CN107486015B - 一种焦炉烟气的脱硝方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种焦炉烟气脱硝方法，包括物理吸附、空烟混合、燃烧反应、烟烟混合、蒸发混合、脱硝反应、水气换热和气气换热。待脱硝焦炉烟气采用焦粉吸附焦油等杂质后，一部分与加热后空气混合，和焦炉煤气发生低氮燃烧反应，生成高温烟气，然后与采用水蒸汽雾化的氨水液滴直接接触，形成适合反应的氨气/烟气混合物，然后发生脱硝反应，脱除大部分氮氧化物，烟气通过换热器依次与给水和空气发生热量交换，前者吸热后变成水蒸汽，一部分作为雾化介质，另一部分回到焦化车间，后者加热后与前述焦炉烟气混合，最后净化后的烟气排放至大气。该方法采用烟气再循环低氮燃烧和氨水直喷技术实现焦炉烟气SCR高效脱硝，具有系统紧凑、高效节能和产品循环利用的优点。

Description

一种焦炉烟气的脱硝方法
技术领域
本发明属于大气污染物控制技术领域，具体涉及一种焦炉烟气脱硝方法。
技术背景
随着最新《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)的出台，焦炉烟气必须采用更先进的脱硝工艺进行烟气脱硝，以满足更为严格的氮氧化物排放要求。目前，SCR脱硝技术在电力行业已经被证实是最高效的烟气脱硝技术之一，但该技术要求烟气温度达到温度窗口，而且烟气中不能含有堵塞或中毒催化剂的成分和物质。焦炉烟气由于炼焦工艺的特殊性，往往温度较低(<300℃)，含有焦油成分，如果直接采用常规SCR脱硝技术，势必会带来脱硝效率低、使用寿命低的后果，因此，有必要发展新的SCR脱硝技术。
从专利数据库中可以获知，目前一些科研院所研究者和企业技术人员已开发出了一些焦炉烟气脱硝方法。专利(公开号CN106139897A)公开了一种焦炉烟气脱硝脱硫及余热利用一体化工艺及装置。很显然，该工艺路线并未考虑对焦炉烟气中焦油的脱除，这样很难保证催化剂在焦油环境中长期保持催化活性。专利 (公开号CN 104548900A)公开了一种焦炉烟气脱硝脱硫及再热系统工艺装置。从专利描述可知，脱硝方法采用水浴式电加热氨水蒸发器来制备还原剂氨气，显然，该工艺路线需要消耗电能，这势必会增加运行成本。专利(公开号CN 106731788 A)公开了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。该方法虽然采用厂区低热值燃料直接燃烧产生的高温烟气加热焦炉煤气，但燃烧过程中很难有效控制氮氧化物排放，结果反而会提高原始排放浓度，增加后续脱硝工作压力。专利(公开号CN 204073849 U)公开了一种焦炉烟气SCR脱硝系统。该方法虽然采用GGH换热器将脱硝后的烟气预热脱硝前的焦炉烟气，但由于传热温差限值，烟气排放温度肯定比原始烟气温度要高，造成烟气余热损失。
从以上分析可知，现有焦炉烟气脱硝工艺在技术上存在很大的提升和优化空间，为了发挥焦化厂原料丰富的这一优势，最大程度上降低投资成本和运行成本，有必要充分结合焦炉烟气和炼焦工艺特点开发新的焦炉烟气脱硝方法。
发明内容
发明目的：本发明针对焦炉烟气采用常规SCR脱硝方法时存在由于温度低而导致脱硝效率过低等问题，结合焦炉烟气和炼焦工艺特点，提供了一种焦炉烟气的脱硝方法。
技术方案：为解决上述问题本发明提供了一种焦炉烟气的脱硝方法，包括如下步骤：
(1)物理吸附：将待脱硝的焦炉烟气通过来自焦化车间的焦粉，此时，焦炉烟气携带的大部分焦油、一部分硫化物和粉尘被焦粉物理吸附，初级过滤后的焦炉烟气进入下一道工序，而焦粉携带焦油、硫化物和粉尘回到焦化车间；
(2)空烟混合：经初级过滤后的焦炉烟气分成两部分，其中一部分与加热后的空气直接混合，此时，烟气中所含的氧气浓度增加，温度降低；
(3)燃烧反应：与空气混合后的焦炉烟气与来自焦化车间的焦炉煤气充分混合，发生低氮燃烧反应，生成较低氮氧化物浓度的高温烟气；
(4)烟烟混合：高温烟气与步骤(2)的另一部分焦炉烟气直接混合，形成温度升高的焦炉烟气；
(5)蒸发混合：将来自焦化车间的氨水采用水蒸汽雾化成微小液滴，并与来自步骤(4)的焦炉烟气直接接触，在此过程中，氨水液滴吸收烟气热量，蒸发成氨气和水蒸汽，焦炉烟气放出热量，温度略有降低，而氨气与焦炉烟气充分混合，形成氨气/焦炉烟气混合物；
(6)脱硝反应：来自步骤(5)的氨气/焦炉烟气混合物通过SCR催化剂层，发生脱硝反应，焦炉烟气中的氮氧化物与氨气在催化剂的作用下，生成氮气和水；
(7)水气换热：来自步骤(6)的焦炉烟气与给水间接接触，发生热量交换，焦炉烟气放出热量后温度降低，给水吸收热量后变成水蒸汽，大部分进入焦化车间热管网，一部分进入步骤(5)作为雾化介质雾化氨水；
(8)气气换热：来自步骤(7)的焦炉烟气与空气间接接触，发生热量交换，焦炉烟气放出热量后温度进一步降低，并排放至大气，而空气吸收热量后温度升高，进入步骤(2)，与经初级过滤后的一部分焦炉烟气混合。
其中，步骤(1)中待脱硝焦炉烟气温度为230～300℃，焦粉粒径范围为 0.5～10mm。
步骤(1)中，焦粉通过错流床物理吸附待脱硝焦炉烟气中所含的焦油、硫化物和粉尘。
步骤(2)中，加热后空气温度范围为90～120℃，与加热后空气混合的焦炉烟气占总烟气量比例为1～25％，焦炉烟气与空气混合后氧浓度达到10～16％，温度降低6～30℃。。
步骤(3)中，与空气混合后的焦炉烟气作为氧化剂与焦炉煤气发生低氮燃烧反应，产生温度为800～1000℃的高温烟气，氮氧化物含量为0～50mg/Nm3。
步骤(4)中，高温烟气与另一部分焦炉烟气掺混后，温度保持在320～380℃。
步骤(5)中，来自焦化车间氨水的质量浓度为5～10％，喷入焦炉烟气使其产生温降为5～10℃。
步骤(6)中，在氨逃逸率小于2.5mg/Nm3时，脱硝效率可以达到80～95％之间。
步骤(7)中，经过水气换热后，焦炉烟气温度降低至160～180℃；给水吸收热量后变成水蒸汽，其中，进入焦化车间热管网水蒸气与作为雾化介质的水蒸气的比例为10:1～40:1。
步骤(8)中，经过气气换热后，空气温度升高到90～120℃，焦炉烟气温度降低至150～170℃。
有益效果:与常规的烟气脱硝方法相比，本发明具有如下的特色及优点:
(1)本发明针对焦炉烟气含焦油、温度偏低和氧含量高的特点，结合焦炉工艺生产焦粉、焦炉煤气、氨水和需要水蒸汽的实际情况，在常规SCR烟气脱硝基础上，提出采用焦粉吸附焦油、采用焦炉烟气/空气混合物作为氧化剂燃烧焦炉煤气加热焦炉烟气、采用蒸汽雾化氨水并直喷烟气等新工艺耦合进行SCR 焦炉烟气脱硝，就地解决脱硝工艺所需原料，具有显著的特色与创新；
(2)由于焦炉串漏现象存在，焦炉烟气中通常会含有少量焦油，常规脱硝方法都没有针对焦炉烟气的特点设置前处理程序，在这种情况下，如果设备长期运行，这些焦油会粘附在烟道壁和催化剂表面，影响脱硝效率和设备寿命，而本发明采用焦化厂自有的焦粉作为吸附剂脱除大部分焦油，还可以协同吸附烟气中的硫化物和焦尘，吸附后的焦粉仍可以作为产品出售，不仅为后续脱硝反应创造了合适的条件，而且降低了其他污染物的排放；
(3)焦炉烟气温度偏低，采用常规SCR脱硝方法需要将烟气加热至温度窗口，本发明采用空气掺混后的焦炉烟气作为氧化剂，焦化车间自有的焦炉煤气作为燃料，低氮燃烧产生高温烟气，通过直接掺混来加热焦炉烟气，这一方法不仅减少了焦炉烟气氮氧化物的原始排放浓度，而且通过烟气显热全回收的方法加热了焦炉烟气，简化了设备布置，降低了投资成本；
(4)常规脱硝方法通常需要布置专门的氨水蒸发器来获得氨气，然后通过专门的喷氨设备将氨气喷至烟道，而本发明根据焦炉烟道特点将氨水采用水蒸汽雾化直接喷入烟道，利用烟气显热蒸发氨水液滴至氨气，不需要专门的蒸发器和喷氨设备，具有结构简单，操作方便的特点；
(5)常规脱硝方法将脱硝后的烟气直排至大气，这样会浪费烟气的余能，不符合节能减排的标准和要求，本发明虽然前端将焦炉烟气加热，但后端通过热交换方式进行余热回收再利用，有助于提高提高系统热效率，降低运行成本。
附图说明
图1是本发明实施例的一种焦炉烟气脱硝方法示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
本实施例针对2×65孔焦炉，单台焦炉产烟气量为150000Nm3/h，烟气温度 260℃，氮氧化物原始排放浓度1000mg/Nm3。脱硝工艺步骤如下(如图1所示)：
(1)将焦化车间粒径范围为0.5～10mm的焦粉放置在错流床，同时将温度为260℃左右的焦炉烟气通过床层，其中的大部分焦油、一部分硫化物和焦尘被焦粉物理吸附，吸附后的焦粉回到焦化车间作为产品外卖，而过滤后的焦炉烟气进入下一道工序。由于焦炉串漏现象存在，焦炉烟气中通常会含有少量焦油，常规脱硝方法都没有针对焦炉烟气的特点设置前处理程序，在这种情况下，如果设备长期运行，这些焦油会粘附在烟道壁和催化剂表面，影响脱硝效率和设备寿命，而本发明采用焦化厂自有的焦粉作为吸附剂脱除大部分焦油，还可以协同吸附烟气中的硫化物和焦尘，吸附后的焦粉仍可以作为产品出售，不仅为后续脱硝反应创造了合适的条件，而且降低了其他污染物的排放。
(2)经过滤后的焦炉烟气分成两部分，其中一部分与加热后的空气 (90～120℃)直接混合，与加热后空气混合的焦炉烟气占总烟气量比例为1～25％左右，此时，烟气中所含的氧气浓度达到10～16％左右，温度下降到245～255℃左右，然后再与来自焦化车间的焦炉煤气充分混合，形成低氮燃烧的环境条件，发生低氮燃烧反应，生成温度为800～1000℃的高温烟气。焦炉烟气温度偏低，采用常规SCR脱硝方法需要将烟气加热至温度窗口，本发明采用空气掺混后的焦炉烟气作为氧化剂，焦化车间自有的焦炉煤气作为燃料，低氮燃烧产生高温烟气，通过直接掺混来加热焦炉烟气，这一方法不仅减少了焦炉烟气氮氧化物的原始排放浓度，而且通过烟气显热全回收的方法加热了焦炉烟气，简化了设备布置，降低了投资成本。
(3)高温烟气与步骤(2)的另一部分焦炉烟气直接混合，通过热量的直接交换，形成温度为320～380℃左右的焦炉烟气，为SCR脱硝反应创造了条件，同时由于含较低氮氧化物浓度高温烟气的稀释，新烟气的氮氧化物浓度也相应降低。
(4)将来自焦化车间质量浓度为5～10％左右的氨水采用水蒸汽雾化成微小液滴，并与来自步骤(3)的焦炉烟气直接接触，在此过程中，氨水液滴吸收烟气热量，蒸发成氨气和水蒸汽，焦炉烟气放出热量，温度略有降低，而氨气与焦炉烟气在氨水扰动烟气过程中得到充分混合，形成氨气/焦炉烟气混合物。常规脱硝方法通常需要布置专门的氨水蒸发器来获得氨气，然后通过专门的喷氨设备将氨气喷至烟道，而本发明根据焦炉烟道特点将氨水采用水蒸汽雾化直接喷入烟道，利用烟气显热蒸发氨水液滴至氨气，不需要专门的蒸发器和喷氨设备，具有结构简单，操作方便的特点。
(5)将来自步骤(4)的氨气/焦炉烟气混合物通过SCR催化剂层，发生催化还原反应，焦炉烟气中的氮氧化物与氨气在催化剂的作用下，生成氮气和水，在氨逃逸率小于2.5mg/Nm3时，氮氧化物浓度降低到50～200mg/Nm3左右，温度保持在310～370℃左右。
(6)来自步骤(5)的焦炉烟气与给水间接接触，发生热量交换，给水吸收热量后变成水蒸汽，大部分进入焦化车间热管网，一部分进入步骤(5)作为雾化介质雾化氨水，焦炉烟气放出热量后温度低至160～180℃左右。
(7)来自步骤(6)的焦炉烟气与空气通过换热器进行间接接触，发生热量交换，焦炉烟气放出热量后温度进一步降低至150～170℃左右，并排放至大气，而空气吸收热量后温度升高到90～120℃左右，进入步骤(2)，与经初级过滤后的一部分焦炉烟气混合。常规脱硝方法将脱硝后的烟气直排至大气，这样会浪费烟气的余能，不符合节能减排的标准和要求，本发明虽然前端将焦炉烟气加热，但后端通过热交换方式进行余热回收再利用，有助于提高提高系统热效率，降低运行成本。
综上所述，本发明针对焦炉烟气含焦油、温度偏低和氧含量高的特点，结合焦炉工艺生产焦粉、焦炉煤气、氨水和需要水蒸汽的实际情况，在常规SCR烟气脱硝基础上，提出采用焦粉吸附焦油、采用焦炉烟气/空气混合物作为氧化剂燃烧焦炉煤气加热焦炉烟气、采用蒸汽雾化氨水并直喷烟气等新工艺耦合进行 SCR焦炉烟气脱硝，就地解决脱硝工艺所需原料，具有显著的特色与创新。

Claims (10)

1.一种焦炉烟气的脱硝方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)物理吸附：将待脱硝的焦炉烟气通过来自焦化车间的焦粉进行初级过滤，初级过滤后的焦炉烟气进入下一道工序，而作用后的焦粉返回到焦化车间；
(2)空烟混合：经初级过滤后的焦炉烟气分成两部分，其中一部分与加热后的空气直接混合，此时，烟气中所含的氧气浓度增加，温度降低；
(3)燃烧反应：与空气混合后的焦炉烟气与来自焦化车间的焦炉煤气充分混合，发生低氮燃烧反应，生成高温烟气；
(4)烟烟混合：高温烟气与来自步骤(2)的另一部分的焦炉烟气直接混合，形成温度升高的焦炉烟气；
(5)蒸发混合：将来自焦化车间的氨水采用水蒸汽雾化成微小液滴，并与来自步骤(4)的温度适中的焦炉烟气直接接触，在此过程中，氨水液滴吸收烟气热量，蒸发成氨气和水蒸汽，焦炉烟气放出热量，温度降低，而氨气与焦炉烟气充分混合，形成氨气/焦炉烟气混合物；
(6)脱硝反应：来自步骤(5)的氨气/焦炉烟气混合物通过SCR催化剂层，发生脱硝反应，焦炉烟气中的氮氧化物与氨气在催化剂的作用下，生成氮气和水；
(7)水气换热：来自步骤(6)脱销后的焦炉烟气与给水间接接触，发生热量交换，焦炉烟气放出热量后温度降低，给水吸收热量后变成水蒸汽，一部分进入焦化车间热管网，另一部分进入步骤(5)作为雾化介质雾化氨水；
(8)气气换热：来自步骤(7)处理后的焦炉烟气与空气间接接触，发生热量交换，焦炉烟气放出热量后温度进一步降低，并排放至大气，而空气吸收热量后温度升高，进入步骤(2)，作为热空气与经初级过滤后的焦炉烟气混合。
2.根据权利要求1所述的焦炉烟气脱硝方法，其特征在于中，步骤(1)中待脱硝焦炉烟气温度为230～300℃，焦粉粒径范围为0.5～10mm。
3.根据权利要求1所述的焦炉烟气脱硝方法，其特征在于中，步骤(1)中，焦粉通过错流床物理吸附待脱硝焦炉烟气中所含的焦油、硫化物和焦尘。
4.根据权利要求1所述的焦炉烟气脱硝方法，其特征在于中，步骤(2)中，加热后空气温度范围为90～120℃，与加热后空气混合的焦炉烟气占总烟气量比例为1～25％，焦炉烟气与空气混合后氧浓度达到10～16％，温度降低6～30℃。
5.根据权利要求1所述的焦炉烟气脱硝方法，其特征在于中，步骤(3)中，与空气混合后的焦炉烟气作为氧化剂与焦炉煤气发生低氮燃烧反应，产生温度为800～1000℃的高温烟气，氮氧化物含量为0～50mg/Nm3。
6.根据权利要求1所述的焦炉烟气脱硝方法，其特征在于中，步骤(4)中，高温烟气与另一部分焦炉烟气掺混后，温度保持在320～380℃。
7.根据权利要求1所述的焦炉烟气脱硝方法，其特征在于中，步骤(5)中，来自焦化车间氨水的质量浓度为5～10％，喷入焦炉烟气使其产生温降为5～10℃。
8.根据权利要求1所述的焦炉烟气脱硝方法，其特征在于中，步骤(6)中，在氨逃逸率小于2.5mg/Nm3时，脱硝效率可以达到80～95％之间。
9.根据权利要求1所述的焦炉烟气脱硝方法，其特征在于中，步骤(7)中，经过水气换热后，焦炉烟气温度降低至160～180℃；给水吸收热量后变成水蒸汽，其中，进入焦化车间热管网水蒸气与作为雾化介质的水蒸气的比例为10:1～40:1。
10.根据权利要求1所述的焦炉烟气脱硝方法，其特征在于中，步骤(8)中，经过气气换热后，空气温度升高到90～120℃，焦炉烟气温度降低至150～170℃。
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