CN108043213A - 一种工业窑炉脱硝改造系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种工业窑炉脱硝改造系统，包括输送装置、喷射装置和回风装置，其特征在于；所述喷射装置包括喷枪，所述喷枪位于工业窑炉内部750～950℃的温度区域内，喷枪通过穿透工业窑炉外壁的管道与输送装置连接；输送装置向喷枪输送混有固体脱硝还原剂的气流；所述回风装置包括引风机，引风机连接有吸风管和回风管；所述吸风管和回风管均穿透工业窑炉外壁，吸风管位于喷射装置上方；回风管位于喷射装置下方。相对于传统的SCR、SNCR和氧化法脱硝，一次性投入小、运行费用低、维护检修方便、施工周期短、安全性高、不产生二次污染、脱硝效率高。极其适合对现有的工业窑炉进行改造。

Description

一种工业窑炉脱硝改造系统及方法

技术领域

本发明涉及脱硝技术领域，具体涉及一种工业窑炉脱硝改造系统及方法。

背景技术

工业生产中，工业窑炉在生产中有着很重要的地位，但是在生产运行过程中，环保问题一直得不到有效的控制解决，尤其是生产过程中高温产生的NO_X浓度高（1000～4000mg/Nm³），处理难度最大，目前的工业窑炉一般采用氧化的办法脱硝，这种脱硝方法会产生大量的固体盐和废水，处理的成本和难度非常大。因此需要根据工业窑炉的生产特点和炉型结构，研究发明了一种用于工业窑炉的脱硝工艺和装置，以解决NO_X的超标排放难题，使烟气排放满足国家环保的排放要求。

当前SCR(选择性催化还原技术) 和SNCR(选择性非催化还原技术) 是应用最广泛的两种技术，但是此两项技术不能满足新的国家环保要求。另外，SCR的核心部件催化剂特别容易中毒，严重影响着脱硝系统的正常使用且增加了运行成本；SNCR 对烟气温度有着较高的要求，温度的波动会直接影响系统的脱硝效果；SCR+SNCR 联合使用的技术具有两项技术缺陷的同时，还大大增加了工程投资。

申请人之前申请的一项专利一种采用异氰酸气体脱硝的方法及系统（CN104874270A），提出了一种脱硝新方法，采用异氰酸气体脱硝。在本申请中申请人将该方法的原理应用到工业窑炉的脱硝中，提出一套对工业窑炉进行脱硝改造系统。

发明内容

为解决工业窑炉脱硝问题，本发明提出了一种工业窑炉脱硝改造系统和方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种工业窑炉脱硝改造系统，包括输送装置、喷射装置和回风装置，所述喷射装置包括喷枪，所述喷枪位于工业窑炉内部750～950℃的温度区域内，喷枪通过穿透工业窑炉外壁的管道与输送装置连接；输送装置向喷枪输送混有固体脱硝还原剂的气流；

所述回风装置包括引风机，引风机连接有吸风管和回风管；所述吸风管和回风管均穿透工业窑炉外壁，吸风管位于喷射装置上方；回风管位于喷射装置下方。

进一步的改进，所述固体脱硝还原剂为尿素或三聚氰酸。

进一步的改进，所述输送装置包括给料仓，给料仓连接有气化风机，气化风机连接有中间仓，中间仓的下部出料口处设有用于将固体脱硝还原剂和空气混合的仓体流化装置，仓体流化装置连接有气力输送器，气力输送器将混有固体脱硝还原剂的气流输送到喷枪。

进一步的改进，所述工业窑炉脱硝改造系统还包括PLC控制器和气流控制装置，所述气流控制装置包括空气压缩机，空气压缩机连接有储气罐，储气罐连接仓体流化装置和气力输送器；PLC控制器通过操控气流控制装置对仓体流化装置和气力输送器的气流量进行控制。

进一步的改进，所述反应区喷射装置包括一个或多个喷枪，均匀排布在工业窑炉的内壁上；喷射装置还设有自动分配模块和分配器，将混有固体脱硝还原剂的气流均匀喷射到窑炉内。

进一步的改进，所述回风装置还设有除尘器，所述吸风管的入口上设有筛网。

一种工业窑炉脱硝改造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一）根据需要改造的工业窑炉工作情况找出窑炉工作时750～950℃的脱硝反应区域；

步骤二）在工业窑炉脱硝反应区域的中部位置水平打孔，安装喷枪；将喷枪与输送装置连接，输送装置可向喷枪输送混有固体脱硝还原剂的气流；

步骤三）在工业窑炉脱硝反应区域的上部位置水平打孔，安装吸风管，吸风管的入口上设有筛网；在工业窑炉脱硝反应区域的下部位置水平打孔，安装回风管；将吸风管和回风管与引风机和除尘装置连通，构成完整的回风装置；

步骤四）在输送装置上安装气流控制装置，再安装PLC控制器，进行调试，调试完成后即完成改造。

进一步的改进，所述固体脱硝还原剂为尿素或三聚氰酸。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的改造方法利用固体的尿素或三聚氰酸能够直接分解产生HNCO的特点，将固体的还原剂直接用于脱硝。完全不需要催化剂和配制溶液，省去了许多设备。相对于传统的SCR、SNCR和氧化法脱硝，一次性投入小、运行费用低、维护检修方便、施工周期短、安全性高、不产生二次污染、脱硝效率高。极其适合对现有的工业窑炉进行改造。本发明针对性强，利用工业窑炉自身的特点，在其中选取750～950℃的区间作为脱硝反应区，只需在工业窑炉的侧壁打孔即可完成改造。而且采用固体的尿素或三聚氰酸不会从窑炉内吸热，保持了原来的反应温度。因此采用本发明的改造系统对生产不会造成不利影响。

回风装置的主要作用是使烟气中未完全反应的HNCO、NH₃再次与NO_X充分反应，避免烟气中氨逃逸，同时提高脱硝效率。另外可以调节反应区的温度，使反应区温度控制在750～950℃之间，满足脱硝所需的反应温度。

附图说明

图1为工业窑炉上的喷射装置和回风装置的剖视图；

图2为工业窑炉上的喷射装置和回风装置的俯视图；

图3为输送装置和控制系统示意图；

图4为回风装置示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明，但是本发明不仅限于这些实施例。

如图1所示，工业窑炉的结构形式大多是圆形筒状结构，生产方式为一侧给料，一侧出料，窑炉中部为高温煅烧区，燃料管1在此处喷出燃料，煅烧区温度为1200～2000℃，原料在经过预热后进入到煅烧区。本发明工艺和装置是利用煅烧区和给料侧之间的750～950℃温度区作为脱硝反应区进行脱硝，系统包括：脱硝剂输送装置、反应区喷射装置、反应区回风装置、自动调节装置，整套系统可以根据窑炉的运行状态及NO_X浓度的变化自动调节。

本发明中脱硝剂主要成分为：固态的尿素[CO(NH₂)₂]或三聚氰酸[(HNCO)₃]，反应过程是尿素在200℃时受热反应生成三聚氰酸和氨气，尿素受热生成的三聚氰酸或直接利用的三聚氰酸在360℃时受热生成异氰酸，三聚氰酸和异氰酸在750～950℃温度下，极易与NO_X反应，且反应速度很快，反应生成物是没有污染的N₂、H₂0、CO₂，烟气得到净化处理。脱硝还原剂优选三聚氰酸，也可以用尿素代替。

详细反应式：

6CO(NH₂)₂——2(HNCO)₃+NH₃+6H₂O

(HNCO)₃ ——3HNCO

2(HNCO)₃+9NO —— 7.5N₂+6CO₂+3H₂O

8HNCO+6NO₂——7N₂+8CO₂+4H₂O

此外尿素产生的氨气也可发生脱硝反应，起辅助的作用。

4NH₃+4NO+O₂—— 4N₂+6H₂O

8NH₃+6NO₂—— 7N₂+2H₂O

2NH₃+NO+NO₂—— 2N₂+3H₂O

如图1和图2所示，反应区喷射装置包括：喷枪3。喷枪3有一个或多个，以圆周排布在工业窑炉的内壁上。喷射装置还设有自动分配模块和分配器，将混有固体脱硝还原剂的气流均匀喷射到窑炉内。喷枪上还设置了保护装置。脱硝还原剂在高温作用下生成(HNCO)₃、HNCO、NH₃，与烟气中的NO_X反应生成N₂、H₂0、CO₂，烟气得到净化后由给料侧排出。

如图1~图4所示回风装置包括：给料侧吸风管4、除尘装置、引风机、回风管2，给料侧排出的烟气经侧吸风管4吸入后，再经除尘装置除尘，然后由引风机送入到反应区回风管2，均匀地进入到窑炉内，其主要作用是使烟气中未完全反应的HNCO、NH₃再次与NO_X充分反应，避免烟气中氨逃逸，同时提高脱硝效率，另外可以调节反应区的温度，使反应区温度控制在750～950℃之间，满足脱硝所需的反应温度。为防止回风装置阻塞，在吸风管的入口上设有筛网，防止较大的颗粒物进入，并设置除尘装置除去较小的颗粒物和粉尘，更好的防止回风装置阻塞。

如图3所示，系统的输送装置包括：破袋机、给料仓、集中仓、气力输送系统、自动称量给料系统、自动化控制系统，运行流程是：脱硝剂经破袋机破开后，脱硝剂落入给料仓，经给料机给入到气力输送系统一，经输送管道送入到集中仓，集中仓的脱硝剂经下部出料口由自动给料系统根据运行工况的变化和氮氧化物浓度的变化，按实际需要反应的量给到气力输送系统二，然后经管道直接输送到反应区喷射装置。

如图3所示，所述工业窑炉脱硝改造系统还包括PLC控制器和气流控制装置，所述气流控制装置包括空气压缩机，空气压缩机连接有储气罐，储气罐连接仓体流化装置和气力输送器；PLC控制器通过操控气流控制装置对仓体流化装置和气力输送器的气流量进行控制。整套系统在PLC控制下自动运行，自动调整脱硝剂的给料量，同时回风装置可使烟气中的HNCO、NH₃再次与NO_X充分反应，使反应更彻底、更完全，并且可以调节反应区的温度，整个脱硝过程满足系统的工况变化和NOX浓度的变化，使脱硝过程最完全。

本发明还提出了利用上述系统对工业窑炉进行脱硝改造的方法，包括以下改造步骤：

步骤一）根据需要改造的工业窑炉工作情况找出窑炉工作时750～950℃的脱硝反应区域；

步骤二）在工业窑炉脱硝反应区域的中部位置水平打孔，安装喷枪；将喷枪与输送装置连接，输送装置可向喷枪输送混有固体脱硝还原剂的气流；

步骤三）在工业窑炉脱硝反应区域的上部位置水平打孔，安装吸风管，吸风管的入口上设有筛网；在工业窑炉脱硝反应区域的下部位置水平打孔，安装回风管；将吸风管和回风管与引风机和除尘装置连通，构成完整的回风装置；

步骤四）在输送装置上安装气流控制装置，再安装PLC控制器，进行调试，调试完成后即完成改造。

本工艺和装置相对于传统的SCR、SNCR和氧化法脱硝，一次性投入小、运行费用低、维护检修方便、施工周期短、安全性高、不产生二次污染、脱硝效率高。

Claims (9)

1.一种工业窑炉脱硝改造系统，包括输送装置、喷射装置和回风装置，其特征在于；所述喷射装置包括喷枪，所述喷枪位于工业窑炉内部750～950℃的温度区域内，喷枪通过穿透工业窑炉外壁的管道与输送装置连接；输送装置向喷枪输送混有固体脱硝还原剂的气流；

所述回风装置包括引风机，引风机连接有吸风管和回风管；所述吸风管和回风管均穿透工业窑炉外壁，吸风管位于喷射装置上方；回风管位于喷射装置下方。

2.如权利要求1所述的一种工业窑炉脱硝改造系统，其特征在于，所述固体脱硝还原剂为尿素或三聚氰酸。

3.如权利要求1所述的一种工业窑炉脱硝改造系统，其特征在于，所述输送装置包括给料仓，给料仓连接有气化风机，气化风机连接有中间仓，中间仓的下部出料口处设有用于将固体脱硝还原剂和空气混合的仓体流化装置，仓体流化装置连接有气力输送器，气力输送器将混有固体脱硝还原剂的气流输送到喷枪。

4.如权利要求3所述的一种工业窑炉脱硝改造系统，其特征在于，所述工业窑炉脱硝改造系统还包括破袋机，用于将袋装的固体脱硝还原剂破袋后送入给料仓。

5.如权利要求1所述的一种工业窑炉脱硝改造系统，其特征在于，所述工业窑炉脱硝改造系统还包括PLC控制器和气流控制装置，所述气流控制装置包括空气压缩机，空气压缩机连接有储气罐，储气罐连接仓体流化装置和气力输送器；PLC控制器通过操控气流控制装置对仓体流化装置和气力输送器的气流量进行控制。

6.如权利要求1所述的一种工业窑炉脱硝改造系统，其特征在于，所述喷射装置包括多个喷枪，均匀排布在工业窑炉的内壁上；喷射装置还设有自动分配模块和分配器，将混有固体脱硝还原剂的气流均匀喷射到窑炉内。

7.如权利要求1所述的一种工业窑炉脱硝改造系统，其特征在于，所述回风装置还设有除尘器，所述吸风管的入口上设有筛网。

8.一种工业窑炉脱硝改造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一）根据需要改造的工业窑炉工作情况找出窑炉工作时750～950℃的脱硝反应区域；

步骤二）在工业窑炉脱硝反应区域的中部位置水平打孔，安装喷枪；将喷枪与输送装置连接，输送装置可向喷枪输送混有固体脱硝还原剂的气流；

步骤三）在工业窑炉脱硝反应区域的上部位置水平打孔，安装吸风管，吸风管的入口上设有筛网；在工业窑炉脱硝反应区域的下部位置水平打孔，安装回风管；将吸风管和回风管与引风机和除尘装置连通，构成完整的回风装置；

步骤四）在输送装置上安装气流控制装置，再安装PLC控制器，进行调试，调试完成后即完成改造。

9.如权利要求8所述的一种工业窑炉脱硝改造方法，其特征在于，所述固体脱硝还原剂为尿素或三聚氰酸。