CN110252140A - 一种轧钢加热炉烟气干法脱硫中低温scr脱硝装置及工艺 - Google Patents

一种轧钢加热炉烟气干法脱硫中低温scr脱硝装置及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种轧钢加热炉烟气干法脱硫中低温SCR脱硝装置及工艺，所述的轧钢加热炉烟气干法脱硫中低温SCR脱硝装置，包括自烟气进口方向向烟气出口方向依次设置的脱硫剂研磨输送系统、脱硫剂投加装置、除尘器、加热炉、中低温SCR脱硝反应器、烟气换热器及引风机；所述的脱硫剂输研磨输送系统包括依次布置的罗茨风机、脱硫剂粉仓、脱硫剂磨粉机；所述的除尘器包括过滤袋室，所述的过滤袋室内沿烟气进入方向依次设置有除尘器灰斗，除尘器中部箱体，滤袋，花板，脉冲清灰装置，净气室；所述的除尘器灰斗位于烟气进入处设置导流板；所述的脱硫剂投加装置设置于除尘器的烟气进口的上位，所述的脱硫剂投加装置与脱硫剂输研磨输送系统相连。

Description

一种轧钢加热炉烟气干法脱硫中低温SCR脱硝装置及工艺
技术领域
本发明属于轧钢加热炉烟气多污染物一体化处理领域，具体涉及一种轧钢加热炉烟气干法脱硫中低温SCR脱硝装置及工艺。
背景技术
由于轧钢加热炉生产过程中产生含粉尘、SO2、NOx等有害物质，对环境造成污染。随着环保排放标准越来越严，国家治理污染的力度不断加大，目前轧钢加热炉烟气的治理已正式提到议程。
生态环境部颁布的《钢铁企业超低排放改造工作方案(征求意见稿)》(环办大气函[2018]242号)对重点区域轧钢加热炉烟气排放作出了如下严格规定：在基准含氧量8％的情况下，颗粒物排放浓度小于等于10mg/m3，二氧化硫排放浓度小于等于50mg/m3，氮氧化物排放浓度小于等于150mg/m3。因此，对轧钢加热炉烟气污染物高效净化至关重要。
目前，国内市场针对轧钢加热炉烟气净化主要采用“先半干法脱硫后SCR脱硝工艺”或“先SCR脱硝余热利用再半干法脱硫或者湿法脱硫工艺”。但上述两种工艺存在如下不足：半干法脱硫或者湿法脱硫设备较多、投资大、占地面积大、系统阻力大、脱硫副产物纯度不高利用价值较低，且湿法脱硫设备堵塞及腐蚀严重、耗水量大、废水处理增加额外运行成本，且湿法脱硫烟气含湿量大，烟气中含有多种污染物，烟囱有大白烟拖尾现场，需要额外增设脱白装置和湿电除尘器，从而大大增加了脱硫系统建设投资和运行成本。同时，“先SCR脱硝余热利用再半干法脱硫或者湿法脱硫工艺”存在催化剂易堵塞中毒现象，需在脱硝前加装预处理装置，增加系统运行阻力和投资。基于此，急需研发设计轧钢加热炉烟气多污染物干法净化装置及工艺。
发明内容
本发明是为了解决现有轧钢加热炉烟气治理方法的不足，公开了一种轧钢加热炉烟气干法脱硫中低温SCR脱硝装置及工艺。其不仅可以对轧钢加热炉烟气中的细颗粒粉尘、SO2、NOX等进行干式净化处理，而且轧钢加热炉煤烟和空烟系统可以共用脱硫剂磨粉机(煤烟和空烟系统相对独立)，具有总投资小、系统零水耗、无塔脱硫、运行能耗低、占地面积小、工艺简洁、维护量小、催化剂使用寿命长的优点。
为了实现以上目的，本发明一种轧钢加热炉烟气干法脱硫中低温SCR脱硝装置及工艺的技术方案为：
一种轧钢加热炉烟气干法脱硫中低温SCR脱硝装置，包括自烟气进口方向向烟气出口方向依次设置的脱硫剂研磨输送系统、脱硫剂投加装置、除尘器、加热炉、中低温SCR脱硝反应器、烟气换热器及引风机；
所述的脱硫剂输研磨输送系统包括依次布置的罗茨风机、脱硫剂粉仓、脱硫剂磨粉机；
所述的除尘器包括过滤袋室，所述的过滤袋室内沿烟气进入方向依次设置有除尘器灰斗，除尘器中部箱体，滤袋，花板，脉冲清灰装置，净气室；所述的除尘器灰斗位于烟气进入处设置导流板；
所述的脱硫剂投加装置设置于除尘器的烟气进口的上位，所述的脱硫剂投加装置与脱硫剂输研磨输送系统相连；
所述的除尘器的出气口与烟气换热器的进气口相连，且除尘器的出气管道与烟气换热器之间设置加热炉，烟气换热器上方设置中低温SCR脱硝反应器，中低温SCR脱硝反应器进气管道内沿烟气进入方向依次设有喷氨格栅及静态混合器，所述的中低温SCR脱硝反应器包括沿烟气进入方向依次布置的催化剂预留层及催化剂层；
中低温SCR脱硝反应器的出气口与烟气换热器相连接；所述的引风机设置于烟气换热器的出气口。
进一步的，所述的催化剂层上下平行布置有两层。
进一步的，引风机的出气口设置烟囱。
进一步的，所述的净气室为高净气室，高度为2.5m～3.5m，净气室上设有人孔。
进一步的，所述的喷氨格栅为网状结构，由多根开有小孔的不锈钢管平行布置，小孔直径为4～20mm，开孔方向为顺着烟气流向，小孔间距为150～300mm。
进一步的，静态混合器的内部单元由相互交叉的横条组成，横条与进气口管道管壳的的轴线成45°。
一种轧钢加热炉烟气干法脱硫中低温SCR脱硝工艺，包括如下步骤：
(1)轧钢加热炉烟气从烟气进口进入除尘器进气管道，除尘器进气管道内设置有脱硫剂投加装置；首先，脱硫剂粉仓供给粗粉脱硫剂，经过脱硫磨粉机磨细至20-25μm，最后在罗茨风机的作用下，经过输送管路输送至脱硫剂投加装置均匀喷射在除尘器进气管道内，脱硫剂在除尘器进气管道内被热激活，比表面积迅速增大，与酸性烟气充分接触，发生物理、化学反应，加热炉烟气中的酸性物质被吸收净化；
(2)经吸收酸性物质并干燥的含粉料烟气进入除尘器进行进一步的脱硫反应及烟尘净化，并且防止烟气中的颗粒物对烟气换热器和催化剂层产生堵塞；除尘器灰斗进气口设有导流板，导流板对烟气中的大颗粒进行惯性预分离，同时，导流板对进入袋室内的气流具有均布的作用，使气流在除尘器中箱体内截面分布均匀，烟气沿着滤袋间隙逐渐上升，并通过滤袋过滤掉粉尘，最后经过过滤的烟气从花板的小孔排出进入净气室；滤袋上布置有脉冲清灰装置，当滤袋表面粉尘累积，通过喷吹压缩空气或者氮气在线对滤袋进行清灰；
(3)经过脱硫除尘后的烟气进入烟气换热器，利用脱硝后的高温净烟气对原烟气进行加热，随后在加热炉的协同作用下，将烟气温度提升至催化剂反应活性温度区间进入中低温SCR脱硝反应器进行脱硝反应，去除烟气中氮氧化物；中低温SCR脱硝反应器进气口管道内布置有喷氨格栅，通过喷氨格栅均匀喷射出来的体积浓度小于5％的氨气与原烟气在静态混合器中进行初步混合；静态混合器的内部单元由相互交叉的横条组成，横条与进气口管道管壳的的轴线成45°，能使液滴分散到2～5μm；
初步混合后的氨气/烟气混合气进入中低温SCR脱硝反应器；中低温SCR脱硝反应器内部设有层催化剂层及一层催化剂预留层，均匀混合后的烟气与氨气经过一段距离缓冲，进入催化剂层，在催化剂层的催化作用下，氨气和烟气中的氮氧化物进行化学反应，生成氮气和水蒸气；
(4)最后，经过脱硫除尘脱硝后的净烟气进入烟气换热器，与原低温烟气进入换热，换热后的烟气最后在引风机的作用下，经烟气出口烟道至原烟囱排入大气。
进一步的，步骤(3)中当催化剂达到活性寿命周期时，在催化剂预留层上安装新的催化剂。
本发明的技术效果在于：不仅可以对轧钢加热炉烟气中的细颗粒粉尘、二氧化硫、NOX等进行协同治理，而且此装置实现了零水耗干法处理。同时，该装置采用先脱硫除尘再去除氮氧化物工艺，可以实现中低温SCR催化剂安全高效运行，有效避免粉尘对催化剂的磨损，防止烟气中杂质对中低温SCR催化剂造成中毒，进而影响中低温SCR脱硝效率。综上，该干法净化装置及工艺运行可靠，可以使加热炉烟气中污染物达到《钢铁企业超低排放改造工作方案(征求意见稿)》(环办大气函[2018]242号)所要求的排放限值。
附图说明
图1系统结构示意图；
图中：1-罗茨风机，2-脱硫剂粉仓，3-脱硫剂磨粉机，4-脱硫剂投加装置，5-导流板，6-除尘器灰斗，7-除尘器中部箱体，8-滤袋，9-花板，10-脉冲清灰装置，11-净气室，12-加热炉，13-喷氨格栅，14-静态混合器，15-催化剂预留层，16-催化剂层，17-中低温SCR脱硝反应器，18-GGH(烟气换热器)，19-引风机，20-烟囱。
具体实施方式
为了更加形象生动地阐述本发明的具体实施步骤，将结合附图作如下进一步说明：
本发明所述的除尘器为布袋除尘器。
参照附图，一种轧钢加热炉烟气干法脱硫中低温SCR脱硝装置，包括罗茨风机1、脱硫剂粉仓2、脱硫剂磨粉机3、脱硫剂投加装置4、除尘器、加热炉12、中低温SCR脱硝反应器17、GGH18及引风机19，所述的除尘器进口之前的烟道设有脱硫剂投加装置4，脱硫剂投加装置4与脱硫剂输研磨输送系统相连接，脱硫剂研磨输送系统包括罗茨风机1、脱硫剂粉仓2及脱硫剂磨粉机3。除尘器包括过滤袋室，过滤袋室包括除尘器灰斗6、除尘器中间箱体7及净气室11。除尘器出气口与GGH18进气口相连接，烟气经过GGH和加热炉12升温后，进入中低温SCR脱硝反应器17，中低温SCR脱硝反应器17进气管道内设有喷氨格栅13及静态混合器14，中低温SCR脱硝反应器17包括催化剂层16及催化剂预留层15等。中低温SCR脱硝反应器17出气口与GGH18相连接。最后处理完的净烟气在引风机19作用下返回加热炉原烟囱20进行排放。该装置可以实现颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等多污染物协同干法处理。具体实施步骤如下：
(1)轧钢加热炉烟气从进气口进入除尘器进气管道。除尘器进气管道内设置有脱硫剂投加装置4。首先，脱硫剂粉仓2供给粗粉脱硫剂，经过脱硫磨粉机3磨细至20-25μm，最后在罗茨风机1的作用下，经过输送管路输送至脱硫剂投加装置4均匀喷射在除尘器进气管道内，脱硫剂在除尘器进气管道内被热激活，比表面积迅速增大，与酸性烟气充分接触，发生物理、化学反应，加热炉烟气中的SO2等酸性物质被吸收净化。
主要反应化学方程式如下所示：
2NaHCO3+SO2+1/2O2→Na2SO4+2CO2+H2O
2NaHCO3+SO3→Na2SO4+2CO2+H2O
与其他酸性物质(如SO3等)的反应：
NaHCO3+HCL→NaCl+CO2+H2O
NaHCO3+HF→NaF+CO2+H2O
(2)经吸收SO2等酸性物质并干燥的含粉料烟气进入除尘器进行进一步的脱硫反应及烟尘净化，并且有效防止烟气中的颗粒物对GGH18和催化剂层16产生堵塞。除尘器灰斗6进气口设有导流板5，导流板5对烟气中的大颗粒进行惯性预分离。同时，导流板5对进入袋室内的气流具有均布的作用，使气流在除尘器中箱体7内截面分布均匀。烟气沿着滤袋8间隙逐渐上升，并通过滤袋8过滤掉粉尘，最后经过过滤的烟气从花板9的小孔排出进入净气室11。净气室11为高净气室，其高度为2.5m～3.5m，并设有人孔，当需要检修或更换滤袋时，可以直接在净气室内进行检修或者更换。同时，高净气室的布置方式，可以有效避免传统低净气室(带检修门)密封不严、漏水等问题。滤袋布置有脉冲清灰装置10，当滤袋表面粉尘累积到一定程度，其可通过喷吹压缩空气或者氮气在线对滤袋进行清灰。
(3)经过脱硫除尘后的烟气进入GGH18，利用脱硝后的高温净烟气对原烟气进行加热，随后在加热炉12的协同作用下，将烟气温度提升至催化剂反应活性温度区间进入中低温SCR脱硝反应器17进行脱硝反应，进而去除烟气中氮氧化物。中低温SCR脱硝反应器17进气口管道内布置有喷氨格栅13，通过喷氨格栅13均匀喷射出来的体积浓度小于5％的氨气与原烟气在静态混合器14中进行初步混合。喷氨格栅为网状结构，由多根开有小孔的不锈钢管平行布置，小孔直径为4～20mm，开孔方向为顺着烟气流向，小孔间距为150～300mm。静态混合器14的内部单元由相互交叉的横条组成，横条与管壳的的轴线成45°，能使液滴分散到2～5μm。
初步混合后的氨气/烟气混合气进入中低温SCR脱硝反应器17。中低温SCR脱硝反应器17内部设有2层催化剂层16及一层催化剂预留层15，均匀混合后的烟气与氨气经过一段距离缓冲，进入催化剂层16。在催化剂16的催化作用下，氨气和烟气中的氮氧化物进行化学反应，生成氮气和水蒸气。中低温SCR选择性还原脱硝主要化学反应式如下：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
6NO+4NH3→5N2+6H2O
6NO2+8NH3→3N2+6H2O
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
脱硝催化剂可以采用专利号ZL20121 0167211.5(一种SCR烟气脱硝催化剂及其原料钛钨的制备方法)或专利号ZL2011 1 0149575.6(一种表面沉积型蜂窝状烟气脱硝催化剂及其制备方法)或专利号ZL 2009 1 0145015.6(一种低温选择性催化还原脱硝催化剂及其制备方法)中的催化剂。
当催化剂达到或接近活性寿命周期时，可以在催化剂预留层15上安装新的催化剂，来保证脱硝效率。
(4)最后，经过脱硫除尘脱硝后的净烟气进入GGH18，与原低温烟气进入换热。换热后的烟气最后在引风机19的作用下，经出口烟道至原烟囱20排入大气。
(5)由于气流均布对脱硫除尘和脱硝有着至关重要的作用，同时SCR脱硝反应器17中喷氨均匀性及氨气/烟气混合进行性决定了中低温SCR脱硝效果。本工艺的装置采用计算流体力学(CFD)方法对其进行数值模拟优化设计。数值模拟优化方法可采用专利—袋式除尘器气流组织多参数优化方法(公开号CN105912745A)中的数值模拟优化设计方法。

Claims (8)

1.一种轧钢加热炉烟气干法脱硫中低温SCR脱硝装置，其特征在于：包括自烟气进口方向向烟气出口方向依次设置的脱硫剂研磨输送系统、脱硫剂投加装置(4)、除尘器、加热炉(12)、中低温SCR脱硝反应器(17)、烟气换热器(18)及引风机(19)；
所述的脱硫剂输研磨输送系统包括依次布置的罗茨风机(1)、脱硫剂粉仓(2)、脱硫剂磨粉机(3)；
所述的除尘器包括过滤袋室，所述的过滤袋室内沿烟气进入方向依次设置有除尘器灰斗(6)，除尘器中部箱体(7)，滤袋(8)，花板(9)，脉冲清灰装置(10)，净气室(11)；所述的除尘器灰斗(6)位于烟气进入处设置导流板(5)；
所述的脱硫剂投加装置(4)设置于除尘器的烟气进口的上位，所述的脱硫剂投加装置(4)与脱硫剂输研磨输送系统相连；
所述的除尘器的出气口与烟气换热器(18)的进气口相连，且除尘器的出气管道与烟气换热器(18)之间设置加热炉(12)，烟气换热器(18)上方设置中低温SCR脱硝反应器(17)，中低温SCR脱硝反应器(17)进气管道内沿烟气进入方向依次设有喷氨格栅(13)及静态混合器(14)，所述的中低温SCR脱硝反应器(17)包括沿烟气进入方向依次布置的催化剂预留层(15)及催化剂层(16)；
中低温SCR脱硝反应器(17)的出气口与烟气换热器(18)相连接；所述的引风机(19)设置于烟气换热器(18)的出气口。
2.根据权利要求1所述的一种轧钢加热炉烟气干法脱硫中低温SCR脱硝装置，其特征在于：所述的催化剂层(16)上下平行布置有两层。
3.根据权利要求1所述的一种轧钢加热炉烟气干法脱硫中低温SCR脱硝装置，其特征在于：引风机(19)的出气口设置烟囱(20)。
4.根据权利要求1所述的一种轧钢加热炉烟气干法脱硫中低温SCR脱硝装置，其特征在于：所述的净气室(11)为高净气室，高度为2.5m～3.5m，净气室(11)上设有人孔。
5.根据权利要求1所述的一种轧钢加热炉烟气干法脱硫中低温SCR脱硝装置，其特征在于：所述的喷氨格栅(13)为网状结构，由多根开有小孔的不锈钢管平行布置，小孔直径为4～20mm，开孔方向为顺着烟气流向，小孔间距为150～300mm。
6.根据权利要求1所述的一种轧钢加热炉烟气干法脱硫中低温SCR脱硝装置，其特征在于：静态混合器(14)的内部单元由相互交叉的横条组成，横条与进气口管道管壳的的轴线成45°。
7.一种轧钢加热炉烟气干法脱硫中低温SCR脱硝工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)轧钢加热炉烟气从烟气进口进入除尘器进气管道，除尘器进气管道内设置有脱硫剂投加装置(4)；首先，脱硫剂粉仓(2)供给粗粉脱硫剂，经过脱硫磨粉机(3)磨细至20-25μm，最后在罗茨风机(1)的作用下，经过输送管路输送至脱硫剂投加装置(4)均匀喷射在除尘器进气管道内，脱硫剂在除尘器进气管道内被热激活，比表面积迅速增大，与酸性烟气充分接触，发生物理、化学反应，加热炉烟气中的酸性物质被吸收净化；
(2)经吸收酸性物质并干燥的含粉料烟气进入除尘器进行进一步的脱硫反应及烟尘净化，并且防止烟气中的颗粒物对烟气换热器(18)和催化剂层(16)产生堵塞；除尘器灰斗(6)进气口设有导流板(5)，导流板(5)对烟气中的大颗粒进行惯性预分离，同时，导流板(5)对进入袋室内的气流具有均布的作用，使气流在除尘器中箱体(7)内截面分布均匀，烟气沿着滤袋(8)间隙逐渐上升，并通过滤袋(8)过滤掉粉尘，最后经过过滤的烟气从花板(9)的小孔排出进入净气室(11)；滤袋(8)上布置有脉冲清灰装置(10)，当滤袋(8)表面粉尘累积，通过喷吹压缩空气或者氮气在线对滤袋(8)进行清灰；
(3)经过脱硫除尘后的烟气进入烟气换热器(18)，利用脱硝后的高温净烟气对原烟气进行加热，随后在加热炉(12)的协同作用下，将烟气温度提升至催化剂反应活性温度区间进入中低温SCR脱硝反应器(17)进行脱硝反应，去除烟气中氮氧化物；中低温SCR脱硝反应器(17)进气口管道内布置有喷氨格栅(13)，通过喷氨格栅(13)均匀喷射出来的体积浓度小于5％的氨气与原烟气在静态混合器(14)中进行初步混合；静态混合器(14)的内部单元由相互交叉的横条组成，横条与进气口管道管壳的的轴线成45°，能使液滴分散到2～5μm；
初步混合后的氨气/烟气混合气进入中低温SCR脱硝反应器(17)；中低温SCR脱硝反应器(17)内部设有2层催化剂层(16)及一层催化剂预留层(15)，均匀混合后的烟气与氨气经过一段距离缓冲，进入催化剂层(16)，在催化剂层(16)的催化作用下，氨气和烟气中的氮氧化物进行化学反应，生成氮气和水蒸气；
(4)最后，经过脱硫除尘脱硝后的净烟气进入烟气换热器(18)，与原低温烟气进入换热，换热后的烟气最后在引风机(19)的作用下，经烟气出口烟道至原烟囱(20)排入大气。
8.根据权利要求7所述的一种轧钢加热炉烟气干法脱硫中低温SCR脱硝工艺，其特征在于，步骤(3)中当催化剂达到活性寿命周期时，在催化剂预留层(15)上安装新的催化剂。
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