CN113559704A - 一种烧结机烟气脱硫脱硝吸附装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烧结机烟气脱硫脱硝吸附装置，包括链斗机、料罐、吸附塔、氨气供应单元和活性炭解析塔。链斗机经过吸附塔与活性炭解析塔串连连接。吸附塔由2～6个脱硫脱硝单元组成。链斗机上部与料罐连接，料罐通脱硫脱硝单元连接到链斗机下部。脱硫脱硝单元由脱硫模块和脱硝模块构成，脱硫模块和脱硝模块之间设有活性炭层，吸附塔的外部设有烟气过渡区，烟气过渡区与脱硫模块和脱硝模块连接。脱硝模块设有氨气入口，氨气入口与氨气供应单元连接。本发明使活性炭在吸附塔内匀速下落，延长了活性炭与烟气之间的吸附时间，增加了活性炭与烟气之间的接触面积，降低了吸附塔的整体高度，烟气的脱硫率达99％、脱硝率达80％。

Description

一种烧结机烟气脱硫脱硝吸附装置

技术领域

本发明属于工业废气处理技术领域，涉及烟气治理设备，具体涉及一种烧结机烟气脱硫脱硝吸附装置。

背景技术

对于工业烟气、尤其钢铁工业的烧结机烟气而言，烟气脱硫脱硝技术是应用于多氮氧化物、硫氧化物生成化工工业的一项烟气净化技术。氮氧化物、硫氧化物是空气污染的主要来源之一。烟气同时脱硫脱硝技术目前大多处于研究和工业示范阶段，但由于其在一套系统中能同时实现脱硫和脱硝，特别是随着对NO_X控制标准的不断严格化，同时脱硫脱硝技术正受到各国的日益重视。烟气脱硫指从烟道气或其他工业废气中除去硫氧化物(SO₂和SO₃)。目前工业采用的脱硫方法包括干法脱硫、半干法脱硫或湿法脱硫。烟气脱硝，是指把已生成的NO_X还原为N₂，从而脱除烟气中的NO_X，按治理工艺可分为湿法脱硝和干法脱硝。工业烟气脱硝技术主要有干法(选择性催化还原烟气脱硝、选择性非催化还原法脱硝)和湿法两种。

当前，对于活性炭+SCR法烟气净化系统，由于活性炭在吸附塔內是由上向下直接下落，待脱硫脱销的烟气是由吸附塔的底部由下向上流动，在活性炭与烟气的逆向流动的过程中，通过活性炭中的微孔将烟气中SO₂吸附，然后再通过向吸附塔内通入氨气，通过氨气再将烟气中的NO_X吸附。然而由于在吸附塔内的活性炭是采用垂直下落的方式来吸附烟气中的SO₂和NO_X，这样就使得活性炭与烟气的接触时间短，接触面积小，若使得烟气与活性炭之间得到充分的接触，吸附烟气中的SO₂和NO_X就必须将吸附塔建的很高，但由于活性炭在吸附塔内呈自由落体式加速下降，因此吸附塔建的再高也很难延长或控制活性炭与延期之间的接触时间。

目前普遍采用控制活性炭降落时间的方法，大多采用将活性炭的出口部位做成缩口式的漏斗结构，但这种结构极易造成活性炭在出口部位的堵塞问题。因此有必要对现有吸附塔内部结构进行改进，使得活性炭可以匀速下落，并可对活性炭的下落进行有效控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种烧结机烟气脱硫脱硝吸附装置，以延长活性炭与烟气之间的吸附时间，增加活性炭与烟气之间的接触面积，降低吸附塔的整体高度，并将脱硫与脱硝过程分离开，提高烟气的脱硫脱硝效率，使排放废气达到环保要求。

本发明的技术方案是：烧结机烟气脱硫脱硝吸附装置，包括链斗机、料罐、吸附塔、氨气供应单元和活性炭解析塔，链斗机经过吸附塔的上部和底部与活性炭解析塔串连连接。吸附塔由2～6个脱硫脱硝单元组成，在吸附塔内构成矩阵结构。链斗机上部与料罐连接，料罐通脱硫脱硝单元连接到链斗机下部。每个脱硫脱硝单元由脱硫模块和脱硝模块构成，脱硫模块和脱硝模块之间设有活性炭层，吸附塔的外部设有烟气过渡区，烟气过渡区与脱硫模块和脱硝模块连接。脱硝模块与烟气过渡区连接部位设有氨气入口，氨气入口通过氨气输送管与氨气供应单元连接。脱硫模块和脱硝模块的内部分别设有竖向螺旋通道，活性炭沿竖向螺旋通道由上向下滑落，烧结机排出的烟气沿竖向螺旋通道由下向上流动。

吸附塔内部设有16～80根排料管，8～40的排料管的上端穿过脱硝模块与料罐的下端连接，排料管的下端与脱硫模块的上端连接，每个脱硫模块的下端再通过另一根排料管与链斗机下部连接。8～40根排料管的上端与脱硝模块的下端连接，下端穿过脱硫模块与链斗机下部连接。

脱硫模块和脱硝模块内的螺旋通道设有螺旋板，螺旋板的螺旋角为35°～38°，螺旋板的表面设有均匀分布的通孔。螺旋通道内设有螺杆，螺杆的螺旋角为30°～32°，螺杆的一端与螺杆驱动机构连接，另一端通过轴承与脱硫模块和脱硝模块的端部连接。螺杆驱动机构为驱动电机或变频电机。螺杆上设有螺旋叶面，螺旋叶面上设有通孔。脱硫模块和脱硝模块内的螺旋叶面分为上螺旋叶面段与下螺旋叶面段，上螺旋叶面段与下螺旋叶面段之间设有空腔段，空腔段内设有连接上螺旋叶面段与下螺旋叶面段之间的光杆段。空腔段设置在脱硝模块与脱硫模块之间。

本发明的吸附塔内设置多个由脱硫模块和脱硝组成的脱硫脱硝单元构成矩阵结构，便于将活性炭均匀快速地输送到吸附塔内，并能由吸附塔内顺利通过。脱硫模块和脱硝模块的螺旋通道设置螺旋板、螺杆和螺旋叶面，螺旋板和螺旋叶面设置通孔，能够有效地控制活性炭在吸附塔内的下落速度，避免活性炭在脱硫模块单元和脱硝模块单元内下落过程中造成的堵塞问题，便于增加烟气与活性炭之间的接触面积和接触时间，使得活性炭能够充分吸附烟气中的SO₂和NO_X。

本发明烧结机烟气脱硫脱硝吸附装置，可以使活性炭在吸附塔内匀速下落，延长活性炭与烟气之间的吸附时间，增加活性炭与烟气之间的接触面积，降低吸附塔的整体高度，并将脱硫与脱硝过程分离开，使烟气的脱硫率达到99％、脱硝率达到80％的要求。脱硫与脱硝分区后，烟气在脱硫模块把SO₂脱除干净，进入脱硝模块之前喷入氨气，在脱硝模块通过活性炭的催化作用，NOx被还原成N₂，有效避免了脱硫时喷氨产生硫酸氢铵，提高了活性炭的流动性和吸附能力，降低了活性炭的消耗和运行费用，同时也可以避免因活性炭粉尘增加而引起床层透气性差的问题。

附图说明

图1是本发明烧结机脱硫脱硝吸附装置的结构示意图；

图2是图1的俯视示意图；

图3是脱硫模块的内部放大结构示意图；

图4是脱硝模块的内部放大结构示意图。

其中：1—链斗机、2—料罐、3—吸附塔、4—脱硫模块单、5—脱硝模块、6—活性炭层、7—烟气过渡区、8—螺旋通道、8.1—螺旋板、8.2—螺杆、8.3—螺旋叶面、8.4—光杆段、9—排料管、10—氨气入口、11—氨气供应单元、12—活性炭解析塔、13—通孔、14—烟囱、15—脱硫脱硝单元、16—活性炭处理设备、17—制酸工段、18—链斗机下部。19—活性炭进口、20—活性炭出口、21—活性炭、22—烟气进口、23—烟气出口。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。

本发明烧结机烟气脱硫脱硝吸附装置，如图1所示，装置包括链斗机1、料罐2、吸附塔3、氨气供应单元11和活性炭解析塔12，链斗机经过吸附塔3的上部和底部与活性炭解析塔串连连接。吸附塔由4脱硫脱硝单元15组成，在吸附塔内构成矩阵结构。链斗机上部与料罐连接，料罐通脱硫脱硝单元连接到链斗机下部18。每个脱硫脱硝单元由脱硫模块4和脱硝模块5构成，脱硫模块4和脱硝模块5之间设有活性炭层6。吸附塔的外部设有烟气过渡区7，烟气过渡区7与脱硫模块和脱硝模块连接，烟气过渡区是烟气经脱硫模块脱硫后未进入脱硝模块前的过度区，脱硫后烟气经烟气过渡区进入脱硝模块。脱硝模块与烟气过渡区连接部位设有氨气入口10，氨气入口通过氨气输送管与氨气供应单元连接。

吸附塔3内部设有排料管9，一半的排料管的上端穿过脱硝模块5与料罐2的下端连接，排料管的下端与脱硫模块4的上端连接，每个脱硫模块的下端再通过另一根排料管与链斗机下部18连接。另一半的排料管的上端与脱硝模块的下端连接，下端穿过脱硫模块与链斗机下部连接。

如图3、图4所示，脱硫模块和脱硝模块的内部分别设有竖向螺旋通道8，螺旋通道设有螺旋板8.1和螺杆8.2，螺旋板的螺旋角为35.5°，螺旋板的表面设有均匀分布的通孔13，相邻的螺旋板之间是活性炭21的流动空间。螺杆的螺旋角为30.5°，螺杆的一端与螺杆驱动机构连接，螺杆驱动机构为变频电机，另一端通过轴承与脱硫模块4和脱硝模块5的端部连接。螺杆8.2上设有螺旋叶面8.3，螺旋叶面设有通孔13。螺旋叶面分为上螺旋叶面段与下螺旋叶面段，上螺旋叶面段与下螺旋叶面段之间设有空腔段8.5，空腔段内设有连接上螺旋叶面段与下螺旋叶面段之间的光杆段8.4。活性炭沿竖向螺旋通道由上向下滑落，烧结机排出的烟气沿竖向螺旋通道由下向上流动。空腔段设置在脱硝模块与脱硫模块之间。脱硫模块和脱硝模块设有活性炭进口19、活性炭出口20、烟气进口22和烟气出口23，活性炭进口位于脱硫模块和脱硝模块的上部，活性炭出口位于模块的下部，烟气进口22位于脱硫模块和脱硝模块的上部侧壁，烟气出口23位于模块的下部。

本发明将脱硫模块4和脱硝模块5设计为长方体结构形式，空间上根据不同功能分为装料、脱硝、喷氨、脱硫和排料等独立箱体，箱体长度×宽度的大小定型在13×7m以内，模块高度在2.0～4.0m范围内进行了合理分配，目的是使模块既不过大和过重，也不过小和过轻，以方便模块的制造、运输及吊装。

本发明烧结机脱硫脱硝吸附装置的脱硫脱硝工艺过程是：烧结机烟气从底部进入吸附塔3，向上进入脱硫脱硝单元15，先经过脱硫模块4，与下落的活性炭进行逆向接触，以活性炭为吸附剂吸附烟气中的SO₂和含硫物质。脱硫后烟气继续向上经过脱硝模块5，氨气供应单元11通过氨气输送管经氨气入口10喷入到脱硝模块，以活性炭为催化剂，以氨为脱硝剂进行脱硝反应，除去烟气中的NO_X。脱硫脱硝后烟气检验合格后经烟囱14外排到大气。

烧结机烟气是在同一套脱硫脱硝吸附装置中完成的吸附和催化还原反应过程，吸附剂和催化剂选用活性炭，烟气沿螺旋通道自下而上，活性炭沿螺旋通道自上而下，两者逆流接触，活性炭连续地从吸附塔底部排出，经链斗机输送到活性炭解析塔进行解析，解析后的活性炭再进入吸附塔循环使用。

吸附饱和的活性炭从吸附塔3排出后通过链斗机1送入活性炭解析塔12。活性炭在解析塔内先被加热至390～450℃，去除吸附的污染物及硫化物，被活性炭吸附的SO₂被释放出来，生成富含SO₂的气体送至制酸工段17制取H₂SO₄。解析后的活性炭经活性炭处理设备16处理后经链斗机1送回吸附塔3进行循环使用。活性炭处理设备包括冷却器、振动筛，解析后的高温活性炭经冷却器冷却后，通过振动筛筛分，将细小活性炭和粉尘去除。新的活性炭需要连续的加入到系统中补充筛分造成的损耗。装置分别设置了新鲜活性炭解析后的活性炭和饱和活性炭的缓冲仓，用于平衡检修期间的活性炭输送。

脱离脱硝系统对活性炭的要求：活性炭的主要来源是富含碳的有机材料，如煤、动物骨头、椰壳和焦油。通过900℃以上高温的加热，挥发份被去除，氧原子和剩下的碳结构反应产生微小的孔隙。每克活性炭中孔隙的内表面积在300-2200m²。大分子如SO₂、HF、挥发性有机碳、重金属能通过物理和化学键被吸附到活性炭内的孔隙中。

为满足脱离脱硝系统的工艺所需要的反应性和吸附率，对活性炭的物理性质有一定要求。促进反应的化学添加剂由于会降低活性炭的燃点，严禁填加入活性炭中。

活性炭的性质如下：

颗粒大小：直径5+2mm；长度10mm

网孔：3-6

堆密度： 580g/l+20

灰分：12％

湿度：5％

硬度：98％(ATSM D3802-79)

脱离脱硝系统的工作原理及流程是：脱硫和脱硝过程将使用同一吸附剂并在同一单元中完成，此过程被称作“同步过程”。活性炭通过螺旋通道稳步向下移动，同时，烟气通过螺旋通道逆向向上流动。

吸附：净化过程的第一步是SO2吸附到活性炭的气孔内。化学反应方程式如下：

SO₂+1/2O₂+H₂O→H₂SO₄

SO₂在活性炭的表面与O₂、H₂O反应生成H₂SO₄后被储存在活性炭的气孔内。上述反应的发生温度在80～150℃之间。

脱硝：净化过程的第二步是脱硝，该过程是以活性炭为催化剂，NO_X与NH₃发生化学反应。离开第一步活性炭床层的烟气，在混合段与氨气混合后进入第二层活性炭床层6与NH₃发生反应，脱硝反应从100℃温度开始。

6NO+4NH₃→5N₂+6H2O

NO2+NO+2NH₃→2N₂+3H2O

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O

2NO2+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O

此外，烟气中第一步残留的SO₂也可与NH₃反应，此过程会造成氨的额外消耗，化学方程式如下：

NH₃+SO₃+H₂O→NH₄HSO₄

2NH₃+SO₃+H₂O→(NH4)₂SO₄

解析：从吸附塔排出的活性炭物理吸附了SO₂，H₂O，O₂和各种碳氢化合物，活性炭解析塔12的作用是脱除活性炭中的SO₂和吸附的其它杂质。

活性炭通过给料仓加入解析塔料仓，这里的下料密封系统与吸附塔是相同的。活性炭通过单元(cell)系统进入热器，活性炭将被加热到390～450℃。最终SO₂与活性炭一起进入排气段，然后进入下一道工序。为了使活性炭的温度降到燃点以下，活性炭再一次进入换热器进行冷却，这一区域被称为“冷却段”。活性炭集料区域在冷却段下部，活性炭通过与吸附塔相同的排料设备排出活性炭解析塔。

惰性气体N₂自上而下通过活性炭流向解吸塔中部的脱气区，脱气区的压力是系统中最小的，可以防止SO₂泄漏到冷却段，以免SO₂被解吸的活性炭再吸附。SO₂富气含N₂、CO、CO₂、H₂O、HCL、HF、尘和重金属，靠流量可调的风机来调节脱气区出口处的压力。

活性炭的链斗机：在吸附塔3和活性炭解析塔12之间的循环活性炭需要保持一个恒定流量。吸附塔排出的活性炭进入吸附塔下面的四个链斗输送机。离开输送机的活性炭直接进入独立的筛分装置，粉末、颗粒较小的活性炭和尘被筛出。活性炭经由两个“解析塔给料缓冲仓”中的一个直接送入解析塔。缓冲仓的容量由解吸塔允许停止装入的时间或链斗机的短时停车来确定，以便解吸塔能连续工作。解析塔的出口设一个缓冲仓。此料仓具有缓冲作用，缓冲吸附塔的均匀进料，还能容纳解析塔维修时的全部防空物料。然后活性炭被垂直输送到吸附塔上方的一条链斗传送带，再被两个分料皮带分配到前文提到的两个装入料仓中。

因为活性炭在输送、吸附、解析过程中尺寸会变小，需要用前述方法过筛。新活性炭需加入到系统中参与吸附塔循环，新活性炭经过一次吸附循环后会变得活跃。新活性炭存储在容量充足的料仓内，以对应解析塔停车(如前面提到的24小时)，料仓所需容量可扣除每个吸附模块的存储容量。在这种情况下，活性炭需旁通绕过解析塔直接到吸附塔，而在解析塔重新启动时，活性炭直接从吸附塔出口到活性炭解析塔。在解析塔暂停工作时，吸附塔用过的活性炭需立即储存到料仓中，使其存储量满足24小时生产需要。

氨水系统：18％氨水用于CSCR装置。氨水在压力槽中用蒸汽加热，氨被从水中脱出，氨蒸汽的浓度取决于液体的压力和温度。用蒸汽对稀释空气进行预热，汽化氨和稀释空气的混合物注入到CSCR吸附塔的脱硫炭层后。蒸发后剩余的含氨废水送到制酸排水中和池。

Claims (7)

1.一种烧结机烟气脱硫脱硝吸附装置，其特征在于，所述装置包括链斗机(1)、料罐(2)、吸附塔(3)、氨气供应单元(11)和活性炭解析塔(12)，所述链斗机经过吸附塔(3)的上部和底部与活性炭解析塔串连连接；所述吸附塔由2～6个脱硫脱硝单元(15)组成，在吸附塔内构成矩阵结构；链斗机上部与料罐连接，料罐通脱硫脱硝单元连接到链斗机下部(18)；每个脱硫脱硝单元由脱硫模块(4)和脱硝模块(5)构成，脱硫模块(4)和脱硝模块(5)之间设有活性炭层(6)，吸附塔的外部设有烟气过渡区(7)，所述烟气过渡区(7)与脱硫模块和脱硝模块连接；所述脱硝模块与烟气过渡区连接部位设有氨气入口(10)，所述氨气入口与氨气供应单元连接；所述脱硫模块和脱硝模块的内部分别设有竖向螺旋通道(8)，活性炭(21)沿竖向螺旋通道由上向下滑落，烧结机排出的烟气沿竖向螺旋通道由下向上流动。

2.根据权利要求1烧结机烟气脱硫脱硝吸附装置，其特征在于，所述吸附塔(3)内部设有16～80根排料管(9)，8～40根排料管的上端穿过脱硝模块(5)与料罐(2)的下端连接，排料管的下端与脱硫模块(4)的上端连接，每个脱硫模块的下端再通过另一根排料管与链斗机下部(18)连接；8～40根排料管的上端与脱硝模块的下端连接，下端穿过脱硫模块与链斗机下部连接。

3.根据权利要求1烧结机烟气脱硫脱硝吸附装置，其特征在于，所述脱硫模块(4)和脱硝模块(5)内的螺旋通道(8)设有螺旋板(8.1)，所述螺旋板的螺旋角为35°～38°，螺旋板的表面设有均匀分布的通孔(13)。

4.根据权利要求3所述烧结机烟气脱硫脱硝吸附装置，其特征在于，所述螺旋通道(8)内设有螺杆(8.2)，所述螺杆的螺旋角为30°～32°，螺杆的一端与螺杆驱动机构连接，另一端通过轴承与脱硫模块(4)和脱硝模块(5)的端部连接。

5.根据权利要求4所述烧结机烟气脱硫脱硝吸附装置，其特征在于，所述螺杆驱动机构为驱动电机或变频电机。

6.根据权利要求4所述烧结机烟气脱硫脱硝吸附装置，其特征在于，所述螺杆(8.2)上设有螺旋叶面(8.3)，所述螺旋叶面上设有通孔(13)。

7.根据权利要求6所述烧结机烟气脱硫脱硝吸附装置，其特征在于，所述脱硫模块(4)和脱硝模块(5)内的螺旋叶面(8.3)分为上螺旋叶面段与下螺旋叶面段，所述上螺旋叶面段与下螺旋叶面段之间设有空腔段(8.5)，所述空腔段内设有连接上螺旋叶面段与下螺旋叶面段之间的光杆段(8.4)。

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