CN110813006A - 一种焦炉煤气加热系统废气余热回收及净化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种焦炉煤气加热系统废气余热回收及净化工艺，焦炉加热过程中产生的焦炉废烟气经换热降温、脱水处理后送入干熄炉，对高温焦炭进行冷却；干熄炉排出的高温废烟气进入一次除尘器除尘，同时通过向一次除尘器中喷入脱硫剂对废烟气进行脱硫；脱硫后的高温废烟气进入余热锅炉，由余热锅炉对高温废烟气的热量进行回收，并通过余热锅炉控制废烟气的出口温度，使换热后排出的废烟气直接进入SCR脱硝装置进行脱硝；脱硝后的废烟气经换热降温及二次除尘后，一部分送往烟囱外排，另一部分送往干熄炉上游的废烟气管道循环使用。本发明在实现红焦余热及焦炉废烟气余热回收的同时，完成对焦炉废烟气的净化，使烟气排放满足国家标准，减少大气污染。

Description

一种焦炉煤气加热系统废气余热回收及净化工艺
技术领域
本发明涉及炼焦余热回收及烟气净化技术领域，尤其涉及一种焦炉煤气加热系统废气余热回收及净化工艺。
背景技术
在焦炉生产过程中，煤气(高炉煤气、焦炉煤气或混合煤气)在燃烧室燃烧同时向炭化室供热，燃烧产生的高温烟气经蓄热室换热后外排，此时烟气温度达200～300℃，称为焦炉废烟气。使用焦炉煤气加热焦炉产生的废烟气中除空气中携带的N2(～70％)、燃烧后生成的CO2(～6％)和H2O(～20％)外，还含有少量的剩余O2及燃烧过程中生成的SO2、NOX，焦炉废烟气中所含SO2是大气的重要污染源之一，NOX是引起光化学雾污染源之一，二者对大气环境造成的污染和危害甚大。
《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)中明确规定：从2015年1月1日起焦炉烟气中二氧化硫排放不得超过50mg/m3，氮氧化物排放不得超过500mg/m3，而随着我国对生态环保的重视程度增加，越来越多的地方和行业开始执行更加严格的特别排放标准，对焦炉废烟气中的污染物进行综合治理已成为对焦化生产企业的基本要求。目前对焦炉废烟气的净化，多采用碳酸钠法脱硫+SCR脱硝的工艺流程。选择性催化还原技术(SCR)是目前最成熟的烟气脱硝技术,它是利用还原剂(NH3,尿素)在金属催化剂作用下,选择性地与NOx反应生成N2和H2O,从而使烟气达到排放要求。主流SCR反应器又分为中温(260℃～380℃)催化脱硝和低温(120℃～300℃)催化脱硝。由于焦炉废烟气进入脱硫脱硝装置前，一般输送过程距离较长，管道散热量大导致降温明显，因此需要配置烟气加热系统以确保焦炉废烟气的温度满足SCR脱硝反应的条件。
干熄焦工艺是一种高效的利用惰性气体对高温(950～1100℃)红焦显热连续进行回收和利用的技术，其主要由干熄炉、循环风机、一次除尘器、锅炉、二次除尘器等设备及管道连接组成。在熄焦过程中，红焦由干熄炉顶部进入与循环冷却气体逆向流动完成对流换热过程，冷却后的固体颗粒由竖炉底部排出，充分吸收了红焦显热的高温气体经干熄炉排气口进入后续装置进行余热利用，如产生蒸汽或发电等。该工艺具有余热回收率高、运行环保等优点被广泛使用。但在干熄焦过程中，因红焦中残余挥发分的燃烧及部分焦粉的烧损，循环气体中含有一定量的二氧化硫，在运行过程中不断积累，致使风机后放散的循环气体中二氧化硫含量较高，因此要求对放散部分的循环气体在排入大气前需进行脱硫净化处理。对这部分放散循环气体的脱硫净化处理，目前做法不一，有为其单独设置脱硫净化装置的，但需要投入设施完备的全套系统，增加一定的投资。也有将其导入焦炉废烟气脱硫脱硝系统的，但因该部分放散气体含有较高浓度的粉尘，需要增设必要的除尘设施，同时还会在一定程度上降低焦炉废烟气的温度，从而给焦炉废烟气脱硫脱硝系统的运行造成不利影响。
为了对红焦余热及焦炉废烟气余热的有效回收，同时完成对焦炉废烟气的净化，可采取将焦炉煤气加热燃烧后产生的废烟气余热回收及脱硫脱硝净化工艺与干熄焦工艺融合形成一个工艺系统，但由于废烟气中因燃烧而生成的H2O体积占到了废气的约20％左右，当废烟气中的H2O在干熄炉内与炽热的焦炭接触时，会与焦炭发生一定程度的水煤气反应，生成CO、H2，将增加废烟气中可燃成分的含量，给系统的运行带来一定的安全隐患，同时还因水煤气反应的发生而消耗掉一定数量的焦炭，造成焦炭的“烧损”和焦炭质量的降低。因此，需要采取必要的措施解决上述问题。
发明内容
本发明提供了一种焦炉煤气加热系统废气余热回收及净化工艺，将焦炉煤气加热燃烧后产生的废烟气余热回收及脱硫脱硝净化工艺与干熄焦工艺有机融合，并通过对废烟气中H2O的脱除，在实现红焦余热及焦炉废烟气余热回收的同时，完成对焦炉废烟气的净化，使烟气排放满足国家标准，减少大气污染。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种焦炉煤气加热系统废气余热回收及净化工艺，焦炉加热过程中产生的焦炉废烟气经换热降温、脱水处理后送入干熄炉，对高温焦炭进行冷却；干熄炉排出的高温废烟气进入一次除尘器除尘，同时通过向一次除尘器中喷入脱硫剂对废烟气进行脱硫；脱硫后的高温废烟气进入余热锅炉，由余热锅炉对高温废烟气的热量进行回收，并通过余热锅炉控制废烟气的出口温度，使换热后排出的废烟气直接进入SCR脱硝装置进行脱硝；脱硝后的废烟气经换热降温及二次除尘后，一部分送往烟囱外排，另一部分送往干熄炉上游的废烟气管道循环使用。
一种焦炉煤气加热系统废气余热回收及净化工艺，具体包括如下步骤：
1)通过焦炉废烟气引入系统，将焦炉加热过程中产生的焦炉废烟气从焦炉总烟道中引出，进入热交换器一；
2)在热交换器一内，温度为200℃～300℃的焦炉废烟气通过间接换热的方式被来自余热锅炉的除盐水冷却，焦炉废烟气携带的部分热量被除盐水回收送入余热锅炉，换热后的焦炉废烟气进入脱水装置；
3)含有大量水雾的低温焦炉废烟气进入脱水装置，经脱水处理后排出的干燥烟气与来自后续工艺净化后的高温烟气混合后，一并由干熄炉下部的供气装置进入干熄炉内；
4)在干熄炉内，混合烟气与高温焦炭逆向接触，吸收焦炭热量后的废烟气从干熄炉上段排出后进入一次除尘器，经过冷却的焦炭通过干熄炉下部的排焦系统排出；
5)干法脱硫装置通过NaHCO3喷入管道向一次除尘器内喷入NaHCO3，在一次除尘器中，NaHCO3与废烟气中的SO2充分接触发生反应，生成NaHSO3、Na2SO3，实现废烟气中SO2的脱除；生成的NaHSO3、Na2SO3及废烟气携带的焦粉在一次除尘器内通过惯性碰撞和沉降作用从烟气中分离；
6)经过一次除尘后的废烟气进入余热锅炉，余热锅炉利用废烟气携带的热量产生高温高压蒸汽用于发电或设备的驱动，实现炼焦余热的回收利用；经过余热锅炉回收热量后的废烟气通过管道直接进入SCR脱硝装置进行脱硝处理；
7)经SCR脱硝装置脱硝处理后的废烟气进入热交换器二进行降温处理；在热交换器二内，废烟气通过间接换热的方式被来自余热锅炉的除盐水冷却，废烟气携带的部分热量被除盐水回收送入余热锅炉，降温后的废烟气送入二次除尘器；
8)在二次除尘器内，采用过滤除尘方式脱除废烟气中携带的固体颗粒物及粉尘，所捕集到的颗粒物和粉尘经二次除尘器下部的粉尘收集装置回收后外排处理；
9)过滤除尘后的废烟气在引风机作用下，一部分被送往烟囱排放，另一部分经烟气流量调节阀被送至干熄炉供气装置上游的废烟气管道内循环使用。
所述热交换器一的烟气出口温度控制在100℃以下。
所述余热锅炉的烟气出口温度控制在300℃～400℃之间。
所述脱水装置采用丝网分离、折流分离或离心分离方式对焦炉废烟气进行脱水干燥。
所述一次除尘器为惯性重力除尘器。
所述二次除尘器为袋式除尘器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明利用焦炉废烟气作为换热介质对高温焦炭进行冷却，将炼焦生产过程中高温红焦和焦炉废烟气两大余热资源的余热回收有机地整合在一个余热回收系统内，在提高焦炉废烟气余热回收热品质、增加干熄焦余热利用能力的同时，实现了焦炉废烟气的脱硫脱硝净化处理，减少了除尘设施、风机等相关烟气处理设备和动力设施的配置，整体工艺布局简单，占地少，一次性建设成本及运行成本低；
2)利用脱水装置对焦炉废烟气中的水汽进行回收，实现水资源循环利用；减少因废气中水蒸气跟红焦发生水煤气反应而造成焦炭损失，并有效降低排放废气中有害气体(碳氧化物和氢气)的浓度。
3)利用高温焦炭对焦炉废烟气进行加热，通过控制余热锅炉后焦炉废烟气的温度，形成适合于中温SCR脱硝催化反应的烟气环境，无需再另外增设加热系统，降低了脱硝催化剂成本，提高了脱硝效率；
4)SCR脱硝后采用袋式除尘装置对废烟气进行净化处理，除尘效率高，二次除尘器排出粉尘浓度在10mg/m3以下，从而使设置在二次除尘器后的引风机无需配置专用的耐磨损措施，与传统的干熄焦循环风机相比，可显著降低风机的更换和维护成本，减少故障发生率，提高干熄焦连续运转的稳定性；
5)本发明在对焦炉废烟气进行脱硫脱硝净化处理的同时，与现有干熄焦工艺相比，无需考虑放散循环气体的脱硫问题，排入烟囱的气体完全能够达到环保标准要求。
附图说明
图1是本发明本发明所述一种焦炉煤气加热系统废气余热回收及净化工艺的流程示意图。
图中：1.干熄炉 2.干法脱硫装置 3.一次除尘器 4.余热锅炉 5.SCR脱硝装置 6.二次除尘器 7.粉尘收集装置 8.热交换器二 9.引风机 10.热交换器一 11.焦炉总烟道12.烟囱 13.烟道翻板 14.高温焦炭 15.脱水装置 16.烟气流量调节阀
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，本发明所述一种焦炉煤气加热系统废气余热回收及净化工艺，焦炉加热过程中产生的焦炉废烟气经换热降温、脱水处理后送入干熄炉1，对高温焦炭进行冷却；干熄炉1排出的高温废烟气进入一次除尘器3除尘，同时通过向一次除尘器3中喷入脱硫剂对废烟气进行脱硫；脱硫后的高温废烟气进入余热锅炉4，由余热锅炉4对高温废烟气的热量进行回收，并通过余热锅炉4控制废烟气的出口温度，使换热后排出的废烟气直接进入SCR脱硝装置5进行脱硝；脱硝后的废烟气经换热降温及二次除尘后，一部分送往烟囱12外排，另一部分送往干熄炉1上游的废烟气管道循环使用。
经脱水装置15处理后的废烟气总量无法满足干熄炉1焦炭冷却所需，因此本发明采用净化后废烟气循环使用的方式对参与焦炭冷却的废烟气进行补充，确保干熄炉1及余热回收装置操作过程的连续稳定。
本发明所述一种焦炉煤气加热系统废气余热回收及净化工艺，具体包括如下步骤：
1)通过焦炉废烟气引入系统，将焦炉加热过程中产生的焦炉废烟气从焦炉总烟道11中引出，进入热交换器一3；
2)在热交换器一3内，温度为200℃～300℃的焦炉废烟气通过间接换热的方式被来自余热锅炉4的除盐水冷却，焦炉废烟气携带的部分热量被除盐水回收送入余热锅炉4，换热后的焦炉废烟气进入脱水装置15；
3)含有大量水雾的低温焦炉废烟气进入脱水装置15，经脱水处理后排出的干燥烟气与来自后续工艺净化后的高温烟气混合后，一并由干熄炉1下部的供气装置进入干熄炉1内；
4)在干熄炉1内，混合烟气与高温焦炭14逆向接触，吸收焦炭热量后的废烟气从干熄炉1上段排出后进入一次除尘器3，经过冷却的焦炭通过干熄炉1下部的排焦系统排出；
5)干法脱硫装置2通过NaHCO3喷入管道向一次除尘器3内喷入NaHCO3，在一次除尘器3中，NaHCO3与废烟气中的SO2充分接触发生反应，生成NaHSO3、Na2SO3，实现废烟气中SO2的脱除；生成的NaHSO3、Na2SO3及废烟气携带的焦粉在一次除尘器3内通过惯性碰撞和沉降作用从烟气中分离；
6)经过一次除尘后的废烟气进入余热锅炉4，余热锅炉4利用废烟气携带的热量产生高温高压蒸汽用于发电或设备的驱动，实现炼焦余热的回收利用；经过余热锅炉4回收热量后的废烟气通过管道直接进入SCR脱硝装置5进行脱硝处理；
7)经SCR脱硝装置5脱硝处理后的废烟气进入热交换器二8进行降温处理；在热交换器二8内，废烟气通过间接换热的方式被来自余热锅炉4的除盐水冷却，废烟气携带的部分热量被除盐水回收送入余热锅炉4，降温后的废烟气送入二次除尘器6；
8)在二次除尘器6内，采用过滤除尘方式脱除废烟气中携带的固体颗粒物及粉尘，所捕集到的颗粒物和粉尘经二次除尘器6下部的粉尘收集装置7回收后外排处理；
9)过滤除尘后的废烟气在引风机9作用下，一部分被送往烟囱12排放，另一部分经烟气流量调节阀16被送至干熄炉1供气装置上游的废烟气管道内循环使用。
所述热交换器一10的烟气出口温度控制在100℃以下。
所述余热锅炉4的烟气出口温度控制在300℃～400℃之间。
所述脱水装置15采用丝网分离、折流分离或离心分离方式对焦炉废烟气进行脱水干燥。
所述一次除尘器3为惯性重力除尘器。
所述二次除尘器6为袋式除尘器。
如图1所示，是本发明所述一种焦炉煤气加热系统废气余热回收及净化工艺的一种具体实现方式，所涉及的系统包括焦炉废烟气引入系统、热交换器一10、脱水装置15、干熄炉1、干法脱硫装置2、一次除尘器3、余热锅炉4、SCR脱硝装置5、热交换器二8、二次除尘器6、引风机9、烟囱12及烟气流量调节阀16；所述焦炉废烟气引入系统包括焦炉总烟道11及烟道翻板13，焦炉总烟道11上设焦炉废气引出口，烟道翻板13设置在焦炉废烟气引出口与烟囱12之间的焦炉总烟道11上；焦炉废气引出口通过焦炉废烟气管道连接热交换器一10的废烟气入口，热交换器一10的废烟气出口连接脱水装置15的废烟气入口，接脱水装置15的废烟气出口连接干熄炉1下部的供气装置；干熄炉1上部的废烟气出口通过废烟气输送管道依次连接一次除尘器3、余热锅炉4、SCR脱硝装置5、热交换器二8、二次除尘器6、引风机9。引风机9后的废烟气输送管道为两路并联结构，一路连接烟囱12，另一路通过烟气流量调节阀16与干熄炉1供气装置上游的焦炉废烟气管道连接；沿废烟气流动方向，一次除尘器3上游的废烟气输送管道上设NaHCO3喷入口，通过NaHCO3喷入管道连接NaHCO3供给装置，NaHCO3喷入管道与NaHCO3供给装置共同组成干法脱硫装置2。
所述热交换器一10上设有除盐水入口和除盐水出口，除盐水入口和除盐水出口分别通过除盐水管道连接余热锅炉4的省煤器。
所述热交换器二8上设有废烟气入口、废烟气出口、除盐水入口和除盐水出口，废烟气入口连接热交换器二8上游的废烟气输送管道，废烟气出口连接热交换器二8下游的废烟气输送管道；除盐水入口和除盐水出口分别通过除盐水管道连接余热锅炉4的省煤器。
与本发明中所述干熄炉1相配套的焦炭装入装置、焦炭排出装置以及与所述一次除尘器3、二次除尘器6、干法脱硫装置2、SCR脱硝装置5、脱水装置15等设备相配套的原料供给设施、粉料排出设施、脱硝催化剂再生设施等配置均为现有成熟技术，属本领域技术人员公知的技术，在此不再赘述。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种焦炉煤气加热系统废气余热回收及净化工艺，其特征在于，焦炉加热过程中产生的焦炉废烟气经换热降温、脱水处理后送入干熄炉，对高温焦炭进行冷却；干熄炉排出的高温废烟气进入一次除尘器除尘，同时通过向一次除尘器中喷入脱硫剂对废烟气进行脱硫；脱硫后的高温废烟气进入余热锅炉，由余热锅炉对高温废烟气的热量进行回收，并通过余热锅炉控制废烟气的出口温度，使换热后排出的废烟气直接进入SCR脱硝装置进行脱硝；脱硝后的废烟气经换热降温及二次除尘后，一部分送往烟囱外排，另一部分送往干熄炉上游的废烟气管道循环使用。
2.根据权利要求1所述的一种焦炉煤气加热系统废气余热回收及净化工艺，其特征在于，具体包括如下步骤：
1)通过焦炉废烟气引入系统，将焦炉加热过程中产生的焦炉废烟气从焦炉总烟道中引出，进入热交换器一；
2)在热交换器一内，温度为200℃～300℃的焦炉废烟气通过间接换热的方式被来自余热锅炉的除盐水冷却，焦炉废烟气携带的部分热量被除盐水回收送入余热锅炉，换热后的焦炉废烟气进入脱水装置；
3)含有大量水雾的低温焦炉废烟气进入脱水装置，经脱水处理后排出的干燥烟气与来自后续工艺净化后的高温烟气混合后，一并由干熄炉下部的供气装置进入干熄炉内；
4)在干熄炉内，混合烟气与高温焦炭逆向接触，吸收焦炭热量后的废烟气从干熄炉上段排出后进入一次除尘器，经过冷却的焦炭通过干熄炉下部的排焦系统排出；
5)干法脱硫装置通过NaHCO3喷入管道向一次除尘器内喷入NaHCO3，在一次除尘器中，NaHCO3与废烟气中的SO2充分接触发生反应，生成NaHSO3、Na2SO3，实现废烟气中SO2的脱除；生成的NaHSO3、Na2SO3及废烟气携带的焦粉在一次除尘器内通过惯性碰撞和沉降作用从烟气中分离；
6)经过一次除尘后的废烟气进入余热锅炉，余热锅炉利用废烟气携带的热量产生高温高压蒸汽用于发电或设备的驱动，实现炼焦余热的回收利用；经过余热锅炉回收热量后的废烟气通过管道直接进入SCR脱硝装置进行脱硝处理；
7)经SCR脱硝装置脱硝处理后的废烟气进入热交换器二进行降温处理；在热交换器二内，废烟气通过间接换热的方式被来自余热锅炉的除盐水冷却，废烟气携带的部分热量被除盐水回收送入余热锅炉，降温后的废烟气送入二次除尘器；
8)在二次除尘器内，采用过滤除尘方式脱除废烟气中携带的固体颗粒物及粉尘，所捕集到的颗粒物和粉尘经二次除尘器下部的粉尘收集装置回收后外排处理；
9)过滤除尘后的废烟气在引风机作用下，一部分被送往烟囱排放，另一部分经烟气流量调节阀被送至干熄炉供气装置上游的废烟气管道内循环使用。
3.根据权利要求1所述的一种焦炉煤气加热系统废气余热回收及净化工艺，其特征在于，所述热交换器一的烟气出口温度控制在100℃以下。
4.根据权利要求2所述的一种焦炉煤气加热系统废气余热回收及净化工艺，其特征在于，所述余热锅炉的烟气出口温度控制在300℃～400℃之间。
5.根据权利要求2所述的一种焦炉煤气加热系统废气余热回收及净化工艺，其特征在于，所述脱水装置采用丝网分离、折流分离或离心分离方式对焦炉废烟气进行脱水干燥。
6.根据权利要求2所述的一种焦炉煤气加热系统废气余热回收及净化工艺，其特征在于，所述一次除尘器为惯性重力除尘器。
7.根据权利要求2所述的一种焦炉煤气加热系统废气余热回收及净化工艺，其特征在于，所述二次除尘器为袋式除尘器。
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