CN111167275A - 用于链篦机—回转窑球团生产系统的联合脱硝装置及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于链篦机—回转窑球团生产系统的联合脱硝装置,它包括链篦机（1）、回转窑（2）和脱硫系统（3），链篦机包括预热Ⅱ段（4）、预热Ⅰ段（5）和干燥Ⅱ段（6），在链篦机预热Ⅱ段与回转窑连接的部位接入有SNCR脱硝系统（7），在链篦机与后续的脱硫系统之间接入有臭氧系统（8）和碱液吸收系统（9）。本发明的有益效果是与SNCR和SCR联合脱硝相比，该工艺系统简单，操作方便，特别是投资较少，生产成本较小，脱硝效率调节方便，通过调节喷射进入系统的氨氮比及臭氧添加量，即可调控联合脱硝效率，而且调节范围大。

Description

用于链篦机—回转窑球团生产系统的联合脱硝装置及工艺
技术领域
本发明涉及工业废气处理技术领域，具体为用于链篦机—回转窑球团生产系统的联合脱硝装置及工艺。
背景技术
目前国内冶金、无机化工、热电行业及科研单位研发的烟气氮氧化物脱除（即脱硝）技术有很多。如干法有活性碳吸附、电子束照射，湿法有酸碱吸收、氧化吸收、络合吸收等。但上述方法多停留在理论研究阶段。在水泥厂及电厂，使用较多的为选择性非催化还原技术（SNCR法）或选择性催化还原技术（SCR法）。而钢铁冶金行业的球团生产领域，一般借鉴水泥和电厂行业。
活性碳吸附脱硝法是利用活性炭吸附，同时还原烟气中的NOx，使之行成无害的N2，而吸附后的活性炭通过加热再生及活化后可再次送至净化单元循环使用。活性碳对氮氧化物的去除率可达到80%以上，但存在消耗焦炭量大且有二次粉尘污染及焦炭高温燃烧等安全环保隐患。
SNCR法是在一定的温度窗口下（反应窗口温度较高），往烟气中喷入氨水或尿素溶液，氨水或尿素作为脱硝剂，可以将NOx还原成N2。SCR法是在一定的温度窗口下（反应窗口温度中等），往烟气中喷入液氨后，在催化层中反应，将NOx还原成N2。SNCR法一次性投资少，系统简单，占地面积小，维护成本较低。但其缺陷较为明显，反应窗口温度较高，为900℃至1100℃，反应氨氮比率高、氨的逃逸率较大，还原剂利用效率低，而且脱硝效率与温度关系密切，脱硝的实际运行效率仅为50%左右。
SCR法脱硝效率可达到80%，还原剂的利用率也高，氨的逃逸率低，反应窗口温度中等，为320℃至450℃。其存在的缺陷：催化剂为钒钛催化剂，易中毒，烟气中的灰尘容易磨损催化层、易堵塞，或温度过高也会使催化剂烧结。
氧化吸收工艺主要采用强氧化剂（一般选用臭氧）将烟气中低价态NOx氧化成高价态NOx，从而再用碱性物质进行吸收的工艺。该法存在的缺陷较为明显，在低氮高硫的烟气条件下，氧化剂用量大，脱硝效率难以保证。
例如中国发明专利公开号CN109794146A公开了一种链篦机-回转窑SNCR/SCR脱硝与活性焦脱硫组合系统及工艺，涉及一种链篦机-回转窑球团烟气SNCR/SCR脱硝与活性焦脱硫组合系统，SNCR系统的脱硝还原剂喷射器与预热Ⅱ段靠近回转窑的一侧连通；预热Ⅱ段与SCR系统连通；SCR系统与干燥Ⅱ段连通；干燥Ⅱ段与预热Ⅰ段均与活性焦脱硫吸附塔连通。本发明还提供链篦机-回转窑SNCR/SCR脱硝与活性焦脱硫组合工艺，回转窑的烟气进入预热Ⅱ段，并采用SNCR系统向预热Ⅱ段的烟气进口侧喷入氨水进行脱硝；随后烟气进入SCR系统进行脱硝，之后烟气进入干燥Ⅱ段与干燥Ⅰ段的烟气混合后，经电除尘器除尘、主抽风机、烟气换热器后进入活性焦脱硫吸附塔进行脱硫。虽然该系统可以提高脱硝效率，降低成本，但是该工艺系统较复杂，操作不便，且无法调控联合脱硝效率。
发明内容
本发明的目的在于根据链-回-环氧化球团生产工艺条件，研发出一种适用于链-回-环球团生产系统的联合脱硝工艺，可保证球团焙烧烟气中的氮氧化物的脱除效率达到90%以上。根据需要，脱硝效率最高可达到95%。采用此工艺脱硝后，保证“链—回—环”氧化球团生产系统烟气中，氮氧化物排放指标低于“钢铁行业超低排放”标准要求的50mg/m3。在系统烟气中氮氧化物最高浓度达到500mg/m3时，经处理，最低排放浓度也可低于到25mg/m3。最重要的是实现综合脱硝效率在一个大范围内可调，且系统简单，操作方便。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：用于链篦机—回转窑球团生产系统的联合脱硝装置,它包括链篦机、回转窑和脱硫系统，链篦机包括预热Ⅱ段、预热Ⅰ段和干燥Ⅱ段，在链篦机预热Ⅱ段与回转窑连接的部位接入有SNCR脱硝系统，在链篦机与后续的脱硫系统之间接入有臭氧系统和碱液吸收系统。
优选的，在链篦机与臭氧系统之间的管路上设有SO2浓度调节装置，所述SO2浓度调节装置包括交错分布的第一弧形吸硫通道和第二弧形吸硫通道，所述第一弧形吸硫通道的输入端与第二弧形吸硫通道的输入端之间管路上连通有第一电磁阀，所述第一弧形吸硫通道与第二弧形吸硫通道共同覆盖的管路上连通有第二电磁阀，所述第一弧形吸硫通道的输出端与第二弧形吸硫通道的输出端之间管路上连通有第三电磁阀。
优选的，所述第一吸硫通道和第二吸硫通道内置有活性炭吸附层。
用于链篦机—回转窑球团生产系统的联合脱硝装置的工艺,它包括以下步骤：回转窑产生的烟气进入链篦机的预热Ⅱ段，SNCR脱硝系统向预热Ⅱ段与回转窑连接的部位喷入氨水脱硝，经SNCR脱硝后的烟气引入链篦机干燥Ⅱ段换热后与链篦机预热Ⅰ段出口的烟气混合后引入链篦机与后续的脱硫系统之间，臭氧系统产生的臭氧将烟气中的NOx氧化为高价氮氧化物，再通过碱液吸收系统脱硫脱硝。
另一种用于链篦机—回转窑球团生产系统的联合脱硝装置的工艺,它包括以下步骤：回转窑产生的烟气进入链篦机的预热Ⅱ段，SNCR脱硝系统向预热Ⅱ段与回转窑连接的部位喷入氨水脱硝，经SNCR脱硝后的烟气引入链篦机干燥Ⅱ段换热后与链篦机预热Ⅰ段出口的烟气混合后引入链篦机与后续的脱硫系统之间，当烟气中SO2过低时，关闭第一电磁阀和第二电磁阀，打开第三电磁阀，烟气从第一弧形吸硫通道通过至臭氧系统；当烟气中SO2过高时，关闭第一电磁阀和第三电磁阀，打开二电磁阀，烟气依次从第一弧形吸硫通道和第二弧形吸硫通道通过至臭氧系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
在PH与回转窑连接的部位（即溜槽部位）上，采用选择性非催化还原技术，对此区域喷射还原剂（一般选用氨水）进行SNCR法脱硝，一般此段脱硝效率达到40%-60%；在烟气进入脱硫系统前，在烟道上增加氧化反应器，臭氧发生器产生的臭氧经管道加入烟气氧化反应器中，臭氧迅速将烟气中的NOx氧化为高价氮氧化物，再进行碱液吸收系统（一般选用消石灰或者NaOH）脱硫脱硝，达到高效联合脱硫脱硝的效果，效率可调范围为40%至95%之间。本工艺可提高脱硝效率，使综合脱硝效率在40%至95%之间，可调；结合还原法和氧化法两种脱硝工艺，非催化还原脱硝适用于高温脱硝（900℃-1050℃），而氧化法适用于低温（50℃-120℃）脱硝，更适用于高湿烟气（水含量5%以上），更适用于“链篦机—回转窑—环冷机”球团采用碱液脱硫的系统，特别是碱液吸收的系统，其充分利用了原有碱液脱硫系统，投资更小；与SNCR和SCR联合脱硝相比，该工艺系统简单，操作方便，特别是投资较少，生产成本较小。
附图说明
图1为本发明的用于链篦机—回转窑球团生产系统的联合脱硝装置结构示意图；
图中：1、链篦机，2、回转窑，3、脱硫系统，4、预热Ⅱ段，5、预热Ⅰ段，6、干燥Ⅱ段，7、SNCR脱硝系统，8、臭氧系统，9、碱液吸收系统，10、第一弧形吸硫通道，11、第二弧形吸硫通道，12、第一电磁阀，13、第二电磁阀，14、第三电磁阀。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
2019年4月28日，国家生态环境部、国家发展和改革委员会等5部门联合发布了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》（环大气[2019]35号），对钢铁行业球团系统的超低排放提出了具体指标，要求球团焙烧排放的烟气中，氮氧化物排放浓度≤50mg/m3。
“链—回—环”球团生产过程中，烟气全部在链篦机、回转窑、环冷机三台窑炉设备内循环利用，但最终都要由一台主抽风机抽出，排入大气。典型的链—回—环球团生产系统中，进入系统的风为环冷机鼓入的空气、作为燃料的煤气、助燃空气，以及系统中的少量漏风。往外排放的烟气分两部分，一是由环冷三段鼓入的空气直接引入链篦机鼓干段，理论解释及实测都表明这部分气流NOx浓度远低于国家钢铁行业超低排放标准，不需处理可排入烟囱。而大部分烟气为从主抽风机引出的在三大主机内不断循环后的最终烟气，如不进行处理，其中NOx浓度可高达300至500mg/Nm3。当NOx浓度超过350 mg/Nm3时，使用目前某种单一的脱硝方法，都难以达到或难以稳定达到超低排放要求。
因理论分析及实测数据都表明，“链—回—环”氧化球团生产系统中NOx都在回转窑中产生，并最终都经过PH段后才进入排放口。本发明在PH与回转窑连接的部位（即溜槽部位）上，采用选择性非催化还原技术，对此区域喷射还原剂（一般选用氨水）进行SNCR法脱硝，一般此段脱硝效率达到40%-60%；在烟气进入脱硫系统前，在烟道上增加氧化反应器，臭氧发生器产生的臭氧经管道加入烟气氧化反应器中，臭氧迅速将烟气中的NOx氧化为高价氮氧化物，再进行碱液吸收系统（一般选用消石灰或者NaOH）脱硫脱硝，达到高效联合脱硫脱硝的效果。本工艺可提高脱硝效率，使综合脱硝效率在40%至95%之间，可调。
如图1所示，用于链篦机—回转窑球团生产系统的联合脱硝装置,它包括链篦机1、回转窑2和脱硫系统3，链篦机包括预热Ⅱ段4、预热Ⅰ段5和干燥Ⅱ段6，在链篦机预热Ⅱ段与回转窑连接的部位接入有SNCR脱硝系统7，在链篦机与后续的脱硫系统之间接入有臭氧系统8和碱液吸收系统9。
本发明利用了“链—回—环”氧化球团生产热工系统的特点，在炉内先进行SNCR脱硝反应，然后在下游的脱硫系统中进行臭氧氧化脱硝，从而达到联合脱硫脱硝的目的。
SNCR脱硝系统，选用氨水为脱硝剂，主要流程及设备为：
（1）氨水卸车及储存系统：由氨水专用罐车运输进厂的氨水（一般浓度为20%），经卸氨泵输送进入氨水储存罐中储存。储存罐区设置泄露检测装置及相关的防护措施，以满足储存防护要求。
（2）氨水输送系统：从氨水储存罐出来的氨水经控制阀、流量泵及在线稀释装置后，送至氨水分配控制部分。脱硝使用的氨浓为1%至5%溶液，在线稀释装置是否需要可根据生产情况及市场氨水供应情况确定。稀释装置是通过调整稀释用水与氨水流量阀来自动控制的。
（3）分配控制系统：从氨水输送单元过来的氨水进入缓冲稳压分配器，经控制阀、流量计后由管道送至混合喷射部分的氨水入口。
（4）喷射控制系统：用压缩空气作为氨水喷射雾化介质，压缩空气从空压机出来，经储气罐、分气缸、控制阀后，接入混合喷射部分的压缩空气入口。
（5）混合喷射系统：从分配控制部分来的氨水和喷射控制部分来的压缩空气进入雾化喷枪，雾化后的氨水与烟气中的NOx进行SNCR反应。喷枪设6或8台，在溜槽上方炉罩两边按一定的角度对称分布。
臭氧氧化脱硝系统，选用臭氧+NaOH碱液为脱硝剂，主要流程及设备为：
（1）供氧系统：由制氧站接管道至系统内，氧气浓度＞90%，压力在0.3MPa-0.5MPa之间。
（2）臭氧发生系统：本系统主要采用臭氧发生器，氧气气流经过绝缘介质与高压电极之间以及绝缘介质层和臭氧发生器罐体接地极之间的狭小间隙形成的两个环状间隙之间的高压电场双面放电，将通过的氧气转换为臭氧。发生后的混合气中臭氧浓度一般在6%-15%之间，经过管道进入下一系统。
臭氧发生器在工作中将产生大量热量，而臭氧发生器的工作温度应小于30℃，故需要设置冷却水循环系统降温。采用闭路循环冷却系统，内循环为闭路循环，采用除盐水注满整个系统，然后接入外循环的冷却水系统。
（3）臭氧反应系统：从臭氧输送单元过来的混合气经控制阀、流量计、浓度仪后由管道送至臭氧反应系统。臭氧反应系统一般选用316L不锈钢的管道式反应器，由于反应时间影响，一般控制反应器长度约在10m左右。
（4）碱液吸收系统：经过氧化的混合烟气经过碱液二次喷淋后，达到SO2、NOx超低排放的效果。
联合脱硝工艺实施及操作的技术要点：
（1）因链篦机PH段长度长，在PH段炉罩内，NOx可能存在分布不均的问题，因而，非催化还原脱硝反应的喷射点需要设置在PH段与回转窑之间的连接部位即溜槽罩上，保证喷射后，脱硝剂能与NOx充分接触，同时有足够的反应时间。
（2）实际操作时，PH段与回转窑之间的溜槽罩内的温度要控制在900℃至1050℃之间，此为生产工艺的最佳温度范围及非催化还原脱硝反应的最佳温度窗口。
为达到较好的脱硫脱硝效果，在烟气进入氧化反应器前需要控制SO2浓度在300-800mg/Nm3之间。SO2浓度过高会影响臭氧反应选择性，导致臭氧有部分浪费；SO2浓度过低可能导致臭氧逃逸，为了解决该问题，本发明在链篦机与臭氧系统之间的管路上设有SO2浓度调节装置，所述SO2浓度调节装置包括交错分布的第一弧形吸硫通道10和第二弧形吸硫通道11，所述第一弧形吸硫通道的输入端与第二弧形吸硫通道的输入端之间管路上连通有第一电磁阀12，所述第一弧形吸硫通道与第二弧形吸硫通道共同覆盖的管路上连通有第二电磁阀13，所述第一弧形吸硫通道的输出端与第二弧形吸硫通道的输出端之间管路上连通有第三电磁阀14。所述第一吸硫通道和第二吸硫通道内置有活性炭吸附层，当然也可以是其它的物理或化学吸硫材料。
它包括以下步骤：回转窑产生的烟气进入链篦机的预热Ⅱ段，SNCR脱硝系统向预热Ⅱ段与回转窑连接的部位喷入氨水脱硝，经SNCR脱硝后的烟气引入链篦机干燥Ⅱ段换热后与链篦机预热Ⅰ段出口的烟气混合后引入链篦机与后续的脱硫系统之间，当烟气中SO2过低时，关闭第一电磁阀和第二电磁阀，打开第三电磁阀，烟气从第一弧形吸硫通道通过至臭氧系统；当烟气中SO2过高时，关闭第一电磁阀和第三电磁阀，打开二电磁阀，烟气依次从第一弧形吸硫通道和第二弧形吸硫通道通过至臭氧系统。
加入SO2浓度调节装置的目的在于调节进入臭氧系统的SO2浓度，以达到较好的脱硫脱硝效果，当烟气中SO2过低时，烟气只从第一弧形吸硫通道内通过，被吸附的SO2较少，当烟气中SO2过高时，烟气从第一弧形吸硫通道和第二弧形吸硫通道通过，被吸附的SO2较多，减少SO2含量。

Claims (5)

1.用于链篦机—回转窑球团生产系统的联合脱硝装置,它包括链篦机（1）、回转窑（2）和脱硫系统（3），链篦机包括预热Ⅱ段（4）、预热Ⅰ段（5）和干燥Ⅱ段（6），其特征是：在链篦机预热Ⅱ段与回转窑连接的部位接入有SNCR脱硝系统（7），在链篦机与后续的脱硫系统之间接入有臭氧系统（8）和碱液吸收系统（9）。
2.如权利要求1所述的用于链篦机—回转窑球团生产系统的联合脱硝装置,其特征是：在链篦机与臭氧系统之间的管路上设有SO2浓度调节装置，所述SO2浓度调节装置包括交错分布的第一弧形吸硫通道（10）和第二弧形吸硫通道（11），所述第一弧形吸硫通道的输入端与第二弧形吸硫通道的输入端之间管路上连通有第一电磁阀（12），所述第一弧形吸硫通道与第二弧形吸硫通道共同覆盖的管路上连通有第二电磁阀（13），所述第一弧形吸硫通道的输出端与第二弧形吸硫通道的输出端之间管路上连通有第三电磁阀（14）。
3.如权利要求2所述的用于链篦机—回转窑球团生产系统的联合脱硝装置，其特征是：所述第一吸硫通道和第二吸硫通道内置有活性炭吸附层。
4.如权利要求1所述的用于链篦机—回转窑球团生产系统的联合脱硝装置的工艺,其特征是：它包括以下步骤：回转窑产生的烟气进入链篦机的预热Ⅱ段，SNCR脱硝系统向预热Ⅱ段与回转窑连接的部位喷入氨水脱硝，经SNCR脱硝后的烟气引入链篦机干燥Ⅱ段换热后与链篦机预热Ⅰ段出口的烟气混合后引入链篦机与后续的脱硫系统之间，臭氧系统产生的臭氧将烟气中的NOx氧化为高价氮氧化物，再通过碱液吸收系统脱硫脱硝。
5.如权利要求2所述的用于链篦机—回转窑球团生产系统的联合脱硝装置的工艺,其特征是：它包括以下步骤：回转窑产生的烟气进入链篦机的预热Ⅱ段，SNCR脱硝系统向预热Ⅱ段与回转窑连接的部位喷入氨水脱硝，经SNCR脱硝后的烟气引入链篦机干燥Ⅱ段换热后与链篦机预热Ⅰ段出口的烟气混合后引入链篦机与后续的脱硫系统之间，当烟气中SO2过低时，关闭第一电磁阀和第二电磁阀，打开第三电磁阀，烟气从第一弧形吸硫通道通过至臭氧系统；当烟气中SO2过高时，关闭第一电磁阀和第三电磁阀，打开二电磁阀，烟气依次从第一弧形吸硫通道和第二弧形吸硫通道通过至臭氧系统。
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