CN109055733B

CN109055733B - 一种链篦机-回转窑NOx脱除方法、装置及系统

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Publication number: CN109055733B
Application number: CN201811270596.1A
Authority: CN
Inventors: 邱立运; 胡兵
Original assignee: Zhongye Changtian International Engineering Co Ltd
Current assignee: Zhongye Changtian International Engineering Co Ltd
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2018-10-29
Publication date: 2020-02-14
Anticipated expiration: 2038-10-29
Also published as: CN109055733A

Abstract

本申请提供了一种链篦机‑回转窑NOx脱除方法、装置及系统,具体的，该方法根据链篦机预热二段中的烟气流动特点、动态烟气流量以及静态设备尺寸，将预热二段划分为多个雾化区间；然后，根据预热二段含NOx的气体浓度分布规律、还原上述烟气流量中所有NOx所需还原活化剂的实验理论用量，逐级推导出每个雾化区间的还原活化剂的用量，进而可以根据计算出的每个雾化区间的还原活化剂的用量，控制预热二段还原活化剂喷入装置上各喷嘴的流量。本实施例针对链篦机预热二段中的烟气流动特点，建立动态参数与静态设备尺寸间的数学模型，根据建立的数学模型计算出实时烟气流量所需要的还原活化剂的用量，进而可以精确控制预热二段内还原剂喷量。

Description

一种链篦机-回转窑NOx脱除方法、装置及系统

技术领域

本公开涉及链篦机-回转窑球团技术领域，尤其涉及一种链篦机-回转窑NOx(氮氧化物)脱除方法、装置及系统。

背景技术

球团矿是我国高炉炼铁所用的主要含铁炉料之一。基于球团矿在生产过程中具有能耗低、环境相对友好，且成品具有强度好、冶金性能好等优点，使得球团矿在我国最近几年得到大力发展。目前我国球团矿生产以链篦机-回转窑工艺为主，其中，链篦机用于干燥和预热生球，回转窑用于焙烧球团。

但是，在链篦机-回转窑高温焙烧时会产生大量烟气，该烟气含有大量的NOx。同时，随着铁矿原料和燃料的日趋复杂，赤铁矿比例的提高、低品质燃料的规模利用、气基回转窑含氮焦炉煤气的应用等，使得球团生产过程中的NOx浓度呈上升趋势。因此，在我国环保要求的日益严苛的环境下，如何减少球团生产过程NOx的产生，提高球团生产的生命力和竞争力，对链篦机-回转窑球团生产意义重大。

图1为现有技术中一种链篦机-回转窑脱硝系统示意图。如图1所示，链篦机被分为鼓风干燥段(UDD)、抽风干燥段(DDD)、预热一段(TPH)和预热二段(PH)，环冷机分为环冷一段(C1)、环冷二段(C2)和环冷三段(C3)。其中，从环冷一段排出的风直接进入回转窑中焙烧球团，从回转窑排出的烟气进入预热二段预热生球，然后鼓入到抽风干燥段对生球进行抽风干燥，再经抽风干燥段向外排放。基于预热二段中的烟气温度通常较高(温度范围为850℃～1000℃)，可以满足脱硝反应所需要的温度的特点，该系统在第二预热段设置有脱硝装置10，该脱硝装置10主要包括还原剂储存罐101、通过还原剂输送管与还原剂储存罐101相连通的喷嘴102，喷嘴102设置在预热二段内腔的料面上方。在球团生产时，通过喷嘴102将还原剂储存罐101中的还原剂喷入预热二段内腔中，喷入的还原剂与其内部烟气混合后，烟气中一部分NOx便在高温下迅速与还原剂反应生成N₂，进而实现NOx的减排。

上述系统中还原剂喷入量过多会导致运行成本大且容易造成氨逃逸引起二次污染，喷入量过少则NOx排放仍然不能达到排放的要求。因此，该系统的工艺关键点在于还原剂的喷量控制，而目前该系统是根据NOx排放效果，人工粗略设置还原剂的喷入量，进而导致最终的NOx排放控制效果并不好。

发明内容

本发明实施例中提供了一种链篦机-回转窑NOx脱除方法、装置及系统，以精确控制预热二段内还原剂喷量。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种链篦机-回转窑NOx脱除方法，该方法包括以下步骤：

获取链篦机预热二段的烟气流量Q₀、还原所述烟气流量Q₀中所有NOx所需还原活化剂的实验理论用量U₀；

根据所述烟气流量Q₀、所述预热二段的长度a、宽度b和高度c，计算出所述预热二段中烟气流的水平速度V₁和垂直速度V₂，其中，

根据所述烟气流量Q₀、所述水平速度V₁、所述垂直速度V₂、所述预热二段的长度a、宽度b和高度c，确定所述预热二段所划分的区间的个数m和宽度d，以及，各区间中雾化点距离物料高度h，其中，

t为单位时间；

根据所述区间宽度d、所述雾化点距离物料高度h、所述预热二段的长度a和高度c，计算出各区间还原活化剂的喷入量U_i，其中，

i为正整数。

可选地，所述方法还包括：

获取所述预热二段排出烟气中NOx含量；

判断所述NOx含量是否超出预设范围；

如果超出预设范围，则根据所述NOx含量，对所述各区间还原活化剂的喷入量U_i进行修正。

可选地，根据所述NOx含量，对所述各区间还原活化剂的喷入量U_i进行修正，包括：

根据所述NOx含量，计算所述还原活化剂的总喷入量变化值V_n；

根据所述总喷入量变化值V_n和所述还原活化剂的总喷入量U_总，计算出所述还原活化剂的修正后总喷入量U′’_总，其中，U′’_总＝V_n+U_总，

根据所述修正后总喷入量U′’_总，计算所述还原活化剂的修正实验理论用量U₀′'，其中，

根据所述修正实验理论用量U₀′'，计算出各区间还原活化剂的修正喷入量U_i′，其中，

可选地，根据所述NOx含量，计算所述还原活化剂的总喷入量变化值V_n，包括：

利用预先设置好的总喷入量变化值表，查找所述NOx含量对应的还原活化剂的总喷入量变化值V_n。

可选地，所述方法还包括：

获取所述链篦机预热二段与预热一段分界处的压力值；

根据所述压力值，判断所述预热二段与预热一段的风压是否为微正压；

如果为微正压，则获取链篦机预热二段的烟气流量Q₀。

可选地，所述方法还包括：

从所述预热二段底部风箱的出风口引出的第一管道上设置有流量计，所述流量计用于检测所述预热二段的烟气流量Q₀。

可选地，所述方法还包括：

从所述预热二段底部风箱的出风口引出的第一管道上设置有NOx含量检测装置，所述NOx含量检测装置用于检测所述预热二段排出烟气中NOx含量。

可选地，所述方法还包括：

从所述预热二段底部风箱的出风口引出的第一管道连接至所述链篦机的抽风干燥段顶部的进风口；

从所述抽风干燥段的底部风箱的出风口引出的第二管道上设置有NOx含量检测装置，所述NOx含量检测装置用于检测所述预热二段排出烟气中NOx含量。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种链篦机-回转窑NOx脱除装置，该装置包括处理器、存储器和通信接口，所述处理器、所述存储器和所述通信接口与通信总线相连；

所述通信接口，用于获取所述链篦机预热二段的烟气流量Q₀；

所述存储器，用于存储程序代码；

所述处理器，用于读取所述存储器中存储的程序代码，并执行如权利要求1至8任意任一项所述的方法。

根据本发明实施例的第三方面，提供了一种链篦机-回转窑NOx脱除系统，该系统包括还原活化剂喷入装置和本发明实施例的第二方面提供的链篦机-回转窑NOx脱除装置，其中：

所述NOx脱除装置与所述还原活化剂喷入装置通信连接，用于控制所述还原活化剂喷入装置的还原剂喷入量。

本申请的有益效果如下：

本发明实施例提供的链篦机-回转窑NOx脱除方法、装置及系统,根据链篦机预热二段中的烟气流动特点、烟气流量以及静态设备尺寸，将预热二段划分为多个雾化区间；然后，根据预热二段含NOx的气体浓度分布规律、还原上述烟气流量中所有NOx所需还原活化剂的实验理论用量，逐级推导出每个雾化区间的还原活化剂的用量，进而可以根据计算出的每个雾化区间的还原活化剂的用量，来控制预热二段还原活化剂喷入装置上各喷嘴的流量。本实施例针对链篦机预热二段中的烟气流动特点，建立动态参数与静态设备尺寸间的数学模型，根据建立的数学模型计算出设备运行中进入预热二段烟气所需要的还原活化剂的用量，进而可以精确控制预热二段内还原剂喷量。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种链篦机-回转窑脱硝系统示意图；

图2为本申请实施例提供的还原活化剂喷入装置的基本结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种链篦机-回转窑NOx脱除方法的流程示意图；

图4为本申请实施例构建的链篦机预热二段的数学模型示意图；

图5为本申请实施例提供的另一种链篦机-回转窑NOx脱除方法的流程示意图；

图6为本申请实施例提供的一种链篦机-回转窑NOx脱除系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本实施例提供的链篦机-回转窑NOx脱除方法、装置及系统，适用于具有下述结构的系统：回转窑的尾端连接链篦机的预热二段的进风口，该进风口设置在预热二段中用于出生球的一端，并且在预热二段底部设置有用于排烟气的风箱出风口。在团球焙烧时，从回转窑排出的烟气进入预热二段预热生球，再从预热二段底部风箱的出风口排出；同时，预热二段内设置有还原剂喷入装置，该还原剂喷入装置包括设置在预热二段内腔的料面上方的喷嘴，用于在预热二段料面上方的合适温度区间喷入带有催化作用的还原活化剂，以脱除烟气中的NOx。

图2为本申请实施例提供的还原活化剂喷入装置的基本结构示意图。如图2所示，该还原剂喷入装置包括依次连接的还原剂储存罐101、压缩空气储存罐104、与还原剂储存罐101和压缩空气储存罐104连接的混合室103、与的混合室103连通的各还原剂输送分支管，各分支管上设有喷嘴102，同时各分支管还设有流量调节阀门(F1、F2……Fm)。在团球焙烧时，还原活化剂由压缩空气送入气体混合室，再送入各个分支管，经由各个分支管上的流量检测装置的检测、流量调节阀门的调节，按照一定的流量从喷嘴喷入对应区域，并且还原活化剂在进入料面之前与对应区域烟罩中含NOx的烟气反应，以实现NOx含量的降低。

其中，上述脱除烟气中氮氧化物的方法可以用有选择性催化还原技术(SCR)和非选择性催化还原技术(SNCR)，本实施例不做具体限定。另外，还原活化剂喷入装置的具体结构也并不限于上述结构，只要在预热二段内腔中设置喷嘴，并且与喷嘴连接的各还原活化剂输送支管上设有流量调节阀门即可。

基于上述系统架构，本实例提供的链篦机-回转窑NOx脱除方法、装置及系统，以精确控制预热二段内还原活化剂的喷入量。

图3为本申请实施例提供的一种链篦机-回转窑NOx脱除方法的流程示意图。如图3所示，该方法具体包括如下步骤：

S110：获取链篦机预热二段的烟气流量Q₀、还原所述烟气流量Q₀中所有NOx所需还原活化剂的实验理论用量U₀。

具体的，预热二段的烟气流量Q₀为设备运行中进入预热二段烟气，其具体值可以在其进风口处检测获得。另外，根据预热二段的烟气从其侧面进风口流入、从底部出风口留出的特点，还可以在其出风口处检测获得，其中，可以从预热二段底部风箱的出风口引出的第一管道上设置有流量计，利用该流量计来检测预热二段的烟气流量Q₀。

进一步的，由于预热二段和预热一段在物理结构上是相连通的，为防止预热二段中的烟气横向流入预热一段，导致烟气流量检测不准确，本实施例还在预热一段和预热二段分界处设置压力检测装置，用于检测链篦机预热二段与预热一段分界处的压力值，同时处理器执行以下操作：

S111：获取所述链篦机预热二段与预热一段分界处的压力值；

S112：根据所述压力值，判断所述预热二段与预热一段的风压是否为微正压；

S113：如果为微正压，则获取链篦机预热二段的烟气流量Q₀。

即只有所述预热二段与预热一段的风压在微正压状态下，才执行本实施例提供的NOx脱除过程中的还原活化剂流量计算、控制方法。

获取到链篦机预热二段的烟气流量Q₀后，再根据预热二段含NOx的气体浓度分布，计算出还原该烟气流量中的全部NOx所需的还原活化剂的实验理论用量U₀，其中，实验理论用量U₀可以为选择性催化还原技术的用量，也可以为非选择性催化还原技术的用量，具体的需要根据预热二段中所采用的脱硝工艺确定。该实验理论用量U₀获取方法可以通过脱硝反应的化学反应公式计算得到的，优选地，还可以通过实际静态脱硝反应实验获得。

S120：根据所述烟气流量Q₀、所述预热二段的长度a、宽度b和高度c，计算出所述预热二段中烟气流的水平速度V₁和垂直速度V₂，其中，

本实施例通过建立动态参数与静态设备尺寸间的数学模型，将计算参数转化为生产状态参数的关系。图4为本申请实施例构建的链篦机预热二段的数学模型示意图。如图4所示，本实例令预热二段中物料运动的方向上为预热二段的长度a、物料的宽度方向为预热二段的宽度b、物料的厚度方向为预热二段的高度c。

根据预热二段的烟气从其侧面进风口流入、从底部出风口留出的特点，还可以计算出：

预热二段中烟气流的水平速度V₁为：

预热二段中烟气流的垂直速度V₂为：

S130：根据所述烟气流量Q₀、所述水平速度V₁、所述垂直速度V₂、所述预热二段的长度a、宽度b和高度c，确定所述预热二段所划分的区间的个数m和宽度d，以及，各区间中雾化点距离物料高度h，其中，

t为单位时间。

本实施例根据烟气流的水平速度V₁划分预热二段的雾化区间，具体的：

预热二段所划分的区间的个数m为：

其中，t为单位时间，其时长可以根据需要设置，例如，设计其时长等于还原活化剂与NOx反应的反应时间。

根据所划分的区间个数，对应得到区间宽度d为：

根据设置的区间宽度、以及预热二段内的烟气流动特点，可以得到各区间中雾化点距离物料高度h为：

其中，本实例中雾化点是指喷嘴喷出的还原活化剂的位置。

S140：根据所述区间宽度d、所述雾化点距离物料高度h、所述预热二段的长度a和高度c，计算出各区间还原活化剂的喷入量U_i，其中，

i为正整数。

设靠近回转窑的区间为第1个区间，如图4，区间号由右至左依次递增，根据预热二段中的烟气是由回转窑鼓入的特点，进而可以求出动态下各区间还原活化剂的喷入量U_i，如下：

第1各区间的还原活化剂的喷入量U₁为：

第2各区间的还原活化剂的喷入量U₂为：

……

第m各区间的还原活化剂的喷入量U_m为：

进而可以根据上述计算出的各区间还原活化剂的喷入量，分别控制各区间内各个分支管上的流量阀门进行流量控制。

设

经推导得

从式中可以看出，当预热二段的设备尺寸确定后，λ只与回转窑到预热二段的烟气流量Q₀有关，而流量Q₀又与PH段风箱汇合至PH除尘的出风管烟气流量一样，满足该值一样的前提是只要从工艺控制上保证与预热二段相邻的预热一段的风压为微正压即可。因此，本实施例针对链篦机预热二段中的烟气流动特点，建立动态参数与静态设备尺寸间的数学模型，根据建立的数学模型计算出设备运行中进入预热二段的烟气所需要的还原活化剂的用量，可以精确控制预热二段内还原剂喷量。

利用上述控制方法，经过还原活化剂喷入并与含NOx烟气反应后，排出烟气中的NOx含量理论上应该比较少了，但实际生产中还会存在工艺波动的情况，如设备运行中进入预热二段的烟气量的波动。针对该问题，本实例还提供了自动分析预热二段排出NOx含量范围，进行还原活化剂喷入量调节的方法。

图5为本申请实施例提供的另一种链篦机-回转窑NOx脱除方法的流程示意图。如图5所示，该方法在进行各区间还原活化剂的喷入量U_i计算的基础上，还包括如下步骤：

S250：获取所述预热二段排出烟气中NOx含量。

具体的，可以在预热二段底部风箱的出风口引出的第一管道上设置有NOx含量检测装置，利用该NOx含量检测装置检测预热二段排出烟气中NOx含量，然后，将检测到的NOx含量发送至对应处理器，进行NOx含量分析。

另外，预热二段排出的烟气除了直接向外排放外，还可以鼓入到抽风干燥段对生球进行抽风干燥，再经抽风干燥段向外排放，进而还可以在抽风干燥段的出风管道上进行NOx含量，间接反应预热二段排出烟气中NOx含量，具体设置方式如下：

从预热二段底部风箱的出风口引出的第一管道连接至链篦机的抽风干燥段顶部的进风口；从抽风干燥段的底部风箱的出风口引出的第二管道上设置有NOx含量检测装置，NOx含量检测装置用于检测抽风干燥段排出烟气中NOx含量，根据该NOx含量得到预热二段排出烟气中NOx含量。

S260：判断所述NOx含量是否超出预设范围。

其中，可以是低于预设范围、高于预设范围，两种情况下可以均视为为超出预设范围。

S270：如果超出预设范围，则根据所述NOx含量，对所述各区间还原活化剂的喷入量U_i进行修正。

当超出预设范围，本实施例还提供了如下修正方式：

S271：根据所述NOx含量，计算所述总喷入量总喷入量变化值V_n。

在计算总喷入量变化值V_n时，本实例采用快速查表的方式，具体的，利用预先设置好的总喷入量变化值表，查找所述NOx含量对应的还原活化剂的总喷入量变化值V_n。

例如，建立如下还原活化剂喷入量调节表：

其中，F为基准值，前面系数调试时根据需要可调整。该表格值提供了NOx含量高于预设范围的调整方式，即高于预设范围时，则根据具体的NOx含量范围，增大总喷入量总喷入量，以保证脱NOx效果。在具体实施过程中，还可以提供当NOx含量低于预设范围时，减小总喷入量的调整方式，以防止还原活化剂喷入量过多，造成的运行成本大、氨逃逸引起二次污染的问题。

S272：根据所述总喷入量变化值V_n和所述还原活化剂的总喷入量U_总，计算出所述还原活化剂的修正后总喷入量U′’_总，其中，U′’_总＝V_n+U_总，

具体的，当低于预设范围时，总喷入量变化值V_n为负；当高于预设范围，总喷入量变化值V_n为正。

从

可以看出，λ仅因Q₀变化而变化，当流量Q₀稳定时，λ为常量。由前述各区间的喷入量即可令a₁＝λ、a₂＝(1-λ)λ、……、a_m＝(1-λ)^m-1λ，进而总的还原活化剂喷入量

当流量Q₀稳定时，a_i为常量，当流量Q₀变化时，可通过流量计检测得到实时流量，可得到a_i,此时计算U_总。

计算U′’_总＝V_n+U_总，将计算出的还原活化剂的修正后总喷入量U′’_总作为新的还原活化剂喷入总量进行调节。

S273：根据所述修正后总喷入量U′’_总，计算所述还原活化剂的修正实验理论用量U₀′'，其中，

S274：根据所述修正实验理论用量U₀′'，计算出各区间还原活化剂的修正喷入量U_i′，其中，

根据上述公式(6)，进而可以得到在修正实验理论用量U₀′'下，各区间还原活化剂的修正喷入量U_i′。然后，可以根据上述各区间还原活化剂的修正喷入量，分别控制各区间内各个分支管上的流量阀门进行流量控制。

本实施例通过在线测量预热二段排出烟气中NOx含量，反馈修正还原活化剂的总喷入量U_总，再得到修正后的实验理论用量U₀′'，从而得到每一个流量调节阀门对应位置的目标流量U_i′，提供了更为精确的还原活化剂喷入控制方法，不仅解决球团生产过程NOx排放达标问题，同时有效控制生产运行成本的问题。

基于上述方法，本实施例还提供了一种链篦机-回转窑NOx脱除装置，该装置包括处理器、存储器和通信接口，所述处理器、所述存储器和所述通信接口与通信总线相连；

所述存储器，用于存储程序代码；

所述处理器，用于读取所述存储器中存储的程序代码，并执行上述实施例一、二任一所述的方法。

利用该装置，精确控制还原活化剂喷入装置中输送支管的每一个流量调节阀门对应位置的目标流量。

基于上述装置，本实施例还提供了一种链篦机-回转窑NOx脱除系统。图6为本申请实施例提供的一种链篦机-回转窑NOx脱除系统的结构示意图。如图6所示，该系统包括上述实施例提供的链篦机-回转窑NOx脱除装置30、还原活化剂喷入装置(101/102/103/104)，其中：

该链篦机-回转窑NOx脱除装置30与所述还原活化剂喷入装置通信连接，用于控制还原活化剂喷入装置的还原剂喷入量。

进一步的，该系统还包括烟气流量检测装置201，该装置设置在预热二段底部风箱的出风口引出的第一管道上，用于检测预热二段的烟气流量Q₀。NOx含量检测装置202，该装置设置在预热二段底部风箱的出风口引出的第一管道上，用于检测预热二段排出烟气中NOx含量。压力检测装置203，该装置设置在预热一段和预热二段分界处，用于检测链篦机预热二段与预热一段分界处的压力值。当然，上述检测装置并不限于设置在本实例提供的位置。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。