CN205659559U - 焦炉烟气脱硫脱硝余热回收系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供焦炉烟气脱硫脱硝余热回收系统，其包括焦炉烟气脱硫脱硝余热回收模块、脱硝保护模块及焦炉烟气安全排放模块；所述利用模块包括低温SCR脱硝反应器、镁法脱硫装置及硫酸镁回收装置；排放模块包括安全烟道及烟囱；烟气排放口通过管道及三通切换阀分别连接于利用模块的入口及安全烟道一端，安全烟道另一端连接于烟囱底部，烟囱底部设置使其热备的供热单元；保护模块包括阀门及加热器，阀门一端连接用于输送热空气的第一管道，阀门另一端与加热器入口相连，加热器出口通过管道连接于低温SCR脱硝反应器入口。该系统在有效保障脱硝脱硫工艺的生产安全的同时能够高效节能地完成脱硫脱硝余热回收及副产物利用。
Description
技术领域
本实用新型特别针对焦炉烟气脱硫脱硝余热回收系统。
背景技术
近年来北方多地尤其是京津冀地区经常出现的重度雾霾天气，这种愈演愈烈的大气污染已经受到了国家和全社会的广泛关注，有效治理大气污染已经成为各界的共识和期待。
十二五至十三五期间，我国出台和修改了大量的现行环保法规，使得各领域大气污染排放标准都日趋严格。在这种大背景之下，之前基本处在无序排放状态的焦化行业也受到了特别多的关注。环保部在2012年颁布了新的《炼焦化学工业污染排放标准》(GB16171-2012)，新标准中规定，从2015年1月1日起，所有企业均应当按照新的大气排放标准执行。这就要求各焦化企业建设新的脱硫脱硝设施以保证烟气的达标排放。但现有技术中并没有一种成熟高效节能的脱硫脱硝系统及工艺来完善地解决该技术问题。
CN104923046A公开了一种焦炉烟气脱硫、脱硝及余热回收一体化方法，该方法所采用的系统包括加热炉、脱硝装置、余热回收装置、供氨系统、脱硫装置、硫铵回收装置等。来自焦炉的烟气首先进入加热炉加热升温至300～400℃，再进入脱硝装置，利用脱硝还原剂和脱硝催化剂脱除烟气中的氮氧化物；脱硝还原剂为氨；脱硝装置出来的烟气经余热回收装置回收热量并降温至100～150℃，再进入氨法脱硫装置脱除烟气中的二氧化硫。该技术必须使用的加热炉将烟气加热至300～400℃，该过程需要消耗大量的能源，不仅需要大量的实际运行成本，同时不论是增加用电消耗还是煤气消耗，本身即是再次创造污染过程。此外，该工艺中的氨法脱硫副产物回收效率低，经济价值低，造成资源浪费且经济合理性欠佳。并且，该工艺中没有设置能过完成压力匹配的系统来保证原有烟道负压状态，难以应对焦炉对于烟气系统压力的苛刻要求和高安全性要求。
CN203816509U公开了一种低温焦炉废气脱硫脱硝系统，该系统包括设置与焦炉烟道出口连通的加热器，所述加热器出口与SCR反应器连通，并在所述加热器与SCR反应器之间设置有喷氨格栅；所述SCR反应器出口经余热回收锅炉与脱硫塔连通，所述脱硫塔的出口烟气经引风机引入烟囱排放。与CN104923046A相同，该案也存在需要大量能源加热废气的技术问题，使得系统能耗极高，造成二次环境污染的同时大幅增加运营成本。此外，该工艺中亦没有设置能过完成压力匹配的系统来保证原有烟道负压状态，难以应对焦炉对于烟气系统压力的苛刻要求和高安全性要求。
在国内企业已有或拟采用的系统及工艺中，由于受到工艺方法或催化剂条件的限制，普遍存在四个问题：一是脱硝工艺效率低，不能完全适应焦炉生产的需要；二是普遍需要对烟气进行加热，产生大量的能源消耗，造成能源的浪费；三是工艺流程不够合理顺畅，不是符合反应进行原理的最优方案；四是无法有效保障焦炉烟气系统的安全。因此，开发一种既能够保证焦炉生产安全又能够高效节能地完成脱硫脱硝余热回收及副产物利用的系统及工艺是本领域技术人员亟需解决的技术问题之一。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供焦炉烟气脱硫脱硝余热回收系统，该系统在有效保障脱硝脱硫工艺的生产安全的同时能够高效节能地完成脱硫脱硝余热回收及副产物利用，使焦炉烟气的排放达到GB16171-2012的要求。
为实现上述目的，本实用新型提供一种焦炉烟气脱硫脱硝余热回收系统，其中：该系统包括焦炉烟气脱硫脱硝余热回收模块、脱硝保护模块及焦炉烟气安全排放模块；
所述焦炉烟气脱硫脱硝余热回收模块包括低温SCR脱硝反应器及镁法脱硫装置；
所述低温SCR脱硝反应器为能在180～300℃的焦炉烟气条件下脱除NOx的SCR脱硝反应器；
所述焦炉烟气安全排放模块包括安全烟道及烟囱；
焦炉的烟气排放口通过管道及三通切换阀分别连接于所述焦炉烟气脱硫脱硝余热回收模块的入口及所述安全烟道的一端，所述安全烟道的另一端连接于所述烟囱的底部，所述烟囱的底部设置使其处于热备状态的供热单元，所述供热单元包括连接于所述烟囱的底部的用于输送热空气的第二管道；
所述脱硝保护模块包括阀门及加热器，所述阀门的一端连接用于输送热空气的第一管道，所述阀门的另一端与所述加热器的入口相连，所述加热器的出口通过管道连接于所述的低温SCR脱硝反应器的入口。
本实用新型所述系统为一套全新的焦炉烟气脱硫脱硝工艺系统，该系统保障了整个脱硫脱硝余热回收流程顺畅，符合最佳反应流程；由于该系统采用低温SCR脱硝反应器，整个系统不需要对烟气进行加热，因此不需要额外的能源消耗；同时，所述系统中包括镁法脱硫装置，整个工艺流程符合循环经济原则；在安全方面，考虑到焦炉生产的特殊性，所述系统设置了焦炉烟气安全排放模块，保障了焦炉生产的安全性；此外，所述系统中还包括脱硝保护模块，充分保证低温脱硫脱硝反应器的耐用性。
本实用新型所述系统通过科学合理设计，将焦炉烟气脱硫脱硝及余热利用单元和焦炉烟气安全排放单元平行设置，使整个系统能够在事故状态下可通过三通切换阀的即时切换，使焦炉烟气排至安全烟道进入大气，由于烟囱处于热备状态，其对安全烟道会产生自然吸力，该吸力能够保证焦炉排烟正常不发生堵烟爆炸事故，从而保证焦炉安全生产，解决了现有条件下脱硫脱硝工艺无法保证焦炉生产安全的问题。
本实用新型系统中能在180～300℃的焦炉烟气条件下脱除NOx的SCR脱硝反应器属于低温SCR脱硝反应器，由于焦炉烟气温度低，为不影响系统的脱硝脱硫效率，现有技术所采用的脱硝反应器通常需要加热焦炉烟气才能保障脱硝脱硫效率，而本实用新型使用低温SCR脱硝反应器，其可使在不加热焦炉烟气的情况下，保障脱硝脱硫的效率，有效解决目前焦炉烟气脱硫脱硝耗能严重的问题。
本实用新型所述能在180～300℃的焦炉烟气条件下脱除NOx的SCR脱硝反应器中所使用的催化剂为现有在该温度范围内使用的催化剂，例如低温钒钛基催化剂、低温稀土体系催化剂。优选地，所述低温SCR脱硝反应器为能在180～300℃且SO2浓度低于1500mg/Nm3的焦炉烟气条件下脱除NOx的SCR脱硝反应器。本实用新型所述的“脱除NOx”通常是指脱除焦虑烟气中的NOx的脱除率达95％以上。
本实用新型所述镁法脱硫装置是指采用氧化镁水溶液(MgO)作为吸收剂的湿法脱硫装置。
如上所述，本实用新型所述的脱硝反应器保护模块包括阀门、加热器及相应管道，该管道用于输送热空气，所述阀门可为球阀，在焦炉烟气脱硫脱硝余热回收模块正常工作的情况下，该球阀处于关闭状态，当系统处于事故状态下，打开球阀，使热空气经加热器加热至300℃，输送至低温SCR脱硝反应器，保证该装置中的催化剂不被损伤。
根据本实用新型的具体实施方案，其中，所述SCR脱硝反应器的入口连接进口烟道，该进口烟道转弯处设置导流板，所述SCR脱硝反应器包括壳体，该壳体内上部设置整流格栅，该整流格栅下方设置催化剂层，在所述整流格栅与所述催化剂层之间设置蒸汽吹灰器。
在SCR脱硝反应器中增加导流板增强焦炉烟气与还原剂的混合，设置整流格栅，采用蒸汽吹灰器替代现有技术中使用的声波吹灰器避免焦炉烟道气中所携带的焦油等杂质对系统的影响。
根据本实用新型的具体实施方案，其中，所述焦炉烟气脱硫脱硝余热回收模块还包括余热回收装置，所述余热回收装置为能以热烟气为热源同时加热水和空气的热管余热锅炉。
本实用新型所述的热管余热锅炉是采用脱硝后的热烟气作为热源，同时加热水及空气。脱硝后的烟气的温度通常在250℃左右，使用该热管余热锅炉可将介质水加热生产饱和蒸汽，该介质水可为工业软水，同时利用该烟气为热源可将空气加热至150℃左右。采用该热管余热锅炉能够有效回收脱硝后热烟气的热量，使能源有效利用，并且还能够使经回收后的脱硝烟气易于满足脱硫工艺的要求。
根据本实用新型的具体实施方案，其中，所述焦炉烟气脱硫脱硝余热回收模块的入口为所述低温SCR脱硝反应器的入口，所述低温SCR脱硝反应器的出口通过管道与所述热管余热锅炉的入口相连接；所述热管余热锅炉的出口通过管道与所述镁法脱硫装置的入口相连接。所述镁法脱硫装置的副产物为脱硫浆液。将低温SCR脱硝反应器设置在系统的前端，其有益效果是焦炉烟气可以直接进行脱硝，无需烟气再热设备，无需大量烟气再热能源消耗。将热管余热锅炉设置在低温SCR脱硝反应器与镁法脱硫装置之间，其优势在于：
(1)能最大限度地回收烟气中的热能，避免高温排放所造成的浪费；
(2)能够使烟气达到镁法脱硫所适宜的反应温度，省去了烟气降温设备及其所造成的水资源消耗。
根据本实用新型的具体实施方案，其中，该系统还包括硫酸镁回收装置，该装置连接于所述镁法脱硫装置。设置硫酸镁回收装置，可实现对副产品的回收利用，实现副产品资源化。本实用新型所述硫酸镁回收装置是指采用多效蒸发方式从脱硫浆液提取七水硫酸镁(MgSO4·7H2O)的装置。镁法脱硫装置及硫酸镁回收装置均为现有技术，通常镁法脱率装置的脱硫率可达98％以上。
根据本实用新型的具体实施方案，其中：所述用于输送热空气的第一管道与所述热管余热锅炉的热空气出口连接。采用这种设置可直接将由所述热管余热锅炉加热后的热空气作为热备烟囱热源而不需要消耗额外能源，有效节约了能源消耗。在这种情况下，系统中所述安全烟道、所述烟囱、从热管余热锅炉到烟囱底部的热空气管道组成了负压保持模块，该负压保持模块利用来自于热管余热锅炉的热空气可使烟囱保持约500Pa的抽力。
根据本实用新型的具体实施方案，其中：所述用于输送热空气的第二管道与所述热管余热锅炉的热空气出口连接。
本实用新型所述系统可方便在现有未配备焦炉烟气脱硫脱硝余热回收模块的焦化厂中应用，在加装了本实施新型所述焦炉烟气脱硫脱硝余热回收模块后，可将原来直接排放焦炉烟气的原安全烟道及原烟囱作为本实用新型所述系统中的安全烟道与烟囱。
根据本实用新型的具体实施方案，其中，所述系统还包括给所述低温SCR脱硝反应器提供还原剂的装置。优选地，所述还原剂为液氨。
在本实用新型一具体实施例中，利用本实用新型所述系统通常的工艺流程可为：从原焦炉烟道提取全部烟气，烟气依次经过低温SCR脱硝反应器、热管余热锅炉、镁法脱硫装置，最终经过净化后的烟气从脱硫塔上方烟囱处排入大气；氨区为低温SCR脱硝反应器提供还原剂；热管余热锅炉利用烟气加热工业软水生产特定压力的饱和蒸汽，同时，余热锅炉模块利用烟气加热冷空气成热空气，作为原有烟囱负压的产生动力；硫酸镁回收装置将脱硫产生的亚硫酸镁和硫酸镁浆液制成商品级七水硫酸镁晶体。事故状态下，打开三通切换阀，烟气从旁通安全烟道直接排放至大气；脱硝反应器保护模块启动，将该模块中的球阀打开，加热器开始工作，加热至300℃的热空气通入到脱硝反应器保护设备和催化剂。
利用如上工艺流程具有以下特点：
(1)该工艺中不设置烟气加热装置或GGH式换气装置；
(2)低温SCR脱硝模块布置于整个系统最前端，位于余热锅炉和镁法脱落装置之前；
(3)脱硝反应器保护模块能在事故状态下保护系统，不造成设备和催化剂损害；
(4)负压保持模块在系统中持续运行，保持系统安全负压。
在具体实施过程中，当焦炉烟气脱硫脱硝余热回收系统处于正常状态时，采用本实用新型的系统，脱硝效率可达95％以上，脱硫效率可达98％以上，实现焦炉烟气达标排放。
附图说明
图1为实施例1所述的焦炉烟气脱硫脱硝余热回收系统示意图；图1中的标号具有如下意义：
1：焦炉；2：三通切换阀；3：低温SCR脱硝反应器；4：热管余热锅炉；41：工艺软水入口；42：水蒸汽出口；43：冷空气入口；44：热空气出口；5：镁法脱硫装置；6：硫酸镁回收装置7：加热器；71：球阀；8：提供还原剂液氨的装置；9：安全烟道；10：烟囱。
图2为实施例1中低温SCR脱硝反应器的结构示意图，其中：
21：进口烟道；22：导流板；23：整流格栅；24：蒸汽吹灰器；25：催化剂层。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合具体实例及附图对本实用新型的技术方案进行以下详细说明，应理解这些实例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。
实施例1
图1为本实施例所述焦炉烟气脱硫脱硝余热回收系统的示意图，该系统包括焦炉烟气脱硫脱硝余热回收模块、脱硝保护模块及焦炉烟气安全排放模块；
所述焦炉烟气脱硫脱硝余热回收模块包括低温SCR脱硝反应器3、镁法脱硫装置5及硫酸镁回收装置6；
所述低温SCR脱硝反应器为能在180～300℃的焦炉烟气条件下脱除NOx的SCR脱硝反应器；该装置中所使用的催化剂为低温抗硫催化剂；具体地，该催化剂为低温钒钛基催化剂；
所述焦炉烟气安全排放模块包括安全烟道9及烟囱10；
焦炉的烟气排放口通过管道及三通切换阀2分别连接于所述焦炉烟气脱硫脱硝余热回收模块的入口及所述安全烟道9的一端，所述安全烟道9的另一端连接于所述烟囱10的底部，所述烟囱的底部设置使其处于热备状态的供热单元；所述供热单元包括连接于所述烟囱的底部的用于输送热空气的第二管道；
所述脱硝保护模块包括球阀71及加热器7，所述球阀71的一端连接用于输送热空气的第一管道，所述球阀71的另一端与所述加热器7的入口相连，所述加热器7的出口通过管道连接于所述的低温SCR脱硝反应器3的入口；
所述SCR脱硝反应器3的入口连接进口烟道21，该进口烟道21转弯处设置导流板22，所述SCR脱硝反应器包括壳体，该壳体内上部设置整流格栅23，该整流格栅下方设置催化剂层25，在所述整流格栅23与所述催化剂层25之间设置蒸汽吹灰器24；
所述焦炉烟气脱硫脱硝余热回收模块还包括余热回收装置，该余热回收装置为以热烟气同时加热水和空气的热管余热锅炉4，其设有工艺软水入口41、水蒸汽出口42、冷空气入口43及热空气出口44；
所述焦炉烟气脱硫脱硝余热回收模块的入口为所述低温SCR脱硝反应器3的入口，所述低温SCR脱硝反应器3的出口通过管道与所述热管余热锅炉4的入口相连接；所述热管余热锅炉4的出口通过管道与所述镁法脱硫装置5的入口相连接，所述镁法脱硫装置5的副产物出口通过管道与所述硫酸镁回收装置6的入口相连接；
所述用于输送热空气的第一管道与所述热管余热锅炉的热空气出口44连接；
所述用于输送热空气的第二管道与所述热管余热锅炉的热空气出口44连接；
所述系统还包括给所述低温SCR脱硝反应器提供还原剂液氨的装置8；
本实施例中所述镁法脱硫装置5中所使用的脱硫剂为MgO水溶液。
在具体应用本实施例的系统时，从焦炉烟道处开口，取焦炉1全部烟气(该烟气中氮氧化物的平均浓度为1000mg/Nm3，硫化物的平均浓度为800mg/Nm3，温度为250℃)，通入低温SCR脱硝反应器，以给所述低温SCR脱硝反应器提供还原剂液氨的装置8提供的液氨作为还原剂喷入低温SCR脱硝反应器3中，在低温抗硫催化剂的作用下，与烟气中的一氧化氮(NO)，二氧化氮NO2等反应生成氮气(N2)，从而脱除烟气中的氮氧化物；脱硝后的烟气进入热管余热锅炉4，利用烟气现有温度，加热一定量从工艺软水入口41进入热管余热锅炉4的工业软水，产生特定压力的饱和蒸汽，从热管余热锅炉4的水蒸汽出口42排出，供工厂的其他工艺使用，热管余热锅炉4同时加热从冷空气入口43进入的冷空气，烟气将一定量的冷空气从环境温度加热至150℃左右，这些热空气直接从热空气出口44通入烟囱10中，使烟囱10保持500Pa左右抽力；经过换热的焦炉烟气温度降至150～180℃，该烟气最后进入镁法脱硫装置5，烟气中的二氧化硫(SO2)和三氧化硫(SO3)与镁法脱硫装置5中的吸收剂MgO水溶液反应，从而除去硫的氧化物。脱硫后的烟气最终经过镁法脱硫装置上的烟囱排入到大气中。在脱硫后的烟气中，氮氧化物的平均浓度为≤150mg/Nm3，硫化物的平均浓度为≤30mg/Nm3。正常状态下，脱硝保护模块中的阀门，即球阀71常闭，不工作。
镁法脱硫装置5中的部分含亚硫酸镁和硫酸镁的浆液被排入硫酸镁回收装置6，经压滤澄清，由该回收装置中的多效蒸发单元蒸发成商品级的七水硫酸镁晶体(MgSO4·7H2O)。七水硫酸镁晶体经过包装后即可进行销售。
在事故状态时，烟气经过旁通安全烟道9直接排放到烟囱10，热空气提供的烟囱负压使烟气能够迅速从烟囱排出，以防焦炉排烟不畅引发事故。事故状态下，脱硝保护模块中的球阀71开启，加热器7加热热空气通入低温SCR脱硝反应器3中，保护反应器和催化剂不在低温状态下受到损害。
综上可知，本实用新型所述焦炉烟气脱硫脱硝余热回收系统可保障脱硫脱硝效率，安全可行，能够在工程实践中为焦化行业每年减少总量巨大的SO2、NOx排放。同时回收的热能得到有效利用，可节约大量的电能和其他燃料。焦炉的生产安全能够得到充分的保证，使焦炉不会因为脱硫脱硝设施的故障或断电等情况发生危险。
本实用新型至少可带来如下有益效果：
利用本实用新型所述系统的工艺流程充分利用了焦炉烟气本身含有的能量，按照烟气温度合理布置了各个装置或模块，最大限度的利用了焦炉烟气热量，从而不需要烟气加热环节，避免了烟气加热环节所产生的大量的能源消耗；同时，能将废热最大限度的商品化，成为能够被工业利用的特定压力的饱和蒸汽。
本实用新型设计了脱硝反应器保护模块和负压保持模块，脱硝反应器保护模块能有效保证低温SCR脱硝系统运行安全，防止脱硝反应器和催化剂在特殊低温条件下受到损害；负压保持模块能够适应焦炉生产安全要求，时刻保持事故应急排烟系统畅通。
本实用新型中的脱硫副产物可以直接制取硫酸镁，能够有效做到物料循环，同时让副产物创造价值；副产物提纯后可做化工原料，不产生二次污染，且创造的效益可以平衡部分运营成本，是焦化烟气脱硫脱硝更加经济。
最后说明的是：以上实施例仅用于说明本实用新型的实施过程和特点，而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，均应涵盖在本实用新型的保护范围当中。
Claims (9)
1.一种焦炉烟气脱硫脱硝余热回收系统，其特征在于：该系统包括焦炉烟气脱硫脱硝余热回收模块、脱硝保护模块及焦炉烟气安全排放模块；
所述焦炉烟气脱硫脱硝余热回收模块包括低温SCR脱硝反应器及镁法脱硫装置；
所述低温SCR脱硝反应器为能在180～300℃的焦炉烟气条件下脱除NOx的SCR脱硝反应器；
所述焦炉烟气安全排放模块包括安全烟道及烟囱；
焦炉的烟气排放口通过管道及三通切换阀分别连接于所述焦炉烟气脱硫脱硝余热回收模块的入口及所述安全烟道的一端，所述安全烟道的另一端连接于所述烟囱的底部，所述烟囱的底部设置使其处于热备状态的供热单元，所述供热单元包括连接于所述烟囱的底部的用于输送热空气的第二管道；
所述脱硝保护模块包括阀门及加热器，所述阀门的一端连接用于输送热空气的第一管道，所述阀门的另一端与所述加热器的入口相连，所述加热器的出口通过管道连接于所述的低温SCR脱硝反应器的入口。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述低温SCR脱硝反应器为能在180～300℃且SO2浓度低于1500mg/Nm3的焦炉烟气条件下脱除NOx的SCR脱硝反应器。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述SCR脱硝反应器的入口连接进口烟道，该进口烟道转弯处设置导流板，所述SCR脱硝反应器包括壳体，该壳体内上部设置整流格栅，该整流格栅下方设置催化剂层，在所述整流格栅与所述催化剂层之间设置蒸汽吹灰器。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述焦炉烟气脱硫脱硝余热回收模块还包括余热回收装置，所述余热回收装置为能以热烟气为热源同时加热水和空气的热管余热锅炉。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述焦炉烟气脱硫脱硝余热回收模块的入口为所述低温SCR脱硝反应器的入口，所述低温SCR脱硝反应器的出口通过管道与所述热管余热锅炉的入口相连接；所述热管余热锅炉的出口通过管道与所述镁法脱硫装置的入口相连接。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：该系统还包括硫酸镁回收装置，该装置连接于所述镁法脱硫装置。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述用于输送热空气的第一管道与所述热管余热锅炉的热空气出口连接。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述用于输送热空气的第二管道与所述热管余热锅炉的热空气出口连接。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的系统，其特征在于：所述系统还包括给所述低温SCR脱硝反应器提供还原剂的装置。
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|---|---|---|---|---|
| CN110160368A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-08-23 | 龙净科杰环保技术（上海）有限公司 | 一种可调节式玻璃窑炉余热回收系统 |
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