CN105688566A - 一种烧结烟气脱硫脱硝装置及方法 - Google Patents

一种烧结烟气脱硫脱硝装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于冶金工业中环保领域，涉及一种烧结烟气脱硫脱硝装置及方法。烧结机产生的烧结烟气首先经过除尘处理，除尘后的烧结烟气进入装有活性焦的脱硫反应器进行脱硫处理，脱硫后的烧结烟气再经过装有低温催化剂的脱硝反应器进行脱硝，最后，烟气经过引风机从烟囱直接排放。本发明活性焦吸附SO2后可以通过活性焦解析塔和硫酸制备系统分别来再生活性焦、生产硫酸产品，既保证了活性焦可以重复利用，又产生硫酸副产品；而低温催化剂是一种多孔的低温脱硝催化剂，使用寿命较长。烧结烟气经过这种脱硫脱硝工艺后，烟气中的SO2、NOx、粉尘等含量都能达到排放标准，因此，本发明能够满足排放标准，整体工艺过程简单，脱硫脱硝效果好，具有很大的应用价值。

Description

一种烧结烟气脱硫脱硝装置及方法
技术领域
本发明属于冶金工业中环保领域，特别涉及一种烧结烟气脱硫脱硝装置及方法。
背景技术
中国的钢铁企业主要以“烧结-高炉-转炉-连铸”长流程冶炼生产为主，烧结工序是高炉炼铁的原料供应工序，几乎所有的大型钢铁企业都有烧结工序，钢铁企业的最大的污染源就来自烧结工序，烧结工序产生的烧结烟气中平均SO2浓度在1000mg/Nm3以上，NOx浓度在400mg/Nm3以上。而2012年颁布的最新烧结机的烟气排放标准中，一般新建烧结机的烟气排放标准是SO2浓度在200mg/Nm3以内，NOx浓度在300mg/Nm3以内，细颗粒物浓度为30mg/Nm3以内，对于环保要求高的地区标准则变为SO2浓度在180mg/Nm3以内，NOx浓度在300mg/Nm3以内，细颗粒物浓度为20mg/Nm3以内。并且，这一标准从2015年1月1日起在所有企业实施，而实际情况是除个别钢铁企业外几乎所有的企业都没有脱硝装置，仅有传统的脱硫装置。传统的脱硫方式主要有湿法和干法两种，而目前60％以上的烧结脱硫采用石灰石-石膏法脱硫，这是一种湿法工艺，脱硫后产生的石膏销路不好，而且生产工序复杂，有一定的水耗，目前不是最佳的脱硫工艺。对于烟气脱硝，尽管目前工业上已经有成熟的脱硝工艺，如SCR工艺，但这一工艺仅限于烟气温度在350℃左右的高温烟气，而对于低温烧结烟气来说，如果要采用传统的SCR脱硝方式，必须对烟气进行加热处理，使其温度达到350℃左右，这将大大增加烟气脱硝的成本；当然，烟气也可以采用低温催化剂进行脱硝处理。目前来看，直接将石灰石-石膏法脱硫后的烟气进行低温催化剂脱硝处理也是不现实的，因为传统用石灰石膏湿法脱硫后烟气中的水分含量很高，一般排放烟气的水分体积含量在7％以上，这会严重影响到催化剂的使用效果，因此，传统的石灰石-石膏法脱硫配加低温催化脱硝的工艺是不可行的。
尽管目前我国仅太钢采用的是活性焦同时脱硫脱硝的方式，而这种同时脱硫脱硝存在的问题是，烟气中通入氨气后会影响活性焦的脱硫效率，使得活性焦使用量大，总体设备投资和运行成本较高，因此，这也是活性焦同时脱硫脱硝所面临的问题。
总之，在目前现有烧结烟气湿法脱硫工艺的基础上不能直接进行烟气的脱硝，而采用活性焦同时脱硫脱硝的方式又面临成本问题，因此，需要重新寻找合适的烧结烟气脱硫脱硝的新方法和工艺。
发明内容
本发明的一个目的，是提供一种烧结烟气脱硫脱硝装置，能够实现烧结烟气同时脱硫脱硝处理，保证烧结烟气排放达标，促进钢铁工业朝着绿色工业的方向发展。
本发明的另一个目的是提供一种采用上述装置的烧结烟气脱硫脱硝方法。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供一种烧结烟气脱硫脱硝装置，包括：烟气除尘系统1、脱硫反应器2、脱硝反应器3、引风机4、烟囱5、活性焦解析塔6、硫酸制备系统7和氨气系统8；其中：
烟气除尘系统1的进气端与烧结机的烧结烟气排气口连接，出气端与脱硫反应器2进气端连接；脱硫反应器2的出气端连接脱硝反应器3的进气端，脱硝反应器3的进气端还连接有氨气系统8，出气端与引风机4的一端连接；引风机4的另一端连接烟囱5；
脱硫反应器2的顶部和底部分别设置有多个进料口和出料口，脱硫反应器2的进料口分别与活性焦解析塔6的出料口和新活性焦补充装置9连接，脱硫反应器2的出料口与活性焦解析塔6的进料口连接；
活性焦解析塔6的排气口与硫酸制备系统7连接。
所述烟气除尘系统1包括多个电除尘器。
所述烟气除尘系统1还包括高温布袋除尘器，其滤材选用氟美斯，耐热温度最高达到290℃。
本发明提供一种采用上述烧结烟气脱硫脱硝装置的烧结烟气脱硫脱硝方法，包括如下步骤：
a、烧结烟气从烧结机风箱排出后先经过烟气除尘系统1，进行除尘；
b、除尘后的烟气进入脱硫反应器2采用活性焦烟气脱硫的方式进行脱硫，脱硫反应器2输入的活性焦部分为再生后的活性焦，其余为新活性焦；
c、脱硫后的烟气再进入脱硝反应器3脱硝，并且，烟气进入脱硝反应器3之前，从氨气系统8向烟气管道中通入适量的氨气，脱硝反应器3内装有低温脱硝催化剂，催化剂采用含CeO2陶瓷蜂窝载体的低温脱硝催化剂，催化剂的使用温度在100-250℃之间，脱硝效率在30％以上；
d、脱硝后的烟气再经过引风机4从烟囱5排出。
所述步骤a中，进入烟气除尘系统1的烟气温度小于250℃；经过除尘后的烟气中粉尘量在15mg/Nm3以内。
所述步骤b中，脱硫反应器2内的活性焦从脱硫反应器顶部加入，底部排出，脱硫后的烟气温度降幅在100℃之内；其中活性焦的指标为，水分含量<3％，灰分<10％，挥发分2％-5％，耐压强度>300N/cm2，耐磨强度>98％，粒度在5mm-12mm之间，堆密度580kg/m3-680kg/m3，碘吸附值>420mg/g，硫容量>18mg/g。
所述步骤b中，活性焦解析塔6输出再生活性焦，脱硫反应器2排出的饱和后的活性焦15从活性焦解析塔6上部加入，解析后从下部排出，活性焦解析塔6内部采用间接加热的方式来加热活性焦，活性焦解析塔6的进料口和出料口都采用氮气密封；从活性焦解析塔6排出的浓硫酸气体12进入硫酸制备系统7制备硫酸，该气体中SO2浓度大于10％。
所述步骤b中，脱硫反应器2中活性焦的排料速度小于或等于活性焦解析塔6处理活性焦的速度。
所述步骤c中，氨气系统8是在脱硫后的烟气进入脱硝反应器之前，根据烟气中NOx浓度，将合适量的氨气14喷入烟气管道与烟气混合，根据脱除NOx的需要，NH3:NOx的摩尔比小于1.1。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)脱硫脱硝效率高，由于本方法和工艺采用活性焦脱硫、活性焦再生和硫酸制备等工艺过程，完全实现了脱硫过程零排放，尽管活性焦的磨损会产生的少量的活性焦粉末，但这些粉末完全可以代替煤粉使用，因此，此脱硫过程没有固废排放，脱硫效率可以达到90％以上；脱硫后的烟气中SO2、H2O、粉尘等含量都很低，满足低温催化剂的对烟气的脱硝要求，可以大大提高脱硝效率。
(2)工艺流程简单，运行成本低。本脱硫脱硝方法和工艺的主流程上仅有除尘、脱硫、脱硝等三个主要环节串联组成，工艺结构简单；其次，运行过程中，活性焦再生后生产的硫酸产品可以抵消一部分脱硫成本，而脱硝使用的催化剂为一次性投资，其使用寿命在3年以上，因此，脱硝过程的成本较低。
附图说明
图1为本发明烧结烟气脱硫脱硝的方法示意图。
其中的附图标记为：
1烟气除尘系统2脱硫反应器
3脱硝反应器4引风机
5烟囱6活性焦解析塔
7硫酸制备系统8氨气系统
9新活性焦补充装置10再生后的活性焦
11新活性焦12浓硫酸气体
13硫酸产品14氨气
15饱和的活性焦16烧结烟气
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
如图1所示，本发明的烧结烟气脱硫脱硝装置包括：烟气除尘系统1、脱硫反应器2、脱硝反应器3、引风机4、烟囱5、活性焦解析塔6、硫酸制备系统7和氨气系统8。
烟气除尘系统1的进气端与烧结机的烧结烟气排气口连接，出气端与脱硫反应器2进气端连接；脱硝反应器3的进气端还连接有氨气系统8，出气端与引风机4的一端连接；引风机4的另一端连接烟囱5。
脱硫反应器2的顶部和底部分别设置有进料口和出料口，脱硫反应器2的进料口分别与活性焦解析塔6的出料口和新活性焦补充装置9连接，脱硫反应器2的出料口与活性焦解析塔6的进料口连接，使脱硫反应器2排出的饱和活性焦15返回活性焦解析塔6。
活性焦解析塔6的排气口与硫酸制备系统7连接，将排出的浓硫酸气体12输入硫酸制备装置7，制备硫酸产品13。
所述烟气除尘系统1包括多个电除尘器。
所述烟气除尘系统1还包括高温布袋除尘器，其滤材选用氟美斯，耐热温度最高达到290℃。
本发明烧结烟气脱硫脱硝方法包括如下步骤：
a、烧结烟气从烧结机风箱排出后先经过烟气除尘系统1，进行除尘；进入烟气除尘系统1的烟气温度小于250℃；经过除尘后的烟气中粉尘量在15mg/Nm3以内；
b、除尘后的烟气进入脱硫反应器2进行脱硫，采用活性焦烟气脱硫的方式，脱硫反应器2输入的活性焦大部分来自活性焦解析塔6的再生后活性焦10，少部分为新活性焦11；脱硫反应器2内的活性焦从脱硫反应器顶部加入，底部排出，脱硫后的烟气温度降幅在100℃之内；
c、脱硫后的烟气再进入脱硝反应器3脱硝，并且，烟气进入脱硝反应器3之前，必须从氨气系统8向烟气管道中通入适量的氨气14，脱硝反应器3内装有低温脱硝催化剂，催化剂采用含CeO2陶瓷蜂窝载体的低温脱硝催化剂，催化剂的使用温度在100-250℃之间，，根据烟气的不同特点，催化剂的脱硝效率在30％以上；
d、脱硝后的烟气再经过引风机4从烟囱5排出。
步骤b中，使用的活性焦的指标为，水分含量2％，灰分5.3％，挥发分3％，耐压强度>350N/cm2，耐磨强度>98％，粒度在5mm-12mm之间，堆密度660kg/m3，碘吸附值>420mg/g，硫容量20mg/g。
步骤b中，活性焦解析塔6是用来再生活性焦，饱和后的活性焦从活性焦解析塔6上部加入，解析后从下部排出，活性焦解析塔6内部采用间接加热的方式来加热活性焦，活性焦解析塔6的进料口和出料口都采用氮气密封，从活性焦解析塔6排出的含SO2气体(浓硫酸气体12)进入硫酸制备系统7制备硫酸产品13，气体中SO2浓度大于10％。
步骤b中，脱硫反应器2中活性焦的排料速度小于或等于活性焦解析塔6处理活性焦的速度，这样保证了活性焦的循环利用。
步骤c中，氨气系统8是在脱硫后的烟气进入脱硝反应器之前，根据烟气中NOx浓度，将合适量的氨气14喷入烟气管道与烟气混合，根据脱除NOx的需要，NH3:NOx的摩尔比小于1.1。
实施例1
初始烧结烟气中的污染物、粉尘及水蒸汽含量为：SO2-1105mg/Nm3，NOx-450mg/Nm3，粉尘-8305mg/Nm3，H2O-9.5％(体积含量)，烟气温度160℃。
根据图1，烧结烟气首先通过烟气除尘系统1，除尘系统由三个电除尘器组成，除尘后烟气中粉尘含量为12mg/Nm3，烟气温度为151℃；然后，烟气进入脱硫反应器2，经过活性焦脱硫后烟气的中粉尘含量为5mg/Nm3，SO2含量为13mg/Nm3，H2O含量为2.1％体积含量，烟气温度降低到123℃；接着，烟气从脱硫反应器2排出后进入烟气管道，并在进入脱硝反应器3前由氨气系统8向烟气管道中通入适量的氨气，氨气与NOx的摩尔比值为1.04，混合后的烟气再经烟气管道进入脱硝反应器3，脱硝反应器3内装有陶瓷蜂窝载体的低温脱硝催化剂，经过脱硝反应器3后，烟气中粉尘含量小于2mg/Nm3，SO2含量为40mg/Nm3，NOx含量为113mg/Nm3，H2O含量为2％体积含量，烟气温度为106℃，脱硝后的烟气再经过引风机4从烟囱5排出。
其中，脱硫反应器2排出的饱和活性焦从活性焦解析塔6的顶部加入，解析后的活性焦从活性焦解析塔6的下部排出，活性焦解析塔6内部采用间接加热的方式来加热活性焦，塔内中部为耐热不锈钢钢管，钢管内通入420℃的热空气，钢管出口热空气温度为360℃，钢管外为自上而下流动的活性焦，活性焦解析塔6的进料口和出料口都采用氮气密封，活性焦解析塔6排出的浓硫酸气体中SO2体积浓度为21％，进入硫酸制备系统7后通过多级浓缩制备出H2SO4含量为96％的浓硫酸。
实施例2
初始烧结烟气中的污染物、粉尘及水蒸汽含量为：SO2-1210mg/Nm3，NOx-410mg/Nm3，粉尘-10560mg/Nm3，H2O-9.1％(体积含量)，烟气温度172℃。
根据图1，烧结烟气首先通过烟气除尘系统1，除尘系统由三个电除尘器和一个高温布袋除尘器组成，除尘后烟气中粉尘含量为10mg/Nm3，烟气温度为146℃；然后，烟气进入脱硫反应器2，经过活性焦脱硫后烟气的中粉尘含量为4mg/Nm3，SO2含量为16mg/Nm3，H2O含量为1.8％体积含量，烟气温度降低到117℃；接着，烟气从脱硫反应器2排出后进入烟气管道，并在进入脱硝反应器3前由氨气系统8向烟气管道中通入适量的氨气，氨气与NOx的摩尔比值为1.05，混合后的烟气再经烟气管道进入脱硝反应器3，脱硝反应器3内装有陶瓷蜂窝载体的低温脱硝催化剂，经过脱硝反应器3后，烟气中粉尘含量小于2mg/Nm3，SO2含量为55mg/Nm3，NOx含量为71mg/Nm3，H2O含量为1.6％体积含量，烟气温度为99℃，脱硝后的烟气再经过引风机4从烟囱5排出。
其中，脱硫反应器2排出的饱和活性焦从活性焦解析塔6的顶部加入，解析后的活性焦从活性焦解析塔6的下部排出，活性焦解析塔6内部采用间接加热的方式来加热活性焦，塔内中部为耐热不锈钢钢管，钢管内通入410℃的热空气，钢管出口热空气温度为320℃，钢管外为自上而下流动的活性焦，活性焦解析塔6的进料口和出料口都采用氮气密封，活性焦解析塔6排出的浓硫酸气体中SO2体积浓度为18％，进入硫酸制备系统7后通过多级浓缩制备出H2SO4含量为93％的浓硫酸。
此方法还可用于其它低温烟气的脱硫脱硝中。
当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅用来说明本发明的内涵，而并非用作对本发明的限定，因此，所属技术领域中具有公知常识者在不脱离本发明的精神和范围内，可对本发明做出各种修改、润饰和技术嫁接。但是应当理解，本领域技术人员看来，这些修改、润饰和技术嫁接仍将落入权利要求所限定的本发明的精神和范围内。
最后，除非这里指出或者另外与上下文明显矛盾，否则这里描述的所有方法应用到的技术都是相互嫁接的。

Claims (9)

1.一种烧结烟气脱硫脱硝装置，其特征在于：该装置包括：烟气除尘系统(1)、脱硫反应器(2)、脱硝反应器(3)、引风机(4)、烟囱(5)、活性焦解析塔(6)、硫酸制备系统(7)和氨气系统(8)；其中：
烟气除尘系统(1)的进气端与烧结机的烧结烟气排气口连接，出气端与脱硫反应器(2)进气端连接；脱硫反应器(2)的出气端连接脱硝反应器(3)的进气端，脱硝反应器(3)的进气端还连接有氨气系统(8)，出气端与引风机(4)的一端连接；引风机(4)的另一端连接烟囱(5)；
脱硫反应器(2)的顶部和底部分别设置有多个进料口和出料口，脱硫反应器(2)的进料口分别与活性焦解析塔(6)的出料口和新活性焦补充装置(9)连接，脱硫反应器(2)的出料口与活性焦解析塔(6)的进料口连接；
活性焦解析塔(6)的排气口与硫酸制备系统(7)连接。
2.根据权利要求1所述的烧结烟气脱硫脱硝装置，其特征在于：所述烟气除尘系统(1)包括多个电除尘器。
3.根据权利要求2所述的烧结烟气脱硫脱硝装置，其特征在于：所述烟气除尘系统(1)还包括高温布袋除尘器，其滤材选用氟美斯，耐热温度最高达到290℃。
4.一种采用权利要求1所述的烧结烟气脱硫脱硝装置的烧结烟气脱硫脱硝方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
a、烧结烟气从烧结机风箱排出后先经过烟气除尘系统(1)，进行除尘；
b、除尘后的烟气进入脱硫反应器(2)采用活性焦烟气脱硫的方式进行脱硫，脱硫反应器(2)输入的活性焦部分为再生后的活性焦，其余为新活性焦；
c、脱硫后的烟气再进入脱硝反应器(3)脱硝，并且，烟气进入脱硝反应器(3)之前，从氨气系统(8)向烟气管道中通入适量的氨气，脱硝反应器(3)内装有低温脱硝催化剂，催化剂采用含CeO2陶瓷蜂窝载体的低温脱硝催化剂，催化剂的使用温度在100-250℃之间，脱硝效率在30％以上；
d、脱硝后的烟气再经过引风机(4)从烟囱(5)排出。
5.根据权利要求4所述的烧结烟气脱硫脱硝方法，其特征在于：所述步骤a中，进入烟气除尘系统(1)的烟气温度小于250℃；经过除尘后的烟气中粉尘量在15mg/Nm3以内。
6.根据权利要求4所述的烧结烟气脱硫脱硝方法，其特征在于：所述步骤b中，脱硫反应器(2)内的活性焦从脱硫反应器顶部加入，底部排出，脱硫后的烟气温度降幅在100℃之内；其中活性焦的指标为，水分含量<3％，灰分<10％，挥发分2％-5％，耐压强度>300N/cm2，耐磨强度>98％，粒度在5mm-12mm之间，堆密度580kg/m3-680kg/m3，碘吸附值>420mg/g，硫容量>18mg/g。
7.根据权利要求4所述的烧结烟气脱硫脱硝方法，其特征在于：所述步骤b中，活性焦解析塔(6)输出再生活性焦，脱硫反应器(2)排出的饱和后的活性焦(15)从活性焦解析塔(6)上部加入，解析后从下部排出，活性焦解析塔(6)内部采用间接加热的方式来加热活性焦，活性焦解析塔(6)的进料口和出料口都采用氮气密封；从活性焦解析塔(6)排出的浓硫酸气体(12)进入硫酸制备系统(7)制备硫酸，该气体中SO2浓度大于10％。
8.根据权利要求4所述的烧结烟气脱硫脱硝方法，其特征在于：所述步骤b中，脱硫反应器(2)中活性焦的排料速度小于或等于活性焦解析塔(6)处理活性焦的速度。
9.根据权利要求4所述的烧结烟气脱硫脱硝方法，其特征在于：所述步骤c中，氨气系统(8)是在脱硫后的烟气进入脱硝反应器之前，根据烟气中NOx浓度，将合适量的氨气(14)喷入烟气管道与烟气混合，根据脱除NOx的需要，NH3:NOx的摩尔比小于1.1。
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