CN104190253A - 焦炉烟气scr脱硝系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种焦炉烟气SCR脱硝系统，通过设置回转式烟气换热器和管道燃烧器进行二级加热解决了焦炉烟气温度较低的问题；管道燃烧器的配置，既可以保证脱硝系统需要的高温烟气，同时可以对催化剂进行更高温度的处理，提高催化剂的效率及寿命；通过设置引风机使脱硝系统负压操作，可以避免烟气、氨气泄漏至大气中，特别是避免正压运行粉尘、氨气泄漏至大气中对周围环境造成危害，另外，脱硝系统采用负压操作，助燃、稀释风机压头可以有效降低，而不影响管道燃烧器的烧嘴、喷氨格栅的喷射效果，从而降低投资和运行费用；此外，所用还原剂可以为液氨或氨水，此还原剂可以外购或使用厂区现有资源。
Description
技术领域
本发明涉及焦炉烟气净化技术领域，特别涉及一种焦炉烟气SCR（选择性催化还原法）脱硝系统。
背景技术
炼焦行业是大气污染物主要排放行业之一，其对环境的影响受到了越来越多人的重视，为此，国家于2012年6月27日发布并要求在2012 年10月1日开始实施《炼焦化学工业污染物排放标准》( GB16171—2012)，第一次将焦炉烟囱排放的氮氧化物（NOx）列为我国炼焦行业大气污染物排放的控制指标，并对现有企业、新建企业以及“需要采取特别保护措施的地区”的企业分别规定了排放限值，但就目前焦炉工艺及采用焦炉煤气加热或余热回收的技术而言，都无法满足此新排放标准要求，因此，焦炉烟气脱硝成为了焦化行业目前面临的最头疼问题之一。
目前焦炉烟气脱硝刚起步，还没有成熟的工艺技术可以采用，其他行业脱硝技术主要有炉内低NOx燃烧和炉后烟气脱硝两大类，炉内低NOx燃烧技术主要通过控制炉内的燃烧气氛，利用欠氧燃烧环境及欠氧燃烧生成的CO、C、HCN与NH2等中间产物来抑制和/或还原已经生成的NOx，从而在源头降低NOx的产生量，此技术对降低NOx的排放非常有限，无法满足目前焦炉烟气排放标准要求，并且对窑炉的热效率具有一定的影响；炉后烟气脱硝技术主要有采用活性炭等多孔介质的气相吸附法、采用EDTA、FeSO4等的液相吸收法、利用电子束、脉冲电晕放电的等离子体法、O3氧化吸收法、选择性非催化还原（SNCR）法、选择性催化还原（SCR）法等，其中液相吸收、等离子体脱硝技术基本处于实验室研究阶段，而活性炭吸附、O3氧化吸收法，由于需要大量的活性炭或生产O3的高电耗，系统运行费用偏高，目前主要应用于较小烟气量或现场拥有活性炭或O3应用条件的项目中；SNCR脱硝技术是将NH3喷射至900-1100℃的烟气中，在高温条件、NH3与烟气具有足够的停留时间情况下，NH3将NOx还原为N2，由于高温条件下存在NH3的氧化副反应，不能保证NH3与烟气充分混合及要求的停留时间，因此，脱硝效率通常只有30-40%，也无法在焦炉烟气脱硝中有效应用；SCR脱硝技术是目前燃煤锅炉烟气脱硝中运行最稳定、应用最可靠的技术，参考价值最大，但焦炉烟气温度较低，无法满足常规SCR脱硝反应温度要求，因此，也无法在焦炉烟气脱硝领域直接应用。
发明内容
本发明提供一种焦炉烟气SCR脱硝系统，以解决现有技术中的上述缺陷。
本发明的技术方案如下：
一种焦炉烟气SCR脱硝系统，主要包括：
回转式烟气换热器、管道燃烧器、氨气喷射格栅、氨/烟气静态混合器、整流器、SCR反应器、引风机，其中，
所述回转式烟气换热器包括第一冷端入口、第一热端出口和第二热端入口、第二冷端出口，所述第一冷端入口为待处理烟气的入口，所述第一热端出口为待处理烟气加热后的出口，所述第二热端入口为所述处理后的烟气的入口，所述第二冷端出口为所述处理后的烟气的出口，其中，所述第一冷端入口与焦炉出口烟道连接，所述第一热端出口通过烟道与所述管道燃烧器连接，所述第二热端入口通过烟道与所述SCR反应器连接，所述第二冷端出口通过烟道与所述引风机连接，所述引风机将所述处理后的烟气送入烟囱排放；
所述回转式烟气换热器的第一热端出口与所述SCR反应器之间连接的烟道内部依次设置所述管道燃烧器、所述氨气喷射格栅和所述氨/烟气静态混合器，所述整流器设置于所述SCR反应器入口；
所述氨气喷射格栅的入口连接一氨气/空气混合器，所述氨气/空气混合器的一入口依次连接一氨气缓冲罐、一氨气发生器、一氨水或液氨储存装置，所述氨气/空气混合器的另一入口连接一风机用于氨气稀释，所述风机同时还与所述管道燃烧器连接用于燃气炉助燃。氨水或液氨储存装置可为罐状等常用储存设备。
根据实际需要，所述氨气发生器与所述氨水或液氨储存装置之间还可以设置有增压泵。
优选地，还包括与所述烟囱连接的一旁路烟道，所述旁路烟道、与所述回转式烟气换热器的第一冷端入口连接的烟道及所述引风机与所述烟囱之间的烟道上分别设置烟气挡板门，通过调节该些烟气挡板门使焦炉烟气经过所述SCR脱硝系统，或不经过所述SCR脱硝系统而直接从所述烟囱排放。
优选地，所述SCR反应器内装填一层或多层蜂窝式、平板式或波纹板式催化剂，所述催化剂层的上方设置有声波式吹灰器和/或蒸汽吹灰器。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明提供了一种可在焦炉烟气脱硝领域直接应用的SCR脱硝系统，通过回转式烟气换热器和管道燃烧器二级加热解决了焦炉烟气温度较低的问题；此外，还通过采用引风机使脱硝系统负压操作，可以避免烟气、氨气泄漏至大气中，特别是避免正压运行粉尘、氨气泄漏至大气中对周围环境造成危害，另外，脱硝系统采用负压操作，助燃、稀释风机压头可以有效降低，而不影响管道燃烧器的烧嘴、喷氨格栅的喷射效果，从而降低投资和运行费用。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1为本发明实施例的焦炉烟气SCR脱硝系统的示意图，图中标号，
1. 烟囱； 2. 回转式烟气换热器； 3. 管道燃烧器； 4. 氨气喷射格栅； 5. 氨/烟气静态混合器； 6. 整流器； 7. 催化剂； 8. SCR反应器； 9. 吹灰器； 10. 脱硝系统引风机； 11. 助燃、稀释风机； 12. 氨气/空气混合器； 13. 氨水或液氨槽； 14. 增压泵； 15. 氨气发生器； 16. 氨气缓冲槽； 17. 烟气挡板门。
具体实施方式
本发明提供一种焦炉烟气SCR脱硝系统，主要包括：
回转式烟气换热器、管道燃烧器、氨气喷射格栅、氨/烟气静态混合器、整流器、SCR反应器、引风机，其中，
所述回转式烟气换热器包括第一冷端入口、第一热端出口和第二热端入口、第二冷端出口，所述第一冷端入口为待处理烟气的入口，所述第一热端出口为待处理烟气加热后的出口，所述第二热端入口为所述处理后的烟气的入口，所述第二冷端出口为所述处理后的烟气的出口，其中，所述第一冷端入口与焦炉出口烟道连接，所述第一热端出口通过烟道与所述管道燃烧器连接，所述第二热端入口通过烟道与所述SCR反应器连接，所述第二冷端出口通过烟道与所述引风机连接，所述引风机将所述处理后的烟气送入烟囱排放；
所述回转式烟气换热器的第一热端出口与所述SCR反应器之间连接的烟道内部依次设置所述管道燃烧器、所述氨气喷射格栅和所述氨/烟气静态混合器，所述整流器设置于所述SCR反应器入口；
所述氨气喷射格栅的入口连接一氨气/空气混合器，所述氨气/空气混合器的一入口依次连接一氨气缓冲罐、一氨气发生器、一氨水或液氨储存装置，所述氨气/空气混合器的另一入口连接一风机用于氨气稀释，所述风机同时还与所述管道燃烧器连接用于燃气炉助燃。
下方结合具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例
本实施例提供一种在焦炉烟气脱硝领域普遍采用的SCR脱硝系统，利用氨气在催化剂的作用下，选择性还原烟气中NOx为无毒无害的N2，满足国家最新焦炉烟气NOx排放标准要求。
请参见图1，本实施例的焦炉烟气SCR脱硝系统包括：回转式烟气换热器2、管道燃烧器3、氨气喷射格栅4及氨气/空气混合器12、SCR反应器8、引风机（即脱硝系统引风机）10等，其中，回转式烟气换热器2的第一冷端入口与焦炉出口烟道连接，SCR反应器8的入口与回转式烟气换热器2的第一热端出口的烟道连接，该回转式烟气换热器2的第一热端出口与SCR反应器8之间连接的烟道内部依次设置管道燃烧器3、氨气喷射格栅4和氨/烟气静态混合器5，氨气喷射格栅4的入口与氨气/空气混合器12的出口管道连接，SCR反应器8的出口端与回转式烟气换热器2的第二热端入口的烟道连接，回转式烟气换热器2的第二冷端出口与引风机10烟道连接，最后烟气经引风机10送至烟囱1排放；氨气/空气混合器12的一个入口与具助燃、稀释作用的风机（即助燃、稀释风机）11管道连接，另一个入口依次管道连接氨气缓冲槽16、氨气发生器15、增压泵14（如需）、氨水/液氨储槽13。氨水/液氨储槽13经增压泵14（如需）与氨气发生器15连接，氨水/液氨通过氨气发生器15进行气化，气化后的氨气存储在氨气缓冲槽16中，利用助燃、稀释风机11送来的空气于氨空气混合器内混合稀释，通过氨气喷射格栅，喷入脱硝系统入口烟道中，在氨气/烟气静态混合器5的扰动下充分混合，经过导流板、整流器等进入SCR反应器进行反应。此外，用于助燃和用于稀释的风机也可以分别设置。
其中，管道燃烧器燃料耗量依据SCR反应器入口烟气温度作为依据，运行时，根据烟气温度、烟气量、NOx浓度，调整氨喷入量和燃料消耗量。所用燃料为焦化厂现有/外购焦炉煤气（COG）、高炉煤气（BFG）、混合煤气（COG+BFG）或天然气。
烟气由焦炉出口烟道进入本实施例的焦炉烟气SCR脱硝系统，首先经回转式烟气换热器2一级升温，再经过后端烟道内管道燃烧器3二级升温后，经氨气喷射格栅4，与其喷射出的氨/空气混合气体混合，经氨气/烟气静态混合器5扰流进一步混合，并经整流器6疏导烟气流场使烟气尽可能垂直、均匀的进入脱硝催化剂，然后进入SCR反应器8，其中氨与NOx在催化剂表面进行选择性催化还原反应，其主要过程为：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O
该系列反应为放热反应，其中第一个反应式为主要反应。经脱硝后的烟气进入回转式烟气换热器2的第二热端入口将热量回收后，由第二冷端出口排出并由引风机10送至烟囱1排放。
其中，回转式换热器和管道燃烧器根据焦炉烟气及脱硝催化剂需要的反应温度进行烟气换热和/或加热，保证催化剂的设计脱硝效率和使用寿命；如脱硝系统随着使用时间的累加导致催化剂活性的降低，可以通过升高烟气温度并停止喷氨，对催化剂进行高温焙烧处理，清除催化剂表面的可逆性毒物，恢复部分催化剂活性，从而提高脱硝效率，延长催化剂的化学寿命。
为了确保具有较高的脱硝效率，本实施例的SCR反应器8内装填一层或多层蜂窝式、平板式或波纹板式催化剂7，SCR反应器内的烟气流速范围4-7m/s；同时为了减少飞灰的累积导致催化剂失活，催化剂层的上方设置有声波式吹灰器和/或蒸汽吹灰器9。
为了确保烟气温度达到催化剂催化反应需要的适宜温度，提高脱硝效率，本实施例在脱硝系统内部安装有回转式烟气换热器，通过SCR反应器8的进出口之间烟气的换热，将进入SCR反应器8的烟气进行一级升温。
为了确保烟气温度达到催化剂催化反应的适宜温度，保证催化剂的脱硝效率和使用寿命，本实施例在回转式烟气换热器2与SCR反应器8连接的烟道内部安装有管道燃烧器，将烟气进行二级升温，达到催化反应所需的适宜温度，另外，可以通过催化剂的高温不喷氨焙烧，清除催化剂表面的可逆性毒物，部分恢复催化剂的活性。
为了确保进入催化剂的烟气均匀性，喷入的氨气能与烟气均匀的混合，降低氨逃逸率，本实施例的回转式烟气换热器2的第一热端出口与SCR反应器8的入口连接的烟道内部安装氨气喷射格栅4、氨气/烟气静态混合器5、整流器6，烟气与氨气充分接触混合后，进入催化剂表面反应。
由于在现有焦炉排放装置上增加了脱硝系统，排放的烟气阻力降大大增加，本实施例在回转式烟气换热器2的第二冷端出口与烟囱1之间设置脱硝系统引风机10，既克服脱硝系统增加阻力降，同时保证脱硝系统负压操作，防止烟气等的泄漏。另外，脱硝系统采用负压操作，助燃、稀释风机压头可以有效降低，而不影响烧嘴、喷氨格栅的喷射效果，从而降低投资和运行费用。
为了降低运行费用，节约能耗，减少CO2的排放量，本实施例在进出SCR反应器8的烟气间通过回转式烟气换热器2进行换热，保证热量在脱硝系统内部循环利用，回收热量后的烟气经烟囱1排放。
根据焦炉实际运行的高运转率、间歇性现状，本实施例的脱硝系统还包括与烟囱1连接的一旁路烟道，该旁路烟道、与回转式烟气换热器2的第一冷端入口连接的烟道及引风机10与烟囱1之间的烟道上分别设置烟气挡板门17，根据焦炉运行条件、烟气温度及排放NOx浓度的运行状况，通过调节该些烟气挡板门，使焦炉烟气经过SCR脱硝系统，或不经过所述SCR脱硝系统而直接从所述烟囱排放。
根据焦化厂现场条件，本脱硝工艺中作为还原剂的氨水/液氨可以是焦化厂多余副产品，也可以是外购产品，对应蒸发器、缓冲罐、管道等可以适应液氨或氨水工艺系统需要。
本实施例提供的焦炉烟气SCR脱硝系统设置了回转式烟气换热器2、管道燃烧器3，保证脱硝催化剂要求的烟气温度，因此，使用的催化剂可以是高温脱硝催化剂，也可以是中温、低温脱硝催化剂，充分适应系统运行条件及脱硝系统市场状况，可以根据项目现场情况确定最终的催化剂选型，从而适应不同项目条件需要，减少脱硝系统运行费用。
本发明的脱硝系统中，氨气稀释风机与燃气炉助燃风机合用为一个风机11，稀释风机和助燃风机在脱硝系统启动之前都需要先行启动，而脱硝系统停运时同样需要延时关闭或持续运行，另外，两种风需要的压力相当，因此，本发明两种风使用同一风机提供，既可以降低投资，又可以减少控制参数，提高了脱硝系统运行稳定性。
本发明提供了一种可在焦炉烟气脱硝领域直接应用的SCR脱硝系统，通过回转式烟气换热器和管道燃烧器二级加热解决了焦炉烟气温度较低的问题；此外，还通过采用引风机使脱硝系统负压操作，可以避免烟气、氨气泄漏至大气中，特别是避免正压运行粉尘、氨气泄漏至大气中对周围环境造成危害，另外，脱硝系统采用负压操作，助燃、稀释风机压头可以有效降低，而不影响管道燃烧器的烧嘴、喷氨格栅的喷射效果，从而降低投资和运行费用。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (8)
1.一种焦炉烟气SCR脱硝系统，其特征在于，主要包括：
回转式烟气换热器、管道燃烧器、氨气喷射格栅、氨/烟气静态混合器、整流器、SCR反应器、引风机，其中，
所述回转式烟气换热器包括第一冷端入口、第一热端出口和第二热端入口、第二冷端出口，所述第一冷端入口为待处理烟气的入口，所述第一热端出口为待处理烟气加热后的出口，所述第二热端入口为所述处理后的烟气的入口，所述第二冷端出口为所述处理后的烟气的出口，其中，所述第一冷端入口与焦炉出口烟道连接，所述第一热端出口通过烟道与所述管道燃烧器连接，所述第二热端入口通过烟道与所述SCR反应器连接，所述第二冷端出口通过烟道与所述引风机连接，所述引风机将所述处理后的烟气送入烟囱排放；
所述回转式烟气换热器的第一热端出口与所述SCR反应器之间连接的烟道内部依次设置所述管道燃烧器、所述氨气喷射格栅和所述氨/烟气静态混合器，所述整流器设置于所述SCR反应器入口；其中，所述管道燃烧器配套设置一助燃风机；
所述氨气喷射格栅的入口连接一氨气/空气混合器，所述氨气/空气混合器的一入口依次连接一氨气缓冲罐、一氨气发生器、一氨水或液氨储存装置，所述氨气/空气混合器的另一入口连接一稀释风机用于氨气稀释。
2.如权利要求1所述的焦炉烟气SCR脱硝系统，其特征在于，所述氨气发生器与所述氨水或液氨储存装置之间还设置有增压泵。
3.如权利要求1所述的焦炉烟气SCR脱硝系统，其特征在于，还包括与所述烟囱连接的一旁路烟道，所述旁路烟道、与所述回转式烟气换热器的第一冷端入口连接的烟道及所述引风机与所述烟囱之间的烟道上分别设置烟气挡板门，通过调节这些烟气挡板门使焦炉烟气经过所述SCR脱硝系统，或不经过所述SCR脱硝系统而直接从所述烟囱排放。
4.如权利要求1所述的焦炉烟气SCR脱硝系统，其特征在于，所述稀释风机与所述助燃风机可以合二为一，也可以分别设置。
5.如权利要求1所述的焦炉烟气SCR脱硝系统，其特征在于，所述管道燃烧器所用燃料为焦化厂现有/外购的焦炉煤气、高炉煤气、混合煤气或天然气。
6.如权利要求1所述的焦炉烟气SCR脱硝系统，其特征在于，作为还原剂的氨水/液氨为焦化厂多余副产品，或外购产品。
7.如权利要求1所述的焦炉烟气SCR脱硝系统，其特征在于，所述SCR反应器内装填一层或多层蜂窝式、平板式或波纹板式催化剂，所述催化剂层的上方设置有声波式吹灰器和/或蒸汽吹灰器。
8.如权利要求7所述的焦炉烟气SCR脱硝系统，其特征在于，脱硝催化剂可以为中温脱硝催化剂，也可以为高温或低温催化剂。
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