CN116371188A - 一种烧结烟气节能脱硝系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烧结烟气节能脱硝系统及方法，包括依次连通的烟道、烟气换热器、直燃炉系统、喷氨系统、烟气混合与流线矫正系统、SCR反应器；所述SCR反应器出口连接烟气换热器的净烟气侧；所述SCR反应器装填有一层CO催化氧化层和多层SCR催化剂层。本发明通过氧化烧结烟气中残余的CO产生热量，智能控制系统通过在线温度监测装置反馈的温度信息实时调控直燃炉系统的阀门开度，从而实现减少烟气升温所需的煤气消耗量以及碳排放量。此外，本发明利用风机出口的较高温净烟气作为直燃炉助燃风，相较于空气温度更高，不仅进一步降低了煤气耗量，更能利用现成的压差实现助燃风流动从而节省助燃风机，实现节能减碳。
Description
技术领域
本发明涉及一种烧结烟气节能脱硝系统及方法。
背景技术
烧结烟气是钢铁行业排放大户，每吨烧结矿大约产生4000～8000m3烟气，烧结烟气中含100～400mg/Nm3的NO、400～2000mg/Nm3的SO2、8～13vol％的水、14～18vol％的O2和0.6～1.2vol％的CO。我国生态环境部于2019年4月正式发布了环大气[2019]35号文《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，文中提出到2025年底前，明确要求烧结机机头烟气颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度小时均值分别不高于10、35、50毫克/立方米，烧结烟气排放标准提高。此外，《环境保护税法》于2018年1月1日施行，该法规将废气中的CO纳入了征税对象，烧结烟气中高浓度的CO增加了企业的环保税支出。
目前最为成熟且应用广泛的烧结烟气脱硝工艺是SCR工艺，脱硝温度一般在200～300℃之间。而脱硝前的脱硫工艺无论是湿法还是半干法，脱硫装置出口的烟气温度一般不超过90℃。因此烟气进入SCR脱硝装置前，需要先经过GGH、加热炉等加热装置将温度提升至合适的脱硝温度，在提升烟气温度的过程中，需要消耗大量的煤气，增加了CO2排放。
烧结烟气中的CO可燃烧放热作为能源利用。每燃烧1摩尔一氧化碳能产生283千焦热量，低温催化一氧化碳氧化产生的热量能使烟气温度提升50℃左右。因此将CO催化氧化与SCR脱硝工艺进行恰当的耦合能有效减少煤气消耗，降低运行成本，减少CO2排放。
发明内容
本发明提供了一种烧结烟气的节能脱硝系统及方法，目的在于充分利用烧结烟气中残余CO的氧化放热提高烟气温度，降低升温所需消耗的煤气量，同时降低CO的排放浓度；另一方面，利用净化后的较高温度烟气取代常温空气作为直燃炉助燃风，省略助燃风机，进一步达到节能并减少CO2排放的效果。
为达到上述目的，本发明的烧结烟气节能脱硝系统，包括依次连通的烟道、烟气换热器、直燃炉系统、喷氨系统、烟气混合与流线矫正系统、SCR反应器；所述SCR反应器出口连接烟气换热器的净烟气侧；
所述SCR反应器装填有一层CO催化氧化层和多层SCR催化剂层。
进一步的，所述的CO氧化催化剂层(4)位于SCR催化剂层(5)的上游。
进一步的，烟气换热器(1)净烟气侧出口的烟道经过风机(2)后与烟囱连接。
进一步的，所述直燃炉系统包括直燃炉(2)、煤气管道(12)、助燃风管道(11)和电动阀组(13)；所述直燃炉(2)安装于烟道壁，煤气和助燃风分别由所述煤气管道(12)和助燃风管道(11)供给直燃炉(2)；所述煤气管道(12)和助燃风管道(11)上设有电动阀组(13)；
所述助燃风管道(11)起点位于风机(10)出口的烟道壁，利用风机(10)出口的烟气作为助燃风，助燃风管道(11)不设助燃风机，靠管道两端的压差实现烟气流动。
进一步的，所述喷氨系统包括布置于烟道内的喷氨格栅(3)；喷氨格栅(3)在烟道横截面上均匀开设喷氨孔。
进一步的，所述烟气混合与流线矫正系统包括扰流板(6)、静态混合器(7)、导流板(8)和整流格栅(9)；所述扰流板(6)位于烟道内的直燃炉(2)上游；所述静态混合器(7)位于喷氨格栅(3)下游，由不同角度的钢板阵列组成，均匀分布于烟道截面；所述导流板(8)位于烟道弯头内的SCR反应器入口；所述整流格栅(9)位于SCR反应器入口导流板的下游。
进一步的，所述智能控制系统包括在线温度监测装置和智能控制装置(16)。所述在线温度监测装置分为第一温度在线监测装置(14)和第二温度在线监测装置(15)，分别位于CO氧化催化剂层(4)的上游和下游，并通过信号线与智能控制装置(16)连接。
为达到上述目的，本发明的烧结烟气节能脱硝方法包括以下步骤：
烟气经烟道进入烟气换热器(1)，经换热进行升温；
升温后的烟气到达直燃炉段，在直燃炉(2)上游的烟道扰流板(6)的作用下，烟气产生涡流，与直燃炉(2)产生的热风进行充分混合从而进一步升温；
再次升温的烟气到达喷氨格栅(3)，喷氨格栅(3)喷出的氨与烟气经过静态混合器后(7)充分混合，再流经烟道导流板(8)后进入SCR反应器；
进入SCR反应器的烟气在导流板(8)引流下均匀分布于反应器横截面，经过整流格栅(9)矫正流向后，到达CO氧化催化剂层(4)，烟气中残余的CO在CO氧化催化剂的作用下部分氧化为CO2并释放热量，从而使烟气第三次升温至SCR脱硝的温度窗口；升温至SCR脱硝温度窗口的烟气顺次经过多个SCR催化剂层(5)，脱除烟气中的大部分氮氧化物；
净化后的烟气再次经过烟气换热器(1)进行热交换降温，再经由风机(10)和烟囱排放。
进一步的，所述的风机(10)出口的部分净烟气由助燃风管道(11)引至直燃炉(2)作为助燃风；
进一步的，在系统运行过程中，CO氧化催化剂层(4)上下游的在线温度监测装置(14)(15)将温度信号反馈至智能控制装置(16)；智能控制装置(16)根据温度信号调节直燃炉系统中电动阀组(13)的阀门开度，控制煤气和助燃风流量，从而控制烟气温度使之在第三次升温后达到SCR的温度窗口。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、在SCR催化剂前设置一层CO氧化催化剂，可以氧化烧结烟气中残余的部分CO，一方面降低CO排放浓度，另一方面利用这部分CO提供额外热量，减少提升烟气温度所需消耗的煤气用量，总体上减少了CO2排放。
2、烟道和SCR反应器的适宜位置设置了扰流板、导流板等烟气混合与流线矫正装置，将CO氧化催化剂设置于这些烟气混合与流线矫正装置和SCR催化剂中间，一方面使烟气在温度和速度场分布尽量均匀后再到达CO氧化催化剂层，提高CO氧化率并延长CO氧化催化剂寿命，另一方面烟气经过CO氧化催化剂层的进一步均化作用后直接到达SCR催化剂层，提高了脱硝效率和SCR催化剂的寿命。
3、利用风机出口的较高温烟气取代常温空气作为直燃炉的助燃风，一方面节省煤气耗量，另一方面可以利用现成的压力差实现助燃风的自然流动，节省了助燃风机，从而整体上实现节能减碳的效果。
附图说明
图1是本发明的一种烧结烟气节能脱硝系统图。
图中：1、烟气换热器；2、直燃炉；3、喷氨格栅；4、CO氧化催化剂层；5、SCR催化剂层；6、扰流板；7、静态混合器；8、导流板；9、整流格栅；10、风机；11、助燃风管道；12、煤气管道；13、电动阀组；14、第一在线温度监测装置；15、第二在线温度监测装置；16、智能控制装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种烧结烟气节能脱硝系统，其烟道的入口连接烟气换热器1。经过烟气换热器1后，烟道沿程设置有直燃炉2、喷氨格栅3，在直燃炉2和喷氨格栅3的上下游烟道内设置有扰流板6、静态混合器7和导流板8。烟气经过导流板后进入SCR反应器。所述SCR反应器上部设置有整流格栅9。反应器内设置有1层CO氧化催化剂层4和2～4层SCR催化剂层。SCR反应器出口连接烟气换热器1。烟气再次经过烟气换热器1后经风机10和烟囱后排放。
所述风机10出口的部分烟气由助燃风管道11引至直燃炉2作为助燃风。
所述CO氧化催化剂层4上下游分别设置有第一在线温度监测装置14和第二在线温度监测装置15，分别监测烟气经过CO氧化催化剂层4前后的烟气温度。第一在线温度监测装置14和第二在线温度监测装置15将温度信息反馈给智能控制装置16，并由智能控制装置16控制直燃炉系统中煤气管道12和助燃风管道11上所设的电动阀组13的阀门开度，调整煤气和助燃风气量，从而使到达SCR催化剂层5的烟气维持在脱硝温度窗口。
所述直燃炉系统包括直燃炉(2)、煤气管道(12)、助燃风管道(11)和电动阀组(13)。所述直燃炉(2)安装于烟道壁，煤气和助燃风分别由所述煤气管道(12)和助燃风管道(11)供给直燃炉(2)。所述煤气管道(12)和助燃风管道(11)上设有电动阀组(13)，用以调节煤气和助燃风气量。所述助燃风管道(11)起点位于风机(10)出口的烟道壁，利用风机(10)出口的烟气作为助燃风，助燃风管道(11)不设助燃风机，靠管道两端的压差实现烟气流动。
所述喷氨系统包括布置于烟道内的喷氨格栅(3)。喷氨格栅(3)在烟道横截面上均匀开设喷氨孔。
所述烟气混合与流线矫正系统包括扰流板(6)、静态混合器(7)、导流板(8)和整流格栅(9)。所述扰流板(6)位于烟道内的直燃炉(2)上游，用于使烟气经过时形成涡流，加强烟气与热风的混合。所述静态混合器(7)位于喷氨格栅(3)下游，由不同角度的钢板阵列组成，均匀分布于烟道截面。所述导流板(8)位于烟道弯头内和SCR反应器入口，用以引导烟气流向，均匀流场分布。所述整流格栅(9)位于SCR反应器入口导流板的下游，用于修正烟气流向垂直于催化剂表面，减少烟气对催化剂表面的冲刷。
所述SCR反应器为装填有一层CO催化氧化和多层SCR催化剂的反应器，CO氧化催化剂层(4)位于SCR催化剂层(5)的上游，用以催化烟气中残余的CO转化为CO2，SCR催化剂层(5)用以催化NH3还原NO为N2。所述SCR反应器出口连接烟气换热器(1)的净烟气侧。
所述智能控制系统包括在线温度监测装置和智能控制装置(16)。所述在线温度监测装置分为第一温度在线监测装置(14)和第二温度在线监测装置(15)，分别位于CO氧化催化剂层(4)的上游和下游，并通过信号线与智能控制装置(16)连接。智能控制装置(16)根据温度信息控制直燃炉系统电动阀组(13)的阀门开度。
实施例2
本实施例的烧结烟气节能脱硝方法，采用上述的烧结烟气节能脱硝系统完成的，包括以下步骤：
烟气经烟道进入烟气换热器(1)，经换热进行升温；
升温后的烟气到达直燃炉段，在直燃炉(2)上游的烟道扰流板(6)的作用下，烟气产生涡流，与直燃炉(2)产生的热风进行充分混合从而进一步升温；
再次升温的烟气到达喷氨格栅(3)，喷氨格栅(3)喷出的氨与烟气经过静态混合器后(7)充分混合，再流经烟道导流板(8)后进入SCR反应器；
进入SCR反应器的烟气在导流板(8)引流下均匀分布于反应器横截面，经过整流格栅(9)矫正流向后，到达CO氧化催化剂层(4)，烟气中残余的CO在CO氧化催化剂的作用下部分氧化为CO2并释放热量，从而使烟气第三次升温至SCR脱硝的温度窗口；升温至SCR脱硝温度窗口的烟气顺次经过多个SCR催化剂层(5)，脱除烟气中的大部分氮氧化物；
净化后的烟气再次经过烟气换热器(1)进行热交换降温，再经由风机(10)和烟囱排放；其中，风机(10)出口的一部分净烟气由助燃风管道(11)引至直燃炉(2)作为助燃风；
在系统运行过程中，CO氧化催化剂层(4)上下游的在线温度监测装置(14)(15)将温度信号反馈至智能控制装置(16)；智能控制装置(16)根据温度信号调节直燃炉系统中电动阀组(13)的阀门开度，控制煤气和助燃风流量，从而控制烟气温度使之在第三次升温后达到SCR的温度窗口。
上面结合附图对本发明作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。对不脱离本发明的构思和范围做出许多其他改变和改型，应当视为本发明保护范围。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种烧结烟气节能脱硝系统，其特征在于，包括依次连通的烟道、烟气换热器、直燃炉系统、喷氨系统、烟气混合与流线矫正系统、SCR反应器；所述SCR反应器出口连接烟气换热器的净烟气侧；
所述SCR反应器装填有一层CO催化氧化层和多层SCR催化剂层。
2.如权利要求1所述的烧结烟气节能脱硝系统，其特征在于，所述的CO氧化催化剂层(4)位于SCR催化剂层(5)的上游。
3.如权利要求1所述的烧结烟气节能脱硝系统，其特征在于，烟气换热器(1)净烟气侧出口的烟道经过风机(2)后与烟囱连接。
4.如权利要求1所述的烧结烟气节能脱硝系统，其特征在于，所述直燃炉系统包括直燃炉(2)、煤气管道(12)、助燃风管道(11)和电动阀组(13)；所述直燃炉(2)安装于烟道壁，煤气和助燃风分别由所述煤气管道(12)和助燃风管道(11)供给直燃炉(2)；所述煤气管道(12)和助燃风管道(11)上设有电动阀组(13)；
所述助燃风管道(11)起点位于风机(10)出口的烟道壁，利用风机(10)出口的烟气作为助燃风，助燃风管道(11)不设助燃风机，靠管道两端的压差实现烟气流动。
5.如权利要求1所述的烧结烟气节能脱硝系统，其特征在于，所述喷氨系统包括布置于烟道内的喷氨格栅(3)；喷氨格栅(3)在烟道横截面上均匀开设喷氨孔。
6.如权利要求1所述的烧结烟气节能脱硝系统，其特征在于，所述烟气混合与流线矫正系统包括扰流板(6)、静态混合器(7)、导流板(8)和整流格栅(9)；所述扰流板(6)位于烟道内的直燃炉(2)上游；所述静态混合器(7)位于喷氨格栅(3)下游，由不同角度的钢板阵列组成，均匀分布于烟道截面；所述导流板(8)位于烟道弯头内的SCR反应器入口；所述整流格栅(9)位于SCR反应器入口导流板的下游。
7.如权利要求1所述的烧结烟气节能脱硝系统，其特征在于，所述智能控制系统包括在线温度监测装置和智能控制装置(16)。所述在线温度监测装置分为第一温度在线监测装置(14)和第二温度在线监测装置(15)，分别位于CO氧化催化剂层(4)的上游和下游，并通过信号线与智能控制装置(16)连接。
8.一种烧结烟气节能脱硝方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
烟气经烟道进入烟气换热器(1)，经换热进行升温；
升温后的烟气到达直燃炉段，在直燃炉(2)上游的烟道扰流板(6)的作用下，烟气产生涡流，与直燃炉(2)产生的热风进行充分混合从而进一步升温；
再次升温的烟气到达喷氨格栅(3)，喷氨格栅(3)喷出的氨与烟气经过静态混合器后(7)充分混合，再流经烟道导流板(8)后进入SCR反应器；
进入SCR反应器的烟气在导流板(8)引流下均匀分布于反应器横截面，经过整流格栅(9)矫正流向后，到达CO氧化催化剂层(4)，烟气中残余的CO在CO氧化催化剂的作用下部分氧化为CO2并释放热量，从而使烟气第三次升温至SCR脱硝的温度窗口；升温至SCR脱硝温度窗口的烟气顺次经过多个SCR催化剂层(5)，脱除烟气中的大部分氮氧化物；
净化后的烟气再次经过烟气换热器(1)进行热交换降温，再经由风机(10)和烟囱排放。
9.如权利要求8所述的烧结烟气节能脱硝方法，其特征在于，所述的风机(10)出口的部分净烟气由助燃风管道(11)引至直燃炉(2)作为助燃风。
10.如权利要求8所述的烧结烟气节能脱硝方法，其特征在于，在系统运行过程中，CO氧化催化剂层(4)上下游的在线温度监测装置(14)(15)将温度信号反馈至智能控制装置(16)；智能控制装置(16)根据温度信号调节直燃炉系统中电动阀组(13)的阀门开度，控制煤气和助燃风流量，从而控制烟气温度使之在第三次升温后达到SCR的温度窗口。
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| CN202310390506.7A CN116371188A (zh) | 2023-04-13 | 2023-04-13 | 一种烧结烟气节能脱硝系统及方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117839428A (zh) * | 2024-03-08 | 2024-04-09 | 北京中航泰达环保科技股份有限公司 | 一种节能烟气脱硝系统 |
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2023
- 2023-04-13 CN CN202310390506.7A patent/CN116371188A/zh active Pending
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