CN107899414A - 一种热风炉废气脱硫脱硝协同治理方法 - Google Patents

一种热风炉废气脱硫脱硝协同治理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种热风炉废气脱硫脱硝协同治理方法，包括：将所有蓄热式热风炉控制为燃烧蓄热与热风输送交错进行的工作状态，通过换热装置使燃烧阶段产生的高温废气与燃用煤气进行换热，经预热后的煤气送至热风炉燃烧；同时使降温后的废气通过臭氧氧化脱硝装置进行脱硝；废气通过湿法脱硫装置进行脱硫；脱硫后将净气排放。该协同治理方法使废气净化、热风输送和余热回收同步进行，高效脱除废气中的二氧化硫和氮氧化物，净化废气并满足新标准或超低排放要求，回收利用废气热能，降低运行成本，节约能源和资源。

Description

一种热风炉废气脱硫脱硝协同治理方法
技术领域
本发明涉及环保技术领域，特别涉及一种热风炉废气脱硫脱硝协同治理方法。
背景技术
热风炉是为生产工艺提供热气流的集燃烧与传热过程于一体的热工设备。炼铁高炉需要高风温，采用热风炉可为高炉提供1000℃以上的高温热风。目前，炼铁高炉采用的是间歇式工作的蓄热式热风炉，为持续不断地提供高温热风，一般每座高炉配有3～4台热风炉。高炉热风炉的燃料为高炉煤气或焦炉煤气，在燃烧加热过程中不可避免将产生SO2和NOx等污染物，因其废气排放量较大而对大气环境造成的污染已不可忽视。重新修订并即将颁布实施的《炼铁工业大气污染物排放标准》已将热风炉废气的污染排放纳入严格控制。主要考核指标限值为：颗粒物15mg/m3，二氧化硫80mg/m3，氮氧化物(以NO2计)300mg/m3。
如前所述，高炉热风炉的燃料主要是高炉净煤气和焦炉净煤气，因其颗粒物浓度较低，一般未采取任何废气净化措施，使得废气中的二氧化硫和氮氧化物随之外排，污染问题日渐凸显，已不符合国家现行的环保政策，也不能满足即将实施的新标准要求。
文献查阅显示，此前国内外尚未对热风炉废气进行治理，也无相应的净化工艺。因此，开发针对热风炉废气特性的脱硫脱硝工艺和技术方法，以满足新的环保要求势在必行。
发明内容
本发明提供了一种热风炉废气脱硫脱硝协同治理方法，解决了现有技术中尚无相关设备或工艺对热风炉的废气进行净化，导致大气污染的技术问题，实现了废气净化、热风输送和余热回收同步进行，高效脱除废气中的二氧化硫和氮氧化物，净化废气并达标排放，使废气热能回收与利用，节能降耗，降低运行成本的技术效果。
本发明提供的一种热风炉废气脱硫脱硝协同治理方法，通过热风炉废气脱硫脱硝协同治理装置实现，所述热风炉废气脱硫脱硝协同治理装置包括：若干热风炉、集合烟道、换热装置、臭氧氧化脱硝装置及湿法脱硫装置；所述热风炉为蓄热式热风炉，设置有煤气入口、助燃空气入口、废气与冷空气出入口及热空气出口；所述煤气入口连接有煤气管；所述助燃空气入口连接有助燃空气管；所述热空气出口连接有热空气管；所述废气与冷空气出入口连接有废气管及冷空气管；所述废气管上设置有废气切换阀；所述冷空气管设置有冷空气阀；所述热空气管设置有热空气阀；所述助燃空气管设置有助燃空气阀；所述煤气管设置有煤气阀；所述集合烟道与每一个所述热风炉的所述废气管连通；所述换热装置用于所述集合烟道内高温废气与所述煤气输送管内燃用煤气的换热；所述换热装置设有第一换热通道和第二换热通道，所述第一换热通道与所述集合烟道连通；所述第二换热通道与煤气输送管连通；所述煤气输送管连通每一个所述热风炉的所述煤气管；所述臭氧氧化脱硝装置与所述换热装置的第一换热通道的出口连接，用于所述废气的臭氧脱硝；所述湿法脱硫装置与所述臭氧氧化脱硝装置的出口连接，用于所述废气的湿法脱硫；
将所有所述热风炉控制为交错送风的工作状态，其中部分所述热风炉处于燃烧蓄热工作状态，其余所述热风炉处于热风输送工作状态；
当所述热风炉处于燃烧蓄热工作状态时，所述冷空气阀及所述热空气阀处于关闭状态，所述助燃空气阀及所述煤气阀处于开启状态，将所述废气切换阀打开，所述煤气管送入的煤气在所述热风炉内燃烧，使蓄热体升温，燃烧产生的所述废气通过所述废气管进入所述集合烟道；
通过所述换热装置使高温废气与所述煤气输送管内的所述燃用煤气进行换热；
所述换热结束后，经预热的所述煤气通过所述煤气管进入所述热风炉进行燃烧；
所述换热结束后，降温后的所述废气通过所述臭氧氧化脱硝装置进行脱硝；
所述脱硝结束后，所述废气通过所述湿法脱硫装置进行脱硫；
所述脱硫结束后，将净化后的废气排放。
作为优选，当所述热风炉处于热风输送工作状态时，所述冷空气阀及所述热空气阀处于开启状态，所述废气切换阀、所述助燃空气阀及所述煤气阀处于关闭状态，所述冷空气管送入的冷空气经过所述热风炉的蓄热体加热变成热空气，所述热空气通过所述热空气管送入高炉。
作为优选，所述换热结束后，所述废气的温度小于等于150℃；
所述脱硫结束后，所述废气的温度为50～60℃。
作为优选，所述热风炉废气脱硫脱硝协同治理装置还包括：
系统风机，设置在所述臭氧氧化脱硝装置与所述湿法脱硫装置之间的管道中；
烟囱，与所述湿法脱硫装置的出口连接，用于排放经脱硝脱硫净化后的所述废气。
本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
由于采用了在热风炉的废气与冷空气出入口连接废气净化系统及换热装置，使热风炉的废气净化、热风输送和余热回收能同步进行；废气净化系统中臭氧氧化脱硝装置和湿法脱硫装置能有效脱除燃烧废气中的二氧化硫和氮氧化物，使排放的SO2浓度低于80mg/m3，NOx浓度低于300mg/m3，完全可满足新标准排放限值要求或超低排放要求；通过换热装置使废气温度降至100～150℃，既可有效减小湿法脱硫装置的耗水量，降低其运行成本，又可充分利用热能对热风炉燃用煤气进行预热，有效提高其理论燃烧温度和拱顶温度，节能降耗作用明显；采用O3臭氧氧化脱硝装置，无催化剂损耗、氨泄漏等弊端，阻损低、能耗省、占地小，投资和运行成本低廉。这样，有效解决了现有技术中尚无相关设备或工艺对热风炉的废气进行净化，导致大气污染的技术问题，实现了废气净化、热风输送和余热回收同步进行，高效脱除废气中的二氧化硫和氮氧化物，净化废气并达标排放，使废气热能回收与利用，节能降耗，降低运行成本的技术效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的热风炉废气脱硫脱硝协同治理方法的工艺流程图；
图2为本发明实施例中热风炉废气协同治理与余热利用的流程框图。
(图示中各标号代表的部件依次为：1热风炉、2废气切换阀、3冷空气阀、4助燃空气阀、4’煤气阀、5热空气阀、6集合烟道、7换热装置、8臭氧氧化脱硝装置、9系统风机、10湿法脱硫装置、11烟囱)
具体实施方式
本申请实施例提供了一种热风炉废气脱硫脱硝协同治理方法，解决了现有技术中尚无相关设备或工艺对热风炉的废气进行净化，导致大气污染的技术问题，实现了废气净化、热风输送和余热回收与煤气预热同步进行，净化效率高，可满足新标准排放限值要求或超低排放要求，余热利用，节能降耗，降低运行成本的技术效果。
参见附图1，本发明提供了一种热风炉废气脱硫脱硝协同治理方法，其实现装置主要包括：若干热风炉1、集合烟道6、换热装置7、臭氧氧化脱硝装置8、湿法脱硫装置10。
热风炉1为蓄热式热风炉，设置有煤气入口、助燃空气入口、废气与冷空气出入口及热空气出口；煤气入口连接有煤气管；助燃空气入口连接有助燃空气管；热空气出口连接有热空气管；废气与冷空气出入口连接有冷空气管及废气管；废气管上设置有废气切换阀2；冷空气管设置有冷空气阀3；热空气管设置有热空气阀5；助燃空气管设置有助燃空气阀4；煤气管设置有煤气阀4’。
集合烟道6与每一个热风炉1的废气管连通；换热装置7用于集合烟道内高温废气与煤气输送管内燃用煤气的热交换；换热装置7设有第一换热通道和第二换热通道，第一换热通道与集合烟道6连通；第二换热通道与煤气输送管连通；煤气输送管连通每一个热风炉1的煤气管。
臭氧氧化脱硝装置8与换热装置7的第一换热通道的出口连接，用于废气的臭氧脱硝；湿法脱硫装置10与臭氧氧化脱硝装置8的出口连接，用于废气的湿法脱硫。一般湿法脱硫装置10为脱硫塔，脱硫浆液与由下而上的废气形成逆向直接接触，通过气液强烈掺和、均混和传质过程，发生一系列物理化学反应，达到脱除烟气中二氧化硫的目的。
进一步的，还包括：系统风机9，设置在臭氧氧化脱硝装置8与湿法脱硫装置10之间的管道中，为废气净化系统提供动力；烟囱11，与湿法脱硫装置10的出口连接，用于排放脱硝脱硫后的废气。
基于同样的发明构思，参见附图1和2，本申请提供的一种热风炉废气脱硫脱硝协同治理方法，通过上述热风炉废气脱硫脱硝协同治理装置实现，包括：
S1：将所有热风炉1控制为交错送风的工作状态，其中部分热风炉1处于燃烧蓄热工作状态，其余热风炉1处于热风输送工作状态。
S2：当热风炉1处于燃烧蓄热工作状态时，冷空气阀3及热空气阀5处于关闭状态，助燃空气阀4及煤气阀4’处于开启状态，将废气切换阀2打开，煤气管送入的煤气在热风炉1内燃烧，使蓄热体升温，燃烧产生的高温废气通过废气管进入集合烟道6。
S3：通过换热装置7使高温废气与煤气输送管内的燃用煤气进行热交换。
S4：换热结束后，经预热的煤气通过煤气管进入热风炉1进行燃烧。
S5：换热结束后，废气的温度小于等于150℃，降温后的废气通过臭氧氧化脱硝装置8进行脱硝。
S6：脱硝结束后，废气通过湿法脱硫装置10进行脱硫。
S7：脱硫结束后，净化后的废气温度为50～60℃，通过烟囱11高空排放。
进一步的，当热风炉1处于热风输送工作状态时，冷空气阀3及热空气阀5处于开启状态，废气切换阀2、助燃空气阀4及煤气阀4’处于关闭状态，冷空气管送入的冷空气经热风炉内部蓄热体加热变成热空气，热空气通过热空气管送入高炉。
下面通过具体实施例来详细介绍本申请提供的热风炉废气脱硫脱硝协同治理方法的工艺流程：
本实施例的协同治理装置由热风炉1、废气切换阀2、冷空气阀3、煤气阀4’、助燃空气阀4、热空气阀5、集合烟道6、换热装置7、臭氧氧化脱硝装置8、系统风机9、湿法脱硫装置10及烟囱11组成。各装置之间通过管道相互连接。
废气切换阀2、冷空气阀3、煤气阀4’、助燃空气阀4、热空气阀5分别装于各台热风炉1的废气出口、冷空气入口、煤气入口、助燃空气入口和热空气出口。各阀门均有开启和关闭两种状态，两种状态互为联锁，保障废气净化、热风输送和煤气预热同步进行，互不干涉。
集合烟道6用于将各台热风炉1燃烧阶段产生废气的汇集，以便引到后续废气净化装置集中处理。
臭氧氧化脱硝装置8主要由臭氧发生器、混合器和分布器等组成，用于对废气中的NOx进行脱除。
湿法脱硫装置10采用湿式吸收方式对SO2进行高效脱除，保证二氧化硫低浓度排放，满足环保要求；同时对前级臭氧氧化脱硝形成的高价态氮氧化物(NO2/N2O5)进行有效吸收和脱除。根据具体工况条件，所采用的湿法吸收脱硫方法可采用石灰法、氧化镁法、钠碱法、氨法脱硫等方法。
换热装置7采用气气间接换热方式。该装置具有降温和废热回收的功用，可将废气温度降至150℃以下并将余热回收利用；同时利于后续湿法脱硫的低水耗及低成本运行。换热型式可采用热管或列管式，采用热管换热时热管换热时蒸发段是高温废气，冷凝段是煤气；采用列管换热时，管内走煤气，管外走高温废气。具体的换热方式不限于此，可依需选择和调整。换热回收的余热可用于热风炉燃用煤气的预热，有效提高其理论燃烧温度和拱顶温度；同时，经温降后的废气可大大降低脱硫塔内水的蒸发量，减小系统耗水量，降低运行费用。
系统风机9为废气净化系统提供动力，为避免风机腐蚀将其置于脱硫装置之前，风机控制可依需采用常规控制或变频控制。
工艺流程：热风炉1燃烧废气通过废气切换阀2汇到集合烟道6后一并进入换热装置7，首先进行换热将高温废气(200～400℃)降至150℃以下，再进入臭氧氧化脱硝装置8对废气中的NOx进行脱除，经氧化脱硝后的烟气由系统风机9增压后进入湿法脱硫装置10进行SO2脱除，达到脱除烟气中二氧化硫的目的。脱硫后的净烟气(50-60℃)进入烟囱11高空排放。
通过以上实施例可知，该方法能实现废气净化与热风输送同步进行。结合炼铁高炉热风炉“两烧两送”或“一烧两送”进行交错送风的工作制度，设置多个切换阀，根据各台热风炉1不同的工作阶段开启或关闭相应阀门，进行各炉燃烧蓄热和热风输送两阶段之间的切换，实现热风炉1燃烧蓄热阶段的废气净化与热风输送同时进行。即通过阀门切换，使得其中一部分处于燃烧蓄热(内部蓄热体)阶段的热风炉废气进入废气净化系统进行废气净化；同时，另一部分热风炉利用其内部高温蓄热体将冷空气加热后形成热空气向高炉输送。
通过以上实施例还可知，该方法能实现废气净化与煤气预热同步进行。利用设置的换热装置7将高温废气的余热回收，并用于热风炉1燃用煤气的预热，实现余热的回收与利用，节约能源。即通过阀门切换，将通过换热装置7回收的热能对燃用煤气进行预热后，送至处于燃烧蓄热阶段的热风炉1燃烧。
本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
由于采用了在热风炉1的废气与冷空气出入口连接废气净化系统及换热装置7，使热风炉1的废气净化、热风输送和煤气预热同步进行；废气净化系统中臭氧氧化脱硝装置8和湿法脱硫装置10能有效脱除燃烧废气中的二氧化硫和氮氧化物，使排放的SO2浓度低于80mg/m3，NOx浓度低于300mg/m3，完全可满足新标准排放限值要求或超低排放要求；通过换热装置7使高温废气与燃用煤气进行热交换，使废气温度降至100～150℃，既可有效减小湿法脱硫装置10的耗水量，降低其运行成本，又可充分利用热能对热风炉1燃用煤气进行预热，有效提高其理论燃烧温度和拱顶温度，节能降耗作用明显；采用臭氧氧化脱硝装置8，无催化剂损耗、氨泄漏等弊端，阻损低、能耗省、占地小，投资和运行成本低廉。这样，有效解决了现有技术中尚无相关设备或工艺对热风炉1的废气进行净化，导致大气污染的技术问题，实现了废气净化、热风输送和余热回收与煤气预热同步进行，高效脱除废气中的二氧化硫和氮氧化物，净化废气并达标排放，使废气热能回收与利用，节能降耗，降低运行成本的技术效果。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种热风炉废气脱硫脱硝协同治理方法，其特征在于，热风炉废气净化、热风输送和余热回收同步进行；
具体通过热风炉废气脱硫脱硝协同治理装置来实现，所述热风炉废气脱硫脱硝协同治理装置包括：若干热风炉、集合烟道、换热装置、臭氧氧化脱硝装置及湿法脱硫装置；所述热风炉为蓄热式热风炉，设置有煤气入口、助燃空气入口、废气与冷空气出入口及热空气出口；所述煤气入口连接有煤气管；所述助燃空气入口连接有助燃空气管；所述热空气出口连接有热空气管；所述废气与冷空气出入口连接有废气管及冷空气管；所述废气管上设置有废气切换阀；所述冷空气管设置有冷空气阀；所述热空气管设置有热空气阀；所述助燃空气管设置有助燃空气阀；所述煤气管设置有煤气阀；所述集合烟道与每一个所述热风炉的所述废气管连通；所述换热装置用于所述集合烟道内高温废气与所述煤气输送管内燃用煤气的热交换；所述换热装置设有第一换热通道和第二换热通道，所述第一换热通道与所述集合烟道连通；所述第二换热通道与煤气输送管连通；所述煤气输送管连通每一个所述热风炉的所述煤气管；所述臭氧氧化脱硝装置与所述换热装置的第一换热通道的出口连接，用于所述废气的臭氧脱硝；所述湿法脱硫装置与所述臭氧氧化脱硝装置的出口连接，用于所述废气的湿法脱硫；
将所有所述热风炉控制为交错送风的工作状态，其中部分所述热风炉处于燃烧蓄热工作状态，其余所述热风炉处于热风输送工作状态；
当所述热风炉处于燃烧蓄热工作状态时，所述冷空气阀及所述热空气阀处于关闭状态，所述助燃空气阀及所述煤气阀处于开启状态，将所述废气切换阀打开，所述煤气管送入的煤气在所述热风炉内燃烧，使蓄热体升温，燃烧产生的所述废气通过所述废气管进入所述集合烟道；
通过所述换热装置使高温废气与所述煤气输送管内的所述燃用煤气进行换热；
所述换热结束后，经预热的所述煤气通过所述煤气管进入所述热风炉进行燃烧；
所述换热结束后，降温后的所述废气通过所述臭氧氧化脱硝装置进行脱硝；
所述脱硝结束后，所述废气通过所述湿法脱硫装置进行脱硫；
所述脱硫结束后，将净化后的废气排放。
2.如权利要求1所述的热风炉废气脱硫脱硝协同治理方法，其特征在于，
当所述热风炉处于热风输送工作状态时，所述冷空气阀及所述热空气阀处于开启状态，所述废气切换阀、所述助燃空气阀及所述煤气阀处于关闭状态，所述冷空气管送入的冷空气经过所述热风炉内部蓄热体加热变成热空气，所述热空气通过所述热空气管送入高炉。
3.如权利要求1所述的热风炉废气脱硫脱硝协同治理方法，其特征在于，
所述换热结束后，所述废气的温度小于等于150℃；
所述脱硫结束后，所述废气的温度为50～60℃。
4.如权利要求1所述的热风炉废气脱硫脱硝协同治理方法，其特征在于，所述热风炉废气脱硫脱硝协同治理装置还包括：
系统风机，设置在所述臭氧氧化脱硝装置与所述湿法脱硫装置之间的管道中；
烟囱，与所述湿法脱硫装置的出口连接，用于排放经脱硝脱硫净化后的所述废气。
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