CN111974212A - 一种空煤气预热轧钢加热炉的烟气脱硝系统 - Google Patents
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Abstract
一种空煤气预热轧钢加热炉的烟气脱硝系统，属于工业炉技术领域。在加热炉已有的烟道及烟囱上，增设了一套脱除烟气中氮氧化物的系统。所述的脱除烟气中氮氧化物的系统包括还原剂储运装置、还原剂输送装置、SCR反应器、脱硝系统自动控制装置、脱硝系统供电装置、氨泄漏报警仪、烟气分析仪、氨逃逸分析仪、氨区喷淋装置、洗眼器、还原剂分配装置、围堰等。优点在于，达到将烟气中的氮氧化物脱除的目的，实现减排效果。经过SNCR+SCR联合脱硝，可将烟气中的氮氧化物浓度从350mg/Nm3降至50mg/Nm3以下。
Description
技术领域
本发明属于工业炉技术领域，特别是提供了一种空煤气预热轧钢加热炉的烟气脱硝系统。主要功能是采用氨水或尿素溶液作为还原剂，对加热炉烟气进行脱硝。
背景技术
现今节能减排要求日趋严格的背景下，钢铁行业废气处理已具有相当程度的紧迫性。目前对钢铁行业各工序排放的废气中的氮氧化物进行处理，主要集中在烧结、球团、焦化的烟气排放量较大、污染物浓度较高的车间。轧钢加热炉及热处理炉由于煤气相对来说比较洁净，二氧化硫、颗粒物排放浓度基本可以满足超低排放要求，但是由于氮氧化物的生成机理，废气中的氮氧化物不经处理很难达到最新超低排放要求。在此背景下，结合热电厂、焦化、烧结等脱硝工程的技术，采用SCR-选择性催化还原技术对隧道炉烟气进行脱硝处理。长期以来对氮氧化物排放，钢铁厂中的焦化、烧结等车间主要采用SNCR及SCR技术进行脱硝。对轧钢加热炉来说，一直没有出现有针对性的脱硝技术。其中，SCR技术主要是采用催化剂，在合适的温度条件下，利用还原剂氨水或尿素溶液将烟气中的氮氧化物还原为氮气。SNCR技术则是利用氨水或尿素溶液，在较高温度下，不使用催化剂，直接将烟气中的氮氧化物还原为氮气。也有在条件合适的情况下，将两种技术结合起来进行脱硝的工艺。技术的对比见下表：
表1主要NOx控制技术的比较
目前轧钢车间内的加热炉普遍具有煤气较洁净，燃烧后二氧化硫及颗粒物排放量较低，无需处理即可达到超低排放要求的特点，只有燃烧生成的氮氧化物不经脱硝处理难以达到超低排放要求。目前相关国家及地方超低排放标准要求轧钢车间氮氧化物排放量低于150mg/Nm3,而加热炉的实际排放峰值一般都在200-350mg/Nm3。如果无法达到排放标准，企业将面临国家有关部门的各项处罚，包括巨额罚款甚至停产。采用本脱硝系统，可将氮氧化物的排放量降至50mg/Nm3以下，为企业解决迫在眉睫的环保问题，并有相当显著的减排效果。因此研发加热炉脱硝系统具有重大现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空煤气预热轧钢加热炉的烟气脱硝系统，采用氨水或尿素溶液作为还原剂，对加热炉烟气进行脱硝；设备结构简单、实用，易于实现自动化控制，减少车间氮氧化物的排放。
本发明采用SNCR+SCR联合脱硝工艺脱硝。其中，SNCR喷枪设置在加热炉烟气出炉处，此处烟气温度为850-1100℃，在高温区直接喷入还原剂，脱除烟气中的氮氧化物。而SCR脱硝反应器设置在加热炉余热锅炉2-3级蒸发器之间，反应温度在190-230℃。加热炉烟气经过空煤气预热器后，温度从1000℃降至500℃，此时将还原剂喷入烟道中，烟气与还原剂经充分混合后，经过余热锅炉，温度降至190-230℃之间，此时通过SCR低温催化剂，发生催化还原反应。达到将烟气中的氮氧化物脱除的目的，实现减排效果。经过SNCR+SCR联合脱硝，可将烟气中的氮氧化物浓度从350mg/Nm3降至50mg/Nm3以下。
本发明基于NH3与氮氧化物在一定温度条件下发生还原反应的原理。
本发明在加热炉已有的烟道及烟囱上，增设了一套脱除烟气中氮氧化物的系统。
本发明所述的脱除烟气中氮氧化物的系统包括还原剂储运装置1、还原剂输送装置2、SCR反应器3、脱硝系统自动控制装置4、脱硝系统供电装置5、氨泄漏报警仪6、烟气分析仪7、氨逃逸分析仪8、氨区喷淋装置9、洗眼器10、还原剂分配装置11、围堰12等。
还原剂储运装置1安装在新建的围堰12内的土建基础上，还原剂储运装置1通过不锈钢管路与新增的还原剂输送装置2相连。还原剂输送装置2通过膨胀螺栓连接到围堰12内的土建基础上，新增的SCR反应器3通过变径管焊接到原有余热锅炉的2-3级蒸发器之间；新增的脱硝系统自动控制装置4及脱硝系统供电装置5安装在原有厂房内，通过电缆与原有车间供电网络相连；新增的氨泄漏报警仪6通过膨胀螺栓安装在还原剂储运装置1旁，通过电缆与脱硝系统自动控制装置4连接；原有的烟气分析仪7通过电缆与新增的脱硝系统自动控制装置4相连；新增的氨逃逸分析仪8安装在原有烟囱上，通过电缆与新增的脱硝系统自动控制装置4相连；新增的氨区喷淋装置9安装在还原剂储运装置1上方，通过管道与车间原有消防水管道相连；新增的洗眼器10通过膨胀螺栓安装在还原剂储运装置1旁的原有车间地面上，通过管道与车间原有生活水管道相连；还原剂分配装置11的入口使用不锈钢管道与新增的还原剂输送装置2相连，出口通过膨胀螺栓安装在原有烟道侧壁上。该系统运行控制的步骤及控制参数如下：
1.当加热炉高温烟气经原有烟道从炉内排出时，安装在原有烟道上的新增的还原分配装置11向原有烟道内喷射还原剂，此处烟气温度在850℃～1100℃之间，采用SNCR工艺，还原剂可直接与烟气中的氮氧化物反应，生成氮气和水。根据烟气温度及烟气中氮氧化物的浓度，控制还原剂的喷入量，使烟气中氮氧化物的排放量达到目标值。
2.经过SNCR脱硝的烟气通过原有引风机或烟囱的抽吸，经过原有的空煤气换热器，温度降至500-550℃，此时新增的还原分配装置11向原有烟道内喷射还原剂，烟气经过原有的余热锅炉后，温度降至190-230℃，此时经过新增的SCR反应器3时，烟气中的氮氧化物与还原剂发生SCR反应，进一步脱除氮氧化物。根据原有的烟气分析仪7及新增的氨逃逸分析仪8的反馈数据，控制烟气中氮氧化物的浓度，控制还原剂的喷入量，使烟气中氮氧化物的排放量达到目标值。经过SNCR和SCR反应的烟气，其中的氮氧化物可以脱除90％以上，大幅降低了对环境的污染，减少了排放量。
本发明采用SNCR+SCR联合脱硝工艺脱硝。其中，新增的还原分配装置11中的出口设置在原有的加热炉烟气出炉烟道处，此处烟气温度为850-1100℃，在高温区直接喷入还原剂，脱除烟气中的氮氧化物。而新增SCR反应器设置在加热炉余热锅炉2-3级蒸发器之间，反应温度在190-230℃。加热炉烟气经过原有的空煤气预热器后，温度从1000℃降至500℃，此时还原分配装置11将还原剂喷入烟道中，烟气与还原剂经充分混合后，经过原有的余热锅炉，温度降至190-230℃之间，此时通过SCR反应器3中的低温催化剂，发生催化还原反应。达到将烟气中的氮氧化物脱除的目的，实现减排效果。经过SNCR+SCR联合脱硝，可将烟气中的氮氧化物浓度从350mg/Nm3降至50mg/Nm3以下。
本发明还原剂储运装置，将成品采购的还原剂按设计用量进行7-15天的储备，储罐为常压密闭容器，储罐上带有呼吸阀，呼吸阀接至氨吸收罐，避免储罐应压力过大发生事故。具有结构简单、实用的特点。
本发明还原剂输送装置，通过小流量计量泵控制还原剂的输送量，由于加热炉烟气量不大、氮氧化物浓度不高的特点，还原剂的使用量较低，调节阀的控制范围无法满足要求。采用计量泵具有控制精确、结构简单、节省安装空间等优点。
本发明脱硝系统自动控制装置，通过PLC根据原有的烟气分析仪7及新增的氨逃逸分析仪8的实时监测数据进行运算，保证烟气中的氮氧化物浓度在设计范围内，同时氨逃逸量不得超过国家环保规定。
附图说明
图1为加热炉烟气脱硝系统图。其中，还原剂储运装置1、还原剂输送装置2、SCR反应器3、脱硝系统自动控制装置4、脱硝系统供电装置5、氨泄漏报警仪6、烟气分析仪7、氨逃逸分析仪8、氨区喷淋装置9、洗眼器10、还原剂分配装置11、围堰12。
具体实施方式
下面就本发明的加热炉烟气脱硝系统结合附图描述如下：
本发明在加热炉已有的烟道及烟囱上，增设了一套脱除烟气中氮氧化物的系统。即在原有轧钢车间加热炉烟道，烟道空煤气预热器及余热锅炉，烟囱等设备的基础上新增如下装置：具体包括，还原剂储运装置1、还原剂输送装置2、SCR反应器3、脱硝系统自动控制装置4、脱硝系统供电装置5、氨泄漏报警仪6、氨逃逸分析仪8、氨区喷淋装置9、洗眼器10、还原剂分配装置11，围堰12等。
还原剂依次通过还原剂储运装置1、还原剂输送装置2、由还原剂分配装置11中的喷枪将还原剂雾化后喷入烟道及SCR反应器3中；还原剂的喷入量根据烟气分析仪7及氨逃逸分析仪8的实时监测数据，经过脱硝系统自动控制装置4计算还原剂的喷入量；脱硝系统供电装置5为整个系统提供电力；氨泄漏报警仪6根据设定的数值报警，超出设定数值后，氨区喷淋装置9自动开始喷淋大量水，吸收泄漏的氨；此时仍在现场的操作维护人员通过洗眼器10迅速清洗身上沾染的氨后，离开泄漏区域。
还原剂储运装置1：将成品采购的还原剂按设计用量进行7-15天的储备，储罐为常压密闭容器，储罐上带有呼吸阀，呼吸阀接至氨吸收罐，避免储罐应压力过大发生事故。具有结构简单、实用的特点；
还原剂输送装置2：通过小流量计量泵控制还原剂的输送量，由于加热炉烟气量不大、氮氧化物浓度不高的特点，还原剂的使用量较低，调节阀的控制范围无法满足要求。采用计量泵具有控制精确、结构简单、节省安装空间等优点；
SCR反应器3：用于低温烟气的催化还原反应，反应温度为190℃-230℃；
脱硝系统自动控制装置4：通过PLC根据烟气分析仪7及氨逃逸分析仪8的实时监测数据进行运算，保证烟气中的氮氧化物浓度在设计范围内，同时氨逃逸量不得超过国家环保规定；
脱硝系统供电装置5：为整个系统提供电力；
氨泄漏报警仪6：成品，根据设定的数值报警，为喷淋装置电动开关阀提供控制信号；
烟气分析仪7：成品，为脱硝装置提供氮氧化物浓度等控制信号；
氨逃逸分析仪8：成品，为脱硝装置提供氨逃逸数据；
氨区喷淋装置9：当氨泄漏报警仪发出报警信号时，自动开始喷淋大量水，吸收泄漏的氨；
洗眼器10：成品，用于现场操作维护人员发生氨泄漏事故时清洗眼部；
还原剂分配装置11：通过喷枪将还原剂雾化后喷入烟道及SCR反应器中。
围堰12：在还原剂储运装置1周围设置防泄露围堰，用于防止氨水泄露，对还原剂储运装置1形成保护。
Claims (2)
1.一种空煤气预热轧钢加热炉的烟气脱硝系统，其特征在于，在加热炉已有的烟道及烟囱上，增设了一套脱除烟气中氮氧化物的系统；
所述的脱除烟气中氮氧化物的系统包括还原剂储运装置(1)、还原剂输送装置(2)、SCR反应器(3)、脱硝系统自动控制装置(4)、脱硝系统供电装置(5)、氨泄漏报警仪(6)、烟气分析仪(7)、氨逃逸分析仪(8)、氨区喷淋装置(9)、洗眼器(10)、还原剂分配装置(11)、围堰(12)；
还原剂储运装置(1)安装在新建的围堰(12)内的土建基础上，还原剂储运装置(1)通过不锈钢管路与新增的还原剂输送装置(2)相连。还原剂输送装置(2)通过膨胀螺栓连接到围堰(12)内的土建基础上，新增的SCR反应器(3)通过变径管焊接到原有余热锅炉的2-3级蒸发器之间；新增的脱硝系统自动控制装置(4)及脱硝系统供电装置(5)安装在原有厂房内，通过电缆与原有车间供电网络相连；新增的氨泄漏报警仪(6)通过膨胀螺栓安装在还原剂储运装置(1)旁，通过电缆与脱硝系统自动控制装置(4)连接；原有的烟气分析仪(7)通过电缆与新增的脱硝系统自动控制装置(4)相连；新增的氨逃逸分析仪(8)安装在原有烟囱上，通过电缆与新增的脱硝系统自动控制装置(4)相连；新增的氨区喷淋装置(9)安装在还原剂储运装置(1)上方，通过管道与车间原有消防水管道相连；新增的洗眼器(10)通过膨胀螺栓安装在还原剂储运装置(1)旁的原有车间地面上，通过管道与车间原有生活水管道相连；还原剂分配装置(11)的入口使用不锈钢管道与新增的还原剂输送装置(2)相连，出口通过膨胀螺栓安装在原有烟道侧壁上。
2.根据权利要求1所述的空煤气预热轧钢加热炉的烟气脱硝系统，其特征在于，该系统运行步骤及控制参数如下：
(1)当加热炉高温烟气经原有烟道从炉内排出时，安装在原有烟道上的新增的还原剂分配装置(11)向原有烟道内喷射还原剂，此处烟气温度在850℃～1100℃之间，采用SNCR工艺，还原剂可直接与烟气中的氮氧化物反应，生成氮气和水；根据烟气温度及烟气中氮氧化物的浓度，控制还原剂的喷入量，使烟气中氮氧化物的排放量达到目标值；
(2)经过SNCR脱硝的烟气通过原有引风机或烟囱的抽吸，经过原有的空煤气换热器，温度降至500-550℃，此时新增的还原剂分配装置(11)向原有烟道内喷射还原剂，烟气经过原有的余热锅炉后，温度降至190-230℃，此时经过新增的SCR反应器(3)时，烟气中的氮氧化物与还原剂发生SCR反应，进一步脱除氮氧化物；根据原有的烟气分析仪(7)及新增的氨逃逸分析仪(8)的反馈数据，控制烟气中氮氧化物的浓度，控制还原剂的喷入量，使烟气中氮氧化物的排放量达到目标值；经过SNCR和SCR反应的烟气，其中的氮氧化物能脱除90％以上，大幅降低了对环境的污染，减少了排放量。
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2020
- 2020-09-19 CN CN202010990517.5A patent/CN111974212A/zh active Pending
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