TWI406701B - 使來自退火及酸浸管線之廢氣去氮氧化之方法及特別是用於不銹鋼之熱軋或冷軋之退火及酸浸管線 - Google Patents

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Description

使來自退火及酸浸管線之廢氣去氮氧化之方法及特別是用於不銹鋼之熱軋或冷軋之退火及酸浸管線
本發明係關於一種使來自退火及酸浸管線之廢氣去氮氧化之方法，其中加熱來自酸浸區段之廢氣且藉由選擇性催化還原(SCR)來去氮氧化，及一種特別是用於不銹鋼之熱軋或冷軋之退火及酸浸管線，該退火及酸浸管線包含至少一個退火爐，及至少一個酸浸區段，以及一種用於選擇性催化還原之設備，該設備連接至至少一個酸浸區段之廢氣系統。
至今很長時間以來，習知燃燒設備已使用選擇性催化還原(SCR)技術來使煙氣去氮氧化。在此方法中，氮的氧化物在觸媒之作用下轉化為氮氣及水。此技術亦用於金屬之化學處理(特別是酸浸過程)中之含NOx之廢氣的處理。
SCR觸媒通常要求250℃與300℃之間的操作溫度以產生充分的活性。最低操作溫度將為200℃左右，其為形成硝酸銨之限制因素。當自酸浸管線排出大致為40℃之廢氣時，加熱該等廢氣至SCR所要求之溫度需要較高花費。
與酸浸區段分離之金屬處理管線往往具有配備有低NOx燃燒器之退火爐。在一些操作模式中，難以達到爐廢氣應確保之NOx含量(200 mg/Nm3 至240 mg/Nm3 )，所以若要安全地達到該確保值，則需要額外的花費。
因此，本發明之任務為開始提及之類型的方法，其將確保以最低可能花費達到廢氣中之該NOx值。另一標的為發明一種為達成該目標而設計的退火及酸浸管線。
根據本發明，藉由在進行選擇性催化還原前，將來自退火爐之廢氣之熱量供給至來自酸浸區段之廢氣而解決該第一任務。此意謂退火爐廢氣中之熱含量並不損失，而可用於加熱酸浸管線廢氣以替代外部能量輸入，從而達成SCR處理之目的，以此方式顯著降低總體能量需求。
根據本發明之一第一有利實施例，其預見將酸浸區段之廢氣與來自退火爐之廢氣合併，且使其共同經受選擇性催化還原。藉由此方法，在進行SCR處理前，NOx濃度已顯著降低，其對觸媒能力產生正面影響。另一方面，可排他性根據製造要求來運行該爐，因為其廢氣之NOx含量之略微超越可藉由SCR處理來緩和。
有利地，在合併來自酸浸區段之廢氣與來自退火爐之廢氣前，將來自先前合併的來自酸浸區段及退火爐之廢氣流的熱量供給來自酸浸區段之廢氣。當來自退火爐之廢氣量遠大於來自酸浸區段之廢氣量時，可達成極佳熱傳遞，且因此達成總效率之增加。
在一特別有利的實施例中，其特別係針對在與來自退火爐之廢氣合併前，待供給以來自先前合併且經SCR處理之廢氣流的熱量之來自酸浸區段的廢氣而提供。
本發明之另一實施例係針對待供給以來自外部源之額外熱量的酸浸區段而提供，該額外熱量將補償排出不足夠熱之廢氣或廢氣量太少的任何爐操作狀況。因此，根據本發明之方法亦可用於鐵磁體材料及不銹鋼之熱軋。
較佳地，將酸浸區段中之廢氣加熱至140℃與280℃之間。
根據本發明之另一特徵，在進行選擇性催化還原前，將合併廢氣加熱至200℃與360℃之間。
為達成解決該任務之目的，根據本發明，開始時提及之退火及酸浸管線之特徵在於在進入選擇性催化還原設備前，合併退火爐之廢氣系統與至少一個酸浸區段之廢氣系統。以此方式允許藉由SCR處理來緩和爐廢氣之NOx含量的略微超越，且因此排他性地根據製造要求來運行該爐。甚至在處理前，意欲進行SCR處理之廢氣之NOx濃度亦顯著降低，此正面地影響觸媒能力。
為利用(特別是)爐廢氣中含有之熱量，在合併退火爐與至少一個酸浸區段之廢氣系統前，且在進入選擇性催化還原設備前，有利地使用熱交換器(較佳為復熱器)。
根據該設備之有利實施例，若用於低溫介質之熱交換器之連接係與該至少一個酸浸區段的廢氣系統結合，則可避免用於加熱來自酸浸區段之廢氣的外部能量供給，該能量供給對於SCR技術係必要的，其藉由來自爐之廢氣來達成。
若用於高溫介質之熱交換的連接係連接至退火爐與該至少一個酸浸區段之廢氣系統的合併，則由於具有高溫之大量廢氣與具有低溫之少量廢氣之間的相對比率，可達成特別好的熱傳遞。在此情況下，待進一步饋入至SCR處理之廢氣不必冷卻至SCR設備操作溫度以下。
根據本發明之另一實施例，為了能夠補償由於故障、計劃停止(例如，在不銹鋼之熱軋之情況下)及來自爐之過低廢氣量所引起之任何突然的溫度下降，在來自熱交換器之低溫介質的出口與用於選擇性催化還原的設備之間，安裝燃燒器(較佳為低NOx燃燒器)。
將熱交換器有利地設計為逆流熱交換器。
圖1展示習知退火及酸浸管線之示意性表示，圖2為用於來自圖1中之管線之酸浸區段之廢氣的習知SCR處理的示意性表示，圖3為根據本發明之組態之退火及酸浸管線的示意性表示，且圖4展示根據本發明之用於來自圖3中所示之管線之廢氣的SCR處理的設計。
1．．．退火區段
2．．．預酸浸裝置
3．．．混合酸浸區段
4．．．排氣裝置
5．．．排氣裝置
6．．．排氣裝置
7．．．熱交換器
8．．．燃燒器
9．．．選擇性催化還原反應器
10．．．煙囪
11．．．連接管線
圖1中示意性地表示的管線包含一退火區段1及一酸浸管線，該酸浸管線係由一預酸浸裝置2及一混合酸浸區段3組成。在不銹鋼熱軋處理之情況下，可避免使用退火區段1，或其至少可非常小。特別是在退火爐配備有低NOx燃燒器之情況下(其在現今係常見的)，來自退火區段1中之退火爐之廢氣係經由排氣裝置4排出而未經處理。來自預酸浸裝置2及混合酸浸區段3之廢氣亦經由獨立的排氣裝置5、6排出。
通常，將來自混合酸浸區段3之排氣裝置6連接至如圖2中示意性表示之SCR設備。通常使出自排氣裝置6之來自酸浸區段3之廢氣通過熱交換器(較佳為逆流熱交換器)，以便自通常大致為40℃之溫度預加熱來自酸浸區段之廢氣。將燃燒器8(再次較佳為低NOx燃燒器)配置於熱交換器7之後，該燃燒器將來自酸浸區段之3,000 Nm3 /h至20,000 Nm3 /h之廢氣量加熱至SCR反應器9之操作溫度，通常加熱至至少200℃，但較佳為加熱至250℃至300℃。接著使經處理之廢氣通過熱交換器7，以便在其中預加熱來自酸浸區段3之廢氣。最後，經由煙囪10將廢氣排出至大氣。
相比而言，根據本發明之新型解決方案係針對不獨立進行處理，而係與來自退火區段1之廢氣合併(如連接管線11所表示)且進一步共同被處理之來自混合酸浸區段3的廢氣而提供。藉由使具有高NOx含量之來自酸浸區段之3,000 Nm3 /h至20,000 Nm3 /h的廢氣與具有遠遠更低的NOx含量之來自退火區段1之10,000 Nm3 /h至80,000 Nm3 /h的廢氣合併，使NOx濃度甚至在SCR處理前即顯著降低。
有利地，此可藉由在排氣裝置6之後，將來自混合酸浸區段3之廢氣再次引導通過熱交換器7以便對其加熱來達成。廢氣在離開熱交換器7時被加熱至大致140℃與280℃之間的溫度，然後將其與溫度範圍在250℃與400℃之間的來自退火區段1中之退火爐的廢氣合併，使得廢氣混合物在進入SCR反應器9時，具有範圍在200℃與360℃之間的溫度，該溫度係視相對廢氣量及其溫度而定。因此，SCR反應可在最佳溫度下以最佳效率發生。在SCR處理後之廢氣之溫度仍非常高，接著將廢氣用於傳遞其熱量至來自酸浸區段3之廢氣，且藉由使該等來自SCR處理之廢氣通過熱交換器7以預加熱該等來自酸浸區段3之廢氣，且此後才將其排放至大氣中。此方式由於酸浸廢氣量遠小於高溫混合廢氣量，而獲得特別好的結果，意謂最佳地利用了廢氣之能量。最後，經由煙囪10排出至大氣之廢氣為經最佳去氮氧化之氣體。
若爐操作狀況不產生足夠熱之廢氣排出或產生過低的廢氣量，替代來自退火部分1之廢氣之饋入或除其以外，可在熱交換器7與SCR反應器9之間配置額外的燃燒器(較佳當然亦為低NOx燃燒器)。
4．．．排氣裝置
6．．．排氣裝置
7．．．熱交換器
9．．．選擇性催化還原反應器
10．．．煙囪

Claims (16)

  1. 一種用於使來自退火及酸浸管線之廢氣去氮氧化之方法，其中加熱來自該酸浸區段之廢氣，且藉由選擇性催化還原(SCR)來使其去氮氧化，該方法之特徵為在進行該選擇性催化還原(9)前，將來自該退火爐(1)之廢氣之熱量供給至來自該酸浸區段(3)之廢氣。
  2. 如請求項1之方法，其特徵為使來自該酸浸區段(3)之廢氣與來自該退火爐(1)之廢氣合併，且共同經受選擇性催化還原(9)。
  3. 如請求項2之方法，其特徵為在合併來自該酸浸區段(3)之廢氣與來自該退火爐(1)之廢氣前，將來自先前合併的來自該酸浸區段及該退火爐之廢氣流的熱量供給至來自該酸浸區段(3)之廢氣。
  4. 如請求項3之方法，其特徵為在合併來自該酸浸區段(3)之廢氣與來自該退火爐(1)之廢氣前，將來自先前合併且經選擇性催化還原(9)處理之廢氣流的熱量供給至來自該酸浸區段(3)之廢氣。
  5. 如請求項1至4中任一項之方法，其特徵為將來自外部源之額外熱量供給至來自該酸浸區段(3)之廢氣。
  6. 如請求項1至4中任一項之方法，其特徵為將來自該酸浸區段(3)之廢氣加熱至140℃與280℃之間。
  7. 如請求項1至4中任一項之方法，其特徵為在進行選擇性催化還原(9)前，將該等合併廢氣加熱至200℃與360℃之間。
  8. 一種退火及酸浸管線，其包含至少一個退火爐及至少一個酸浸區段，以及一用於選擇性催化還原之設備，該設備連接至至少一個酸浸區段之廢氣系統，該退火及酸浸管線之特徵為在進入該選擇性催化還原設備(9)前，合併該退火爐(1)之廢氣系統與該至少一個酸浸區段(3)之廢氣系統。
  9. 如請求項8之退火及酸浸管線，其特徵為在該退火爐(1)之廢氣系統與該至少一個酸浸區段(3)之廢氣系統之該合併前，且在進入該選擇性催化還原設備(9)前，使用一熱交換器(7)。
  10. 如請求項9之退火及酸浸管線，其特徵為用於低溫介質之該熱交換器(7)係連接至該至少一個酸浸區段(3)之廢氣系統。
  11. 如請求項10之退火及酸浸管線，其特徵為用於高溫介質之該熱交換器(7)之連接係與該爐之廢氣系統與該至少一個酸浸區段(3)之廢氣系統的該合併結合。
  12. 如請求項9至11中任一項之退火及酸浸管線，其特徵為在來自該熱交換器(7)之該低溫介質之出口與該選擇性催化還原設備(9)之間，安裝一燃燒器。
  13. 如請求項9至11中任一項之退火及酸浸管線，其特徵為將該熱交換器(7)有利地設計為一逆流熱交換器。
  14. 如請求項8之退火及酸浸管，其係用於不銹鋼之熱軋或冷軋。
  15. 如請求項9之退火及酸浸管，其中該熱交換器係一復熱 器。
  16. 如請求項12之退火及酸浸管，其中該燃燒器係一低NOx燃燒器。
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