CN106731788A - 一种具有烟气混合再热的焦炉烟气脱硝系统及其脱硝工艺 - Google Patents

一种具有烟气混合再热的焦炉烟气脱硝系统及其脱硝工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种具有烟气混合再热的焦炉烟气脱硝系统，包括GGH换热器和SCR反应器，所述GGH换热器的低温烟气侧经主烟道连接SCR反应器，SCR反应器的烟气出口连通所述GGH换热器的高温烟气侧；所述的主烟道上安装有混合再热装置，用于喷射出高温热烟气与主烟道内的待脱硝原烟气进行混合加热；所述的混合再热装置包括输送高温热烟气的高温烟气集箱，与高温烟气集箱连接并插入主烟道内的射流管；所述射流管为间隔分布的多排，各射流管背风侧布置有两排错列分布的射流孔。本发明还公开了利用上述焦炉烟气脱硝系统的脱硝工艺。本发明设备结构简单，无需外部驱动装置，系统可靠性高，多根射流管错列布置起到扰流作用，促进烟气之间的扰动掺混，强化混合效果。

Description

一种具有烟气混合再热的焦炉烟气脱硝系统及其脱硝工艺
技术领域
本发明涉及烟气净化技术领域，尤其是涉及一种具有烟气混合再热的焦炉烟气脱硝系统及其脱硝工艺。
背景技术
氮氧化物(NOx)是大气的主要污染物之一，对人类身体健康、环境生态以及社会生产活动造成严重危害，工业活动产生的烟气需要进行污染物净化处理之后才被允许排放。根据炼《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)的规定，炼焦企业排放的氮氧化物要小于500mg/m3，特别限值地区需小于150mg/m3。但是现在绝大部分现役的焦炉厂的烟气排放没有达到该标准，所以钢铁行业烟气脱硝治理刻不容缓。与电站燃煤烟气相比，焦炉烟气、烧结烟气等废气其烟气温度低，经过湿法脱硫或者半干法脱硫处理之后，烟气进一步降低，一般在100～150℃之间，如果不对烟气进行升温处理而直接进行SCR脱硝反应，则脱硝效率不高，难以满足现有的国家烟气排放要求。一种可行方案是对烟气进行混合加热处理，用一股热烟气与主烟气进行混合从而提高烟气温度，以满足SCR脱硝反应的温度需求。通过燃用厂区内的低热值可燃气体产生热烟气与待治理烟气进行混合，从而提主烟气温度。
从专利申请号201510367812.4(一种用于烧结烟气脱硝的烟气再加热装置)、申请号201420480587.6(一种焦炉烟气SCR脱硝系统)、申请号：201410378426.0(一种焦炉烟道废气脱硝及余热回收的一体化系统)等相关专利所涉及的工艺过程发现，用于焦炉烟气(或者烧结烟气)SCR脱硝工艺均要用热源烟气对原烟气进行混合再加热处理，以达到最佳的催化剂反应温度。但是这些专利对烟气的混合装置缺少相应的描述和设计方案介绍。
而专利申请号201320861726.5公开的基于烧结烟气脱硫系统的烧结机烟气混合装置，通过复杂的内部结构对两股烟气进行混合，这种混合方式的缺陷是混合装置内部阻力、烟气压损较大，加大了风机的能耗。申请号201520187378.7公开的一种带升温烟气混合器的SCR烟气脱硝装置以三通烟道的直接混合方式，这种混合方式混合效果差，无法实现良好的烟气成分、温度、流速的均匀性，对脱硝效率影响很大。申请号为201420480587.6公开的焦炉烟气SCR脱硝系统则是选择以GGH换热器+蒸汽加热器的方法对低温原烟气进行升温处理，这种烟气加热方式增加了外部的水资源消耗，同时带入的水汽对催化剂的使用寿命有影响，也加大了后续设备腐蚀等问题。
综上所述，以何种方式组织高温烟气和低温主烟气进行混合，关系到混合气流的内部参数均匀性。烟气的混合方式影响到混合后烟气的流速分布和温度场分布，这些因素对脱硝效率影响很大。然而，多数与烟气脱硫、脱硝系统有关的专利书中都缺少对烟气混合方式的描述和介绍。有提及的烟气混合方式大多采用横向射流的方式直接将热烟气通过直管段直接射流通入主烟道中，这种混合方式，混合效果差，烟气的不均匀度很大，造成在脱硝反应器内的烟气成分差异很大，严重影响脱硝效率。或则使用复杂的内部结构对烟气进行均化，这必然导致烟气压损增大，能耗增大。
发明内容
本发明的目的是，提供一种具有烟气混合再热的焦炉烟气脱硝系统及其脱硝工艺，焦炉烟气脱硝系统内增设烟气混合再热装置。该烟气混合再热装置用于提升烟道内烟气温度，以满足生产工艺对烟气的特定温度要求。特别的，该烟气混合再热装置可用于钢铁行业烟气的混合加热，提升烟气温度达到最佳的SCR脱硫反应活性温度，为焦炉烟气的脱硫、脱硝一体化技术方案的实施提供必要的前提条件。
本发明所采用的具体技术方案如下：
一种具有烟气混合再热的焦炉烟气脱硝系统，包括GGH换热器和SCR反应器，所述GGH换热器的低温烟气侧经主烟道连接SCR反应器，SCR反应器的烟气出口连通所述GGH换热器的高温烟气侧；所述的主烟道上安装有混合再热装置，用于喷射出高温热烟气与主烟道内的待脱硝原烟气进行混合加热；
所述的混合再热装置包括输送高温热烟气的高温烟气集箱，与高温烟气集箱连接并插入主烟道内的射流管；所述射流管为间隔分布的多排，各射流管背风侧布置有两排错列分布的射流孔。
本发明将燃烧低热值可燃气体产生的高温热烟气以多股斜向射流的方式与主烟气在管道内是实现混合，具体的过程如下：首先利用厂区内的焦炉煤气(或高炉煤气或其他气体燃料)燃烧产生高温烟气，高温烟气从燃气加热炉出来后被输送到高温烟气集箱，在从高温烟气集箱配送到各个圆形射流管直达主烟道内部；在每根圆形管的侧面都布置有两排射流孔，高温热烟气从射流孔内射流出来与主要到的地位焦炉烟气实现混合，从而实现焦炉烟气再热的目的。
作为优选的，所述的射流管为3-12排。
作为优选的，各射流孔大小为射流管内径的10％-30％，该孔径大小有最佳的射流刚度，在主烟道内形成良好的射流充满度，同时各射流孔之间的流量偏差较小。
作为优选的，同一排内相邻两射流孔的孔心间距为圆形管内径的50％～150％。
作为优选的，两排射流孔与射流管轴心形成的张角为50～150°，该射流张角能实现最佳的射流充满度，同时在射流管背风侧形成较小的低压区，主烟道的烟气均匀度较好。
本发明还提供一种根据上述焦炉烟气脱硝系统实现的脱硝工艺，包括：
待脱硝原烟气经GGH换热器的低温烟气侧进入主烟道，温度为1000～1100℃的高温热烟气经高温烟气集箱后由各射流孔喷出，以多孔斜向射流的方式对待脱硝原烟气混合再热，混合后的烟气温度在280～350℃；
在混合后的烟气中喷射混入氨气，并送入SCR反应器进行脱硝反应；
完成脱硝反应后，由SCR反应器排出的焦炉烟气再进入GGH换热器的高温烟气侧并排出，所收集的余热传递给进入其低温烟气侧的待脱硝原烟气。
作为优选的，所述待脱硝原烟气与高温热烟气的流量比为15～40:1。
作为优选的，所述射流管内静压为-100～-400pa，主烟道内再热混合室的静压为-800～-2000pa。
作为优选的，主烟道内再热混合室的气流流速为8～25m/s，射流管内的气流流速为10～25m/s，该主烟气与射流烟气的流量匹配能实现在最小的热烟气能耗投入条件下，满足混合后的烟气温度要求。
本发明设置的混合再热装置改进了传统的以单股气流横向射入主烟道内所造成的两股气流混合不均匀，解决了混合后气流参数在流场速度分布和温度分布上存在较大的偏差的问题。此外，该再热热源直接利用厂区内的生产的焦炉煤气作为燃料，原料供应方便。混合装置结构紧凑，改造方便，无需进行复杂的管路设计。无转动设备，设备结构简单，无需外部驱动装置，系统可靠性高，多根圆形管错列布置起到扰流作用，促进烟气之间的扰动掺混作用，强化混合效果。
附图说明
图1为本发明中的焦炉烟气脱硝系统图；
图2中a图和b图分别为本发明中烟气混合再热装置俯视图和主视剖面图。
具体实施方式
如图1所示的焦炉烟气脱硝系统，包括GGH换热器8和SCR反应器7，GGH换热器8的低温烟气侧经主烟道连接SCR反应器7，SCR反应器7的烟气出口连通至GGH换热器8的高温烟气侧。
在主烟道上依次设置有混合再热装置6和喷氨格栅9。混合再热装置6用于输送高温热烟气，该高温热烟气由助燃风机3输送焦炉煤气4进入高温炉5内燃烧产生。稀释风机2输送的气体与氨气1混合后由喷氨格栅9喷射进入主烟道内。
本实施例中的脱硝工艺步骤如下：
1、从脱硫塔出来的焦炉烟气温度约为80～150℃，二氧化硫含量<50mg/m3，氮氧化物含量为200～800mg/m3。焦炉烟气首先通过GGH烟气换热器与从SCR反应器出来的热烟气进行热量交换。经过换热，焦炉烟气温度可以提高到160～200℃。
2、经过换热之后的焦炉烟气通过垂直主烟道进入主烟道混合室11；
3、焦炉煤气4在燃气加热炉5内燃烧生成温度为1000～1100℃的高温热烟气，通过高温烟气集箱13输送到各个圆形射流管10。
4、高温烟气从圆形射流管10上的两排射流圆孔12射流而出，与主烟道内的焦炉烟气进行强烈的扰动、掺混混合。混合之后的烟气温度可以达到280～350℃，并且由于多股射流均匀分布，混合后同一水平截面上烟气的速度分布基本相同。
5、经过高温热烟气混合再热之后的焦炉烟气与喷氨格栅9喷出的氨气进行混合，经过导流板等均流装置之后进入SCR反应器7进行脱硝反应。
6、完成脱硝反应之后，焦炉烟气的温度为280℃，焦炉烟气再进入GGH烟气换热器，将余热传递给需要进行脱硝反应的原烟气。
以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，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 (9)

1.一种具有烟气混合再热的焦炉烟气脱硝系统，包括GGH换热器和SCR反应器，所述GGH换热器的低温烟气侧经主烟道连接SCR反应器，SCR反应器的烟气出口连通所述GGH换热器的高温烟气侧；其特征在于，所述的主烟道上安装有混合再热装置，用于喷射出高温热烟气与主烟道内的待脱硝原烟气进行混合加热；
所述的混合再热装置包括输送高温热烟气的高温烟气集箱，与高温烟气集箱连接并插入主烟道内的射流管；所述射流管为间隔分布的多排，各射流管背风侧布置有两排错列分布的射流孔。
2.根据权利要求1所述的焦炉烟气脱硝系统，其特征在于，所述的射流管为3-12排。
3.根据权利要求1所述的焦炉烟气脱硝系统，其特征在于，各射流孔大小为射流管内径的10％-30％。
4.根据权利要求1所述的焦炉烟气脱硝系统，其特征在于，同一排内相邻两射流孔的孔心间距为圆形管内径的50％～150％。
5.根据权利要求1所述的焦炉烟气脱硝系统，其特征在于，两排射流孔与射流管轴心形成的张角为50～150°。
6.一种根据权利要求1～5任一项焦炉烟气脱硝系统实现的脱硝工艺，其特征在于，包括：
待脱硝原烟气经GGH换热器的低温烟气侧进入主烟道，温度为1000～1100℃的高温热烟气经高温烟气集箱后由各射流孔喷出，以多孔斜向射流的方式对待脱硝原烟气混合再热，混合后的烟气温度在280～350℃；
在混合后的烟气中喷射混入氨气，并送入SCR反应器进行脱硝反应；
完成脱硝反应后，由SCR反应器排出的焦炉烟气再进入GGH换热器的高温烟气侧并排出，所收集的余热传递给进入其低温烟气侧的待脱硝原烟气。
7.根据权利要求6所述的脱硝工艺，其特征在于，所述待脱硝原烟气与高温热烟气的流量比为15～40:1。
8.根据权利要求6所述的脱硝工艺，其特征在于，所述射流管内静压为-100～-400pa，主烟道内再热混合室的静压为-800～-2000pa。
9.根据权利要求6所述的脱硝工艺，其特征在于，主烟道内再热混合室的气流流速为8～25m/s，射流管内的气流流速为10～25m/s。
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