CN214862529U - 一种用于烧结烟气的scr脱硝反应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于烧结烟气的SCR脱硝反应系统，包括SCR反应组件、尿素制氨组件，SCR反应组件包括SCR入口烟道、SCR催化反应器、SCR出口烟道，尿素制氨组件包括热风炉、尿素注入烟道、尿素热解烟道、氨气喷出烟道、喷枪、尿素溶液供给部件，热风炉、尿素注入烟道、尿素热解烟道、氨气喷出烟道、SCR入口烟道依次连通，尿素溶液供给部件与喷枪相连通，喷枪与尿素注入烟道相连通。本实用新型利用热风炉出口的高温烟气作为尿素热解的热源，将尿素溶液雾化后直接喷入烟道内，由高温烟气将尿素热解生成氨气，有效简化工艺设备，降低运行成本，以尿素热解替代液氨和氨水蒸发制氨从而提高系统的安全性，消除尿素不完全分解导致结晶堵塞的风险。

Description

一种用于烧结烟气的SCR脱硝反应系统

技术领域

本实用新型涉及烟气的脱硝反应技术领域，具体涉及一种用于烧结烟气的SCR脱硝反应系统。

背景技术

烧结：sintering。烧结是利用烧结机将铁矿石与其他原料混合生产具有适当强度、形状及孔隙度并能够满足后续炼铁需求的烧结矿颗粒的过程。

SCR脱硝：SCR denitration。SCR脱硝是指在一定温度范围内，还原剂（如液氨、尿素和氨水等）在催化剂作用下，“有选择性”地与烟气中的NO_x反应，生成无污染的N₂和H₂O的NO_x减排技术。

尿素热解：urea pyrolysis。传统尿素热解制氨工艺是将尿素溶液输送泵送来的尿素溶液通过泵、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入热解炉内，使尿素溶液雾化；同时利用辅助能源（电加热、燃油等）将稀释风加热至400～650℃，在热解炉内将雾化的尿素溶液直接分解为NH₃。

烧结是钢铁生产的重要环节，该工序中生产的烧结矿是钢铁冶炼的重要原材料。烧结工序是利用烧结机将铁矿石与其他原料混合生产出具有适当强度、形状及孔隙度并能够满足后续炼铁需求的烧结矿颗粒的过程。烧结工序的废气是钢铁行业的主要大气污染排放来源之一，包含粉尘、SO₂、NO_x、CO、二噁英等多种污染物。当前对烧结烟气进行超低排放治理的路线中，多采用SCR脱硝工艺控制烟气NO_x浓度。常规脱硝工艺流程中液氨或氨水制氨构成危险源，随着国家对安全生产的日益重视，相关限制措施不断出台，由于尿素不属于危险产品，且便于运输和储存，尿素制氨SCR脱硝工艺应在钢铁、水泥等非电行业的烟气污染物治理上逐渐推广应用。其中尿素热解制氨方式通常采用电加热或蒸汽加热作为热源，需要消耗高品质的能源，运行成本高。

SCR脱硝常规催化剂的工作温度区间在280~420℃范围内，低温催化剂的工作温度区间在180~280℃范围内。烧结机出口烟气温度较低，一般处于110~160℃范围，因此要满足催化剂使用条件，一般通过热风炉燃烧高炉煤气产生高温烟气与烧结烟气在烟道内混合，以实现加热烧结烟气的目的。

现有烧结烟气SCR脱硝技术中脱硝喷氨系统与烟气补热系统一般是独立分开的，喷氨系统多采用液氨或氨水作为制氨原料，烟气补热系统多以燃料在热风炉燃烧产生的高温烟气作为低温烧结烟气的加热热源。国内关于尿素直喷制氨的技术研究多集中于燃煤与燃气电站领域。对于燃煤机组，现有技术一般在炉膛转向室或锅炉尾部高温旁路烟道布置尿素溶液喷射器，利用高温烟气将尿素热解制氨。对于燃气机组，现有技术一般在余热锅炉前的过渡烟道内进行尿素直喷制氨。

中国专利文献CN110772915A公开了一种烧结烟气SCR脱硝系统工艺，该工艺采用氨水蒸发制氨，利用脱硝出口净烟气作为稀释风运输氨气，并通过热风炉燃烧高炉煤气加热原烟气。但氨水是《危险化学物品名表》（GB12268-90）规定的危险品，存在安全风险，并且热风炉的烟气直接注入烟道，易造成混合后烟气温度分布不均。

中国专利文献CN111644057A公开了一种尿素直喷制氨脱硝系统，该装置适用于燃煤锅炉，先将尿素溶液在脱硝入口水平烟道内预热，然后输送到锅炉燃烧室折焰角上方，由炉内高温烟气对尿素进行热解，但这种方案不适用于钢铁行业烧结烟气，且尿素溶液进入炉膛会降低锅炉热效率，对受热面也会造成腐蚀。

中国专利文献CN112169593A公开了一种适用于燃机SCR脱硝的精准直喷热解装置，该装置适用于燃机，尿素溶液雾化后进入燃机余热锅炉入口烟道内，利用高温烟气对尿素进行热解，并通过分区测量实现对锅炉氮氧化物排放的精准控制，但这种方案不适用于钢铁行业烧结烟气，且燃机出口烟道与催化剂距离短，尿素热解反应时间不充分。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用于烧结烟气的SCR脱硝反应系统，采用尿素直喷热解来提供所需氨气。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种用于烧结烟气的SCR脱硝反应系统，包括SCR反应组件、尿素制氨组件，所述的SCR反应组件包括SCR入口烟道、SCR催化反应器、SCR出口烟道，所述的SCR入口烟道与所述的SCR催化反应器相连通，所述的SCR催化反应器与所述的SCR出口烟道相连通，所述的尿素制氨组件包括热风炉、尿素注入烟道、尿素热解烟道、氨气喷出烟道、喷枪、尿素溶液供给部件，所述的热风炉与所述的尿素注入烟道相连通，所述的尿素注入烟道与所述的尿素热解烟道相连通，所述的尿素热解烟道与所述的氨气喷出烟道相连通，所述的氨气喷出烟道与所述的SCR入口烟道相连通，所述的尿素溶液供给部件与所述的喷枪相连通，所述的喷枪与所述的尿素注入烟道相连通。

优选地，所述的喷枪设置有多根并且其一端均伸入至所述的尿素注入烟道内，多根所述的喷枪的一端在所述的尿素注入烟道内错位设置，即多根所述的喷枪的一端伸入至所述的尿素注入烟道内的长度不完全相同。

进一步优选地，所述的尿素注入烟道的横截面均分为多块区域，每块所述的区域对应设置有一根所述的喷枪，可以使得尿素溶液在所述的尿素注入烟道的截面均匀扩散分布。

优选地，所述的尿素注入烟道、尿素热解烟道之间通过弯头连接，所述的尿素热解烟道、氨气喷出烟道之间通过弯头连接，通过所述的弯头可以加强烟气的扰流，使尿素的热解更充分。

优选地，所述的尿素制氨组件还包括喷氨格栅，所述的氨气喷出通道与所述的SCR入口烟道之间通过所述的喷氨格栅相连通，所述的喷氨格栅既可以向烧结烟气内注入氨气，又可以向烧结烟气通入高温烟气使之升温。

优选地，所述的SCR反应组件设置有多组，每组所述的SCR反应组件上均连接有一组所述的尿素制氨组件。

进一步优选地，所述的SCR反应组件、尿素制氨组件均有两组，两组对称设置，可以使整体结构更加紧凑，节省空间。

进一步优选地，所述的脱硝反应系统还包括烧结烟气输送总烟道、脱硝烟气输送总烟道，多个所述的SCR入口烟道均连通在一个所述的烧结烟气输送总烟道上，多个所述的SCR出口烟道均连通在一个所述的脱硝烟气输送总烟道上。

更进一步优选地，所述的烧结烟气输送总烟道位于所述的脱硝烟气输送总烟道的上方，所述的SCR入口烟道位于所述的SCR出口烟道的上方。

再进一步优选地，所述的热风炉位于所述的SCR出口烟道的下方，所述的氨气喷出烟道位于所述的SCR入口烟道的上方，所述的尿素热解烟道沿上下方向延伸，可以在相同的占地面积内延长尿素热解的反应时间，增加热风炉输出的加热烟气与氨气的混合时间，保证温度分布和氨分布的均匀性。

优选地，所述的氨气喷出烟道内的氨气浓度不大于所述的氨气喷出烟道内的烟、氨混合气的5%。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

本实用新型利用热风炉出口的高温烟气作为尿素热解的热源，将尿素溶液雾化后直接喷入烟道内，由高温烟气将尿素热解生成氨气，省去了热解炉、电加热器、高温风机等设备，系统简单，有效简化工艺设备，降低运行成本，以尿素热解替代液氨和氨水蒸发制氨从而提高系统的安全性，热风炉出口烟气温度稳定，消除尿素不完全分解导致结晶堵塞的风险。

附图说明

附图1为本实施例的结构示意图；

附图2为本实施例的立体示意图；

附图3为本实施例中尿素制氨组件的立体示意图；

附图4为本实施例中喷枪在尿素注入烟道内的喷射范围分布的分布示意图。

以上附图中：1、烧结烟气输送总烟道；2、脱硝烟气输送总烟道；31、SCR入口烟道；32、SCR催化反应器；33、SCR出口烟道；41、热风炉；42、尿素注入烟道；43、尿素热解烟道；44、氨气喷出烟道；45、喷枪；46、喷氨格栅；47、弯头。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，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；可以是机械连接，也可以是电连接；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实用新型中的具体含义。

如图1所示，一种用于烧结烟气的SCR脱硝反应系统，包括烧结烟气输送总烟道1、SCR反应组件、脱硝烟气输送总烟道2、尿素制氨组件。由烧结烟气输送总烟道1向SCR反应组件内输送需要脱硝的烧结烟气，催化脱硝之后由脱硝烟气输送总烟道2输出。用尿素热解替代液氨和氨水蒸发制氨，消除系统内危险源，提高了脱硝反应系统的安全性。

SCR反应组件包括SCR入口烟道31、SCR催化反应器32、SCR出口烟道33，烧结烟气输送总烟道1与SCR入口烟道31相连通，SCR入口烟道31与SCR催化反应器32相连通，SCR催化反应器32与SCR出口烟道33相连通，SCR出口烟道33与脱硝烟气输送总烟道2相连通。烧结烟气输送总烟道1平行设置在脱硝烟气输送总烟道2的上方，SCR入口烟道31平行设置在SCR出口烟道33的上方。在本实施例中，烧结烟气输送总烟道1、SCR入口烟道31沿同一方向延伸与SCR催化反应器32的上方相连接，再从SCR催化反应器32的下方反向延伸连接SCR出口烟道33、脱硝烟气输送总烟道2。结构清晰紧凑，便于增添删减设备。SCR反应组件设置有多组，多个SCR入口烟道31均连通在一个烧结烟气输送总烟道1上，多个SCR出口烟道33均连通在一个脱硝烟气输送总烟道2上，通过多个SCR催化反应器32反应，可以更高效的对烧结烟气催化脱硝。

如图2、3所示，每组SCR反应组件上均连接有一组尿素制氨组件，尿素制氨组件包括热风炉41、尿素注入烟道42、尿素热解烟道43、氨气喷出烟道44、喷枪45、尿素溶液供给部件、喷氨格栅46，热风炉41与尿素注入烟道42相连通，尿素注入烟道42与尿素热解烟道43相连通，尿素热解烟道43与氨气喷出烟道44相连通，氨气喷出烟道44上设置有喷氨格栅46，氨气喷出烟道44与SCR入口烟道31通过喷氨格栅46相连通，喷氨格栅46的长度与SCR入口烟道31的直径相同，尿素溶液供给部件与喷枪45相连通，喷枪45与尿素注入烟道42相连通。热风炉41为系统中原有的热风炉41，其作用原本用于将烧结烟气的温度升高至SCR脱硝所需的温度。

利用热风炉41的高温烟气作为尿素热解的热源，省去了热解炉、电加热器、高温风机等设备，系统简单，占地面积小，节省改造成本和运行成本。并且传统尿素热解脱硝技术的热解炉内温度容易波动，尿素在反应温度较低时不完全分解会导致结晶生成。而采用热风炉41出口烟道作为尿素热解反应器，热风炉41出口烟气温度稳定，不受工况波动影响，可以消除结晶堵塞风险。热风炉41位于SCR出口烟道33的下方，氨气喷出烟道44位于SCR入口烟道31的上方，所述尿素热解烟道43沿上下方向延伸，可以在相同的占地面积内延长尿素热解的反应时间，增加热风炉41输出的高温烟气与氨气的混合时间，保证温度分布和氨分布的均匀性。尿素注入烟道42、尿素热解烟道43之间通过弯头47连接，尿素热解烟道43、氨气喷出烟道44之间通过弯头47连接，通过弯头47可以增强烟气的扰流，使尿素的热解更充分。

尿素溶液由喷枪45喷入尿素注入烟道42内，由热风炉41的高温烟气热解制氨，因此喷氨格栅46既可以向烧结烟气内注入氨气，又可以向烧结烟气通入高温烟气使之升温，高温烟气与尿素热解生成的氨气通过同一喷氨格栅46进入SCR入口烟道31内部，提高了掺混后烟气温度分布与氨浓度分布的均匀性，保证SCR催化反应器32的入口烟气温度偏差不超过平均值的±10℃。喷枪45设置有多根并且其一端均伸入至尿素注入烟道42内，多根喷枪45的一端在尿素注入烟道42内错位设置，即多根喷枪45的一端伸入至尿素注入烟道42内的长度不完全相同，尿素注入烟道42的横截面均分为多块区域，每块区域对应设置有一根喷枪45，可以使得尿素溶液在尿素注入烟道42的截面均匀扩散分布，在本实施例中，喷枪45设置有12根，如图4所示。通过控制喷枪45喷出的尿素溶液与热风炉41的高温烟气之间的比例，经过热解后，氨气喷出烟道44内的氨气浓度不大于氨气喷出烟道44内的烟、氨混合气的5%。

在本实施例中，SCR反应组件、尿素制氨组件具体均设置有两组，两组对称设置，在烧结烟气输送总烟道1、SCR入口烟道31的延伸方向的末端左右设置，在满足高效脱硝的前提下，可以使整体结构更加紧凑，节省空间。

以下具体阐述一下本实施例的工作原理：

如图1、2所示，烧结烟气输送总烟道1的烟气通过SCR入口烟道31分别流向两台独立的SCR催化反应器32，烧结烟气在SCR入口烟道31内部与尿素制氨组件产生的高温烟、氨混合气掺混，随后烟气中的NO_x与NH₃在SCR脱硝催化剂的作用下进行反应，最后两台SCR催化反应器32出口的烟气经SCR出口烟道33汇合进入脱硝烟气输送总烟道2。热风炉41的出口烟温在450℃~600℃范围，尿素溶液通过喷枪45雾化成液滴，进入尿素注入烟道42，尿素液滴在很短的时间内蒸发，并在进入喷氨格栅46前完成热解反应的过程（即在尿素热解烟道43内完成反应，并可以在氨气喷出烟道44内将温度混合均匀）。喷枪45在尿素注入烟道42的喷射范围分布如4图所示，单侧烟道共布置12根喷枪45，以实现尿素溶液被喷枪45雾化后在圆形烟道内均匀分布。烟道内尿素热解产生的氨气浓度小于5%的烟、氨混合气通过喷氨格栅46注入SCR出口烟道33，同时实现加热低温烧结烟气和注入氨气还原剂的目的，并保证温度分布和氨分布的均匀性。

拟将本实施例在某炼铁厂烧结机烟气超低排放改造SCR脱硝系统工程上。烧结烟气流量为1444000Nm³/h，烟气温度为130℃，含氧量为14~16%。热风炉41燃烧室生成高温烟气量为90000Nm³/h，烟气温度为950℃。将120000Nm³/h烧结烟气引入热风炉41调温室调节烟气温度，以使热风炉41出口烟气温度降低为480℃。将2m³/h的质量浓度为10%的尿素溶液通过喷枪45雾化注射至烟道内进行热解反应，反应完成后烟、氨混合气通过格栅进入SCR出口烟道33。烧结烟气在SCR催化反应器32入口处的温度升高至180℃，烟气成分氨氮摩尔比分布相对标准偏差不超过5%。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于烧结烟气的SCR脱硝反应系统，其特征在于：包括SCR反应组件、尿素制氨组件，所述的SCR反应组件包括SCR入口烟道、SCR催化反应器、SCR出口烟道，所述的SCR入口烟道与所述的SCR催化反应器相连通，所述的SCR催化反应器与所述的SCR出口烟道相连通，所述的尿素制氨组件包括热风炉、尿素注入烟道、尿素热解烟道、氨气喷出烟道、喷枪、尿素溶液供给部件，所述的热风炉与所述的尿素注入烟道相连通，所述的尿素注入烟道与所述的尿素热解烟道相连通，所述的尿素热解烟道与所述的氨气喷出烟道相连通，所述的氨气喷出烟道与所述的SCR入口烟道相连通，所述的尿素溶液供给部件与所述的喷枪相连通，所述的喷枪与所述的尿素注入烟道相连通。

2.根据权利要求1所述的用于烧结烟气的SCR脱硝反应系统，其特征在于：所述的喷枪设置有多根并且其一端均伸入至所述的尿素注入烟道内，多根所述的喷枪的一端在所述的尿素注入烟道内错位设置。

3.根据权利要求2所述的用于烧结烟气的SCR脱硝反应系统，其特征在于：所述的尿素注入烟道的横截面均分为多块区域，每块所述的区域对应设置有一根所述的喷枪。

4.根据权利要求1所述的用于烧结烟气的SCR脱硝反应系统，其特征在于：所述的尿素注入烟道、尿素热解烟道之间通过弯头连接，所述的尿素热解烟道、氨气喷出烟道之间通过弯头连接。

5.根据权利要求1所述的用于烧结烟气的SCR脱硝反应系统，其特征在于：所述的尿素制氨组件还包括喷氨格栅，所述的氨气喷出通道与所述的SCR入口烟道之间通过所述的喷氨格栅相连通。

6.根据权利要求1所述的用于烧结烟气的SCR脱硝反应系统，其特征在于：所述的SCR反应组件设置有多组，每组所述的SCR反应组件上均连接有一组所述的尿素制氨组件。

7.根据权利要求6所述的用于烧结烟气的SCR脱硝反应系统，其特征在于：所述的脱硝反应系统还包括烧结烟气输送总烟道、脱硝烟气输送总烟道，多个所述的SCR入口烟道均连通在一个所述的烧结烟气输送总烟道上，多个所述的SCR出口烟道均连通在一个所述的脱硝烟气输送总烟道上。

8.根据权利要求7所述的用于烧结烟气的SCR脱硝反应系统，其特征在于：所述的烧结烟气输送总烟道位于所述的脱硝烟气输送总烟道的上方，所述的SCR入口烟道位于所述的SCR出口烟道的上方。

9.根据权利要求8所述的用于烧结烟气的SCR脱硝反应系统，其特征在于：所述的热风炉位于所述的SCR出口烟道的下方，所述的氨气喷出烟道位于所述的SCR入口烟道的上方，所述的尿素热解烟道沿上下方向延伸。

10.根据权利要求1所述的用于烧结烟气的SCR脱硝反应系统，其特征在于：所述的氨气喷出烟道内的氨气浓度不大于所述的氨气喷出烟道内的烟、氨混合气的5%。

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