CN107583430A - 一种烧结烟气脱硝处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种烧结烟气脱硝处理装置与方法，该装置包括压力与流量调节阀组、臭氧发生装置、臭氧添加管线压力与流量调节阀组、臭氧添加装置、NO初始浓度较高的烧结机风箱连接管道、NO初始浓度较低的烧结机风箱连接管道、烧结机本体、烧结机主烟道、除尘器、烧结机主抽风机、脱硫脱硝一体化吸收塔、集成控制系统；臭氧添加装置由文丘里喷头、石墨烯静态混合器组成；该方法为：利用钢厂纯氧送至减压与流量调节阀组，经过减压与流量调节后输送至烧结厂的臭氧发生装置，通过调节高NO浓度风箱的臭氧加入支管阀组和氧化剂喷枪来确保臭氧精确加入。其优点是：极大的降低传统的臭氧氧化烧结烟气脱硝工艺的运行费用与投资费用、节能环保。

Description

一种烧结烟气脱硝处理装置及方法

技术领域：

本发明涉及冶金、环保设备工艺技术领域，特别是涉及一种烧结烟气脱硝处理装置及方法。

背景技术：

随着我国电力行业超低排放改造临近结束，钢铁行业烧结烟气的治理将是我国下一步大气污染防治的重点领域，特别是烧结烟气脱硝，因为冶金行业烧结机与燃煤电站锅炉的结构不一致，烧结烟气温度也低于电站锅炉省煤器段的烟温，所以烧结烟气脱硝不能采用当前成熟的高硫高灰式SCR技术，而现有的烧结烟气净化技术大多采用尾端加装治理，即在除尘装置与主抽风机之后、脱硫塔之前加装脱硝设施，对烧结机全部的烟气进行处理，因此存在能耗与运行费用高，投资费用高等缺点；现有烧结烟气脱硝的技术路线中，有一类技术采用将烧结烟气升温至SCR催化剂的最佳反应温度窗口(370～320℃)来进行烟气脱硝治理，其一般采用钢厂的高炉煤气，或烧结矿显热，或高炉渣显热来为烧结烟气升温，此类技术最大的问题是能耗大，需加设大规模的换热器以对脱硝后的烟气进行热量再循环，因此其占地与投资大，对绝大部分现有钢厂不适用，其次，该技术将高炉煤气、烧结矿显热以及高炉炉渣显热作为热源，对钢厂已建的余热回收利用有较大影响，导致钢厂能源综合利用效率降低；而与传统的SCR技术相比，还有当前新型的中低温SCR脱硝技术，其采用反应温度窗口更低(200～180℃)的脱硝催化剂，来进行选择性还原脱硝。但因为低温SCR催化剂对硫分与灰分较为敏感，容易中毒或失活，且低温催化剂十分昂贵，因此中低温脱硝整体工程造价较高，且运行存在一定的催化剂失效风险；而由于烧结工艺自身特点，其烟气的温度，成份以及烟气量波动较大，烟气中含有金属性粉尘的比例大，因此更容易造成催化剂的中毒，失活或堵塞，所以该技术在实际运行中存在较多问题与风险，也并未能获得钢铁行业的充分认可；而当前行业里应用较少的的活性焦或活性炭吸附脱硝工艺，因为其占地面积大，投资费用过高，活性炭采购价格高以及再生能耗高，工艺整体较为复杂等问题，难以推广应用；对于烧结烟气脱硝，国外较为认可的技术是烟气再循环烧结技术，该技术是将烧结机下，烟温较高的尾部风箱的烟气经过新加设的循环风机抽送混氧后，重新输送至烧结机料层上方，再次参与烧结过程。此技术可以较好的循环利用烧结机下，高温风箱烟气的热量，循环到烧结机上方后可以起到预热烧结料层，助燃的作用，此技术是从节能的角度，降低了烧结煤耗与烧结烟气量，因此降低了污染物排放总量。但该技术只是从整体控制的角度降低了污染物总量排放，但对污染物的单位浓度的降低与减排作用不大，因此对我国的烟气治理要求，并不完全适用；对于氧化脱硝工艺，现有的臭氧氧化脱硝工艺是在烧结主抽风机后，脱硫塔前，对烧结烟气进行全部的氧化处理，因此臭氧耗量大，氧气以及电耗等运行费用昂贵，设备投资高，未能在烧结厂广泛推广。然而为了提高臭氧的利用率以及氧化效果，有相关技术在臭氧氧化系统中，在烟道内加入了大型文丘里混匀装置，臭氧稀释器或臭氧分布器以及混合风机等，进一步增加了设备投资与运行阻力，且此技术依然是对全部的烧结烟气进行脱硝，因此运行费用依然较高。

发明内容：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种工艺设备简单、投资运营成本低廉、节能、环保、安全可靠的烧结烟气脱硝处理装置及方法。

本发明的技术解决方案是这样实现的：提供一种烧结烟气脱硝处理装置，包括相互连接的NO初始浓度较高的烧结机风箱连接管道、NO初始浓度较低的烧结机风箱连接管道、烧结机本体、烧结机主烟道、除尘器、烧结机主抽风机、脱硫脱硝一体化吸收塔；其特征在于：还包括压力与流量调节阀组、臭氧发生装置、臭氧添加管线压力与流量调节阀组、臭氧添加装置、集成控制系统；臭氧添加装置由文丘里喷头、静态混合器组成；臭氧添加装置设置在NO初始浓度较高的烧结机风箱连接管道处；压力与流量调节阀组、臭氧发生装置、臭氧添加管线压力与流量调节阀组、臭氧添加装置与集成控制系统相连接；能调节臭氧的浓度和臭氧整体添加量的集成控制系统与现有的烧结烟气脱硫在线监测装置实现连锁控制与连接；加入臭氧各支管的开关与压力与流量调节阀组也与集成控制系统连锁并独立控制。其装置特征还在于：文丘里喷头、静态混合器固定安装在一起；静态混合器安装在文丘里喷头的下方；静态混合器采用石墨烯材质制成；在臭氧发生装置内部设置能进行臭氧加入量与浓度计算与调节的臭氧添加管线压力与流量调节阀组；在高NO浓度的风箱所毗邻的若干上、下游的风箱中安装能通过调节投运喷枪以及对应的风箱的个数独立控制NO浓度的臭氧添加装置；静态混合器其上端以“灯罩”的形式设置在文丘里喷头的扩径部分上，其静态混合器底部采用通透式的螺旋扰流板形式。一种烧结烟气脱硝处理方法，其特征是：直接利用钢厂氧站的纯氧经过管路输送至图中减压与流量调节阀组，经过减压与流量调节后输送至烧结厂的臭氧发生装置，臭氧发生装置经过高压放电过程将纯氧变为特定纯度的臭氧，之后进入输送管线和各分支管路并经过各支路臭氧压力与流量调节阀组的调节后，按照特定的流量和压力输送至烧结机下的高NO浓度的风箱连接管道处之后，臭氧经由氧化剂喷枪加入到高NO浓度的风箱连接管之内，而NO初始浓度较低的风箱连接管道则不添加臭氧；为了应对烧结终点偏移的现象，在高NO浓度风箱上下游相邻的风箱连接管道中也布置氧化剂喷枪和氧化剂加入支管及调节装置，当烧结终点及NO高浓度烟气所产生风箱发生小范围的前后偏移时，可以通过开启临近风箱的臭氧加入支管的调节阀组和氧化剂喷枪来确保臭氧精确加入和有效控制。当臭氧与NO在风箱连接管道内完成氧化脱硝反应之后，进入烧结机主烟道；在此，已处理完的NO与低NO浓度的烟气在进一步混合和稀释之后，经过除尘器与主抽风机后，在脱硫塔内实现脱硫脱硝一体化吸收与固定；设置连锁集成控制系统，其能够通过烧结机各风箱监测点的烟气特征和原有脱硫系统在线监测装置的数据，判断NO浓度的高低及所需臭氧添加量并控制臭氧发生器的产气量和臭氧各添加支管的压力与开关，其可以根据烧结终点的偏移来调节各个支路的臭氧添加量；通个各支路分量和臭氧产生总量的双向调节和控制，实现臭氧的精确添加和高效利用，以确保较高的脱硝效率和合理的运行费用；本发明结合烧结机NO的分布特点，针对性的将高浓度NO风箱的烟气展开集中式的脱除，减少了处理烟气量，极大的降低传统的臭氧氧化烧结烟气脱硝工艺的运行费用与投资费用，是当前解决我国钢铁行业烧结烟气脱硝技术难题的有效途径之一。其方法特征还在于：臭氧发生装置采用钢厂空分系统自己制备的纯氧作为氧源；臭氧添加装置位于烧结机料层下方的风箱及主烟道连接管处，臭氧添加装置利用连接管处的高负压所产生的自有吸力及调风门装置，自动加入烧结烟气系统。

本发明的有益效果是：1、由于高活性氧化剂只向高NO浓度部分烟气的风箱加入，而NO浓度较低的烟气则不再进行脱硝处理，因此需脱硝处理的烟气量明显降低，只处理全部气量的30％～40％，所以氧化剂添加量明显降低，运行费用与投资费用等明显降低；2、因为NO浓度较高的风箱中，烟气温度较低，因此该技术可以极大的保持臭氧的活性，从而保证较高的脱硝效率与氧化剂利用率；3、由于专门针对NO分布集中的高浓度风箱做集中的脱硝治理，处理后在烧结烟气主烟道中，其他低NO浓度的烟气对NO还有稀释作用，因此该工艺可以保证较好的脱硝效果；4、因为烧结烟气中高NO浓度的风箱分布相对集中，因此系统容易控制，管线紧凑，避免了氧化剂的泄露风险；5、在高NO浓度的风箱所毗邻的若干上、下游的风箱中也布置独立控制的氧化剂添加喷射装置，这样可以有效提高该技术对烧结工况的波动和烧结终点的偏移的适应性，且通过调节投运喷枪以及对应的风箱的个数，可以大范围的调节脱硝效率，甚至实现烧结机烟气的超低排放(小于50mg/Nm³)；6、可以利用钢厂原有的空分装置以及制氧站作为氧源为臭氧的制备供氧，无需再为臭氧发生装置单独加设液氧罐，气化器以及空分装置等，系统的占地面积更加集约，设备简化，投资费用大幅降低，更适用于钢铁冶金行业的烧结烟气治理。7、臭氧的浓度和臭氧整体添加量与烟气的在线检测系统实行自动连锁控制，其臭氧控制参数随NO初始浓度的波动而自动进行增加或减少的调节，以保证臭氧添加量和运行费用的合理与科学；加入臭氧各支管的开关与压力流量调节也与自控系统连锁并独立控制，最大程度的实现系统的可操作性和灵活性；8、氧化剂添加位置位于烧结机料层下方的风箱及主烟道连接管处，氧化剂利用连接管处的高负压所产生的自有吸力及调风门装置，自动加入烧结烟气系统并与烧结烟气均匀混合，不用再向烟气系统加入臭氧分布器，文丘里等装置用于混合的均匀性，因此简化了系统的设备与添加方式；9、臭氧加入量与浓度在臭氧发生器内部进行计算与调节，不用再单独加设臭氧稀释器等装置，进一步降低了系统的复杂性和投资成本；10、本发明的石墨烯增强钛材静态混合器，具有高强度、高硬度、高抗剪切力、低摩擦、耐高温高压、防腐蚀、以及轻量化的特点。

附图说明：

图1是本发明专利实施例一种烧结烟气脱硝处理装置及方法的流程图；

图2是本发明专利实施例中臭氧添加装置4的外形图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是图2的B-B剖视图；

附图中：1.压力与流量调节阀组；2.臭氧发生装置；3.臭氧添加管线压力与流量调节阀组；4.臭氧添加装置；4.1文丘里喷头；4.2静态混合器；5.NO初始浓度较高的烧结机风箱连接管道；6.NO初始浓度较低的烧结机风箱连接管道；7.烧结机本体；8.烧结机主烟道；9.除尘器；10.烧结机主抽风机；11.脱硫脱硝一体化吸收塔；12.集成控制系统。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明实施例做进一步详细描述：图1是一种烧结烟气脱硝处理装置及方法流程图；其流程为：因为钢厂已有氧气站，因此不再加设液氧罐以及空分装置，直接利用钢厂氧站的纯氧经过管路输送至图中减压与流量调节阀组1，经过减压与流量调节后输送至烧结厂的臭氧发生装置2，臭氧发生装置2经过高压放电过程将纯氧变为特定纯度的臭氧，之后进入输送管线和各分支管路并经过各支路臭氧压力与流量调节阀组3的调节后，按照特定的流量和压力输送至烧结机7下的高NO浓度的风箱连接管道5处；之后，臭氧经由氧化剂喷枪4在高负压环境所产生的吸力下，自动加入到高NO浓度的风箱连接管5之内，而NO初始浓度较低的风箱连接管道6则不添加臭氧；为了应对烧结终点偏移的现象，在高NO浓度风箱上下游相邻的风箱连接管道中也布置氧化剂喷枪4和氧化剂加入支管及调节装置3，当烧结终点及NO高浓度烟气所产生风箱发生小范围的前后偏移时，可以通过开启临近风箱的臭氧加入支管的调节阀组3和氧化剂喷枪4来确保臭氧精确加入和有效控制。当臭氧与NO在风箱连接管道5内完成氧化脱硝反应之后，进入烧结机主烟道8；在此，已处理完的NO与低NO浓度的烟气在进一步混合和稀释之后，经过除尘器9与主抽风机10后，在脱硫塔11内实现脱硫脱硝一体化吸收与固定。此工艺还有一套连锁集成控制系统12，其能够通过烧结机各风箱监测点的烟气特征和原有脱硫系统在线监测装置的数据，判断NO浓度的高低及所需臭氧添加量并控制臭氧发生器的产气量和臭氧各添加支管的压力与开关，其可以根据烧结终点的偏移来调节各个支路的臭氧添加量。通个各支路分量和臭氧产生总量的双向调节和控制，实现臭氧的精确添加和高效利用，以确保较高的脱硝效率和合理的运行费用。本发明专利结合烧结机NO的分布特点，针对性的将高浓度NO风箱的烟气展开集中式的脱除，减少了处理烟气量，极大的降低传统的臭氧氧化烧结烟气脱硝工艺的运行费用与投资费用，是当前解决我国钢铁行业烧结烟气脱硝技术难题的有效途径之一。

Claims (7)

1.一种烧结烟气脱硝处理装置，包括相互连接的NO初始浓度较高的烧结机风箱连接管道(5)、NO初始浓度较低的烧结机风箱连接管道(6)、烧结机本体(7)、烧结机主烟道(8)、除尘器(9)、烧结机主抽风机(10)、脱硫脱硝一体化吸收塔(11)；其特征在于：还包括压力与流量调节阀组(1)、臭氧发生装置(2)、臭氧添加管线压力与流量调节阀组(3)、臭氧添加装置(4)、集成控制系统(12)；臭氧添加装置(4)由文丘里喷头(4.1)、静态混合器(4.2)组成；臭氧添加装置(4)设置在NO初始浓度较高的烧结机风箱连接管道(5)处；压力与流量调节阀组(1)、臭氧发生装置(2)、臭氧添加管线压力与流量调节阀组(3)、臭氧添加装置(4)与集成控制系统(12)相连接；能调节臭氧的浓度和臭氧整体添加量的集成控制系统(12)与现有的烧结烟气脱硫在线监测装置实现连锁控制与连接；加入臭氧各支管的开关与压力与流量调节阀组(3)也与集成控制系统连锁并独立控制。

2.如权利要求1所述的一种烧结烟气脱硝处理装置，其特征在于：文丘里喷头(4.1)、静态混合器(4.2)固定安装在一起；静态混合器(4.2)安装在文丘里喷头(4.1)的下方；静态混合器(4.2)采用石墨烯材质制成；在臭氧发生装置(2)内部设置能进行臭氧加入量与浓度计算与调节的臭氧添加管线压力与流量调节阀组(3)。

3.如权利要求1所述的一种烧结烟气脱硝处理装置，其特征在于：在高NO浓度的风箱所毗邻的若干上、下游的风箱中安装能通过调节投运喷枪以及对应的风箱的个数独立控制NO浓度的臭氧添加装置(4)。

4.如权利要求1所述的一种烧结烟气脱硝处理装置，其特征在于：静态混合器(4.2)其上端以“灯罩”的形式设置在文丘里喷头(4.1)的扩径部分上，其静态混合器(4.2)底部采用通透式的螺旋扰流板形式。

5.一种烧结烟气脱硝处理方法，其特征是：直接利用钢厂氧站的纯氧经过管路输送至图中减压与流量调节阀组(1)，经过减压与流量调节后输送至烧结厂的臭氧发生装置(2)，臭氧发生装置(2)经过高压放电过程将纯氧变为特定纯度的臭氧，之后进入输送管线和各分支管路并经过各支路臭氧压力与流量调节阀组(3)的调节后，按照特定的流量和压力输送至烧结机(7)下的高NO浓度的风箱连接管道(5)处之后，臭氧经由氧化剂喷枪(4)加入到高NO浓度的风箱连接管(5)之内，而NO初始浓度较低的风箱连接管道(6)则不添加臭氧；为了应对烧结终点偏移的现象，在高NO浓度风箱上下游相邻的风箱连接管道中也布置氧化剂喷枪(4)和氧化剂加入支管及调节装置(3)，当烧结终点及NO高浓度烟气所产生风箱发生小范围的前后偏移时，可以通过开启临近风箱的臭氧加入支管的调节阀组(3)和氧化剂喷枪(4)来确保臭氧精确加入和有效控制。当臭氧与NO在风箱连接管道(5)内完成氧化脱硝反应之后，进入烧结机主烟道(8)；在此，已处理完的NO与低NO浓度的烟气在进一步混合和稀释之后，经过除尘器(9)与主抽风机(10)后，在脱硫塔(11)内实现脱硫脱硝一体化吸收与固定；设置连锁集成控制系统(12)，其能够通过烧结机各风箱监测点的烟气特征和原有脱硫系统在线监测装置的数据，判断NO浓度的高低及所需臭氧添加量并控制臭氧发生器的产气量和臭氧各添加支管的压力与开关，其可以根据烧结终点的偏移来调节各个支路的臭氧添加量；通个各支路分量和臭氧产生总量的双向调节和控制，实现臭氧的精确添加和高效利用，以确保较高的脱硝效率和合理的运行费用；本发明结合烧结机NO的分布特点，针对性的将高浓度NO风箱的烟气展开集中式的脱除，减少了处理烟气量，极大的降低传统的臭氧氧化烧结烟气脱硝工艺的运行费用与投资费用，是当前解决我国钢铁行业烧结烟气脱硝技术难题的有效途径之一。

6.如权利要求5所述的一种烧结烟气脱硝处理方法，其特征在于：臭氧发生装置(2)采用钢厂空分系统自己制备的纯氧作为氧源。

7.如权利要求5所述的一种烧结烟气脱硝处理方法，其特征在于：臭氧添加装置(4)位于烧结机料层下方的风箱及主烟道连接管处，臭氧添加装置(4)利用连接管处的高负压所产生的自有吸力及调风门装置，自动加入烧结烟气系统。