CN112023693A - 一种热风炉高效脱硝方法及热风炉装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热风炉高效脱硝方法及热风炉装置，所述的热风炉为立式结构，包括带有烧嘴的加热区和安装有蓄热体的炉体，加热区设置在炉体的上方，在炉体上设置有冷风管道和热风管道，关键是：在加热区和炉体之间设置安装有脱硝催化剂喷嘴的催化剂供给段，在此基础上，所述的高效脱销方法是：将炉体加热至800‑1000℃时，脱硝剂喷嘴喷出的粉末状脱硝催化剂会附着在蓄热体上，脱硝催化剂与从冷风管道进来的烟气进行充分反应后，由热风管道排除脱硝后的热风。本发明的有益效果是，在较高的温度下和较宽的温度范围内，催化剂能够发挥具有较高的催化活性，使得脱硝效率能够达到80％以上。

Description

一种热风炉高效脱硝方法及热风炉装置
技术领域
本发明属于热风炉技术领域，涉及到一种热风炉脱硝方法及热风炉装置，特别是一种高效的脱硝方法及热风炉的结构。
背景技术
热风炉排放的NOx主要源自高炉煤气或混合煤气的高温燃烧，燃烧过程中产生的氮氧化物主要是NO和NO2，统称为NOx，在低温条件下燃烧还会产生一定量的N2O。燃烧过程中产生的NOx的种类和浓度与烧结配料的燃料情况、烧结温度和空气系数等燃烧条件有密切关系。一般NO占NOx总量的90％以上，NO2占5％～10％，N2O占1％左右。烟气脱硝技术大致可以分为湿法和干法，目前我国热风炉脱硝技术还不是很完善，因此通过借鉴国内外的先进脱硝技术，运用频率较高主要有四种工艺路线，分别是湿法脱硝工艺、臭氧氧化脱硝工艺、选择性催化还原工艺、活性焦工艺，前面两种工艺是属于湿法，后面两种属于干法脱硝。
湿法脱硝工艺
这项工艺的原理是通过液相氧化一还原吸收来达到脱硝的目的，氧化步骤主要选择具有强氧化性的物质来把一氧化氮氧化成高价态的氮氧化物，一般来说是二氧化氮，吸收步骤主要是利用脱硫产生的亚硫酸盐将高价态的氮氧化物还原吸收，使得其最终通过氮气的形式脱离。
烧结烟气中NO占NOX总量的90％以上，所以脱硝的目的主要就是去除烟气中的NOX,而NO对于水的溶解度比较低，如何提高NO在溶液中的溶解度是提高烧结烟气脱硝效率的关键技术。
由于烧结烟气中有Fe的存在，而Fe3 +发现可以作为一种催化剂和氧化剂能提高NO在溶液中的氧化吸收反应，使NOX和SO2同时处于边吸收边氧化的过程中。反应过程有一定的条件：液相中必须有(SO3)2-，、HSO3 -存在并且其含量大于一次性的脱硫浓度；烟气中必须有SO2和NOX同时存在；烟气中必须有Fe3+；在湿法吸收塔中烟气与吸收液充分接触并有足够的停留时间。
臭氧氧化脱硝工艺
这项工艺的原理是通过臭氧作为一种强氧化剂来达到脱硝的目的，烟气中NOX的主要组成是NO，NO难溶于水，反应活性较差。而臭氧作为一种强氧化剂，可以容易的将NO氧化成高价态的NO2、N2O3、N2O5等，且溶于水生成HNO2和HNO3，溶解能力大大进步，从而可与后期的SO2同时被吸收，达到同时脱硫脱硝的目的。臭氧作为一种清洁的强氧化剂，可以快速有效地将NO氧化到高价态的氮氧化物。
低温条件下臭氧与NO的关键反应进行研究。关键反应如下：
NO+O3→NO2+O2
NO2+O3→NO3+O2
NO3+NO2→N2O5
O3对NO按照逐级氧化过程进行，摩尔比(O3/NOx)是指O3与NOx之间摩尔数的比值，它反映了臭氧量相对于NOx量的高低。NOx的氧化率随O3/NOx的升高上升。
O3与NO完全反应的摩尔比理论值为1，在0.9≤O3/NOx<1的情况下，氧化脱除率可达到85％以上。
工艺特点：
1)技术成熟稳定，臭氧脱硝系统运行可靠性好。
2)本项目只需对风机烟道进行改造，不会对烧结机进行改造，系统安装简便易行。
3)完全可以满足烧结机50％-100％BMCR负荷情况下的脱硝要求，保证NOx含量满足排放要求。
4)臭氧脱硝设备全自动化程度高，系统易于操控，便于操作，工艺经济安全无害。
SCR工艺
SCR为选择性催化还原技术。其操作工艺是在催化剂作用下，在烧结烟气中喷人氨，并产生反应。选择性催化还原法的脱硝效率是比较高的，最高可以达到90％，目前主要应用在日本、德国、北欧等国家与地区的燃煤电厂。脱硝反应的产物是氮气和水。SCR催化剂分为高温催化剂和低温催化剂，其对应的反应温度窗口为270～400℃和200～260℃。选用条件主要是依照烟气的SO2浓度，在反应温度较低时，由于亚硫酸氢铵在催化剂表面凝结堵塞催化剂的微孔而导致催化剂的活性降甚至导致催化剂中毒。
选择性催化还原技术(SCR)的整体运行性较为稳定，可以依照环保标准运行。对于选择性催化还原技术(SCR)的投资比较高，而且脱硝效率的高低与投资造价有之间关系。
选择性催化还原技术(SCR)应用在烧结机烟气时，可以有两种工艺供选取。其一，要先进行烟气脱硝再脱硝的工艺，在加热装置中的烧结烟气加热至300℃，随后用选择性催化还原技术脱硝，随后利用换热装置进行降温，烟气达到降温要求后，利用脱硝装置进行净化，从烟囱中排出。其二，先利用半干法对烧结烟气脱硫，在SO2低于30mg/m3后，在利用加热装置加热至200℃，然后进行选择性催化还原技术进行脱硝，随后用换热装置回收余热，用烟囱将净化的烟气排出。
活性焦工艺
变温吸附性能，在低温时吸附气体中SOx(SO2、SO3)，吸附态的SO2在烟气中氧气和水蒸气存在的条件下被氧化为H2SO4，并被储存在活性焦孔隙内。再进行高温解吸将活性焦所吸附的H2SO4活性焦反应还原为SO2，同时硫酸铵会受热发生分解，SO2回收利用，活性焦恢复吸附性能后可循环使用。活性焦的加热再生反应相当于对活性焦进行再次活化，活性焦的吸附和催化活性不但不会降低，还会有一定程度的提高；
活性焦还具有催化活性，通过向烟气中喷人氨后，在活性焦的吸附、催化作用下氨与NOx(NO、NO2)发生选择性催化还原反应生成氮气和水，可大幅度降低烟气中NO含量，实现烟气高效脱硝。
活性焦吸附污染物时有二种作用机理，一种为物理吸附，一种为化学吸附。物理吸附作用依赖于活性焦多孔比表面积大的特性，将烟气中的污染物截流在活性焦内。化学吸附依靠的是活性焦表面的晶格有缺陷的C原子、含氧官能团和极性表面氧化物，利用它们所带的化学特征，有针对性的固定污染物在活性焦内表面上。
综上所述，这四种工艺总的来说各有优缺点，其中湿法脱硝工艺的优点是可以将二氧化硫和氮氧化物都脱除，工艺相对来说简单，设备运行费用比较低，维护起来也比较简单，但缺点是会产生废水，而且这项技术使用时间还比较短，具体工艺还有待考察；SCR工艺的优点是这项技术相对来说比较成熟，还原剂使用量较低，缺点是需要预热烟气耗能高；臭氧氧化工艺优点是脱硝效率高，工艺单投资成本低，缺点是耗电量大；活性炭工艺优点是可以同时脱除多种有害物质，而且不需要处理废水但缺点是投资高，运行费用大。
发明内容
本发明是采用SCR工艺，改变热风炉的结构，同时将催化剂喷粉固化附着在蓄热体上，以蓄热体为载体对烟气进行脱硝。
本发明采用的技术方案是，一种热风炉高效脱硝方法，所述的热风炉为立式结构，包括带有烧嘴的加热区和安装有蓄热体的炉体，加热区设置在炉体的上方，在炉体上设置有冷风管道和热风管道，关键是：在加热区和炉体之间设置安装有脱硝催化剂喷嘴的催化剂供给段，在此基础上，所述的高效脱销方法是：将炉体加热至800-1000℃时，脱硝剂喷嘴喷出的粉末状脱硝催化剂会附着在蓄热体上，脱硝催化剂与从冷风管道进来的烟气进行充分反应后，由热风管道排除脱硝后的热风。
所述的加热温度设定在900-950℃。
所述的脱硝催化剂为五氧化二钒和氧化铈的混合物，五氧化二钒与氧化铈的质量份数比例为1：(1.5～2.5)。
所述的蓄热体为蓄热球或蓄热陶瓷。
本发明还涉及一种热风炉装置，所述的热风炉为立式结构，包括带有烧嘴的加热区和安装有蓄热体的炉体，加热区设置在炉体的上方，在炉体设置有冷风管道和热风管道，关键是：在加热区和炉体之间设置安装有脱硝催化剂喷嘴的催化剂供给段，所述的炉体内的温度控制在800-1000℃。
本发明的有益效果是，在较高的温度下和较宽的温度范围内，催化剂能够发挥具有较高的催化活性，使得脱硝效率能够达到80％以上；选择的脱硝催化剂具有较好的抗化学稳定性、热稳定性、机械稳定性，使得热风炉在化学寿命期内SO2的氧化率不高于1％；热风炉的改造成本低，设备使用寿命长，保证在24000小时内设备不会产生腐蚀。
附图说明
图1是本发明的热风炉结构示意图。
1是
具体实施方式
参看图1，一种热风炉高效脱硝方法，所述的热风炉为立式结构，包括带有烧嘴2的加热区和安装有蓄热体5的炉体1，加热区设置在炉体1的上方，在炉体1上设置有冷风管道3和热风管道4，关键是：在加热区和炉体1之间设置安装有脱硝催化剂喷嘴6的催化剂供给段，在此基础上，所述的高效脱销方法是：将炉体1加热至800-1000℃时，脱硝剂喷嘴6喷出的粉末状脱硝催化剂会附着在蓄热体5上，脱硝催化剂与从冷风管道3进来的烟气进行充分反应后，由热风管道4排除脱硝后的热风。
所述的加热温度设定在900-950℃，此温度能够最大化的发挥出脱硝催化剂的性能。
催化剂是本装置中另一个关键核心，其成分组成、结构、寿命等参数直接影响SCR系统脱硝效率及运行状况，因此要求SCR催化剂：
1)有较高的NOx选择性；
2)在较高的温度下和较宽的温度范围内，具有较高的催化活性；
3)具有较好的抗化学稳定性、热稳定性、机械稳定性；
4)费用较低；
5)催化剂需要有较强的互换性，催化剂厂家负责回收处理。
催化剂主要技术性能参数详见下表：
项目 单位 值 备注
脱硝效率 ％ ≥80 保证寿命期内脱销效率不低于80
化学寿命期内SO<sub>2</sub>氧化率 ％ <1
允许运行温度内化学寿命 h ≥24000
催化剂参数
催化剂型式 粉末
催化剂布置 根据设计 喷粉固化
根据以上的要求，所述的脱硝催化剂为五氧化二钒和氧化铈的混合物，五氧化二钒与氧化铈的质量份数比例为1：(1.5～2.5)。
所述的蓄热体5为蓄热球或蓄热陶瓷。
一种热风炉装置，所述的热风炉为立式结构，包括带有烧嘴2的加热区和安装有蓄热体5的炉体1，加热区设置在炉体1的上方，在炉体1上设置有冷风管道3和热风管道4，关键是：在加热区和炉体1之间设置安装有脱硝催化剂喷嘴6的催化剂供给段，所述的炉体1内的温度控制在800-1000℃。
以上实施例所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种热风炉高效脱硝方法，所述的热风炉为立式结构，包括带有烧嘴(2)的加热区和安装有蓄热体(5)的炉体(1)，加热区设置在炉体(1)的上方，在炉体(1)上设置有冷风管道(3)和热风管道(4)，其特征在于：在加热区和炉体(1)之间设置安装有脱硝催化剂喷嘴(6)的催化剂供给段，在此基础上，所述的高效脱销方法是：将炉体(1)加热至800-1000℃时，脱硝剂喷嘴(6)喷出的粉末状脱硝催化剂会附着在蓄热体(5)上，脱硝催化剂与从冷风管道(3)进来的烟气进行充分反应后，由热风管道(4)排除脱硝后的热风。
2.根据权利要求1所述的一种热风炉高效脱硝方法，其特征在于：所述的加热温度设定在900-950℃。
3.根据权利要求1所述的一种热风炉高效脱硝方法，其特征在于：所述的脱硝催化剂为五氧化二钒和氧化铈的混合物，五氧化二钒与氧化铈的质量份数比例为1：(1.5～2.5)。
4.根据权利要求1所述的一种热风炉高效脱硝方法，其特征在于：所述的蓄热体(5)为蓄热球或蓄热陶瓷。
5.一种热风炉装置，所述的热风炉为立式结构，包括带有烧嘴(2)的加热区和安装有蓄热体(5)的炉体(1)，加热区设置在炉体(1)的上方，在炉体(1)上设置有冷风管道(3)和热风管道(4)，其特征在于：在加热区和炉体(1)之间设置安装有脱硝催化剂喷嘴(6)的催化剂供给段，所述的炉体(1)内的温度控制在800-1000℃。
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