CN107433129B - 一种烧结烟气脱硝方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种烧结烟气脱硝方法，包括：将脱硫后的烧结烟气与水蒸气通入内设碳质吸附材料的脱硝塔中，并与通入脱硝塔中的氨蒸气在碳质吸附材料的作用下进行选择性催化还原，实现烧结烟气脱硝。与目前采用的活性炭吸附技术相比，本方法中碳质吸附材料具有强度高、微孔不易堵塞、成本低廉等优势，同时改进后的脱硝工艺，有益于提高碳质吸附材料的吸附及选择性催化还原性能，增强脱硝效率，降低脱硝成本，有效减少氮氧化物排放，氮氧化物转化率在90％以上。

Description

一种烧结烟气脱硝方法
技术领域
本发明属于烧结烟气处理领域，特别涉及一种烧结烟气脱硝方法。
背景技术
随着我国钢铁行业的高速发展，粗钢产量跃居世界第一。但钢铁行业的矛盾也越来越突出，铁矿烧结工艺是钢铁工业烟气污染物的主要污染源，其排放的废气量占钢铁工业总废气量的40％，因此污染物排放是亟需解决的一个重要课题。有研究表明，生产1吨烧结矿大约产生4000～6000m3的烟气，其中细粉尘、硫氧化物、氮氧化物、二噁英等是主要的大气污染物，如何实现烟气低成本高效净化对钢铁企业及周边环境改善具有重要价值。烧结烟气处理，特别是在钢铁行业氮氧化物排放上，随着环保意识的提高，我国要求的工业排放标准越来越严格，钢铁工业面临新的挑战。
烧结烟气脱硝工艺中，选择性催化还原(SCR)脱硝是常用的方法之一，因其具有较高的脱硝效率，污染少，廉价且受烟气成分影响较低而广泛被应用。SCR技术采用的催化剂类型中，从添加角度划分，可分为单组份催化剂、双组份催化剂、多组份催化剂等类型。目前，活性炭作为SCR技术的一种还原剂附着载体，在其吸附脱硝中，由于活性炭强度较低、易磨损、尾气粉尘量大、吸附微孔易堵塞等问题，对烟气的脱硝处理极为不利，并提高了处理成本。
由中南大学申请的《一种铁矿烧结烟气污染物的综合处理方法》(专利申请号：201510475232.7)，采用烟气合理循环与活性炭处理相结合的方法，充分利用烧结烟气余热及活性炭吸附性能，在减少烧结烟气排放量的同时有针对性的对烧结烟气污染物进行综合治理，有效降低烧结污染物排放。
由钢研晟华工程技术有限公司申请的《一种烧结烟气脱硝的工艺方法》(专利申请号：201510573738.1)充分利用烧结余热，将烧结脱硫后尾气进行脱湿后用于环冷机、带式冷却或竖罐式烧结矿冷却装置中高温段烧结矿换热。然后再进行选择性催化还原对尾气进行脱硝。该专利主要是利用余热，降低烟气加热能量消耗。
现有烧结烟气脱硝工艺中，受热及烟气冲刷条件下，催化剂强度较低，损耗较大，难以保障设备的顺畅运行。
发明内容
本发明目的在于提供一种烧结烟气脱硝方法，以解决现有技术中存在的问题。本发明能够有效降低烧结烟气氮氧化物排放，降低烧结活性炭消耗。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种烧结烟气脱硝方法，包括：将脱硫后的烧结烟气与水蒸气通入内设碳质吸附材料的脱硝塔中，并与通入脱硝塔中的氨蒸气在碳质吸附材料的作用下进行选择性催化还原，实现烧结烟气脱硝。
进一步的，所述碳质吸附材料中，以质量百分数计，Fe含量为10％～15％、FeO含量为0～3％、C含量为75％～80％、CeO2含量为0.1％～1.0％、SiO2含量为4.5％～8％、杂质含量为0.5％-2％。
进一步的，以质量分数计，碳质吸附材料粒度分布为：＞11.2mm小于等于5％，8mm～11.2mm大于等于70％，5.6mm～8.0mm小于等于20％，1.4mm～5.6mm小于等于3.0％，＜1.4mm小于等于0.1％。
进一步的，碳质吸附材料在脱硝塔中的添加质量与处理烧结烟气体积的比值为2.5-40kg/10000m3。
进一步的，水蒸气通入量为：每10kg碳质吸附材料通入水蒸气0.5～1kg。
进一步的，水蒸气通入温度为250℃～400℃。
进一步的，脱硝塔中脱硝反应方程式为：
Figure BDA0001403016230000031
Figure BDA0001403016230000032
进一步的，所述碳质吸附材料具有铁连晶网状支撑结构。
进一步的，将脱硫后的烧结烟气加热后与水蒸气通入内设碳质吸附材料的脱硝塔中；加热后烧结烟气的温度为255℃～390℃。
进一步的，碳质吸附材料的制备方法，包括：以含铁料、低变质煤、含铈组分、粘结剂和造孔剂为原料，充分混合后与水搅拌均匀，经成型压样机压制，放入高温炉中，惰性气氛下焙烧后降至活化温度，再通水蒸气高温活化，缓慢降温后得到烧结烟气脱硝碳质吸附材料；原料以质量分数计：含铁料含量为25～35％，低变质煤含量为55％～65％，含铈组分含量为1.5％～3.5％，粘结剂含量为2.0％～4.0％，造孔剂含量为2.5％～3.5％。
进一步的，含铁料为铁矿粉、氧化铁皮、除尘灰中的一种或几种；含铈组分为硝酸铈铵、氢氧化铈、草酸铈中的一种或几种；粘结剂为可溶性淀粉、羧甲基纤维素钠、水玻璃中的一种或几种；造孔剂为锯末、木质纤维素、椰壳中一种或几种；低变质煤为褐煤、长焰煤、气煤、肥煤中的一种或几种。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明一种烧结烟气脱硝方法中，以碳质吸附材料替代活性炭作为脱硝剂，具有强度高、耐高温、微孔不易堵塞、成本低廉等优势；
本发明一种烧结烟气脱硝方法中，依靠碳质吸附材料中铁连晶网状支撑结构保证载体强度，设置管道通入高温水蒸气，可以使碳质吸附材料中的铁氧化为Fe2O3，与CeO2形成Fe2O3/CeO2双组份催化剂，显著增强碳质吸附材料的吸附及选择性催化还原性能，同时高温水蒸气本身携带热量，可有效补充烧结烟气在吸收塔中热消耗，提高脱硝效率，降低脱硝成本；有效减少氮氧化物排放，氮氧化物转化率在90％以上。
考虑到受热及烟气冲刷条件下，现有催化剂强度较低，损耗较大，难以保障设备的顺畅运行的问题。本发明通过对传统脱硝工艺加以改进，选取具有铁连晶网状支撑结构的碳质吸附材料，增设水蒸气发生装置及输送管路，将载体中含有的铁部分分阶段活化氧化为Fe2O3，依靠载体中铁连晶提高强度，且通入水蒸气后可得到充足的Fe2O3活性组份与碳质吸附材料中的CeO2形成双组份催化剂。本发明可以有效吸附及选择性催化还原氮氧化物，可操作性强，成本低廉，易于实现工业化。
附图说明
图1本发明一种烧结烟气脱硝方法的工艺流程图。
其中，1：烧结机；2：机头ESP；3：脱硫塔；4：脱硝塔；5除尘装置；6：灰仓；7：烟囱；8：水蒸气发生装置；9：风机。
具体实施方式
请参阅图1所示，烧结机1的机头ESP2产生的烧结烟气经风机9送入脱硫塔3中脱硫后通过风机9送入脱硝塔4进行脱硫；脱硝塔4的入口设有水蒸气发生装置8，将水蒸气与脱硫后烧结烟气一起送入脱硝塔4。脱硝塔4脱硝后烧结烟气进入除尘装置5除尘，除尘后烟气进入烟囱7排放；除尘装置5收集的灰尘排入灰仓6。
本发明一种烧结烟气脱硝方法，包括以下步骤：在脱硝塔中加入碳质吸附材料(取代现有技术中的活性炭)，并在脱硫塔通入烧结烟气的同时，通入水蒸气，有效实现烧结烟气脱硝。
为进一步说明一种烧结烟气脱硝方法，现结合实例作出如下解释：
实施例1：
将脱硫后的烧结烟气经加热处理达到255℃后，与250℃的水蒸气通入内设碳质吸附材料的脱硝塔4中，并与通入脱硝塔4中的氨蒸气在碳质吸附材料的作用下进行选择性催化还原，烧结烟气监测量为20万m3/h；在脱硝塔3中加入的碳质吸附材料质量为200kg，以质量分数计，碳质吸附材料成分为：Fe含量为10.72％、C含量为79.83％、CeO2含量为0.92％、SiO2含量为6.81％，杂质含量为1.72％；粒度组成为：＞11.2mm为3.52％、8.0mm～11.2mm为80.63％、5.6mm～8.0mm占14.35％、1.4mm～5.6mm占1.47％、＜1.4mm占0.02％；连续通入水蒸气质量为10kg；烧结烟气氮氧化物转化率可达90.3％，脱硝反应方程式表示：
Figure BDA0001403016230000051
Figure BDA0001403016230000052
脱硝塔处理后的尾气经过余热处理后，经风机沿输送管道进入烟囱排入大气中。
实施例2：
将脱硫后的烧结烟气经加热处理至310℃后，与330℃水蒸气通入内设碳质吸附材料的脱硝塔中，与通入脱硝塔中的氨蒸气在碳质吸附材料的作用下进行选择性催化还原，烧结烟气监测量为80万m3/h；在脱硝塔中加入的新型碳质吸附材料质量为1500kg，以质量分数计，碳质吸附材料成分为：Fe含量为14.39％、C含量为75.63％、CeO2含量为0.21％、SiO2含量为7.87％，杂质含量为1.90％；粒度组成为：＞11.2mm为1.72％、8.0mm～11.2mm为86.83％、5.6mm～8.0mm占10.35％、1.4mm～5.6mm占1.04％、＜1.4mm占0.06％；连续通入水蒸气质量为115kg；烧结烟气氮氧化物转化率可达99.5％，脱硝反应方程式表示：
Figure BDA0001403016230000053
Figure BDA0001403016230000054
脱硝塔处理后的尾气经过余热处理后，经风机沿输送管道进入烟囱排入大气中。
实施例3：
将脱硫后的烧结烟气经加热处理至390℃后，与400℃水蒸气通入内设碳质吸附材料的脱硝塔中，与通入脱硝塔中的氨蒸气在碳质吸附材料的作用下进行选择性催化还原，烧结烟气监测量为145万m3/h；在脱硝塔中加入的新型碳质吸附材料质量为6000kg，以质量分数计，碳质吸附材料成分为：Fe含量为13.72％、C含量为78.63％、CeO2含量为0.58％、SiO2含量为5.25％，杂质含量为1.82％；粒度组成为：＞11.2mm为4.73％、8.0mm～11.2mm为76.02％、5.6mm～8.0mm占17.35％、1.4mm～5.6mm占1.87％、＜1.4mm占0.03％；通入水蒸气质量为600kg；烧结烟气氮氧化物的转化率可达96.9％，脱硝反应方程式表示：
Figure BDA0001403016230000061
Figure BDA0001403016230000062
脱硝塔处理后的尾气经过余热处理后，经风机沿输送管道进入烟囱排入大气中。
本发明中碳质吸附材料的制备方法，包括以下步骤：以含铁料、低变质煤、含铈组分、粘结剂和造孔剂为原料，充分混合后与水搅拌均匀，经成型压样机压制，放入高温炉中，惰性气氛下焙烧后降至活化温度，再通水蒸气高温活化，缓慢降温后得到烧结烟气脱硝碳质吸附材料。
原料以质量分数计：含铁料含量为25～35％，低变质煤含量为55％～65％，含铈组分含量为1.5％～3.5％，粘结剂含量为2.0％～4.0％，造孔剂含量为2.5％～3.5％。
含铁料为铁矿粉、氧化铁皮、除尘灰中的一种或几种；含铈组分为硝酸铈铵、氢氧化铈、草酸铈中的一种或几种；粘结剂为可溶性淀粉、羧甲基纤维素钠、水玻璃中的一种或几种；造孔剂为锯末、木质纤维素、椰壳中一种或几种；低变质煤为褐煤、长焰煤、气煤、肥煤中的一种或几种。所有原料成分粒度均小于等于150μm。
按质量分数计，混入原料中水的质量为原料总质量的3％～5％。
原料经成型压样机压制成圆饼状，放入高温炉中焙烧。成型压力为1.0MPa～1.5MPa。
焙烧的温度制度为：850℃将压制后样品放入高温炉中保温10min，然后升温，850℃～1050℃升温速率为2℃/min，升温至1050℃后降温至活化温度后通水蒸气活化。
水蒸气活化温度为800℃～900℃，活化时间为30min～45min。
本发明中碳质吸附材料具有铁连晶网状支撑结构，比表面积为830～900m2/g；抗压强度为395～453N·cm-2。

Claims (9)

1.一种烧结烟气脱硝方法，其特征在于，包括：将脱硫后的烧结烟气与水蒸气通入内设碳质吸附材料的脱硝塔中，并与通入脱硝塔中的氨蒸气在碳质吸附材料的作用下进行选择性催化还原，实现烧结烟气脱硝；
碳质吸附材料的制备方法，包括：以含铁料、低变质煤、含铈组分、粘结剂和造孔剂为原料，充分混合后与水搅拌均匀，经成型压样机压制，放入高温炉中，惰性气氛下焙烧后降至活化温度，再通水蒸气高温活化，缓慢降温后得到烧结烟气脱硝碳质吸附材料；原料以质量分数计：含铁料含量为25～35％，低变质煤含量为55％～65％，含铈组分含量为1.5％～3.5％，粘结剂含量为2.0％～4.0％，造孔剂含量为2.5％～3.5％。
2.根据权利要求1所述的一种烧结烟气脱硝方法，其特征在于，所述碳质吸附材料中，以质量百分数计，Fe含量为10％～15％、FeO含量为0～3％、C含量为75％～80％、CeO2含量为0.1％～1.0％、SiO2含量为4.5％～8％、杂质含量为0.5％-2％。
3.根据权利要求1所述的一种烧结烟气脱硝方法，其特征在于，以质量分数计，碳质吸附材料粒度分布为：＞11.2mm小于等于5％，8mm～11.2mm大于等于70％，5.6mm～8.0mm小于等于20％，1.4mm～5.6mm小于等于3.0％，＜1.4mm小于等于0.1％。
4.根据权利要求1所述的一种烧结烟气脱硝方法，其特征在于，碳质吸附材料在脱硝塔中的添加质量与处理烧结烟气体积的比值为2.5-40kg/10000m3。
5.根据权利要求1所述的一种烧结烟气脱硝方法，其特征在于，水蒸气通入量为：每10kg碳质吸附材料通入水蒸气0.5～1kg。
6.根据权利要求1所述的一种烧结烟气脱硝方法，其特征在于，水蒸气通入温度为250℃～400℃。
7.根据权利要求1所述的一种烧结烟气脱硝方法，其特征在于，脱硝塔中脱硝反应方程式为：
Figure FDA0002397643710000021
Figure FDA0002397643710000022
8.根据权利要求1所述的一种烧结烟气脱硝方法，其特征在于，所述碳质吸附材料具有铁连晶网状支撑结构。
9.根据权利要求1所述的一种烧结烟气脱硝方法，其特征在于，含铁料为铁矿粉、氧化铁皮、除尘灰中的一种或几种；含铈组分为硝酸铈铵、氢氧化铈、草酸铈中的一种或几种；粘结剂为可溶性淀粉、羧甲基纤维素钠、水玻璃中的一种或几种；造孔剂为锯末、木质纤维素、椰壳中一种或几种；低变质煤为褐煤、长焰煤、气煤、肥煤中的一种或几种。
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