CN116411145A - 一种降低高炉热风炉煤气耗量及烟气超低排放的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于热风炉烟气排放系统技术领域，特别涉及一种降低高炉热风炉煤气耗量及烟气超低排放的系统。其技术方案为：一种降低高炉热风炉煤气耗量及烟气超低排放的系统，包括烟气管道和若干热风炉，热风炉的烟气出口通过烟气支管与烟气管道连接，烟气管道上通过管道依次连接有脱硝装置、换热器组、脱硫塔、除尘器和引风机；还包括助燃空气管道和煤气管道，助燃空气管道通过助燃空气支管与热风炉连接，煤气管道通过煤气支管与热风炉连接，助燃空气管道和煤气管道均与换热器组连接。本发明提供了一种降低高炉热风炉煤气燃烧的煤气耗量、热风炉烟气超低排放的系统。
Description
技术领域
本发明属于热风炉烟气排放系统技术领域，特别涉及一种降低高炉热风炉煤气耗量及烟气超低排放的系统。
背景技术
热风炉是炼铁高炉的重要附属设备，其作用是为炼铁高炉持续提供高温热风。热风炉是炼铁高炉生产过程中主要的烟气污染物排放源，热风炉排放烟气中的污染物主要有氮氧化物、二氧化硫、颗粒物等。2019年生态环保部等五部委颁布了环大气〔2019〕35号文件《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，规定了热风炉排烟中氮氧化物浓度不超过200mg/Nm3，二氧化硫浓度不超过50mg/Nm3，颗粒物排放浓度不超过10mg/Nm3，炼铁高炉热风炉加装烟气超低排放系统势在必行。
专利文献CN202020529778.2公开了一种高炉热风炉废气脱硫脱硝系统，采用先脱硫后脱硝工艺，并采用热风炉的热风对脱硫下游的SCR脱硝烟气进行加热升温以满足脱硝温度窗口，其缺点是消耗了热风炉的热风，影响高炉生产。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种降低高炉热风炉煤气燃烧的煤气耗量、热风炉烟气超低排放的系统。
本发明所采用的技术方案为：
一种降低高炉热风炉煤气耗量及烟气超低排放的系统，包括烟气管道和若干热风炉，热风炉的烟气出口通过烟气支管与烟气管道连接，烟气管道上通过管道依次连接有脱硝装置、换热器组、脱硫塔、除尘器和引风机；还包括助燃空气管道和煤气管道，助燃空气管道通过助燃空气支管与热风炉连接，煤气管道通过煤气支管与热风炉连接，助燃空气管道和煤气管道均与换热器组连接。
本发明通过脱硝装置对热风炉的烟气进行脱硝，通过脱硫塔对烟气脱硫，通过除尘器脱除脱硫副产物和未完全反应的碱性物质。本发明能够有效降低热风炉烟气中的氮氧化物、二氧化硫和颗粒物的排放浓度，脱硝效率大于85％、脱硫效率大于90％，实现污染物超低排放。
本发明的烟气通过换热器组分别预热煤气和助燃空气，使得热风炉的烟气余热得以回收，加热之后的煤气和助燃空气具有一定温度，可降低热风炉煤气燃烧的煤气耗量。
作为本发明的优选方案，所述换热器组包括煤气换热器、烟气换热器、空气换热器，烟气换热器与煤气换热器之间、烟气换热器与空气换热器之间均连接管路，烟气换热器的烟气进口通过管道与脱硝装置连接，烟气换热器的烟气出口通过管道与脱硫塔连接，煤气管道分别连接到煤气换热器的煤气进口和煤气出口，助燃空气管道分别连接到空气换热器的空气进口和空气出口。煤气换热器、烟气换热器、空气换热器可为热管式换热器或者板式换热器。当煤气换热器、烟气换热器、空气换热器为热管式换热器时，换热工质的循环不需要采用泵等外加驱动设备。当煤气换热器、烟气换热器、空气换热器为板式换热器时，没有换热工质。通过换热器组换热，烟气的热量转移到煤气和助燃空气中，实现烟气余热的有效回收利用。
作为本发明的优选方案，所述脱硝装置上连接有喷氨通道，喷氨通道与烟气管道通过管道连接，喷氨通道内设置有喷氨格栅，喷氨装置内设置有脱硝催化剂。汇聚排放的烟气进入脱硝装置，烟气与喷氨格栅喷入的含氨的脱硝还原剂充分接触混合之后，在脱硝催化剂区域，烟气中的氮氧化物被脱硝还原剂还原成无害的氮气和水，从而实现脱硝的目的。
作为本发明的优选方案，所述煤气管道上连接有煤气旁路，煤气旁路上连接有煤气旁通阀，煤气管道连接换热器组的两段上均连接有煤气关断阀。当换热器组故障时，关闭煤气关断阀，打开煤气旁通阀，煤气经过煤气旁通阀供给到热风炉。
作为本发明的优选方案，所述助燃空气管道上连接有助燃空气旁路，助燃空气旁路上连接有助燃空气旁通阀，助燃空气管道连接换热器组的两段上均连接有助燃空气关断阀。当换热器组故障时，关闭助燃空气关断阀，打开助燃空气旁通阀，助燃空气经过助燃空气旁通阀供给到热风炉。
作为本发明的优选方案，所述引风机的出口通过管道连接到烟气管道，烟气管道与脱硝装置之间的管道上、烟气管道与引风机之间的管道上均连接有烟气关断阀，烟气管道上连接有烟气旁通阀。当脱硝装置、换热器组、脱硫塔故障时，关闭烟气关断阀，打开烟气旁通阀，烟气通过旁通阀进入烟囱排入大气。
作为本发明的优选方案，所述烟气管道的出口端连接烟囱。
作为本发明的优选方案，所述烟气支管上连接有烟气支管阀。
作为本发明的优选方案，所述煤气支管上连接有煤气支管阀。
作为本发明的优选方案，所述助燃空气支管上连接有助燃空气支管阀。
本发明的有益效果为：
1.本发明通过脱硝装置对热风炉的烟气进行脱硝，通过脱硫塔对烟气脱硫，通过除尘器脱除脱硫副产物和未完全反应的碱性物质。本发明能够有效降低热风炉烟气中的氮氧化物、二氧化硫和颗粒物的排放浓度，脱硝效率大于85％、脱硫效率大于90％，实现污染物超低排放。
2.本发明的烟气通过换热器组分别预热煤气和助燃空气，使得热风炉的烟气余热得以回收，加热之后的煤气和助燃空气具有一定温度，可降低热风炉煤气燃烧的煤气耗量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1-热风炉；2-脱硝装置；3-换热器组；4-脱硫塔；5-除尘器；6-引风机；7-烟气管道；8-助燃空气管道；9-煤气管道；11-烟气支管；12-烟气支管阀；13-煤气支管；14-煤气支管阀；15-助燃空气支管；16-助燃空气支管阀；21-脱硝催化剂；22-喷氨格栅；31-煤气换热器；32-烟气换热器；33-空气换热器；71-烟气关断阀；72-烟气旁通阀；81-助燃空气风机；82-助燃空气关断阀；83-助燃空气旁通阀；91-煤气关断阀；92-煤气旁通阀。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明的高炉热风炉1排放的烟气，先采用烟气脱硝，脱硝后的烟气对供给给高炉热风炉1的煤气和助燃空气进行加热，提高煤气和助燃空气温度，减少高炉热风炉1煤气燃烧的煤气耗量，再对换热后的脱硝烟气进行烟气脱硫和除尘。依次采用SCR烟气脱硝技术、粉状碱性物质脱除二氧化硫、除尘技术实现烟气污染物超低排放。
如图1所示，本实施例的降低高炉热风炉煤气耗量及烟气超低排放的系统，包括烟气管道7和若干热风炉1，热风炉1的烟气出口通过烟气支管11与烟气管道7连接，烟气管道7上通过管道依次连接有脱硝装置、换热器组3、脱硫塔4、除尘器5和引风机6，烟气管道7的出口端连接烟囱；还包括助燃空气管道8和煤气管道9，助燃空气管道8通过助燃空气支管15与热风炉1连接，煤气管道9通过煤气支管13与热风炉1连接，助燃空气管道8和煤气管道9均与换热器组3连接。所述烟气支管11上连接有烟气支管11阀。所述煤气支管13上连接有煤气支管13阀。所述助燃空气支管15上连接有助燃空气支管15阀。
本发明通过脱硝装置2对热风炉1的烟气进行脱硝，通过脱硫塔4对烟气脱硫，通过除尘器5脱除脱硫副产物和未完全反应的碱性物质。本发明能够有效降低热风炉1烟气中的氮氧化物、二氧化硫和颗粒物的排放浓度，脱硝效率大于85％、脱硫效率大于90％，实现污染物超低排放。
本发明的烟气通过换热器组3分别预热煤气和助燃空气，烟气被换热冷却至适宜的脱硫除尘温度，热风炉1的烟气余热得以回收。加热之后的煤气和助燃空气具有一定温度，可降低热风炉1煤气燃烧的煤气耗量。
具体地，所述脱硝装置2上连接有喷氨通道，喷氨通道与烟气管道7通过管道连接，喷氨通道内设置有喷氨格栅22，喷氨装置内设置有脱硝催化剂21。汇聚排放的烟气进入脱硝装置2，烟气与喷氨格栅22喷入的含氨的脱硝还原剂充分接触混合之后，在脱硝催化剂21区域，烟气中的氮氧化物被脱硝还原剂还原成无害的氮气和水，从而实现脱硝的目的。
具体地，所述换热器组3包括煤气换热器31、烟气换热器32、空气换热器33，烟气换热器32与煤气换热器31之间、烟气换热器32与空气换热器33之间均连接管路，烟气换热器32的烟气进口通过管道与脱硝装置2连接，烟气换热器32的烟气出口通过管道与脱硫塔4连接，煤气管道9分别连接到煤气换热器31的煤气进口和煤气出口，助燃空气管道8分别连接到空气换热器33的空气进口和空气出口。煤气换热器31、烟气换热器32、空气换热器33可为热管式换热器或者板式换热器。当煤气换热器31、烟气换热器32、空气换热器33为热管式换热器时，换热工质的循环不需要采用泵等外加驱动设备。当煤气换热器31、烟气换热器32、空气换热器33为板式换热器时，没有换热工质。通过换热器组3换热，烟气的热量转移到煤气和助燃空气中，实现烟气余热的有效回收利用。
换热之后的烟气进入脱硫塔4，烟气在脱硫塔4内与喷入的粉状碱性物质(如碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠、氧化钙等)充分混合，烟气中的二氧化硫与碱性物质发生化学反应，脱除二氧化硫。
脱硫塔4内生成的脱硫副产物以及未完全反应的碱性物质，随烟气一并进入除尘器5，通过除尘器5的过滤作用，实现烟气与颗粒污染物的分离，完成烟气除尘过程。脱硫副产物被收集到除尘器5的灰斗内，再通过提纯或转化工艺进行综合利用。
脱硝装置2、烟气换热器32、脱硫塔4以及除尘器5的烟气阻力，通过设置在系统末端的引风机6提供，引风机6将热风炉1烧炉产生的烟气顺畅的通过超低排放系统从烟囱排放至大气，并且保证整个系统处于负压状态，热风炉1排风顺畅。
热风炉1烧炉所需的煤气通过煤气管道9供给。热风炉1烧炉所需的助燃空气由助燃空气风机81和助燃空气管道8供给。煤气和助燃空气在进入热风炉1之前，先分别进入换热器组3的煤气换热器31和空气换热器33中与热风炉1的烟气进行换热。加热之后的助燃空气通过助燃空气支管15和助燃空气支管15阀送入热风炉1。加热之后的煤气通过煤气支管13进入到热风炉1中燃烧，通过设置在煤气支管13上的煤气支管13阀控制进入热风炉1的煤气流量，降低热风炉1煤气燃烧的煤气耗量。
更进一步，所述煤气管道9上连接有煤气旁路，煤气旁路上连接有煤气旁通阀92，煤气管道9连接换热器组3的两段上均连接有煤气关断阀91。当换热器组3故障时，关闭煤气关断阀91，打开煤气旁通阀92，煤气经过煤气旁通阀92供给到热风炉1。
所述助燃空气管道8上连接有助燃空气旁路，助燃空气旁路上连接有助燃空气旁通阀83，助燃空气管道8连接换热器组3的两段上均连接有助燃空气关断阀82。当换热器组3故障时，关闭助燃空气关断阀82，打开助燃空气旁通阀83，助燃空气经过助燃空气旁通阀83供给到热风炉1。
所述引风机6的出口通过管道连接到烟气管道7，烟气管道7与脱硝装置2之间的管道上、烟气管道7与引风机6之间的管道上均连接有烟气关断阀71，烟气管道7上连接有烟气旁通阀72。当脱硝装置2、换热器组3、脱硫塔4故障时，关闭烟气关断阀71，打开烟气旁通阀72，烟气通过旁通阀进入烟囱排入大气。
具体实施例：
某钢厂一座4700m3高炉，配套四座顶燃式热风炉1，运行方式为二烧二送，热风炉1烧炉使用高炉煤气，高炉煤气消耗量为350000Nm3/h，煤气温度为50℃；热风炉1排放的烟气量为570000Nm3/h，排烟温度260～320℃，烟气中原始SO2浓度为150mg/Nm3，NOx浓度为260mg/Nm3，颗粒物浓度为15mg/Nm3。
每座热风炉1设置有两根烟气支管11，直径为2.2m，四座热风炉1汇总后的烟气管道7的直径为4.6m。
脱硝装置2的还原剂采用氨气，小时用量为50～55kg/h，在脱硝装置2的前段设置喷氨栅格，还原剂通过喷氨栅格的48个开孔送入脱硝装置2并与烟气均匀混合，之后垂直向下流经脱硝装置2内装填的两层脱硝催化剂21，每个催化剂层装填48个催化剂模块，催化剂区域的外形尺寸为12m(长)×8m(宽)，脱硝装置2的烟气温降为3～5℃，出口的烟气温度为255～315℃，烟气中NOx浓度为30mg/Nm3，脱硝效率88.46％。
换热器组3采用垂直布置的热管式换热器，换热管规格为φ42×3mm，其中煤气换热器31和空气换热器33布置在上部，换热面积约10000m2；烟气换热器32布置在下部，换热面积约13500m2。烟气换热器32的烟气入口温度为255～315℃，换热后的烟气出口温度为180～200℃；煤气换热器31煤气入口温度为50℃，换热后的煤气出口温度为185～220℃，换热后的助燃空气出口温度170～180℃。与常规的高炉热风炉1煤气供给相比，本方案可减少煤气耗量8％～10％。
降温后的烟气从底部进入到垂直布置的干法脱硫塔4，脱硫塔4的直径为7.5m，高度为12～14m，反应时间2～3s。脱硫剂使用碳酸氢钠，小时消耗量为200～225kg/h，碳酸氢钠研磨成粒度约为20～30um的颗粒，通过稀相输送喷入干法脱硫塔4入口之前的烟道中，脱硫之后的烟气温度为170～190℃，SO2浓度为10mg/Nm3，脱硫效率93.33％。
除尘器5设置10个灰斗，装填5500条滤袋，每条滤袋的直径为160mm，长度为8m，材质为PTFE，总的过滤面积为22116m2。除尘器5外形尺寸为32m(长)×14m(宽)，除尘器5出口的烟气温度为160～180℃，颗粒物浓度为5mg/Nm3。
脱硝装置2的运行阻力为500～600Pa，烟气换热器32的运行阻力为600～800Pa，干法脱硫塔4的运行阻力为100～200Pa，除尘器5的运行阻力为1000～1200Pa，烟气管道7的阻力为300～500Pa，整套超低排放系统的运行阻力为2500～3200Pa，引风机6采用离心式风机，用于克服整套系统的阻力，烟气量为625000Nm3/h，烟气温度为200℃，全压升3800Pa，电机功率为1800KW。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种降低高炉热风炉煤气耗量及烟气超低排放的系统，其特征在于：包括烟气管道(7)和若干热风炉(1)，热风炉(1)的烟气出口通过烟气支管(11)与烟气管道(7)连接，烟气管道(7)上通过管道依次连接有脱硝装置、换热器组(3)、脱硫塔(4)、除尘器(5)和引风机(6)；还包括助燃空气管道(8)和煤气管道(9)，助燃空气管道(8)通过助燃空气支管(15)与热风炉(1)连接，煤气管道(9)通过煤气支管(13)与热风炉(1)连接，助燃空气管道(8)和煤气管道(9)均与换热器组(3)连接。
2.根据权利要求1所述的一种降低高炉热风炉煤气耗量及烟气超低排放的系统，其特征在于：所述换热器组(3)包括煤气换热器(31)、烟气换热器(32)、空气换热器(33)，烟气换热器(32)与煤气换热器(31)之间、烟气换热器(32)与空气换热器(33)之间均连接管路，烟气换热器(32)的烟气进口通过管道与脱硝装置(2)连接，烟气换热器(32)的烟气出口通过管道与脱硫塔(4)连接，煤气管道(9)分别连接到煤气换热器(31)的煤气进口和煤气出口，助燃空气管道(8)分别连接到空气换热器(33)的空气进口和空气出口。
3.根据权利要求1所述的一种降低高炉热风炉煤气耗量及烟气超低排放的系统，其特征在于：所述脱硝装置(2)上连接有喷氨通道，喷氨通道与烟气管道(7)通过管道连接，喷氨通道内设置有喷氨格栅(22)，喷氨装置内设置有脱硝催化剂(21)。
4.根据权利要求1所述的一种降低高炉热风炉煤气耗量及烟气超低排放的系统，其特征在于：所述煤气管道(9)上连接有煤气旁路，煤气旁路上连接有煤气旁通阀(92)，煤气管道(9)连接换热器组(3)的两段上均连接有煤气关断阀(91)。
5.根据权利要求1所述的一种降低高炉热风炉煤气耗量及烟气超低排放的系统，其特征在于：所述助燃空气管道(8)上连接有助燃空气旁路，助燃空气旁路上连接有助燃空气旁通阀(83)，助燃空气管道(8)连接换热器组(3)的两段上均连接有助燃空气关断阀(82)。
6.根据权利要求1所述的一种降低高炉热风炉煤气耗量及烟气超低排放的系统，其特征在于：所述引风机(6)的出口通过管道连接到烟气管道(7)，烟气管道(7)与脱硝装置(2)之间的管道上、烟气管道(7)与引风机(6)之间的管道上均连接有烟气关断阀(71)，烟气管道(7)上连接有烟气旁通阀(72)。
7.根据权利要求1所述的一种降低高炉热风炉煤气耗量及烟气超低排放的系统，其特征在于：所述烟气管道(7)的出口端连接烟囱。
8.根据权利要求1所述的一种降低高炉热风炉煤气耗量及烟气超低排放的系统，其特征在于：所述烟气支管(11)上连接有烟气支管(11)阀。
9.根据权利要求1所述的一种降低高炉热风炉煤气耗量及烟气超低排放的系统，其特征在于：所述煤气支管(13)上连接有煤气支管(13)阀。
10.根据权利要求1所述的一种降低高炉热风炉煤气耗量及烟气超低排放的系统，其特征在于：所述助燃空气支管(15)上连接有助燃空气支管(15)阀。
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