器400和煤气管线3连通，脱硝反应器100的顶部设有三个进口，三条烟气出口管道分别与脱硝反应器100顶部的三个进口相连，脱硝反应器100的腔体内设有两个分隔板20，分隔板20向上延伸至脱硝反应器100腔体的顶部，向下延伸至脱硝催化剂40的底部。
入口烟道200竖直部的下方设有氨气混合构件10，氨气混合构件10与入口烟道100外部的氨气进口管道1相连接，如图2所示，所述氨气混合构件10包括氨气支管12，氨气支管12上垂直设有射流管11，射流管11呈矩阵分布。
所述脱硝催化剂40从上至下间隔设有三层，每层装填高度为1.0至1.8米，且相邻层的间距为1.0至1.6米。
所述烟气均流构件30为孔板，孔板的厚度为6至20mm，且孔板的开孔为方孔、圆孔或条形孔，孔的流通面积是脱硝反应器100横截面积的四分之一到三分之一。
所述所述脱硝催化剂40为蜂窝状催化剂，蜂窝孔为圆形孔或方形孔或六角形孔，所述蜂窝空大小为3至6毫米，所述蜂窝状催化剂为含有MoO3的V2O5/TiO2催化剂，且MoO3的质量占催化剂总量的2.5至5％之间，V2O5的质量占催化剂总量的在1.5至3.0％。
本项目采用了一种适合于焦炉烟气的低中温脱硝催化剂，催化剂的化学组份为钒V2O5，钼MoO3和钛TiO2，即V2O5-MoO3/TiO2，其中钒是活性组份，钼是电子和结构助剂，钛是载体。称为钒-钼-钛催化剂，称为钼系催化剂。
该催化剂具有以下特点：
①起始活性温度低，一般钨系为200℃，而钼系催化剂150℃；
②耐硫中毒性高，因为MoO3是耐硫变换催化剂的主要活性组份，硫对钼系催化剂还有促进作用。因此，钼系催化剂很适合焦炉烟气的情况(焦炉存在炭化室到燃烧室的串漏，尤其是老焦炉，烟气存在微量有机硫和硫化氢)；
③钼系催化剂具有更好的抑制SO2氧化的能力，降低烟气中的SO3含量，提高催化剂的使用寿命；
④钼系催化剂具有更高的抗水能力。这一点尤其适合焦炉烟气，因为一般焦炉烟气的含水量在20％左右，而常规锅炉烟气在5-8％之间。
进一步地，所述蒸发换热器50和所述预热换热器60均为带有翅片管的管式换热器，且所述翅片的材质为铝片，翅片的间距为3mm至6mm，翅片高度为25mm至45mm。
利用上述焦炉烟气脱硝及余热利用联合装置进行脱硝的方法，包括如下步骤：
(1)将脱硫后的温度为200-240℃、NOX含量600-1200mg/Nm3的烟气通过烟气进口进入入口烟道100内，氨水蒸汽通过氨气进口管道1进入氨气混合构件10并喷射出来和氨气混合得到混合气，使NH3/NO的摩尔比在0.95-1.05之间；
(2)将混合气经过煤气燃烧器400时，煤气燃烧器400对其进行加热，加热后的混合气通过烟气均流构件30进入催化剂层，在催化剂的催化作用下，NH3和NO进行反应；
(3)脱硝后的烟气中NOx含量小于50mg/Nm3，依次与蒸发换热器50、预热换热器60进行接触，换热后的烟气温度为150～170℃，通过净烟气出口9排出。
脱硝后的烟气仍然是高温的气体混合物，软水进入预热换热器60后与烟气进行初步换热，加热后的软水进入汽包300，汽包300内的水通过蒸发换热器50与热烟气进行换热，使水汽化为水蒸汽，在汽包300内蒸汽与水分离产生0.6MPa饱和蒸汽，通过蒸汽输出管7对外输出。
优选地，所述氨水蒸汽为浓度10-20wt％的氨水溶液经过汽化而得，氨水蒸汽的温度为140℃，体积流量为900-1350m3/hr，烟气流量为54万m3/hr，射流管11的速度≥80m/s。
以焦炉满负荷烟气量27万Nm3/hr来计，烟气中NOx含量1000mg/Nm3，温度260℃。脱硝效率为96％，蒸汽产量为14T/hr。年脱硝总量为2270.6吨，年产蒸汽量为12.264万吨。
焦炉烟道气脱硝及余热利用一体化项目168小时检测数据。本项目各个技术指标均达到超低排放标准。下表中，二氧化硫：mg/Nm3，氮氧化物：mg/Nm3，烟气量：Nm3/hr。
2018年12月12日
2018年12月13日
2018年12月14日
2018年12月15日
2018年12月16日
2018年12月17日
2018年12月18日
由以上监测数据可知，本发明装置运行状况良好。通过实施焦炉烟道气脱硝及余热利用联合装置，烟道气排放氮氧化物小于50mg/Nm3，余热副产蒸汽8t/h，其排放指标均优于河南省超低排放(SO2<35mg/Nm3、尘<10mg/Nm3、NOX<50mg/Nm3)标准，经济、环保效益显著。从保护环境和节约能源观点出发，研究并实施该技术具有长远的社会意义，推广应用前景广阔。

Claims (9)

1.一种焦炉烟气脱硝及余热利用联合装置，包括入口烟道、脱硝反应器和汽包，其特征在于，所述入口烟道设有烟气进口、氨气进口管道和三条烟气出口管道，每条烟气出口管道和脱硝反应器顶部对应的进口相连，脱硝反应器的下部壳体上设有净烟气出口，净烟气出口上方的脱硝反应器腔体内从上至下依次设有烟气均流构件、脱硝催化剂、蒸发换热器和预热换热器，蒸发换热器的进口和出口分别通过管线和汽包相连，预热蒸发器的进口连有软水管线，预热蒸发器的出口通过热水管线和汽包相连，所述汽包设有蒸汽输出管。
2.根据权利要求1所述焦炉烟气脱硝及余热利用联合装置，其特征在于，所述入口烟道呈S型，由上水平部、下水平部以及连接上下水平部的竖直部组成，下水平部的左端进口为烟气进口，上水平部的右端分支设有三条烟气出口管道，每条烟气出口管道上均设有煤气燃烧器，煤气燃烧器和煤气管线连通，脱硝反应器的顶部设有三个进口，三条烟气出口管道分别与脱硝反应器顶部的三个进口相连，脱硝反应器的腔体内设有两个分隔板，分隔板向上延伸至脱硝反应器腔体的顶部，向下延伸至脱硝催化剂的底部。
3.根据权利要求2所述焦炉烟气脱硝及余热利用联合装置，其特征在于，入口烟道竖直部的下方设有氨气混合构件，氨气混合构件与入口烟道外部的氨气进口管道相连接，所述氨气混合构件包括氨气支管，氨气支管上垂直设有射流管。
4.根据权利要求1所述焦炉烟气脱硝及余热利用联合装置，其特征在于，所述脱硝催化剂从上至下间隔设有三层，每层装填高度为1.0至1.8米，且相邻层的间距为1.0至1.6米。
5.根据权利要求1所述焦炉烟气脱硝及余热利用联合装置，其特征在于，所述烟气均流构件为孔板，孔板的厚度为6 mm至20mm，且孔板的开孔为方孔、圆孔或条形孔，孔的流通面积是脱硝反应器横截面积的四分之一到三分之一。
6.根据权利要求1所述焦炉烟气脱硝及余热利用联合装置，其特征在于，所述所述催化剂为蜂窝状催化剂，蜂窝孔为圆形孔或方形孔或六角形孔，所述蜂窝空大小为3至6毫米，所述蜂窝状催化剂为含有MoO3的V2O5/TiO2催化剂，且MoO3的质量占催化剂总量的2.5至5%之间，V2O5的质量占催化剂总量的在1.5至3.0%。
7.根据权利要求1所述焦炉烟气脱硝及余热利用联合装置，其特征在于，所述蒸发换热器和所述预热换热器均为带有翅片管的管式换热器，且所述翅片的材质为铝片，翅片的间距为3 mm至6mm，翅片高度为25 mm至45mm。
8.利用权利要求1至7任一所述的焦炉烟气脱硝及余热利用联合装置进行脱硝的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将脱硫后的温度为200-240℃、NOX含量600-1200mg/Nm3的烟气通过烟气进口进入入口烟道内，氨水蒸汽通过氨气进口管道进入氨气混合构件并喷射出来和氨气混合得到混合气，使NH3/NO的摩尔比在0.95-1.05之间，
（2）将混合气经过煤气燃烧器时，煤气燃烧器对其进行加热，加热后的混合气通过烟气均流构件进入催化剂层，在催化剂的催化作用下，NH3和NO进行反应；
（3）脱硝后的烟气中NOx含量小于50mg/Nm3，依次与蒸发换热器、预热换热器进行接触，换热后的烟气温度为150~170℃，通过净烟气出口排出。
9.根据权利要求8所述的进行脱硝的方法，其特征在于，所述氨水蒸汽为浓度10-20wt%的氨水溶液经过汽化而得，氨水蒸汽的温度为140℃，体积流量为900-1350m3/hr，烟气流量为54万m3/hr，射流管的速度≥80m/s。
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