CN108404660A - 一种铁矿氧化球团生产过程的scr脱硝方法 - Google Patents

一种铁矿氧化球团生产过程的scr脱硝方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氧化球团生产过程的SCR脱硝方法，该方法是在球团生产的抽风干燥段进行喷氨SCR脱硝，具体方法是将抽风干燥段、预热段进行分段，以料层球团矿平均含水率3％为界限分为抽风干燥前段和后段，将预热段分为高硫烟气和低硫烟气两部分，将低硫烟气导入到抽风干燥后段，控制抽风干燥后段烟罩中SO2的浓度低于600mg/m3，在抽风干燥后段的烟罩中喷入NH3，根据球团原料中磁铁矿和赤铁矿的比例控制NH3/NO的比值，实现NOx减排达到20％～40％。

Description

一种铁矿氧化球团生产过程的SCR脱硝方法
技术领域
本发明涉及一种铁矿氧化球团生产过程的SCR脱硝方法。属于钢铁冶金球团工艺技术领域。
背景技术
氮氧化物对人类健康和生态环境危害巨大：①对人体及动物的致毒作用；②对植物的损害作用；③是形成酸雨、酸雾的主要原因之一；④与碳氢化合物形成光化学烟雾；⑤亦参与臭氧层的破坏。
近年来我国球团矿生产得到了长足的发展，但同时也带来了环保问题，目前链篦机-回转窑以及带式焙烧机已经成为了我国生产球团的主要工艺。球团工艺燃烧时产生大量烟气，烟气中氮氧化物含量较高(300mg/m3左右)，若不经脱硝处理直接将烟气排放大大气中，会造成环境污染。因此，需要对球团工艺产生的烟气进行脱除NOx处理后才能将其排入大气。随着国家对环保要求的日益严格，2017年6月国家环保部发布了《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》的修订公告，进一步降低了污染物的排放限值，氮氧化物限值调整为100mg/Nm3，其对于球团烟气脱硝的技术难度和要求显著增大。
目前国内球团烟气治理主要采取末端治理的方法，球团烟气脱硫技术在我国已经比较成熟，当前在脱硫的基础上，如何实现高效脱硝，对球团烟气污染物治理意义重大。烟气脱硝技术主要有选择性催化还原法(SCR)、非催化还原法(SNCR)、SCR/SNCR混合法等，在我国火力发电等行业已有较好的应用。但球团烟气量大、组成复杂且波动大，采用末端脱硝的方法难度大，存在脱硝能耗高、设备庞大、运行成本高等诸多问题。在选择烟气脱硝末端治理工艺时，不仅要考虑对脱硫工艺的影响，还要考虑基建投资以及副产品的利用问题。
在球团过程控制NOx的排放相对是一种更为经济的途径。中国专利(公开号CN106268270A)公开了一种链篦机-回转窑预热段SNCR脱硝方法，该脱硝装置设于第二预热段内腔，该脱硝装置利用链篦机-回转窑脱硝系统的各装置实现脱硝反应，降低设备投资及运行费用，但存在脱硝效率低、氨逃逸等问题。
通常情况下，SCR脱硝工艺常采用氨气或者尿素作为还原剂，并在300℃～450℃的温度下将氮氧化物还原为水和氮气。目前，常用的链篦机-回转窑工艺以及带式焙烧机工艺抽风干燥段的温度为300℃～500℃，满足SCR脱硝的温度要求，但抽风干燥段烟气中SO2高、水蒸气含量高，会导致脱硝效率低下，在工业上难以得到应用。
技术方案
针对现有技术中由于在链篦机-回转窑工艺以及带式焙烧机工艺的抽风干燥段烟气中SO2高、水蒸气含量高，会导致脱硝效率低下，难以实现SCR脱硝的问题，本发明人的目的是在于提供一种氧化球团生产过程的SCR脱硝方法，该方法解决了球团烟气SO2高、水蒸气含量高影响脱硝的问题，该脱硝方法能够有效利用球团工艺本体的条件实现脱硝反应，而且脱硝效率较高，脱硝区域温度窗口稳定，实现了球团NOx的高效经济控制。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种铁矿氧化球团生产过程的SCR脱硝方法，该方法是在铁矿氧化球团生产过程的抽风干燥段进行喷氨SCR脱硝。
优选的方案，将铁矿氧化球团生产过程的干燥预热工艺流程中的抽风干燥段分为抽风干燥前段和抽风干燥后段以及将预热段分为高硫烟气段和低硫烟气段；将低硫烟气段烟气导入到抽风干燥后段，同时将高硫烟气段烟气导入到抽风干燥前段；在抽风干燥后段喷入还原剂，进行SCR脱硝；
所述抽风干燥段以料层球团矿平均含水量来划分段，料层球团矿平均含水量大于3％的区域为干燥前段，料层球团矿平均含水量低于3％的区域为干燥后段；所述预热段以烟气中SO2浓度来划分段，烟气中SO2浓度低于的区域为低硫烟气段，余下区域为高硫烟气段；其中，为烟气中最高SO2浓度，且当高于1200mg/m3时，低硫烟气段取烟气中SO2浓度低于600mg/m3区域。
优选的方案，所述抽风干燥后段的烟罩内设置若干个用于喷洒还原剂喷枪。
优选的方案，所述还原剂包括氨气和/或尿素。其中，采用尿素作为还原剂时，1摩尔尿素相当于2摩尔NH3。尿素替代NH3，替代原则为尿素提供的N等量替换NH3提供的N。
较优选的方案，所述还原剂的喷入量控制NH3/NO比值为αNH3/NO＝0.3～0.4×φ磁铁矿+0.4～0.5×φ赤铁矿，其中φ磁铁矿为球团原料中磁铁矿的质量百分数，φ赤铁矿为球团原料中赤铁矿的质量百分数。优选的方案根据实际的球团原料中磁铁矿和赤铁矿的比例来控制NH3/NO的比值，以达到最佳的SCR催化反应效果。
优选的方案，将低硫烟气段烟气导入到抽风干燥后段，控制抽风干燥后段烟罩中SO2的含量低于600mg/m3，同时控制抽风干燥后段的温度上限为Tmax＝350～400×φ磁铁矿+400～450×φ赤铁矿，其中，φ磁铁矿为球团原料中磁铁矿的质量百分数，φ赤铁矿为球团原料中赤铁矿的质量百分数。通过将低硫烟气段烟气导入到抽风干燥后段对抽风干燥后段烟气进行调质以及烟气温度的调节，提高SCR反应效率。
优选的方案，所述抽风干燥后段排出的烟气与抽风干燥前段排出的烟气汇合通入脱硫装置。
优选的方案，所述铁矿氧化球团生产过程采用链篦机-回转窑或者带式焙烧机。
本发明提供的氧化球团生产过程的SCR脱硝的方法，关键是将预热段分为高硫段和低硫段，将抽风干燥段分为高H2O抽风干燥前段和低H2O抽风干燥后段，并且通过将低硫烟气段烟气导入到抽风干燥后段对烟气进行调质，同时调节烟气的温度，降低温度以及烟气有害成分对SCR反应的影响，有效地解决了传统工艺抽风干燥段SO2高、水蒸气含量高导致氨利用效率低的问题。本发明充分利用了球团生产过程中抽风干燥段不同区域H2O含量不同以及预热段不同区域SO2含量不同，相应采取不同的方法进行处理，将低硫烟气导入到抽风干燥后段，而抽风干燥后段SO2、H2O含量较低，在抽风干燥后段喷入氨气等还原剂，利用铁矿石的催化性能直接喷氨可获得较好的脱硝性能。而干燥前段高SO2、H2O含量烟气不适宜进行SCR脱硝，将其与抽风干燥后段排出烟气汇合后通入脱硫装置。
本发明的氧化球团生产过程的SCR脱硝方法中，将低硫烟气导入到抽风干燥后段，控制抽风干燥后段烟罩中SO2的含量低于600mg/m3，控制抽风干燥后段的温度上限为Tmax＝350～400×φ磁铁矿+400～450×φ赤铁矿。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的方法，相比传统的烟气SCR脱硝方法，其利用铁矿石中铁氧化物自身的催化性能作催化剂，在球团生产过程实现SCR脱硝，不需额外建设末端SCR脱硝装置。
(2)本发明通过将抽风干燥段、预热段进行分段，控制抽风干燥后段SCR脱硝过程的SO2含量和水蒸气含量，解决了传统工艺抽风干燥段SO2高、水蒸气含量高导致氨利用效率低的问题。
(3)本发明SCR脱硝方法，充分考虑了磁铁矿和赤铁矿的催化性能、脱硝温度窗口适宜范围，通过控制SCR脱硝过程的条件，实现了球团烟气NOx的高效、经济减排，且具有通用性，适合各种类型的原料结构。
(4)本发明的装置结构简单、操作便捷、投资及运行成本低，易于实现NOx的高效减排，适于工业应用，实现NOx减排达到20％～40％。。
附图说明
【图1】为现有的球团烟气风系工艺流程图；
【图2】为本发明的球团生产过程SCR脱硝的风系工艺流程图。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步详细说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。
图1为现有的氧化球团干燥预热段工艺流程，图2为本发明实施分别将抽风干燥段与预热二段分段，并将低硫预热段烟气导入到抽风干燥后段，而高硫预热段烟气导入到抽风干燥前段，对抽风干燥后段进行喷氨SCR脱硝处理的工艺流程。
实施例1
针对磁铁矿原料，其预热段SO2最高浓度为1200mg/m3，将预热段中SO2浓度低于600mg/m3的低硫烟气导入到抽风干燥后段，其中抽风干燥后段的料层球团矿平均水分低于2％，控制抽风干燥后段烟罩中SO2的含量低于600mg/m3，抽风干燥后段的温度上限为Tmax＝350φ磁铁矿+400×φ赤铁矿＝350℃，在抽风干燥后段的烟罩中喷入NH3，控制NH3/NO比值为αNH3/NO＝0.3，烟气中的氮氧化物与NH3在磁铁矿催化剂作用下发生脱硝反应，NOx脱除率达到20％。而高硫烟气导入到抽风干燥前段，抽风干燥后段排出烟气与前段烟气汇合后通入脱硫装置，然后进行排空。
实施例2
针对赤铁矿原料，其预热段SO2最高浓度为1000mg/m3，将预热段中SO2浓度低于500mg/m3的低硫烟气导入到抽风干燥后段，其中抽风干燥后段的料层球团矿平均水分低于3％，控制抽风干燥后段烟罩中SO2的含量低于600mg/m3，抽风干燥后段的温度上限为Tmax＝400φ磁铁矿+450×φ赤铁矿＝450℃，在抽风干燥后段的烟罩中喷入NH3，控制NH3/NO比值为αNH3/NO＝0.5，烟气中的氮氧化物与NH3在磁铁矿催化剂作用下发生脱硝反应，NOx脱除率达到40％。而高硫烟气导入到抽风干燥前段，抽风干燥后段排出烟气与前段烟气汇合后通入脱硫装置，然后进行排空。
相对于球团NOx末端处理以及生产过程的SNCR脱硝方法，本发明的方法充分考虑了磁铁矿和赤铁矿的催化性能、脱硝温度窗口适宜范围，实现了球团烟气NOx的高效、经济减排，且具有通用性，适合各种类型的原料结构。本发明的装置结构简单、操作便捷、投资及运行成本低。

Claims (8)

1.一种铁矿氧化球团生产过程的SCR脱硝方法，其特征在于：在铁矿氧化球团生产过程的抽风干燥段进行喷氨SCR脱硝。
2.根据权利要求1所述的一种铁矿氧化球团生产过程的SCR脱硝方法，其特征在于：将铁矿氧化球团生产过程的抽风干燥段分为抽风干燥前段和抽风干燥后段以及将预热段分为高硫烟气段和低硫烟气段；将低硫烟气段烟气导入到抽风干燥后段，同时将高硫烟气段烟气导入到抽风干燥前段；在抽风干燥后段喷入还原剂，进行SCR脱硝；
所述抽风干燥段以料层球团矿平均含水量来划分段，料层球团矿平均含水量大于3％的区域为干燥前段，料层球团矿平均含水量低于3％的区域为干燥后段；
所述预热段以烟气中SO2浓度来划分段，烟气中SO2浓度低于的区域为低硫烟气段，余下区域为高硫烟气段；其中，为烟气中最高SO2浓度，且当高于1200mg/m3时，低硫烟气段取烟气中SO2浓度低于600mg/m3区域。
3.根据权利要求2所述的一种铁矿氧化球团生产过程的SCR脱硝方法，其特征在于：所述抽风干燥后段的烟罩内设置若干个用于喷洒还原剂的喷枪。
4.根据权利要求2所述的一种铁矿氧化球团生产过程的SCR脱硝方法，其特征在于：所述还原剂包括氨气和/或尿素；其中，采用尿素作为还原剂时，1摩尔尿素相当于2摩尔NH3。
5.根据权利要求4所述的一种铁矿氧化球团生产过程的SCR脱硝方法，其特征在于：所述还原剂的喷入量控制NH3/NO比值为αNH3/NO＝0.3～0.4×φ磁铁矿+0.4～0.5×φ赤铁矿，其中，φ磁铁矿为球团原料中磁铁矿的质量百分比含量，φ赤铁矿为球团原料中赤铁矿的质量百分比含量。
6.根据权利要求2所述的一种铁矿氧化球团生产过程的SCR脱硝方法，其特征在于：将低硫烟气段烟气导入到抽风干燥后段，控制抽风干燥后段烟罩中SO2的浓度低于600mg/m3，同时控制抽风干燥后段的温度上限为Tmax＝350～400×φ磁铁矿+400～450×φ赤铁矿，其中，φ磁铁矿为球团原料中磁铁矿的质量百分比含量，φ赤铁矿为球团原料中赤铁矿的质量百分比含量。
7.根据权利要求1～6任一项所述的一种铁矿氧化球团生产过程的SCR脱硝方法，其特征在于：所述抽风干燥后段排出的烟气与抽风干燥前段排出的烟气汇合通入脱硫装置。
8.根据权利要求1～6任一项所述的一种铁矿氧化球团生产过程的SCR脱硝方法，其特征在于：所述铁矿氧化球团生产过程采用链篦机-回转窑或者带式焙烧机。
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