本發(fā)明涉及環(huán)保領(lǐng)域的煙氣脫硝工藝，具體的說是一種偶合利用燒結(jié)煙塵余熱的燒結(jié)煙塵自催化脫硝系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燒結(jié)煙氣是各種粉狀含鐵原料、燃料和熔劑在點火熔化、高溫燒結(jié)成型過程中所產(chǎn)生的含有多種污染成分的氣體。燒結(jié)煙氣具有煙氣量大(4000－6000m3/噸燒結(jié)礦)、溫度變化大(120－200℃)、co濃度高(0.5－2.0％)、so2濃度變化大(1000－3000mg/nm3)、nox濃度低(300－500mg/nm3)、含濕量大(7－12％)和含氧量高(15－18％)等特點。與電廠煙氣相比具有許多自身的特點，其煙氣成分更復(fù)雜，變化波動更大，處理更困難。“十二五”期間，國內(nèi)的燒結(jié)廠基本都實施了燒結(jié)煙氣的脫硫工程。
相比燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)，國內(nèi)外對燒結(jié)煙氣脫硝技術(shù)的研究相對較晚，德國、美國、日本、以色列等國在煙氣脫硫、脫硝技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)上，已成功開發(fā)出了幾種煙氣同時脫硫脫硝技術(shù)，如活性炭吸收同步脫硫脫硝工藝、cuo同時脫硫脫硝工藝、電子束法、絡(luò)合吸收法等。在國內(nèi)較成熟的燒結(jié)煙氣脫硝技術(shù)主要為活性炭/焦吸附法和選擇性催化還原(nh3-scr)法。scr技術(shù)是指在催化劑存在下，向煙氣中噴入nh3，使其選擇性地與nox反應(yīng)生成n2，而不與o2發(fā)生非選擇性氧化，從而達到降低nox還原溫度、提高nox脫除效率的目的。nh3-scr技術(shù)的核心是scr催化劑體系；scr催化劑不同，其還原nox的最佳溫度區(qū)間不同。目前工業(yè)上用于scr脫硝的催化劑(v2o5-wo3(moo3)/tio2)在350－400℃溫度窗口內(nèi)具有優(yōu)異的nox凈化效率，但是存在催化劑成本較高、容易硫化失活等問題。
同時針對燒結(jié)煙氣，進行scr催化還原脫硝，均存在煙氣加溫過程，需要補充額外熱能，額外增加了scr脫硝的運行成本。
羅立新等在研究煙氣中低濃度的氮氧化物在富氧條件下no轉(zhuǎn)化為no2規(guī)律的基拙上,通過對鐵系金屬氧化物混合物催化活性的測試,初步確定了鐵系氧化物對no氧化反應(yīng)具有催化作用，該催化劑中主要成分是鐵和錳，組成比例為10:1，最佳溫度280℃。在此基礎(chǔ)上，利用鐵礦石代替鐵氧化物制作催化劑,也取得了較好的催化效果。這種替代不僅可以降低催化劑成本,而且這些作為催化劑使用的礦石在用過之后處理也會較為容易、方便。這一研究成果對低成本脫硝催化劑的開發(fā)指出了一條新的渠道。因為燒結(jié)礦富含鐵多氧化物，其煙塵中的顆粒物也含有大量鐵系多氧化物，具有脫硝催化作用。同時燒結(jié)系統(tǒng)的風(fēng)箱及主煙道區(qū)域燒結(jié)煙氣溫度在200℃左右，綜合考慮燒結(jié)煙塵的特點，充分利用燒結(jié)煙塵的余熱和煙塵富含鐵系多氧化物的特性，在主煙道區(qū)域進行脫硝，既節(jié)省了脫硝設(shè)備的投資，還節(jié)省脫硝催化劑。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，針對現(xiàn)有燒結(jié)煙氣脫硝系統(tǒng)復(fù)雜、工藝路線長、投資大、運行成本高、廢棄催化劑處理難等問題，提供一種系統(tǒng)簡單、不外購催化劑實現(xiàn)有效脫硝、余熱回收率高、節(jié)能降耗、占地面積小、設(shè)備投資和運行成本低的偶合利用燒結(jié)煙塵余熱的燒結(jié)煙塵自催化脫硝系統(tǒng)。
本發(fā)明系統(tǒng)包括燒結(jié)機，所述燒結(jié)機的臺車下方設(shè)有風(fēng)箱，風(fēng)箱底部的出口連通主煙道，沿臺車行進方向燒結(jié)機依次分為點火段、機頭段、煙氣快速升溫段和機尾段4個區(qū)域，所述點火段位于燒結(jié)機最前端，該區(qū)域占1－2個風(fēng)箱長度；所述機頭段位于點火段之后的燒結(jié)機前半部并延伸至燒結(jié)機中部，該區(qū)域占燒結(jié)機總長度的35－45％；所述煙氣快速升溫段位于燒結(jié)機中部偏機尾方向，該區(qū)域占2－4個風(fēng)箱長度；所述機尾段位于燒結(jié)機的后半部，該區(qū)域占燒結(jié)機總長度的35－45％％，所述主煙道依次經(jīng)脫硝煙氣換熱器殼程或管程、煙氣加熱器與流化床脫硝反應(yīng)器連接；所述機尾段至煙氣快速升溫段區(qū)域下方的風(fēng)箱及煙氣加熱器的煙氣出口管道內(nèi)均裝有液氨噴嘴。
所述燒結(jié)機機尾段和煙氣快速升溫段區(qū)域下方的風(fēng)箱側(cè)壁上沿周向安裝至少一層噴出口傾斜向上的液氨噴嘴。
所述煙氣加熱器的煙氣出口管道上沿周向安裝至少一層液氨噴嘴。
所述流化床脫硝反應(yīng)器的煙氣出口經(jīng)脫硝煙氣除塵器、脫硝煙氣換熱器的管程或殼程連接余熱鍋爐。
所述主煙道底部的主煙道粉料斗出料口連通粉塵氣力輸送管，所述粉塵氣力輸送管出口經(jīng)顆粒物料倉連接所述流化床脫硝反應(yīng)器。
所述余熱鍋爐和靜電/布袋除塵器的煙氣出口經(jīng)氣力輸送風(fēng)機連接粉塵氣力輸送管入口。
所述流化床脫硝反應(yīng)器固相出口與燒結(jié)配料系統(tǒng)連接。
針對背景技術(shù)中的問題，發(fā)明人作出如下改進：燒結(jié)礦中鐵系多氧化物對脫硝有催化作用，如γ-fe2o3對nh3-scr脫硝有較強的活性等，因此可作為脫硝催化劑使用。發(fā)明人基于前述認識，研究發(fā)現(xiàn)，所述機尾段至煙氣快速升溫段區(qū)域下方的風(fēng)箱內(nèi)煙氣溫度較高(滿足脫硝的溫度反應(yīng)條件)，且在風(fēng)箱中的燒結(jié)煙塵含塵濃度也最高(含有大量鐵系氧化物)，燒結(jié)煙塵在風(fēng)箱內(nèi)停留時間也較長，此時向風(fēng)箱中噴入液氨，利用煙塵中的粉塵富含鐵系多氧化物組分具有的脫硝催化作用，且溫度在300℃左右，實現(xiàn)了燒結(jié)煙塵(脫硝溫度窗口)余熱充分利用并同步脫硝的目的。并且由于風(fēng)箱中的燒結(jié)煙塵是煙氣處理的第一步，在此處噴入液氨，即使不能完全消耗，還可以在后續(xù)輸送、換熱、除塵等過程中繼續(xù)發(fā)生脫硝反應(yīng)。另外，為了進一步提高脫硝效率，所述煙氣加熱器的煙氣出口管道上沿周向安裝至少一層液氨噴嘴，通過液氨噴嘴向管道內(nèi)噴入液氨與加熱后的燒結(jié)煙塵混合后進入流化床脫硝反應(yīng)器內(nèi)，然后在床內(nèi)鐵系多氧化物催化作用下發(fā)生脫硝反應(yīng)。
風(fēng)箱內(nèi)的液氨噴嘴噴出口傾斜向上，其目的有三：(1)使液氨與燒結(jié)煙塵逆向接觸，提高了氨氣與燒結(jié)煙塵的混合效果；(2)大部分液氨會噴向臺車底面的篦子上，而該區(qū)域燒結(jié)煙塵含塵濃度高，且溫度正好在scr脫硝溫度窗口，脫硝效果最佳；(3)小部分液氨會穿過篦子間隙進入臺車底部的燒結(jié)礦底料中，直接在底料所含的鐵系氧化物的催化作用下與煙塵中的nox發(fā)生催化還原脫硝反應(yīng)，進一步提高了脫硝效果。因此，優(yōu)選所述液氨噴嘴位于所述風(fēng)箱的上段，所述液氨噴嘴可以設(shè)一層或多層，每層均布多個，以保證氨液與燒結(jié)煙塵均勻混合。
燒結(jié)煙塵在風(fēng)箱及主煙道脫硝反應(yīng)后，溫度會下降，為保證后續(xù)流化床的脫硝效果，將離開主煙道的燒結(jié)煙氣送入煙氣換熱器中與脫硝煙氣除塵器除塵后的煙氣換熱升溫，再進入煙氣加熱器內(nèi)進一步升溫至250－390℃，然后送入流化床脫硝反應(yīng)器中進行脫硝反應(yīng)；所述流化床脫硝反應(yīng)器內(nèi)不使用外購催化劑，而是使用主煙道中沉積下來的顆粒物和隨煙氣帶入的顆粒物作為催化劑，若仍不足還可補入燒結(jié)返礦或熱返礦，顆粒物和熱返礦自身溫度高，能夠為脫硝提供熱能；另一方面固態(tài)粉料含有鐵系多組分氧化物，對脫硝有協(xié)同催化作用，如γ-fe2o3對nh3-scr脫硝有較強的活性等特性，可作為催化劑使用，脫硝效果好。
設(shè)置流化床脫硝反應(yīng)器的作用：一是收集煙塵中的含有鐵系氧化物的顆粒物，起到初步煙塵分離的作用；二是煙塵顆粒物富含鐵系氧化物的催化脫硝，當燒結(jié)煙塵通過流化床時，在此停留時間較長，并在密相顆粒物所含鐵系氧化物的催化作用下發(fā)生高效還原脫硝反應(yīng)；三是還可接收補充的燒結(jié)返礦，并均勻排出恒定溫度的顆粒物和燒結(jié)返礦。
燒結(jié)煙塵流經(jīng)主煙道時，煙塵攜帶的顆粒物會在煙道底部沉積下來，進入主煙道下方設(shè)置主煙道粉料斗內(nèi)，這部分顆粒物經(jīng)粉塵氣力輸送管通過氣力輸送進入顆粒物料倉收集，再送到流化床脫硝反應(yīng)器內(nèi)用作燒結(jié)煙塵還原脫硝的催化劑，既避免了這部分顆粒物外排污染環(huán)境，也充分利用了這部分顆粒所攜帶的熱能，達到節(jié)能降耗、對環(huán)境友好的目的。所述載氣可以為余熱鍋爐脫硝后的煙氣出口或靜電/布袋除塵器出口引出的脫硝后的燒結(jié)煙氣，進一步減少煙氣外排、節(jié)能降耗。
有益效果：
(1)將主煙道收集的燒結(jié)煙塵加熱后補入液氨送入流化床脫硝反應(yīng)器在燒結(jié)返礦及燒結(jié)煙塵顆粒物富含的鐵系多氧化物催化劑的存在下為燒結(jié)煙氣脫硝，一方面充分利用系統(tǒng)余熱，另一方面流化床脫硝反應(yīng)內(nèi)填充的催化劑全部自給自足，無需外購，大大降低了脫硝成本，保證脫硝效率。
(2)所述機尾段至煙氣快速升溫段區(qū)域下方的風(fēng)箱及煙氣加熱器的煙氣出口管道內(nèi)均裝有液氨噴嘴，這兩處煙氣溫度高，補入液氨有利于充分利用煙塵中顆粒物富含的鐵系多氧化物的催化活性及脫硝反應(yīng)的時空，提高脫硝效率。
(3)采用脫硝的煙氣作為氣力輸送的氣源，將主煙道內(nèi)沉積下的顆粒物送入流化床脫硝反應(yīng)器內(nèi)，既利用了顆粒物富含鐵系多氧化物的催化脫硝活性，還減少了該顆粒物的收集時的揚塵，同時還可對氣力輸送氣體進一步脫硝，提高了脫硝效率。
(4)從流化床脫硝反應(yīng)器排出的熱返礦及顆粒物溫度較高，且溫度均勻，配入燒結(jié)料中，可提高入燒結(jié)機的燒結(jié)混合料的溫度，降低燒結(jié)能耗，有效回收熱返礦。
(5)從流化床脫硝反應(yīng)器及脫硝煙氣除塵器排出的返礦及顆粒物堿金屬組分低，回配入燒結(jié)原料中，有效控制了燒結(jié)煙塵中顆粒物回收利用時的堿金屬的循環(huán)富集。
(6)本發(fā)明系統(tǒng)在不外添催化劑的前提下達到有效脫硝的目的，充分利用系統(tǒng)余熱，節(jié)能降耗、減化工藝流程和設(shè)備、占地面積小、設(shè)備投資和運行成本低，脫硝效率可達60％，與傳統(tǒng)scr脫硝工藝相比，降低脫硝成本70％，脫硝設(shè)備投資可降低40％，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。
附圖說明
圖1為本發(fā)明系統(tǒng)圖。
其中，1－燒結(jié)機、1.1－臺車、2－燒結(jié)料層、2.1-底料、3-液氨、4-液氨噴嘴、5－風(fēng)箱、6-風(fēng)箱出口管、7－主煙道、8－脫硝煙氣換熱器、9－顆粒物料倉、10－煙氣加熱器、11－粉塵氣力輸送管、12－主煙道粉料斗、11－脫硝煙氣除塵器、12－余熱鍋爐、13－粉塵氣力輸送風(fēng)機、14－高壓風(fēng)機、15－靜電/布袋除塵器、16-余熱鍋爐、17－脫硝煙氣除塵器、18－流化床脫硝反應(yīng)器、18.1－流化床固相出口。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明系統(tǒng)作進一步解釋說明：
所述燒結(jié)機1的臺車1.1下方設(shè)有風(fēng)箱5，風(fēng)箱5底部的出口連通主煙道7，沿臺車行進方向燒結(jié)機1依次分為點火段、機頭段、煙氣快速升溫段和機尾段4個區(qū)域，所述點火段位于燒結(jié)機1最前端，該區(qū)域占1－2個風(fēng)箱長度；所述機頭段位于點火段之后的燒結(jié)機前半部并延伸至燒結(jié)機中部，該區(qū)域占燒結(jié)機總長度的35－45％；所述煙氣快速升溫段位于燒結(jié)機中部偏機尾方向，該區(qū)域占2－4個風(fēng)箱長度；所述機尾段位于燒結(jié)機的后半部，該區(qū)域占燒結(jié)機總長度的35－45％％，所述主煙道7依次經(jīng)脫硝煙氣換熱器8殼程或管程、煙氣加熱器10與流化床脫硝反應(yīng)器18連接；所述燒結(jié)機機尾段和煙氣快速升溫段區(qū)域下方的風(fēng)箱5側(cè)壁上沿周向安裝至少一層液氨噴嘴3；所述煙氣加熱器10的煙氣出口管道上沿周向也安裝至少一層液氨噴嘴3；所述流化床脫硝反應(yīng)器18的煙氣出口經(jīng)脫硝煙氣除塵器17、煙氣換熱器8的管程或殼程、余熱鍋爐16連接靜電/布袋除塵器15。所述余熱鍋爐16和靜電/布袋除塵器15的煙氣出口經(jīng)粉塵氣力輸送風(fēng)機13連接粉塵氣力輸送管11入口。
所述主煙道7底部設(shè)主煙道粉塵斗12，所述主煙道粉塵斗12底部連通粉塵氣力輸送管11，所述粉塵氣力輸送管11出口經(jīng)顆粒物料倉9連接所述流化床脫硝反應(yīng)器18，所述流化床固相出口管18.1連接燒結(jié)配料系統(tǒng)(圖中未示出)。
所述燒結(jié)機的各段區(qū)域定義如下：
點火段位于燒結(jié)機最前端，該區(qū)域占1－2個風(fēng)箱；機頭段位于點火段之后的燒結(jié)機前半部并延伸至燒結(jié)機中部，該區(qū)域占燒結(jié)機總長度的35－45％；煙氣快速升溫段位于燒結(jié)機中部偏機尾方向，該區(qū)域占2－4個風(fēng)箱；機尾段位于燒結(jié)機的后半部，該區(qū)域占燒結(jié)機總長度的35－45％；機尾段燒結(jié)煙氣溫度＞200℃，nox濃度＜100mg/nm3；煙氣快速升溫段燒結(jié)煙氣溫度80－200℃，nox濃度＞100mg/nm3；機頭段燒結(jié)煙氣溫度＜80℃，nox濃度300mg/nm3以上；點火段燒結(jié)煙氣溫度＜80℃，nox濃度＜100mg/nm3。
工藝過程：
以某鋼廠450m2燒結(jié)機產(chǎn)生的燒結(jié)煙氣處理為例，燒結(jié)煙氣中nox含量為264mg/m3，采用本發(fā)明方法的步驟如下：燒結(jié)煙塵在高壓風(fēng)機14的抽力作用下穿過燒結(jié)料層2、底料2.1、燒結(jié)機臺車1底部篦子、臺車1下方的風(fēng)箱5進入主煙道7；沿燒結(jié)機臺車1行進方向?qū)Y(jié)機1依次分為點火段、機頭段、煙氣快速升溫段和機尾段4個區(qū)域，所述點火段位于燒結(jié)機最前端，該區(qū)域占1－2個風(fēng)箱；所述機頭段位于點火段之后的燒結(jié)機前半部并延伸至燒結(jié)機1中部，該區(qū)域占燒結(jié)機1總長度的35－45％；所述煙氣快速升溫段位于燒結(jié)機1中部偏機尾方向，該區(qū)域占2－4個風(fēng)箱；所述機尾段位于燒結(jié)機1的后半部，該區(qū)域占燒結(jié)機總長度的35－45％，所述燒結(jié)煙塵出主煙道7再依次經(jīng)脫硝煙氣換熱器8的管程或殼程、煙氣加熱器進10升溫到250－390℃后進入流化床脫硝反應(yīng)器18；所述燒結(jié)機1機尾段和煙氣快速升溫段區(qū)域下方的風(fēng)箱5側(cè)壁上沿周向安裝至少一層液氨噴嘴4，通過液氨噴嘴4噴入的液氨3進入風(fēng)箱5內(nèi)汽化成氨氣并與燒結(jié)煙塵混合，在燒結(jié)煙塵中富含鐵系多氧化物的催化作用下與煙氣中的nox發(fā)生脫硝反應(yīng)，優(yōu)選所述風(fēng)箱5內(nèi)的液氨噴嘴4傾斜向上或液氨噴出方向與煙氣流動方向的夾角大于90度，使液氨噴嘴4噴出的液氨3直接噴射到臺車篦子及篦子間隙的底料中；所述煙氣加熱器10的煙氣出口管道上沿周向安裝至少一層液氨噴嘴4，通過液氨噴嘴4向管道內(nèi)噴入液氨與燒結(jié)煙塵混合后進入流化床脫硝反應(yīng)器18內(nèi)，在床內(nèi)顆粒物富含的鐵系多氧化物催化作用下進一步發(fā)生脫硝反應(yīng)。
所述從流化床脫硝反應(yīng)器10引出的脫硝煙氣經(jīng)脫硝煙氣除塵器17除塵后進入脫硝煙氣換熱器8殼程或管程與主煙道7引入的燒結(jié)煙塵間接換熱，再進入余熱鍋16爐進一步回收余熱后送入靜電/布袋除塵器除塵15。
所述燒結(jié)煙塵攜帶出的顆粒物在主煙道7沉積下來，并進入主煙道粉料斗12內(nèi)，所述主煙道粉料斗內(nèi)12的顆粒物通過氣力輸送經(jīng)粉塵氣力輸送管11送入顆粒物料倉收集9，再輸送到流化床脫硝反應(yīng)器18內(nèi)用作燒結(jié)煙塵還原脫硝的催化劑；根據(jù)需要，定期向所述流化床脫硝反應(yīng)器18內(nèi)補充燒結(jié)返礦或熱燒結(jié)返礦，以提高脫硝效率，所述脫硝煙氣換熱器8管道中沉積的粉塵也可送入流化床脫硝反應(yīng)器18內(nèi)，控制所述流化床脫硝反應(yīng)器18的床層阻力控制在2600－3000pa之間，所述流化床脫硝反應(yīng)器10內(nèi)的燒結(jié)返礦及顆粒物通過所述流化床固相出口管18.1均勻排出，所述流化床固相出口管18.1排出的燒結(jié)返礦及顆粒物配入燒結(jié)混合料中；所述氣力輸送的載氣為來自余熱鍋爐16或靜電/布袋除塵器15的脫硝煙氣。
經(jīng)處理后的燒結(jié)煙氣中nox含量可降到130mg/m3以下，脫硝率可達60％。
采用上述脫硝工藝全程不使用外購催化劑，減少脫硝設(shè)備投資，簡化了脫硝工藝，充分利用了工藝過程中的余熱，節(jié)能降耗效果明顯，與傳統(tǒng)scr脫硝工藝相比，降低脫硝成本70％，脫硝設(shè)備投資可降低40％。