CN108686505A - 一种焦炉烟道气低温scr脱硝和余热回收一体化装置及工艺 - Google Patents

一种焦炉烟道气低温scr脱硝和余热回收一体化装置及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及焦炉烟道气低温SCR脱硝领域，具体涉及一种焦炉烟道气低温SCR脱硝和余热回收一体化装置及工艺，包括与焦炉烟囱依次连接的地下烟道、氨水气化装置、脱硝反应器、引风机、脱硫塔和除尘器，解决了现有技术问题中存在的焦炉烟道气脱硝技术中存在的催化剂失活、换热器堵塞、原烟囱防腐以及需要停机检修的技术缺陷。本发明提供一种具有脱硝效率高、氨逃逸率低、催化剂不会堵塞、催化剂使用寿命高、烟囱防腐性能好、结构简单和成本低廉的脱硝装置及工艺。

Description

一种焦炉烟道气低温SCR脱硝和余热回收一体化装置及工艺
技术领域
本发明涉及焦炉烟道气低温SCR脱硝领域，具体涉及一种焦炉烟道气低温SCR脱硝和余热回收一体化装置及工艺。
背景技术
焦化行业的焦炉烟道气中SO2、NOx及粉尘颗粒物的排放浓度指标，在基准氧含量8％时，颗粒物 浓度为10mg/Nm3，SO2浓度为30mg/Nm3，NOx浓度为150mg/Nm3，并要求净化处理后烟气须回原 烟囱排放。当前焦炉烟道气采用的低温SCR脱硝技术，源自于在燃煤电厂应用已非常成熟的SCR脱硝 技术，采用活性温度区间较低的催化剂。
焦炉烟道气中的SO2是焦炉加热煤气中所含硫化物燃烧产生的，主要包含焦炉加热用焦炉煤气中H2S、有机硫和因焦炉炉体窜漏导致荒煤气等燃烧所生成的SO2，焦炉烟道气排放的SO2浓度一般在100-500mg/Nm3。
焦炉烟道气中的NOx是燃气在焦炉立火道中燃烧时，由于燃烧温度高，将空气中的N2氧化生成的NOx，其中NO占95%左右，NO2占5%左右。焦炉烟道气排放的NOx浓度一般在600-1300mg/Nm3。
焦炉碳化室窜漏导致荒煤气（含焦油和细煤灰）进入到燃烧室，导致焦炉烟道气中颗粒物浓度可达到30-100 mg/Nm3。
所以，对于焦炉烟道气而言，由于其自身的特点，燃煤锅炉烟气脱硝技术并不完全适用于焦炉烟道气，具体原因如下：一、焦炉烟道气温度较低，受焦炉炉型、炉龄、燃料种类、管理水平等因素的影响，不同焦炉烟道气温度差别很大，一般在180-280℃之间，相比电厂320-400℃的烟气温度，焦炉烟道气温度较低；二、焦炉烟道气排放的NOx浓度较高，一般在600-1300mg/Nm3，SO2和烟尘浓度较低，分别在100-500mg/Nm3和30-100 mg/Nm3；三、净化处理后烟气须回原烟囱排放，需要利用SCR脱硝后烟气热量来抬升去烟囱排放的净烟气温度不低于140℃，避免原烟囱的腐蚀及烟羽问题，否则无法直接回原烟囱排放；四、焦炉烟道气中由于炉墙窜漏而含有焦油，且随着炉龄增长而增加，焦油是强粘性物质，会对催化剂活性造成影响；五、为了达到超低排放要求，低温SCR脱硝效率要达到90%甚至更高，NH3逃逸量很难满足国家排放标准的要求；六、SCR脱硝后的烟气由于逃逸NH3和SO3会形成硫酸氢铵，当温度低于200℃时，硫酸氢铵易在催化剂、换热器表面沉积，造成催化剂失活和换热器堵塞，尤其是烟气经过换热器降温时，硫酸氢铵更易造成沉积在换热器表面。
综上所述，虽然SCR脱硝技术是目前燃煤锅炉烟气脱硝中运行最稳定、应用最可靠的技术，但是由于焦炉烟道气特性与燃煤锅炉烟气存在差异，且环保要求也有不同。因此直接采用燃煤锅炉烟气SCR脱硝技术不能满足要求。因此，紧密结合焦炉烟道气的特性及实际工程应用的要求，有针对性地开发一种焦炉烟道气低温SCR脱硝和余热回收一体化工艺十分必要。
发明内容
针对现有技术问题中存在的焦炉烟道气脱硝技术中存在的催化剂失活、换热器堵塞、原烟囱防腐以及需要停机检修的技术缺陷。本发明提供一种新的焦炉烟道气低温SCR脱硝和余热回收一体化工艺，该焦炉烟道气低温SCR脱硝和余热回收一体化工艺具有脱硝效率高、氨逃逸率低、催化剂不会堵塞、催化剂使用寿命高、烟囱防腐性能好、结构简单和成本低廉的优势。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
为解决上述技术缺陷，本发明提供一种焦炉烟道气低温SCR脱硝和余热回收一体化装置，包括与焦炉烟囱依次连接的地下烟道、氨水气化装置、脱硝反应器、引风机、脱硫塔和除尘器；所述氨水气化装置包括设置在主烟道内的氨水气化器和燃烧器，所述脱硝反应器包括2-5个并联的反应仓，所述反应仓从上到下依次设置有烟气整流层、焦油吸附层、低温SCR催化剂层、烟气-烟气换热器层，所述反应仓内每层之间设置有差压测量装置；所述脱硝反应器连接有催化剂再生装置。
作为进一步的改进，所述反应仓外部设置有进口调节阀门和出口调节阀门。
作为进一步的改进，所述反应仓内的焦油吸附层可拆卸的设置，当反应仓内的层压差超过预设阈值时，关掉反应仓的进口调节阀门和出口调节阀门，进行更换。
作为进一步的改进，所述主烟道内设置有烟气导流装置。
作为进一步的改进，所述烟气-烟气换热器为管式换热器，所述引风机为变频电机。
作为进一步的改进，所述催化剂再生装置包括煤气燃烧器、空气风机、风道、风门及电控系统。
为解决上述提到的工艺流程缺陷，本发明提供一种焦炉烟道气低温SCR脱硝和余热回收一体化工艺，包括以下步骤：
S1：通过引风机提供吸力，将温度为180-280℃焦炉烟道气从焦炉烟囱底部的地下烟道内吸出，吸出后的焦炉烟道气通过管道进入主烟道；
S2：在主烟道内设置氨水气化器，并配备燃烧器保证氨水气化完全，氨气在烟道内与烟气混合均匀，然后分别进入脱硝反应器内的的每个独立反应仓，对烟道系统进行计算机模拟后合理设置烟气导流装置，使烟气均匀地进入每个独立反应仓，并可通过反应仓09进口调节阀门开度调整，确保进入每个反应仓的烟气量接近；
S3：进入单个反应仓后的180-280℃的烟气进行脱销处理，烟气进入反应仓后经过导流装置进一步实现均匀分布，先进入焦油吸附层脱除其中的焦油，再进入低温SCR催化剂层，烟气中的氮氧化物在低温催化剂的作用下被NH4还原成N2，脱除氮氧化物后的180-280℃高温烟气经过烟气-烟气换热器08后将烟气温度降到110-160℃；
S4：将反应仓处理后的110-160℃烟气经过引风机10送入脱硫塔11完成烟气脱硫，再进入除尘器12除尘，从除尘器12出来的干净烟气经过烟气-烟气换热器将温度升到不低于140℃；
S5：打开反应仓外设置的出口调节阀门将升温后的气体通过管道进入原焦炉烟囱排放。
作为进一步的改进，所述步骤S3中当反应仓内低温SCR催化剂层07或烟气-烟气换热器内的压差值超过设定阈值时，关闭反应仓烟气进口调节阀门和出口调节阀门，向其通入催化剂再生装置05提供的300-400℃的热空气，使催化剂恢复活性和去除换热器表面沉积物，再生完成后重新打开反应仓烟气进口调节阀门和出口调节阀门，反应仓重新投入使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
效果一，本发明将低温SCR脱硝与烟气升温装置设计在一体，针对焦炉烟道气特点对燃煤锅炉烟气SCR技术进行优化创新，根据焦炉烟道气温度为180-280℃，选择170-280℃下的低温催化剂，同时解决了脱硝效率低、氨逃逸高、催化剂堵塞以及催化剂使用寿命短等问题；
效果二，将焦炉烟道气的焦油吸附层、低温SCR催化剂层和烟气-烟气换热器层布置在脱硝反应器的反应仓内，通过对脱硝反应器进行分仓设计，可实现脱硝装置、换热器装置与焦炉同步实现年8760小时运行；
效果三，净化处理后的焦炉烟道气回原烟囱排放，高效利用烟气自身热量解决了净化处理后的烟气对烟囱腐蚀问题，避免了烟囱防腐改造；
效果四，烟气-烟气换热器型式和布置方式，管式换热器的型式具有高换热效率、低烟气泄露率，有效缓解了脱硝后的焦炉烟道气在降温时对常规换热器的严重堵塞问题，延长了换热器的使用寿命并缩短了停机检修次数。将换热器布置于脱硝反应器的单个反应仓内，节省占地，降低投资成本，同时可实现在线清堵，并可在焦炉烟道气环保装置不停运的前提下，进行检修甚至更换；
效果五，采用氨水气化器与燃烧器来气化氨水，不需额外增加氨水蒸发器及喷氨格栅，降低设备投资、节省场地、系统简单可靠并实现氨气和烟气混合的更加均匀，提高脱硝效率，降低氨氮摩尔比，减少氨气的逃逸；
效果六，将催化剂再生装置和换热器的连接，简化系统，提高设备利用率；
效果七，可完成对焦炉烟道气进行深度回收利用，使原烟囱排放的净化处理后的烟气温度更高，完全解决烟气对烟囱的腐蚀问题，有效解决烟羽现象。同时，降低了进入引风机的烟气温度从而减少了工况烟气量，节省引风机运行电耗，提高后续脱硫和除尘装置效率，减少了脱硫系统蒸发水量，节约水资源。
附图说明
图1为整体工艺流程图；
图2为脱硝反应器的结构示意图；
图中，1-焦炉烟囱，2-地下烟道，3-氨水气化器，4-燃烧器，5-催化剂再生装置，6-烟气整流层，7-焦油吸附层，8-低温SCR催化剂层，9-烟气-烟气换热器层，10-引风机，11-脱硫塔，12-除尘器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例
本实施例提供了一种焦炉烟道气回原烟囱排放的分仓式低温SCR脱硝工艺。焦炉烟道气在进入低温SCR脱硝催化剂前去除烟气中焦油，经SCR反应脱除烟气中的氮氧化物，经烟气换热器降低温度进入后续脱硫除尘系统，最终净化处理后的烟气进入烟气换热器升温到140℃以上，进入原烟囱排放，最终达到钢铁企业超低排放改造要求，包括与焦炉烟囱1依次连接的地下烟道2、氨水气化装置、脱硝反应器、引风机10、脱硫塔11和除尘器12；所述氨水气化装置包括设置在主烟道内的氨水气化器3和燃烧器4，所述主烟道内设置有烟气导流装置，对烟道系统进行计算机模拟后合理设置烟气导流装置，使烟气均匀地进入每个独立反应仓，并可通过反应仓09进口调节阀门开度调整，确保进入每个反应仓的烟气量接近，所述脱硝反应器包括2-5个并联的反应仓，所述反应仓从上到下依次设置有烟气整流层6、焦油吸附层7、低温SCR催化剂层8、烟气-烟气换热器层9，所述反应仓内每层之间设置有差压测量装置；所述脱硝反应器通过管道连接有催化剂再生装置5。
具体的，所述反应仓外部设置有进口调节阀门和出口调节阀门，用来调节焦炉烟气的进气与出气，同时在使用催化剂再生装置时先关断阀门，脱硝后的热烟气与去原烟囱排放的冷烟气在换热器内进行气-气换热，设计时针对烟气特性选择合适管径和管间距，避免堵塞问题，换热效率高。
具体的，所述反应仓内的焦油吸附层7可拆卸的设置，当反应仓内的层压差超过预设阈值时，关掉反应仓的进口调节阀门和出口调节阀门，进行更换。
具体的，所述烟气-烟气换热器9为管式换热器，所述引风机10为变频电机。
发明人在多次实践研究后认为，所述催化剂再生装置5包括煤气燃烧器、空气风机、风道、风门及电控系统，通过电控系统来控制催化剂再生装置的开闭，煤气燃烧器加热空气风机传输的空气，经过风道和风门传输进反应仓，当反应仓内差压值大于设计值时，可将反应仓进出口阀门关闭，对反应仓内的催化剂进行再生，同时将烟气-烟气换热器表面沉积的硫酸氢铵进行加热挥发。
一种焦炉烟道气低温SCR脱硝和余热回收一体化工艺，包括以下步骤：
S1：通过引风机提供吸力，将温度为180-280℃焦炉烟道气从焦炉烟囱1底部的地下烟道2内吸出，吸出后的焦炉烟道气通过管道进入主烟道；
S2：在主烟道内设置氨水气化器3，并配备燃烧器4保证氨水气化完全，氨气在烟道内与烟气混合均匀，然后分别进入脱硝反应器内的的每个独立反应仓，对烟道系统进行计算机模拟后合理设置烟气导流装置，使烟气均匀地进入每个独立反应仓，并可通过反应仓09进口调节阀门开度调整，确保进入每个反应仓的烟气量接近；
S3：进入单个反应仓后的180-280℃的烟气进行脱销处理，烟气进入反应仓后经过导流装置进一步实现均匀分布，先进入焦油吸附层7脱除其中的焦油，再进入低温SCR催化剂层8，烟气中的氮氧化物在低温催化剂的作用下被NH4还原成N2，脱除氮氧化物后的180-280℃高温烟气经过烟气-烟气换热器908后将烟气温度降到110-160℃；
S4：将反应仓处理后的110-160℃烟气经过引风机10送入脱硫塔11完成烟气脱硫，再进入除尘器12除尘，从除尘器12出来的干净烟气经过烟气-烟气换热器将温度升到不低于140℃；
S5：打开反应仓外设置的出口调节阀门将升温后的气体通过管道进入原焦炉烟囱1排放。
具体的，所述步骤S3中当反应仓内低温SCR催化剂层8或烟气-烟气换热器层9内的压差值超过设定阈值时，关闭反应仓烟气进口调节阀门和出口调节阀门，向其通入催化剂再生装置5提供的300-400℃的热空气，使催化剂恢复活性和去除烟气-烟气换热器表面沉积物，再生完成后重新打开反应仓烟气进口调节阀门和出口调节阀门，反应仓重新投入使用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种焦炉烟道气低温SCR脱硝和余热回收一体化装置，其特征在于，包括与焦炉烟囱（1）依次连接的地下烟道（2）、氨水气化装置、脱硝反应器、引风机（10）、脱硫塔（11）和除尘器（12）；所述氨水气化装置包括设置在主烟道内的氨水气化器（3）和燃烧器（4），所述脱硝反应器包括2-5个并联的反应仓，所述反应仓从上到下依次设置有烟气整流层（6）、焦油吸附层（7）、低温SCR催化剂层（8）、烟气-烟气换热器层（9），所述反应仓内每层之间设置有差压测量装置；所述脱硝反应器连接有催化剂再生装置（5）。
2.根据权利要求1所述的焦炉烟道气低温SCR脱硝和余热回收一体化装置，其特征在于，所述反应仓外部设置有进口调节阀门和出口调节阀门。
3.根据权利要求2所述的焦炉烟道气低温SCR脱硝和余热回收一体化装置，其特征在于，所述反应仓内的焦油吸附层（7）可拆卸的设置，当反应仓内的层压差超过预设阈值时，关掉反应仓的进口调节阀门和出口调节阀门，进行更换。
4.根据权利要求1所述的焦炉烟道气低温SCR脱硝和余热回收一体化装置，其特征在于，所述主烟道内设置有烟气导流装置。
5.根据权利要求1所述的焦炉烟道气低温SCR脱硝和余热回收一体化装置，其特征在于，所述烟气-烟气换热器（9）为管式换热器，所述引风机（10）为变频电机。
6.根据权利要求1所述的焦炉烟道气低温SCR脱硝和余热回收一体化装置，其特征在于，所述催化剂再生装置（5）包括煤气燃烧器、空气风机、风道、风门及电控系统。
7.一种焦炉烟道气低温SCR脱硝和余热回收一体化工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过引风机提供吸力，将温度为180-280℃焦炉烟道气从焦炉烟囱（1）底部的地下烟道（2）内吸出，吸出后的焦炉烟道气通过管道进入主烟道；
S2：在主烟道内设置氨水气化器（3），并配备燃烧器（4）保证氨水气化完全，氨气在烟道内与烟气混合均匀，然后分别进入脱硝反应器内的的每个独立反应仓，对烟道系统进行计算机模拟后合理设置烟气导流装置，使烟气均匀地进入每个独立反应仓，并可通过反应仓09进口调节阀门开度调整，确保进入每个反应仓的烟气量接近；
S3：进入单个反应仓后的180-280℃的烟气进行脱销处理，烟气进入反应仓后经过导流装置进一步实现均匀分布，先进入焦油吸附层（7）脱除其中的焦油，再进入低温SCR催化剂层（8），烟气中的氮氧化物在低温催化剂的作用下被NH4还原成N2，脱除氮氧化物后的180-280℃高温烟气经过烟气-烟气换热器（9）08后将烟气温度降到110-160℃；
S4：将反应仓处理后的110-160℃烟气经过引风机10送入脱硫塔（11）完成烟气脱硫，再进入除尘器（12）除尘，从除尘器（12）出来的干净烟气经过烟气-烟气换热器将温度升到不低于140℃；
S5：打开反应仓外设置的出口调节阀门将升温后的气体通过管道进入原焦炉烟囱（1）排放。
8.根据权利要求7所述的焦炉烟道气低温SCR脱硝和余热回收一体化工艺，其特征在于，所述步骤S3中当反应仓内低温SCR催化剂层（8）或烟气-烟气换热器层（9）内的压差值超过设定阈值时，关闭反应仓烟气进口调节阀门和出口调节阀门，向其通入催化剂再生装置（5）提供的300-400℃的热空气，使催化剂恢复活性和去除烟气-烟气换热器表面沉积物，再生完成后重新打开反应仓烟气进口调节阀门和出口调节阀门，反应仓重新投入使用。
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