CN107789967B - 一种烧结烟气低温脱硝装置及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种烧结烟气低温脱硝装置，它主要包括脱硝塔、氧化剂储罐和尿素制备及储存罐，氧化剂储罐的出气口与脱硫后的烧结烟气出气口通过管道与氧化剂均布装置相连，氧化剂和烧结烟气在氧化剂均布装置内按一定比例混合后通过风机通入脱硝塔的下部，脱硝塔的塔顶为尿素喷射系统及达标烟气排放口，塔体中部为吸收反应段，塔体下部为尿素储液段，同时包括烧结烟气与氧化剂混合反应区域，DCS系统通过传感器数据控制氧化剂、尿素和烧结烟气的喷出量。本发明反应不需要使用催化剂，避免频繁使用催化剂及高昂的运行费用；脱硝装置内仅在45℃～60℃低温环境下便可以发生氮氧化物的还原脱硝反应，具有设备材质要求低、维护成本低等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种烧结烟气的高效、节能的脱硝环保设备及操作实施工艺方法。属于化工及环保技术领域。
背景技术
电厂、钢厂等排放的氮氧化物等是造成大气污染的主要污染源之一，大量的氮氧化物与空气中水结合转化为硝酸等引起酸雨的污染物，而且氮氧化物在一定条件下与其他污染物形成光化学烟雾污染；大量无法消除的氮氧化物形成的污染是多方面的，对人们生活及社会生产带来诸多不利影响。国内部分企业仅上了脱硫装置，缺乏有效脱硝设施，对环境造成很大不利影响。因此，国家相关部门已经制定相关法律法规严格控制烟气中氮氧化物的排放量，对于不满足排放标准的企业采取关停、改造等严厉措施。
目前，国内较为成熟的脱硝工艺为SCR技术、SNCR技术；SCR技术存在需求催化剂用量大，催化剂使用周期短等不利影响；SNCR技术在SCR基础上发展而来，但是其存在反应效率低，反应环境800℃以上高温反应环境。SCR技术相对于SNCR技术具有工作温度低(225℃～420℃)、脱硝效率高等优点；但是SCR技术需要催化剂进行脱硝，催化剂具有使用寿命短、催化活性降低快等不良因素；SNCR技术虽然不使用催化剂脱硝，但是其具有反应温度高、脱硝效率低(去除率30％左右)等缺点。为了提高尿素脱硝效率，部分企业采用添加有机胺、硅藻土和二氧化钛等添加剂提高脱硝效率，添加剂在提高效率的同时也增加了脱硝成本和吸收液处理成本。本发明设计脱硝装置使用尿素代替氨气，避免氨气逃逸引起的二次污染；反应不需要使用催化剂，避免频繁使用催化剂及高昂的运行费用；脱硝装置内仅在45℃～60℃低温环境下便可以发生氮氧化物的还原脱硝反应，具有设备材质要求低、维护成本低等特点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种烧结烟气低温脱硝装置及其实现方法，避免氨气逃逸引起的二次污染；反应不需要使用催化剂，避免频繁使用催化剂及高昂的运行费用；脱硝装置内仅在45℃～60℃低温环境下便可以发生氮氧化物的还原脱硝反应，具有设备材质要求低、维护成本低等特点。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种烧结烟气低温脱硝装置，它主要包括脱硝塔、氧化剂储罐和尿素制备及储存罐，氧化剂储罐的出气口与脱硫后的烧结烟气出气口通过管道与氧化剂均布装置相连，氧化剂和烧结烟气在氧化剂均布装置内按一定比例混合后通过风机通入脱硝塔的下部，脱硝塔的塔顶为尿素喷射系统及达标烟气排放口，塔体中部为吸收反应段，塔体下部为尿素储液段，同时包括烧结烟气与氧化剂混合反应区域，DCS系统通过传感器数据控制氧化剂、尿素和烧结烟气的喷出量。
优选地，所述氧化剂均布装置包括同心设置的烟气管道、内层布气管和外层布气管，烟气管道与脱硫后的烧结烟气出气口相连，内层布气管和外层布气管分别与氧化剂储罐相连，在所述内层布气管和外层布气管的管壁上分别开设有布气孔。
优选地，所述内层布气管的管壁上均匀开设有12个布气孔，外层布气管的管壁上均匀开设有36个布气孔。
优选地，所述尿素制备及储存罐的出液口通过补液泵与脱硝塔底部的尿素储液段相连，给脱硝塔的尿素储液段补充尿素，尿素储液段的出液口通过循环泵与脱硝塔内的尿素喷射装置相连，在所述脱硝塔顶部的净烟气排放口装有氮氧化物检测仪，输出信号给DCS系统，通过DCS系统对尿素流量进行控制。
优选地，所述脱硝塔内部分为三层吸收反应段，每一层吸收反应段内均设置有鲍尔环填料层，在每个鲍尔环填料层的上方均设置有液体分布器，用来控制尿素喷射装置的流量，所述鲍尔环填料层包括与脱硝塔内壁相固定的填料栅板和支撑板，在所述填料栅板和支撑板之间设置有填料，鲍尔环填料层中的填料含量从塔底向上由多到少排布。
上述烧结烟气低温脱硝装置的实现方法：塔底烧结及焦化烟气布气装置将烟气在塔底布气均匀，烟气在塔内均匀分布，在线监控烟气中初始NO及NO2含量，DCS系统自动控制氧化剂输入量，将烟气在进入脱硝塔之前的NO及NO2比例调节至3:5～5:3之间，氧化剂喷射系统采用多点喷射，投入氧化剂的比例折算为O2：NO＝1:4，保障NO及NO2浓度在最佳反应比例内；根据烟气中初始氮氧化物含量，自动控制尿素溶液的循环量，尿素储罐中尿素在加热系统作用下保持温度40℃～55℃，喷入塔内温度保持在40℃～55℃；尿素采用脱盐水配制，质量浓度为40％～50％；脱硝烟气处理入口温度：45℃～95℃；脱硝塔内填充总体积1/2～3/4鲍尔环填料，尿素塔顶喷射压力大于0.4MPa、塔内均匀分布。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明提供的技术后续无废水、废气、废渣等产生，不产生二次污染；反应在低温环境下进行，对设备参数要求低，设备易于维护，运行费用低；烟气污染物含量有波动时可以通过DCS系统调节氧化剂和尿素含量得到快速解决；整个脱硝装置不使用催化剂，不存在催化剂中毒及频繁更换等问题。概括如下：1.脱硝装置使用尿素代替氨气，避免氨气逃逸引起的二次污染；2.反应不需要使用催化剂，避免频繁使用催化剂及高昂的运行费用；3.脱硝装置内仅在45℃～60℃低温环境下便可以发生高效氮氧化物的还原脱硝反应，具有设备材质要求低、维护成本低的特点。
附图说明
图1为本发明烧结烟气低温脱硝装置的组合示意图。
图2为本发明中脱硝塔的结构示意图。
图3为本发明中氧化剂均布装置的结构示意图。
图4为本发明中鲍尔环填料层的结构示意图。
图中：
脱硝塔1、氧化剂储罐2、尿素制备及储存罐3、氧化剂均布装置4、烟气管道4.1、内层布气管4.2、外层布气管4.3、风机5、补液泵6、循环泵7、尿素喷射装置8、鲍尔环填料层9、填料栅板9.1、支撑板9.2、填料9.3、液体分布器10。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
参见图1-4所示，本发明涉及一种烧结烟气低温脱硝装置，主要包括脱硝塔1、氧化剂储罐2和尿素制备及储存罐3，氧化剂储罐2的出气口与脱硫后的烧结烟气出气口通过管道与氧化剂均布装置4相连，氧化剂和烧结烟气在氧化剂均布装置4内按一定比例混合后通过风机5通入脱硝塔1的下部，脱硝塔1的塔顶为尿素喷射系统及达标烟气排放口，塔体中部为吸收反应段(内置鲍尔环填料)，塔体下部为尿素储液段，同时包括烧结烟气与氧化剂混合反应区域(使得烟气中氮氧化合物达到最佳反应比例)，DCS系统通过传感器数据控制氧化剂、尿素和烧结烟气等的喷出量。
所述氧化剂均布装置4包括同心设置的烟气管道4.1、内层布气管4.2和外层布气管4.3，烟气管道4.1与脱硫后的烧结烟气出气口相连，内层布气管4.2和外层布气管4.3分别与氧化剂储罐2相连，在所述内层布气管4.2和外层布气管4.3的管壁上分别开设有布气孔，其中内层布气管4.2的管壁上均匀开设有12个布气孔，外层布气管4.3的管壁上均匀开设有36个布气孔，随烟气流量及氮氧化物含量采用不同流量进行喷射混合，装置中含有氮氧化物及流量、温度监测传感器，通过专用电缆与DCS系统连接；
所述尿素制备及储存罐3的出液口通过补液泵6与脱硝塔1底部的尿素储液段相连，给脱硝塔的尿素储液段补充尿素，尿素储液段的出液口通过循环泵7与脱硝塔1内的尿素喷射装置8相连，给脱硝塔内的烟气进行喷淋，在所述脱硝塔1顶部的净烟气排放口装有氮氧化物检测仪，输出信号给DCS系统，通过DCS系统反馈控制尿素喷射装置及液体分布器对尿素流量等参数进行控制。
在本实施例中将脱硝塔1内部分为三层吸收反应段，每一层吸收反应段内均设置有鲍尔环填料层9，在每个鲍尔环填料层9的上方均设置有液体分布器10，用来控制尿素喷射装置8的流量，所述鲍尔环填料层9包括与脱硝塔1内壁相固定的填料栅板9.1和支撑板9.2，在所述填料栅板9.1和支撑板9.2之间设置有填料9.3，由于烟气是由脱硝塔1底部进入向上由净烟气排放口排出的，因此下面的烟气中氮氧化物含量较高，越往上含量越低，所以鲍尔环填料层9中的填料含量从塔底向上由多到少排布，从底部进入的烧结及焦化烟气与上方喷淋下来的尿素溶液在脱硝塔中部充分吸收反应；吸收塔中部填充具有大比表面积填料，使得烧结及焦化烟气中氮氧化物在50℃左右较低温度下能与尿素充分反应生成氮气、二氧化碳等。
本实施例提供一种烧结烟气低温脱硝装置的工艺方法，采用上述的设备装置组合，并采用以下工艺条件：
在线监控烟气中初始NO及NO2含量，DCS系统自动控制氧化剂输入量，将烟气在进入脱硝塔之前的NO及NO2比例调节至3:5～5:3之间，氧化剂喷射系统采用多点喷射，投入氧化剂的比例折算为O2：NO＝1:4，保障NO及NO2浓度在最佳反应比例内；
根据烟气中初始氮氧化物含量，自动控制尿素溶液的循环量。
尿素储罐中尿素在加热系统作用下保持温度40℃～55℃，喷入塔内温度保持在40℃～55℃；
尿素采用脱盐水配制，质量浓度为40％～50％；
脱硝烟气处理入口温度：45℃～95℃；
脱硝塔内填充总体积1/2～3/4鲍尔环填料，布置为三层，用以增大烟气和尿素溶液的接触面积，增加反应时间，具备传质效率高、通量大、阻力小、分离效率高等特点；
尿素塔顶喷射压力大于0.4MPa、塔内均匀分布；
塔底烧结及焦化烟气布气装置将烟气在塔底布气均匀，烟气在塔内均匀分布；
本发明的烧结烟气脱硝装置利用氧化剂调节烧结烟气中氮氧化物(NOx)含量，然后利用烧结烟气余热与尿素反应后脱硝，此过程中无其他任何催化剂或添加剂。在本发明装置内反应过程包含烧结烟气氮氧化物调制及烟气与尿素发生低温尿素还原脱硝反应。氧化剂采用双氧水等清洁氧化剂，使得脱硝过程无废液产生，用量由DCS系统自动控制。突出优点：脱硝装置使用尿素代替氨气，避免氨气逃逸引起的二次污染；反应不需要使用催化剂，避免频繁使用催化剂及高昂的运行费用；脱硝装置内仅在45℃～60℃低温环境下便可以发生氮氧化物的还原脱硝反应，具有设备材质要求低、维护成本低等特点。
烧结烟气氮氧化物调制原理及其与尿素反应原理
B.2NO+O2→2NO2
C.NO+NO2→N2O3
D.N2O3+H2O→2HNO2
E.2NO2→N2O4
F.N2O4+H2O→HNO2+HNO3
G.2NO2+H2O→HNO2+HNO3
H.NO+NO2+CO(NH2)2＝CO2+2N2+2H2O
本发明烧结烟气低温脱硝装置采用氧化剂先将烧结烟气中氮氧化物比例进行调节，使得NO和NO2比例接近1:1的状态，再利用烟气本身温度和尿素进行充分混合反应；解决了NO吸收效率低、尿素脱硝效率低等问题；脱硝后排放浓度小于100mg/m3，并且脱硝装置可在50℃左右低温环境下脱硝，过程中不添加除尿素之外的反应物质或催化材料；脱硝成本低。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种烧结烟气低温脱硝装置，其特征在于：它主要包括脱硝塔（1）、氧化剂储罐（2）和尿素制备及储存罐（3），氧化剂储罐（2）的出气口与脱硫后的烧结烟气出气口通过管道与氧化剂均布装置（4）相连，氧化剂和烧结烟气在氧化剂均布装置（4）内按一定比例混合后通过风机（5）通入脱硝塔（1）的下部，脱硝塔（1）的塔顶为尿素喷射系统及达标烟气排放口，塔体中部为吸收反应段，塔体下部为尿素储液段，同时包括烧结烟气与氧化剂混合反应区域，DCS系统通过传感器数据控制氧化剂、尿素和烧结烟气的喷出量；
所述尿素制备及储存罐（3）的出液口通过补液泵（6）与脱硝塔（1）底部的尿素储液段相连，给脱硝塔的尿素储液段补充尿素，尿素储液段的出液口通过循环泵（7）与脱硝塔（1）内的尿素喷射装置（8）相连，在所述脱硝塔（1）顶部的净烟气排放口装有氮氧化物检测仪，输出信号给DCS系统，通过DCS系统对尿素流量进行控制；
所述脱硝塔（1）内部分为三层吸收反应段，每一层吸收反应段内均设置有鲍尔环填料层（9），在每个鲍尔环填料层（9）的上方均设置有液体分布器（10），用来控制尿素喷射装置（8）的流量，所述鲍尔环填料层（9）包括与脱硝塔（1）内壁相固定的填料栅板（9.1）和支撑板（9.2），在所述填料栅板（9.1）和支撑板（9.2）之间设置有填料（9.3），鲍尔环填料层（9）中的填料含量从塔底向上由多到少排布。
2.根据权利要求1所述的一种烧结烟气低温脱硝装置，其特征在于：所述氧化剂均布装置（4）包括同心设置的烟气管道（4.1）、内层布气管（4.2）和外层布气管（4.3），烟气管道（4.1）与脱硫后的烧结烟气出气口相连，内层布气管（4.2）和外层布气管（4.3）分别与氧化剂储罐（2）相连，在所述内层布气管（4.2）和外层布气管（4.3）的管壁上分别开设有布气孔。
3.根据权利要求2所述的一种烧结烟气低温脱硝装置，其特征在于：所述内层布气管（4.2）的管壁上均匀开设有12个布气孔，外层布气管（4.3）的管壁上均匀开设有36个布气孔。
4.一种如权利要求1所述的烧结烟气低温脱硝装置的实现方法，其特征在于所述方法为：塔底烧结及焦化烟气布气装置将烟气在塔底布气均匀，烟气在塔内均匀分布，在线监控烟气中初始NO及NO2含量，DCS系统自动控制氧化剂输入量，将烟气在进入脱硝塔之前的NO及NO2比例调节至3:5~5:3之间，氧化剂喷射系统采用多点喷射，投入氧化剂的比例折算为O2：NO=1:4，保障NO及NO2浓度在最佳反应比例内；根据烟气中初始氮氧化物含量，自动控制尿素溶液的循环量，尿素储罐中尿素在加热系统作用下保持温度40℃~55℃，喷入塔内温度保持在40℃ ~55℃；尿素采用脱盐水配制，质量浓度为40%~50%；脱硝烟气处理入口温度：45℃~95℃；脱硝塔内填充总体积1/2~3/4鲍尔环填料，尿素塔顶喷射压力大于0.4MPa、塔内均匀分布。
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