CN110420558A - 一种用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于链篦机‑回转窑球团设备的脱硝系统，所述链篦机‑回转窑球团设备包括顺次连接的链篦机、回转窑和环冷机，所述脱硝系统包括设置在链篦机预热II段烟气出口的第一SCR脱硝单元和设置在链篦机预热I段烟气出口的第二SCR脱硝单元，其中，所述第二SCR脱硝单元还包括烟气加热子单元。本发明通过在预热II段出口设置第一SCR脱硝单元，烟气温度高且无需对烟气进行加热，催化剂活性好、投资运行费用低、系统简单且可靠性高，可以降低催化剂用量并且能够满足超低排放标准；通过在预热I段烟气出口设置第二SCR脱硝单元并设置烟气加热装置，总燃气消耗量降低且投资成本下降。
Description
技术领域
本发明涉及烟气脱硝的技术领域，更具体地讲，涉及一种用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统。
背景技术
球团矿是高炉炼铁生产的主要含铁炉料，相比烧结矿，球团矿生产过程能耗低、环境相对友好，且产品具有强度好、品位高、冶金性能好的优点，应用到高炉冶炼中可起到增产节焦、改善炼铁技术经济指标、降低生铁成本、提高经济效益的作用，球团生产多以链篦机-回转窑工艺为主。
近年来，随着铁矿原料和燃料的日趋复杂，赤铁矿比例的提高(导致焙烧温度升高)、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，使得不少企业球团生产过程烟气氮氧化物排放浓度呈上升趋势。2019年4月28日生态环境部联合五部委发布了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，明确了钢铁企业完成超低排放改造的时间表和链篦机-回转窑球团设备烟气污染物排放限值，其中氮氧化物排放浓度不得超过50mg/Nm3(18％氧)，因此球团设备烟气氮氧化物超低排放改造势在必行。
根据链篦机-回转窑球团设备生产工艺，烟气氮氧化物主要在回转窑中煤粉燃烧产生，也有部分在环冷段及预热段产生。大多数链篦机-回转窑球团设备采用的脱硝技术是在主抽风机和脱硫系统后增加SCR烟气脱硝装置，主抽后的烟气温度只有约130℃，脱硫后烟气温度则更低，远低于SCR烟气脱硝所需反应温度窗口，因此必须设置烟气加热装置，利用焦炉煤气、高炉煤气或天然气等作为热源，将烟气温度提高到300℃以上，同时系统中设置烟气换热装置，回收净烟气余热用于加热脱硝原烟气。此技术能够满足超低排放要求，但是单套装置处理烟气量大，烟气加热装置和烟气换热装置的设备选型出力大，投资成本高；并且电耗和燃气消耗量大，运行成本高，经济性差。
另外，有少数链篦机-回转窑球团设备仅在预热II段烟气出口处设置了SCR脱硝系统，该技术虽然投资运行成本低，但没有处理预热I段烟气中的氮氧化物，无法满足现行的超低排放要求。
发明内容
针对现有技术的不足并结合链篦机-回转窑球团设备生产过程中的烟气特点，本发明提出一种能够满足超低排放要求并且投资、运行成本低，稳定性高的脱硝系统。
本发明提供了一种用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统，所述链篦机-回转窑球团设备包括顺次连接的链篦机、回转窑和环冷机，所述脱硝系统包括设置在链篦机预热II段烟气出口的第一SCR脱硝单元和设置在链篦机预热I段烟气出口的第二SCR脱硝单元，其中，所述第二SCR脱硝单元还包括烟气加热子单元。
根据本发明用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统的一个实施例，所述第一SCR脱硝单元包括第一脱硝烟道、第一脱硝还原剂供给子单元和第一SCR脱硝反应器；所述第一脱硝烟道的烟气入口与回热风机连接且烟气出口与第一SCR脱硝反应器相连；所述第一脱硝还原剂供给子单元包括第一脱硝还原剂储存容器、第一脱硝还原剂输送管道和设置在第一脱硝烟道中的第一脱硝还原剂注射栅格；所述第一SCR脱硝反应器的烟气出口与链篦机抽风干燥段相连且第一SCR脱硝反应器中设置有第一脱硝催化剂。
根据本发明用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统的一个实施例，所述回热风机的上游还设置有多管除尘器，所述多管除尘器、回热风机和第一SCR脱硝单元在链篦机预热II段的烟气出口设置为1套或者并联设置的2套。
根据本发明用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统的一个实施例，所述第二SCR脱硝单元包括第二脱硝烟道、烟气加热子单元、第二脱硝还原剂供给子单元和第二SCR脱硝反应器；所述第二脱硝烟道的烟气入口与链篦机预热I段烟气出口直接连接且烟气出口与第二SCR脱硝反应器相连；所述烟气加热子单元设置为能够加热进入第二脱硝烟道中的烟气；所述第二脱硝还原剂供给子单元包括第二脱硝还原剂储存容器、第二脱硝还原剂输送管道和设置在第二脱硝烟道中的第二脱硝还原剂注射栅格；所述第二SCR脱硝反应器的烟气出口与主电除尘器和主抽风机顺次相连且第二SCR脱硝反应器中设置有第二脱硝催化剂。
根据本发明用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统的一个实施例，所述第二SCR脱硝单元还包括烟气换热子单元，所述烟气换热子单元设置在第二脱硝烟道之前的烟道与第二SCR脱硝反应器之后的烟道之间以将脱硝后高温净烟气的热量传递给脱硝前低温原烟气，所述烟气换热子单元为管壳式换热器或蓄热式换热器。
根据本发明用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统的一个实施例，其特征在于，所述第一SCR脱硝单元的烟气出口与链篦机抽风干燥段相连，所述第二SCR脱硝单元的烟气出口与链篦机抽风干燥段的烟气出口汇合后与主电除尘器、主抽风机和烟囱顺次相连。
根据本发明用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统的一个实施例，所述第一SCR脱硝反应器或第二SCR脱硝反应器的烟气入口设置有烟气流量计、出口设置有脱硝还原剂逃逸分析仪并且烟气入口和烟气出口均设置有氮氧化物检测仪表。
根据本发明用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统的一个实施例，所述烟气加热子单元为热风炉、烟道内置式燃烧器或脱硝系统内高温空气。
根据本发明用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统的一个实施例，所述环冷机的一部分排气依次通过鼓干除尘器和鼓干风机返回至链篦机鼓风干燥段且另一部分排气返回至链篦机预热I段，所述链篦机鼓风干燥段的烟气出口依次通过炉罩电除尘器和炉罩风机与烟囱相连。
与现有技术相比，本发明通过在预热II段出口设置第一SCR脱硝单元，烟气温度高且无需对烟气进行加热，催化剂活性好、投资运行费用低、系统简单且可靠性高，可以降低催化剂用量并且能够满足超低排放标准；通过在预热I段烟气出口设置第二SCR脱硝单元并设置烟气加热装置，总燃气消耗量降低且投资成本下降。本发明设置了多套SCR脱硝反应器，便于催化剂寿命分批管理，在催化剂更换时更加灵活，间接降低了运行成本。
附图说明
图1示出了根据本发明示例性实施例用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统的结构示意图。
图2示出了据本发明示例性实施例用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统中第一SCR脱硝单元的结构示意图。
图3示出了据本发明示例性实施例用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统中第二SCR脱硝单元的结构示意图。
附图标记说明：
1-多管除尘器、2-回热风机、3-第一SCR脱硝单元、3-1-第一脱硝烟道、3-2-第一脱硝还原剂注射栅格、3-3-第一SCR脱硝反应器、3-4-第一脱硝催化剂、4-第二SCR脱硝单元、4-1-第二脱硝烟道、4-2-第二脱硝还原剂注射栅格、4-3-烟气加热子单元、4-4-第二脱硝催化剂、4-5-第二SCR脱硝反应器、4-6-烟气换热子单元、5-主电除尘器、6-炉罩电除尘器、7-炉罩风机、8-主抽风机、9-鼓干风机、10-鼓干除尘器、11-环冷风机。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统是从氮氧化物生成原理着手，结合氮氧化物生成的区域来设置SCR脱硝系统。其中，链篦机-回转窑球团设备是现有设备，其包括顺次连接的链篦机、回转窑和环冷机，环冷机的一部分排气依次通过鼓干除尘器10和鼓干风机9返回至链篦机鼓风干燥段且另一部分排气返回至链篦机预热I段，链篦机鼓风干燥段的烟气出口依次通过炉罩电除尘器6和炉罩风机7与烟囱相连，本发明不对其结构进行过多具体描述。
图1示出了根据本发明示例性实施例用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统的结构示意图。
如图1所示，根据本发明的示例性实施例，所述用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统包括设置在链篦机预热II段烟气出口的第一SCR脱硝单元3和设置在链篦机预热I段烟气出口的第二SCR脱硝单元4，其中，所述第二SCR脱硝单元4还包括烟气加热子单元4-3。
其中，第一SCR脱硝单元3的烟气出口与链篦机抽风干燥段相连，第二SCR脱硝单元4的烟气出口与链篦机抽风干燥段的烟气出口汇合后与主电除尘器5、主抽风机8和烟囱顺次相连。由此，球团生产过程中产生的所有氮氧化物均得到处理，出口氮氧化物浓度满足超低排放要求。
优选地，第一SCR脱硝单元3设置在预热II段烟气出口的回热风机2的烟气下游。本发明在回热风机2的烟气下游设置第一SCR脱硝单元3，由于第一SCR脱硝单元3的入口烟气温度能够满足SCR脱硝反应的窗口温度要求，因此无需设置烟气加热装置和烟气换热装置，高温烟气无需加热且脱硝单元温降很小，对系统无影响。
具体地，回热风机2的上游还设置有多管除尘器1，多管除尘器1、回热风机2和第一SCR脱硝单元3在链篦机预热II段的烟气出口设置为1套或者并联设置的2套，可以根据不同工况进行设置。链篦机预热II段360～400℃的烟气依次经过多管除尘器1和回热风机2后，经过第一SCR脱硝单元3的脱硝处理后进入抽风干燥段进行烟气余热利用。
本发明在链篦机预热I段的烟气出口(与抽风干燥段烟气汇合前)设置第二SCR脱硝单元4，由于预热I段出口烟气低且烟气中含有大量SO2、SO3，为了提高脱硝反应温度并且消除SO2和SO3对系统的不利影响，在第二SCR脱硝单元中设置烟气加热子单元4-3用于提升烟气温度，将脱硝前原烟气加热至300℃以上。链篦机预热I段出口约200～220℃烟气在脱硝处理后与抽风干燥段120℃烟气汇合后进入主电除尘器5，然后经主抽风机8后进入烟囱排放。
优选地，烟气加热子单元4-3可以为热风炉、烟道内置式燃烧器或脱硝系统内高温空气。
图2示出了据本发明示例性实施例用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统中第一SCR脱硝单元的结构示意图。
如图2所示，根据本发明的示例性实施例，第一SCR脱硝单元3包括第一脱硝烟道3-1、第一脱硝还原剂供给子单元和第一SCR脱硝反应器3-3，第一脱硝烟道3-1的烟气入口与回热风机2连接且烟气出口与第一SCR脱硝反应器3-3相连。第一脱硝还原剂供给子单元包括第一脱硝还原剂储存容器、第一脱硝还原剂输送管道和设置在第一脱硝烟道3-1中的第一脱硝还原剂注射栅格3-2。第一SCR脱硝反应器3-3的烟气出口与链篦机抽风干燥段相连且第一SCR脱硝反应器3-3中设置有第一脱硝催化剂3-4。
来自回热风机2的烟气先进入第一脱硝烟道3-1，再进入第一SCR脱硝反应器3-2，第一脱硝催化剂3-4安装在第一SCR脱硝反应器3-2中，脱硝还原剂通过第一脱硝还原剂注射栅格3-2注射到第一脱硝烟道3-1中与烟气混合，随后进入第一SCR脱硝反应器3-2中并在第一脱硝催化剂3-4的催化作用下发生脱硝反应。
图3示出了据本发明示例性实施例用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统中第二SCR脱硝单元的结构示意图。
如图3所示，根据本发明的示例性实施例，第二SCR脱硝单元4包括第二脱硝烟道4-1、烟气加热子单元4-3、第二脱硝还原剂供给子单元和第二SCR脱硝反应器4-5。第二脱硝烟道4-1的烟气入口与链篦机预热I段烟气出口直接连接且烟气出口与第二SCR脱硝反应器4-5相连，烟气加热子单元4-3设置为能够加热进入第二脱硝烟道4-1中的烟气。第二脱硝还原剂供给子单元包括第二脱硝还原剂储存容器、第二脱硝还原剂输送管道和设置在第二脱硝烟道4-1中的第二脱硝还原剂注射栅格4-2。第二SCR脱硝反应器4-5的烟气出口与主电除尘器5和主抽风机8顺次相连且第二SCR脱硝反应器4-5中设置有第二脱硝催化剂4-4。
此外，第二SCR脱硝单元4还包括烟气换热子单元4-6，烟气换热子单元4-6设置在第二脱硝烟道4-1之前的烟道与第二SCR脱硝反应器4-5之后的烟道之间以将脱硝后高温净烟气的热量传递给脱硝前低温原烟气，烟气换热子单元4-6优选为管壳式换热器或蓄热式换热器。烟气换热子单元4-6能够回收烟气余热，大幅降低燃气消耗，脱硝系统产生的硫酸氢铵在烟气换热子单元区域累积，可定期清理，不影响球团生产。
优选地，本发明在第一SCR脱硝反应器3-3或第二SCR脱硝反应器4-5的烟气入口设置有烟气流量计(未示出)、出口设置有脱硝还原剂逃逸分析仪(未示出)并且烟气入口和烟气出口均设置有氮氧化物检测仪表(未示出)，可以根据需要调节每个反应器的喷氨量。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
某年产量300万吨的链篦机-回转窑球团设备：预热II段回热风机处总烟气量约420000Nm3/h、烟气温度380℃、NOX浓度280mg/Nm3、SO2浓度2800mg/Nm3；预热I段烟气出口处总烟气量约428000Nm3/h、烟气温度225℃、NOX浓度327mg/Nm3、SO2浓度1200mg/Nm3。
方案1：仅在回热风机处设置2套SCR脱硝系统，预热I段烟气不设置SCR脱硝系统，无法满足系统超低排放指标。
方案2：在主抽风机后设置SCR脱硝系统，脱硝系统入口烟气量840000Nm3/h、烟气温度80-100℃、NOX浓度300mg/Nm3，脱硝系统配置烟气换热装置、烟气加热装置，烟气加热装置利用天然气作为燃料，脱硝系统可以满足超低排放要求。系统总投资约5000万元，运行成本约13元/吨球团矿。
方案3：采用本发明用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统，从氮氧化物生成原理着手，结合氮氧化物生成的区域，设置SCR脱硝系统，包含图1中设置在预热II段烟气出口回热风机2下游的第一SCR脱硝单元3以及预热I段烟气出口的第二SCR脱硝单元4。
在生产过程中，预热II段约360℃的烟气先经过多管除尘器1和回热风机2后，进入抽风干燥段进行烟气余热利用，本发明在回热风机2后设置第一SCR脱硝单元3，由于第一SCR脱硝单元的入口烟气温度满足常规高温脱硝催化剂的要求，因此此处的脱硝催化剂可选择常规高温催化剂。第一SCR脱硝单元3的流程图如图2所示，图2中来自回热风机2的烟气先进入第一脱硝烟道3-1，再进入第一SCR脱硝反应器3-3，第一脱硝催化剂安装在第一SCR脱硝反应器3-3中，脱硝还原剂(如氨水)通过第一脱硝还原剂注射栅格3-2注射到第一脱硝烟道3-1中与烟气混合，随后烟气进入第一SCR脱硝反应器3-3中进行脱硝处理。
在生产过程中，预热I段出口约220℃烟气与抽风干燥段120℃烟气汇合后进入主电除尘器5，然后经主抽风机8后进入烟囱排放，本发明在预热I段烟气出口(与抽风干燥段烟气汇合前)设置第二SCR脱硝单元4，由于预热I段出口烟气温度无法满足常规高温型SCR脱硝系统的设计要求且烟气中含有大量SO2、SO3，也无法满足中低温SCR脱硝系统的设计要求，因此在系统流程中(如图3所示)设置了烟气换热子单元4-6和烟气加热子单元4-3。通过烟气换热子单元4-6，脱硝后高温净烟气可以将热量传递给脱硝前低温原烟气，再通过烟气加热子单元4-3，脱硝前原烟气可以被加热至300℃以上，满足SCR脱硝反应温度窗口要求后进行相应的脱硝处理。
本发明的脱硝系统可以满足系统氮氧化物超低排放的要求，同时可以将投资成本下降为3500万元，运行成本下降为5元/吨球团矿。
综上所述，本发明的脱硝系统通过在预热II段出口设置第一SCR脱硝单元，烟气温度高且无需对烟气进行加热，催化剂活性好、投资运行费用低、系统简单且可靠性高，可以降低催化剂用量20％～30％并且能够满足超低排放标准，氮氧化物排放浓度小于50mg/Nm3(18％氧)。通过在预热I段烟气出口设置第二SCR脱硝单元并设置烟气加热子单元和烟气换热子单元，因预热I段烟气出口处的烟气量占系统总烟气量的50％并且预热I段出口的烟温高于主抽之后，故总燃气消耗量可降低50％，烟气加热装置投资成本下降50％；烟气换热装置所需的总换热面积可降低70～80％，投资成本降低70％以上。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (9)
1.一种用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统，所述链篦机-回转窑球团设备包括顺次连接的链篦机、回转窑和环冷机，其特征在于，所述脱硝系统包括设置在链篦机预热II段烟气出口的第一SCR脱硝单元和设置在链篦机预热I段烟气出口的第二SCR脱硝单元，其中，所述第二SCR脱硝单元还包括烟气加热子单元。
2.根据权利要求1所述用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统，其特征在于，所述第一SCR脱硝单元包括第一脱硝烟道、第一脱硝还原剂供给子单元和第一SCR脱硝反应器；
所述第一脱硝烟道的烟气入口与回热风机连接且烟气出口与第一SCR脱硝反应器相连；
所述第一脱硝还原剂供给子单元包括第一脱硝还原剂储存容器、第一脱硝还原剂输送管道和设置在第一脱硝烟道中的第一脱硝还原剂注射栅格；
所述第一SCR脱硝反应器的烟气出口与链篦机抽风干燥段相连且第一SCR脱硝反应器中设置有第一脱硝催化剂。
3.根据权利要求2所述用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统，其特征在于，所述回热风机的上游还设置有多管除尘器，所述多管除尘器、回热风机和第一SCR脱硝单元在链篦机预热II段的烟气出口设置为1套或者并联设置的2套。
4.根据权利要求1所述用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统，其特征在于，所述第二SCR脱硝单元包括第二脱硝烟道、烟气加热子单元、第二脱硝还原剂供给子单元和第二SCR脱硝反应器；
所述第二脱硝烟道的烟气入口与链篦机预热I段烟气出口直接连接且烟气出口与第二SCR脱硝反应器相连；
所述烟气加热子单元设置为能够加热进入第二脱硝烟道中的烟气；
所述第二脱硝还原剂供给子单元包括第二脱硝还原剂储存容器、第二脱硝还原剂输送管道和设置在第二脱硝烟道中的第二脱硝还原剂注射栅格；
所述第二SCR脱硝反应器的烟气出口与主电除尘器和主抽风机顺次相连且第二SCR脱硝反应器中设置有第二脱硝催化剂。
5.根据权利要求4所述用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统，其特征在于，所述第二SCR脱硝单元还包括烟气换热子单元，所述烟气换热子单元设置在第二脱硝烟道之前的烟道与第二SCR脱硝反应器之后的烟道之间以将脱硝后高温净烟气的热量传递给脱硝前低温原烟气，所述烟气换热子单元为管壳式换热器或蓄热式换热器。
6.根据权利要求1至5中任一项所述用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统，其特征在于，所述第一SCR脱硝单元的烟气出口与链篦机抽风干燥段相连，所述第二SCR脱硝单元的烟气出口与链篦机抽风干燥段的烟气出口汇合后与主电除尘器、主抽风机和烟囱顺次相连。
7.根据权利要求2或4所述用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统，其特征在于，所述第一SCR脱硝反应器或第二SCR脱硝反应器的烟气入口设置有烟气流量计、出口设置有脱硝还原剂逃逸分析仪并且烟气入口和烟气出口均设置有氮氧化物检测仪表。
8.根据权利要求1所述用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统，其特征在于，所述烟气加热子单元为热风炉、烟道内置式燃烧器或脱硝系统内高温空气。
9.根据权利要求1所述用于链篦机-回转窑球团设备的脱硝系统，其特征在于，所述环冷机的一部分排气依次通过鼓干除尘器和鼓干风机返回至链篦机鼓风干燥段且另一部分排气返回至链篦机预热I段，所述链篦机鼓风干燥段的烟气出口依次通过炉罩电除尘器和炉罩风机与烟囱相连。
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