CN107261840A - 基于烧结热返矿催化的烧结烟气脱硝工艺 - Google Patents

基于烧结热返矿催化的烧结烟气脱硝工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于烧结热返矿催化的烧结烟气脱硝工艺，解决了现有脱硝工艺路线长、设备投资大，运行成本高的问题。技术方案包括烧结烟气在高压风机的抽力作用下穿过烧结料层、底料、烧结机台车底部篦子、台车下方的风箱进入主烟道；烧结矿离开烧结机台车后经机尾单辊破碎和热振动筛筛分，筛上物为热烧结矿，筛下物为热返矿，所述热返矿经颗粒物料仓送往流化床脱硝反应器内，用作烧结烟气还原脱硝的催化剂。本发明工艺流程简单、不外购脱硝催化剂、余热回收率高、可控性好、占地面积小、设备投资和运行成本低。

Description

基于烧结热返矿催化的烧结烟气脱硝工艺
技术领域
本发明涉及环保领域的烟气脱硝工艺，具体的说是一种基于烧结热返矿催化的烧结烟气脱硝工艺。
背景技术
我国钢铁行业自20世纪90年代以来迅猛发展，导致了大气污染物的大量排放，其中SO2和NOx的排放量仅次于电厂烟气。随着烧结烟气脱硫工业化进程的推进，技术不断成熟。“十二五”期间，烧结(球团)烟气在全国范围内已全部完成脱硫净化。
在脱硝方面，活性炭(焦)吸附和选择性催化还原(S-SCR)两种技术是目前可以工程应用并且有实际业绩的烧结烟气脱硝技术。但两种工艺的缺点明显，活性炭(焦)吸附SO2，并用NH3还原NOx，可以实现同时脱硫脱硝脱二噁英功能。在日本新日铁住金、JFE、韩国浦项及中国太钢等企业的烧结机烟气净化工程中均有应用案例，其投资大，运行成本高，难以大规模推广。
选择性催化还原法(SCR)具有较高的脱硝效率，已广泛应用于火电厂燃煤烟气NOx的脱除，而且最有希望应用于钢铁烧结烟气NOx的净化。但SCR法脱硝技术一次性投资成本高(其中催化剂成本占投资总成本的30－40％)，同时现有的SCR烟气脱硝技术一般在350－450℃下进行，需要消耗大量热能给脱硫后烟气加热，额外增加了SCR脱硝的运行成本。低温脱硝催化剂多半为贵金属，其成本更高，而且易发生氧抑制和硫中毒。因此，开发来源广泛，价格低廉的脱硝催化剂成为当务之急。
P Fabrizioli等以微半孔的三氧化二铁－硅气溶胶进行了通氨选择性催化还原NO的研究，Fe2O3对NH3-SCR脱硝有一定的活性。A Kato等研究了以TiO2为载体的氧化铁和Mn-Fe混合氧化物催化剂NOx的催化还原特性。Huang等开展了含铁的金属氧化物作为烟气脱硝催化剂的研究，发现对烟气进行催化还原脱硝时具有一定的催化效果。在烧结烟尘颗粒物中富含有铁系多氧化物，若能有效利用其所具有的脱硝催化作用的特点，则可实现烧结烟尘的自催化脱硝、有效节省外购脱硝催化剂成本。
发明内容
本发明目的是为了解决上述技术问题，结合烧结生产过程中返矿量大、热返矿温度高，烧结矿中含有大量铁系多氧化物的特点，提供一种工艺流程简单、不外购脱硝催化剂、热返矿余热回收效率高、可控性好、占地面积小、设备投资和运行成本低的基于烧结热返矿催化的烧结烟气脱硝工艺。
本发明工艺包括烧结烟气在高压风机的抽力作用下穿过烧结料层、底料、烧结机台车底部篦子、台车下方的风箱进入主烟道；烧结矿离开烧结机台车后经机尾单辊破碎和热振动筛筛分，筛上物为热烧结矿，筛下物为热返矿，所述热返矿经颗粒物料仓送往流化床脱硝反应器内，用作烧结烟气还原脱硝的催化剂。
所述烧结烟气离开主烟道后，经过烟气换热器、烟气加热器进入流化床脱硝反应器内。
所述经烟气换热器、烟气加热器加热后的烧结烟气升温到250－390℃。
所述烟气加热器的烟气出口管道上，沿管道周向安装至少一层液氨喷嘴，通过液氨喷嘴向管道内喷入液氨与烧结烟气混合后进入流化床脱硝反应器内，然后在床内热返矿富含的铁系多氧化物催化作用下发生脱硝反应。
所述从流化床脱硝反应器引出的脱硝烟气经脱硝烟气除尘器除尘后再进入烟气换热器与主烟道引入的烧结烟气间接换热，再进入余热锅炉进一步回收余热后送入静电/布袋除尘器。
所述烧结烟气携带出的颗粒物在主烟道沉积下来，并进入主烟道粉料斗内，所述主烟道粉料斗内的颗粒物经粉尘气力输送管通过气力输送进入颗粒物料仓收集，再送到流化床脱硝反应器内用作烧结烟气还原脱硝的催化剂。
所述气力输送的载气为余热锅炉烟气出口或静电/布袋除尘器出口引出的脱硝后的烧结烟气。
均匀排出所述流化床脱硝反应器内的烧结返矿及颗粒物，控制流化床脱硝反应器床层阻力在2600－3000Pa之间，所述排出的烧结返矿及颗粒物配入烧结混合料中。
针对背景技术中提到的问题，发明人作出如下改进：将离开主烟道的烧结烟气先通入烟气换热器中与脱硝并除尘后的脱硝后烟气换热升温，然后送入烟气加热器进一步升温至脱硝反应温度窗口，再送入流化床脱硝反应器中进行脱硝反应；所述流化床脱硝反应器内不使用外购催化剂，而是巧妙的将出烧结机的热返矿经颗粒物料仓送至流化床脱硝反应器内作为催化剂，一方面热返矿自身温度高，能够为脱硝提供热能，另一方面热返矿中含有的铁系多氧化物对脱硝有催化作用，如γ-Fe2O3对NH3-SCR脱硝有较强的催化活性，可作为催化剂使用，脱硝效果好，不怕硫中毒(因热返矿量大，在流化床内作为催化剂的停留时间远低于现有SCR脱硝催化剂的停留时间)。而流化床脱硝反应器不仅收集热返矿作为催化剂，还收集来自主烟道中沉积下来的颗粒物，同时还可富集烧结烟气中的颗粒物，这些固态粉料均含有铁系多氧化物，均可作为脱硝催化剂，催化剂的供给来源充足，抗中毒能力强，保证了脱硝反应的充分进行。
催化脱硝反应的氨源通过安装在烟气加热器的烟气出口管道上的液氨喷嘴喷入，烟气加热器的烟气出口管道上沿周向安装至少一层液氨喷嘴，喷入的液氨与烧结烟气混合后进入流化床脱硝反应器内，然后在床内热返矿及烟尘颗粒物富含的铁系多氧化物催化作用下发生脱硝反应。
所述从流化床脱硝反应器引出的脱硝烟气经脱硝烟气除尘器除尘后再进入烟气换热器与主烟道引入的烧结烟气间接换热，再进入余热锅炉进一步回收余热后送入静电/布袋除尘器。
烧结烟气流经主烟道时，烟尘携带的颗粒物会在烟道底部沉降下来，进入主烟道下方设置主烟道粉料斗内，这部分颗粒物经粉尘气力输送管通过气力输送进入颗粒物料仓收集，再送到流化床脱硝反应器内用作烧结烟气还原脱硝的催化剂，既避免了这部分颗粒物外排污染环境，也充分利用了这部分颗粒所携带的热能，达到节能降耗、对环境友好的目的。所述载气可以为余热锅炉烟气出口或静电/布袋除尘器出口引出的脱硝后的烧结烟气，进一步减少烟气外排、节能降耗。
随着热返矿及主烟道沉积的颗粒物向流化床脱硝反应器的补充，从流化床脱硝反应器固相出口均匀排出热返矿及颗粒物，以保持流化床内床层阻力在2600－3000Pa之间，排出的热返矿配入烧结混合料中。
有益效果：
(1)将出烧结机热返矿送入流化床脱硝反应器作为脱硝催化剂，既节省了烧结烟气SCR脱硝时升温所需补充的外界热源，还省去了脱硝所需外购的催化剂，大大降低了脱硝成本。
(2)采用脱硝的烟气作为气力输送的气源，将主烟道内沉积下的颗粒物送入流化床脱硝反应器内，既利用了颗粒物富含铁系多氧化物的催化脱硝活性，还减少了该颗粒物现有皮带输送时的扬尘，同时还可对气力输送气体进一步脱硝，提高了脱硝效率。
(3)从流化床脱硝反应器排出的热返矿温度较高，且温度均匀，配入烧结料中，可提高入烧结机的烧结混合料的温度，降低烧结能耗，有效回收热返矿。
(4)从流化床脱硝反应器及脱硝烟气除尘器排出的返矿及颗粒物碱金属组分低，回配入烧结原料中，有效控制了烧结烟尘中颗粒物回收利用时的碱金属的循环富集。
(5)本发明工艺在不外购催化剂的前提下达到有效脱硝的目的，充分利用系统余热，节能降耗、简化了工艺流程和设备、占地面积小、设备投资和运行成本低，脱硝效率可达60％，与传统SCR脱硝工艺相比，降低脱硝成本70％，脱硝设备投资可降低40％，具有广阔的市场应用前景。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
其中，1－烧结机、1.1－台车、2－烧结料层、2.1-底料、3－风箱、4－主烟道、5－烟气换热器、5.1－换热器粉尘出口、6－颗粒物料仓、7－烟器加热器、8-液氨、9-液氨喷嘴、10-流化床脱硝反应器、10.1-固相出口、11－脱硝烟气除尘器、12－余热锅炉、13－静电/布袋除尘器、14－高压风机、15－粉尘气力输送管、16－主烟道粉料斗、17－粉尘气力输送风机、18－热振动筛。
具体实施方式
下面结合附图对本发明系统作进一步解释说明：
系统包括烧结机1，所述烧结机1的台车1.1下方设有风箱3，风箱3底部的出口连通主烟道4，所述主烟道4经烟气换热器5的壳程或管程、烟气加热器7和流化床脱硝反应器10连接，所述流化床脱硝反应器10的烟气出口经脱硝烟气除尘器11、烟气换热器5的管程或壳程、余热锅炉12、静电/布袋除尘器13和高压风机14连接；所述烟气热换器5底部还设有换热器粉尘出口5.1
烧结机机尾设有单辊破碎机(图中未示出)和热振动筛18，所述热振动筛18的小颗粒物料出口经颗粒物料仓6与所述流化床脱硝反应器10的固相入口连接，所述流化床脱硝反应器10的流化床固相出口10.1连接烧结配料系统(图中未示出)；所述烟气加热器7的烟气出口管道上沿管道周向安装至少一层液氨喷嘴9。
所述主烟道底4部设主烟道粉尘斗16，所述主烟道粉尘斗16底部连通粉尘气力输送管15，所述粉尘气力输送管15出口经颗粒物料仓6连接所述流化床脱硝反应器10的固相入口，所述流化床脱硝反应器10的固相出口10.1与烧结配料系统连接；所述余热锅炉12和静电/布袋除尘器13的烟气出口经气力输送风机17连接粉尘气力输送管15的入口。
工艺过程：
以某钢厂450m2烧结机产生的烧结烟气处理为例，烧结烟气中NOx含量为260-320mg/m3，采用本发明方法的步骤如下：
烧结烟气在高压风机14的抽力作用下穿过烧结料层2、底料2.1、烧结机台车1底部篦子、台车1下方的风箱3进入主烟道；烧结矿离开烧结机1后经机尾单辊破碎和热振动筛18筛分，筛上物为热烧结矿，筛下物为热返矿并经小颗粒物料出口排出，所述热返矿经颗粒物料仓6送往流化床脱硝反应器10内用作烧结烟气还原脱硝的催化剂。
所述烧结烟气离开主烟道4后，经过烟气换热器5的管程或壳程、烟气加热器7升温至250－390℃后进入流化床脱硝反应器10内。所述烟气加热器7的烟气出口管道上，沿管道周向安装至少一层液氨喷嘴9，通过液氨喷嘴9向管道内喷入液氨8与烧结烟气混合后进入流化床脱硝反应器10内，然后在床内热返矿富含的铁系多氧化物催化作用下发生脱硝反应。
所述从流化床脱硝反应器10引出的脱硝烟气经脱硝烟气除尘器11除尘后再进入烟气换热器5的壳程或管程与主烟道4引入的烧结烟气间接换热降温，再进入余热锅炉12进一步回收余热后送入静电/布袋除尘器13，最后脱硝烟气被高压风机14抽出送入下一工序。通过所述脱硝烟气的烟气换热器5的壳程或管程中收集的粉尘由换热器粉尘出口5.1定期排出。
所述烧结烟气携带出的颗粒物在主烟道4沉积下来，并进入主烟道粉料斗16内，所述主烟道粉料斗16内的颗粒物经粉尘气力输送管15通过气力输送进入颗粒物料仓6收集，再送到流化床脱硝反应器10内用作烧结烟气还原脱硝的催化剂。所述气力输送的载气为余热锅炉12烟气出口或静电/布袋除尘器13出口引出的脱硝后的烧结烟气。
从流化床固相出口管10.1均匀排出热返矿及颗粒物，以保持流化床脱硝反应器10的床层阻力在2600－3000Pa之间，排出的热返矿送入烧结配料系统中配入烧结混合料。
经处理后的脱硝烟气中NOx含量为130－160mg/m3，脱硝率可达60％。
采用上述脱硝工艺全程不使用催化剂，简化了脱硝设备和相应的脱硝工艺，充分利用了工艺过程中的余热，节能降耗效果明显，与传统SCR脱硝工艺相比，降低脱硝成本70％，脱硝设备投资可降低40％。

Claims (8)

1.一种基于烧结热返矿催化的烧结烟气脱硝工艺，包括烧结烟气在高压风机的抽力作用下穿过烧结料层、底料、烧结机台车底部篦子、台车下方的风箱进入主烟道；烧结矿离开烧结机台车后经机尾单辊破碎和热振动筛筛分，筛上物为热烧结矿，筛下物为热返矿，其特征在于,所述热返矿经颗粒物料仓送往流化床脱硝反应器内，用作烧结烟气还原脱硝的催化剂。
2.如权利要求1所述的基于烧结热返矿催化的烧结烟气脱硝工艺，其特征在于，所述烧结烟气离开主烟道后，经过烟气换热器、烟气加热器进入流化床脱硝反应器内。
3.如权利要求1所述的基于烧结热返矿催化的烧结烟气脱硝工艺，其特征在于，所述经烟气换热器、烟气加热器加热后的烧结烟气升温到250－390℃。
4.如权利要求2所述的基于烧结热返矿催化的烧结烟气脱硝工艺，其特征在于，所述烟气加热器的烟气出口管道上，沿管道周向安装至少一层液氨喷嘴，通过液氨喷嘴向管道内喷入液氨与烧结烟气混合后进入流化床脱硝反应器内，然后在床内热返矿富含的铁系多氧化物催化作用下发生脱硝反应。
5.如权利要求1－4任一项所述的基于烧结热返矿催化的烧结烟气脱硝工艺，其特征在于，所述从流化床脱硝反应器引出的脱硝烟气经脱硝烟气除尘器除尘后再进入烟气换热器与主烟道引入的烧结烟气间接换热，再进入余热锅炉进一步回收余热后送入静电/布袋除尘器。
6.如权利要求1或4所述的基于烧结热返矿催化的烧结烟气脱硝工艺，其特征在于，所述烧结烟气携带出的颗粒物在主烟道沉积下来，并进入主烟道粉料斗内，所述主烟道粉料斗内的颗粒物经粉尘气力输送管通过气力输送进入颗粒物料仓收集，再送到流化床脱硝反应器内用作烧结烟气还原脱硝的催化剂。
7.如权利要求5所述的基于烧结热返矿催化的烧结烟气脱硝工艺，其特征在于，所述气力输送的载气为余热锅炉烟气出口或静电/布袋除尘器出口引出的脱硝后的烧结烟气。
8.如权利要求1-4任一项所述的基于烧结热返矿催化的烧结烟气脱硝工艺，其特征在于，均匀排出所述流化床脱硝反应器内的烧结返矿及颗粒物，控制流化床脱硝反应器的床层阻力在2600－3000Pa之间，所述排出的烧结返矿及颗粒物配入烧结混合料中。
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