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CN108744918A - 利用荒煤气余热实现焦炉烟气高效脱硝的系统及工艺 - Google Patents

利用荒煤气余热实现焦炉烟气高效脱硝的系统及工艺 Download PDF

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CN108744918A CN201810610908.2A CN201810610908A CN108744918A CN 108744918 A CN108744918 A CN 108744918A CN 201810610908 A CN201810610908 A CN 201810610908A CN 108744918 A CN108744918 A CN 108744918A
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徐伟
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庞克亮
朱庆庙
胡绍伟
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Abstract

本发明涉及一种利用荒煤气余热实现焦炉烟气高效脱硝的系统及工艺，烟气引风机的烟气入口通过烟气主管道连接焦炉烟道，烟气引风机的烟气出口连接气‑气换热器的第一换热介质入口，气‑气换热器的第一换热介质出口通过管道依次连接硝反应吸收塔、换热器、脱硫装置及烟囱；换热器另外连接余热锅炉；气‑气换热器的第二换热介质入口连接各个焦炉荒煤气上升管，气‑气换热器的第二换热介质出口连接荒煤气后续处理系统。本发明将荒煤气余热直接与焦炉烟气进行热交换，使换热升温后的焦炉烟气能够采用中高温脱硝催化剂进行脱硝处理，在保证脱硝效率及烟气达标排放的同时，大大减少了焦炉烟气脱硝的运行成本。

Description

利用荒煤气余热实现焦炉烟气高效脱硝的系统及工艺
技术领域
本发明涉及工业烟气脱硫脱硝及环境保护技术领域，尤其涉及一种利用荒煤气余热实现焦炉烟气高效脱硝的系统及工艺。
背景技术
随着国家对环境保护工作的日益重视，环保部规定自2015年1月1日起焦炉烟气排放的氮氧化物不超过500mg/m3，二氧化硫不超过50mg/m3，对于特别限制地区，氮氧化物排放不超过150mg/m3，二氧化硫不超过30mg/m3。
目前国内钢铁企业在用的焦炉均采用高炉煤气或者混合煤气做燃料，如果炉况较好加上精细操作管理，焦炉烟气排放的氮氧化物及二氧化硫量能够达到上述指标要求。而对于独立的焦化厂，由于只能使用焦炉煤气做燃料，焦炉烟气中氮氧化物浓度一般在500～1800mg/m3，二氧化硫也普遍超标；为了达到环保要求，需要采用脱硫脱硝工艺对焦炉烟气进行净化处理，对于特别限制地区，任何焦炉都必须增加脱硫脱硝设备。
目前，SCR脱硝工艺应用最广，脱硝催化剂是SCR脱硝工艺的关键，中低温脱硝催化剂催化性能不稳定，而且抗毒性差，因此脱硝效果不佳。而使用温度范围在280～380℃的中高温脱硝催化剂具有使用稳定性佳、脱硝效率高、催化剂使用寿命长的优点，因此在SCR脱硝工艺中，中高温脱硝催化剂是首选的脱硝催化剂。
申请公布号为CN104923046A的中国专利，公开了“一种焦炉烟气脱硫、脱硝及余热回收一体化方法”，其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。该技术方案为了使用性能最稳定的中高温催化剂，采用加热炉将烟气加热至300～400℃，该过程需要消耗大量的能源，增加运行成本，后期的余热回收装置也只能少量的减少运行成本。
申请公布号为CN106381155A的中国专利公开了一种“焦炉上升管余热利用系统”，包括汽水循环回路、排污装置、除氧装置以及补水装置；其中，汽水循环回路包括若干上升管换热器组，上升管换热器组包括若干上升管换热装置，各上升管换热装置的入水口与分配联箱联通，各上升管换热装置的汽水混合物出口与汇集联箱联通，分配联箱与汽包的下部连通，汇集联箱与汽包的上部连通，除氧装置的蒸汽入口与汽包的上部连通，除氧装置的蒸汽入口与箱包的上部连通，除氧装置的除氧水箱与汽包的下部连通，补水装置包括与车间工业水管连通的软水处理设备和与软水处理设备连通的软水箱，软水箱与除氧水的补水入口连通。该发明采用常见的余热回收利用系统，将热量变成蒸汽汇集到汽包然后用于发电等用途。该技术方案对上升管的质量以及热交换时的控制有严格的要求，否则容易产生漏水、结石墨等荒煤气余热回收常见的问题，对焦炉寿命不利。
综上所述，现有焦炉烟气脱硝工艺采用中低温脱硝催化剂时，均需要将烟气升温，一般常见的做法是用加热炉将气体升温，后期虽然有余热回收装置，但是也存在巨大的能源浪费。而焦炉荒煤气的余热一般都是经过多次能量交换，浪费能量。
发明内容
本发明提供了一种利用荒煤气余热实现焦炉烟气高效脱硝的系统及工艺，将荒煤气余热直接与焦炉烟气进行热交换，使换热升温后的焦炉烟气能够采用中高温脱硝催化剂进行脱硝处理，在保证脱硝效率及烟气达标排放的同时，大大减少了焦炉烟气脱硝的运行成本。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
利用荒煤气余热实现焦炉烟气高效脱硝的系统，包括烟气引风机、气-气换热器、脱硝反应吸收塔、换热器、余热锅炉、脱硫装置及烟囱，所述烟气引风机的烟气入口通过烟气主管道连接焦炉烟道，烟气引风机的烟气出口连接气-气换热器的第一换热介质入口，气-气换热器的第一换热介质出口通过管道依次连接硝反应吸收塔、换热器、脱硫装置及烟囱；换热器另外连接余热锅炉；气-气换热器的第二换热介质入口连接各个焦炉荒煤气上升管，气-气换热器的第二换热介质出口连接荒煤气后续处理系统；烟气引风机上游的焦炉烟道通过烟气旁路管道连接换热器上游的管道，烟气主管道与烟气旁路管道之间设烟气切换阀门，烟气旁路管道上设旁路引风机。
利用荒煤气余热实现焦炉烟气高效脱硝的工艺，包括如下步骤：
1)部分或全部的焦炉烟气在烟气引风机的作用下经过烟气切换阀门进入气-气换热器与荒煤气上升管中的荒煤气进行热交换，经换热后，荒煤气的温度由700～850℃降低到450～500℃，焦炉烟气被加热到300～350℃；
2)换热升温后的焦炉烟气进入脱硝反应吸收塔进行脱硝，脱硝反应吸收塔中采用中高温催化剂，脱硝后的焦炉烟气进入换热器进行换热，由余热锅炉进行余热回收，将脱硝后的焦炉烟气换热降温到90～120℃；
3)换热降温后的焦炉烟气进入脱硫装置，采用干法或半干法脱硫工艺进行脱硫，脱硫后的焦炉烟气通过烟囱排放大气中；
4)在系统出现故障或者气-气换热器需要检修时，关闭烟气切换阀门，将焦炉烟气在旁路引风机的作用下通过烟气旁路烟道引到换热器内，换热后的焦炉烟气经脱硫装置脱硫后通过烟囱排放。
焦炉烟气经本工艺处理后，脱硝效率在95％以上，氮氧化物排放量小于150mg/m3，二氧化硫排放量小于30mg/m3。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)将荒煤气余热直接与焦炉烟气进行热交换，使换热升温后的焦炉烟气能够采用中高温脱硝催化剂进行脱硝处理，保证脱硝效率及烟气达标排放；
2)避免了现有技术中采用加热炉加热焦炉烟气的做法，大大减少了焦炉烟气脱硝的运行成本。
附图说明
图1是本发明所述利用荒煤气余热实现焦炉烟气高效脱硝的系统的结构示意图。
图中：1.烟气切换阀门 2.烟气引风机 3.荒煤气上升管 4.气-气换热器 5.脱硝反应吸收塔 6.换热器 7.余热锅炉 8.脱硫装置 9.旁路引风机 10.烟囱
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，本发明所述利用荒煤气余热实现焦炉烟气高效脱硝的系统，包括烟气引风机2、气-气换热器4、脱硝反应吸收塔5、换热器6、余热锅炉7、脱硫装置8及烟囱10，所述烟气引风机2的烟气入口通过烟气主管道连接焦炉烟道，烟气引风机2的烟气出口连接气-气换热器4的第一换热介质入口，气-气换热器4的第一换热介质出口通过管道依次连接硝反应吸收塔5、换热器6、脱硫装置8及烟囱10；换热器6另外连接余热锅炉7；气-气换热器4的第二换热介质入口连接各个焦炉荒煤气上升管3，气-气换热器4的第二换热介质出口连接荒煤气后续处理系统；烟气引风机2上游的焦炉烟道通过烟气旁路管道连接换热器6上游的管道，烟气主管道与烟气旁路管道之间设烟气切换阀门1，烟气旁路管道上设旁路引风机9。
利用荒煤气余热实现焦炉烟气高效脱硝的工艺，包括如下步骤：
1)部分或全部的焦炉烟气在烟气引风机2的作用下经过烟气切换阀门1进入气-气换热器4与荒煤气上升管3中的荒煤气进行热交换，经换热后，荒煤气的温度由700～850℃降低到450～500℃，焦炉烟气被加热到300～350℃；
2)换热升温后的焦炉烟气进入脱硝反应吸收塔5进行脱硝，脱硝反应吸收塔5中采用中高温催化剂，脱硝后的焦炉烟气进入换热器6进行换热，由余热锅炉7进行余热回收，将脱硝后的焦炉烟气换热降温到90～120℃；
3)换热降温后的焦炉烟气进入脱硫装置8，采用干法或半干法脱硫工艺进行脱硫，脱硫后的焦炉烟气通过烟囱10排放大气中；
4)在系统出现故障或者气-气换热器需要检修时，关闭烟气切换阀门1，将焦炉烟气在旁路引风机9的作用下通过烟气旁路烟道引到换热器6内，换热后的焦炉烟气经脱硫装置8脱硫后通过烟囱10排放。
焦炉烟气经本工艺处理后，脱硝效率在95％以上，氮氧化物排放量小于150mg/m3，二氧化硫排放量小于30mg/m3。
从焦炉烟道内引出的焦炉烟气温度一般在180～250℃，氮氧化物浓度400～1500mg/m3，二氧化硫浓度40～400mg/m3。一座焦炉产生的荒煤气的气量约2-4万m3/h，温度为700～850℃；本发明中，经气-气换热器4，焦炉烟气与荒煤气上升管3中的荒煤气换热以后荒煤气温度降为450～500℃，焦炉烟气的温度升高到300～350℃；按50％～100％的焦炉烟气进入脱硝系统，剩余焦炉烟气从烟气旁路引出，本发明的脱硝效率在95％以上，氮氧化物排放浓度小于150mg/m3，脱硝后的焦炉烟气进入换热器6进行换热，将脱硝后的焦炉烟气换热到90～120℃，这些热量传递给余热锅炉7进行余热回收，然后采用半干法脱硫工艺对烟气进行脱硫，二氧化硫排放小于30mg/m3。
本发明中，所述脱硝反应吸收塔5、余热锅炉7、脱硫装置8均采用现有常规设备。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例1】
本实施例中，两座6米焦炉共用一个烟囱10，焦炉烟气量在21万m3/h，烟气温度在250℃，氮氧化物浓度为600mg/m3，二氧化硫浓度在80mg/m3。产生的荒煤气量为5.5万m3/h，温度为750℃，换热以后荒煤气温度降为470℃，升温后的焦炉烟气温度为320℃，全部有焦炉烟气进入脱硝反应吸收塔5，采用中高温脱硝催化剂，脱硝效率在95％，氮氧化物排放浓度在30mg/m3，脱硝后的焦炉烟气进入换热器6进行换热，将脱硝后的焦炉烟气换热到90℃，这些热量传递给余热锅炉7进行余热回收，然后采用半干法脱硫工艺对烟气进行脱硫，脱硫效率60％以上即可达到二氧化硫排放小于30mg/m3。
【实施例2】
本实施例中，一座6米焦炉的焦炉烟气量在11万m3/h，烟气温度在230℃，氮氧化物浓度为600mg/m3，二氧化硫浓度在80mg/m3。产生的荒煤气量为2.3万m3/h，温度为810℃，换热以后荒煤气温度降为490℃，升温后的焦炉烟气温度为325℃，80％的焦炉烟气进入脱硝反应吸收塔5，采用中高温脱硝催化剂，脱硝效率在95％，氮氧化物排放浓度为144mg/m3；脱硝后的焦炉烟气进入换热器6进行换热，将脱硝后的焦炉烟气换热到100℃，这些热量传递给余热锅炉7进行余热回收，然后采用半干法脱硫工艺对烟气进行脱硫，脱硫效率60％以上即可达到二氧化硫排放小于30mg/m3。
【实施例3】
本实施例中，两座6米焦炉共用一个烟囱10，焦炉烟气量在21万m3/h，采用焦炉煤气加热，烟气温度在250℃，氮氧化物浓度为1400mg/m3，二氧化硫浓度在300mg/m3。产生的荒煤气量为5.5万m3/h，温度为810℃，换热以后荒煤气温度降为500℃，升温后的焦炉烟气温度为330℃，全部的焦炉烟气进入脱硝反应吸收塔5，采用中高温脱硝催化剂，脱硝效率为95％，氮氧化物排放浓度在70mg/m3；脱硝后的焦炉烟气进入换热器6进行换热，将脱硝后的焦炉烟气换热到120℃，这些热量传递给余热锅炉7进行余热回收，然后采用半干法脱硫工艺对烟气进行脱硫，脱硫效率85％以上即可达到二氧化硫排放小于30mg/m3。
【实施例4】
本实施例中，两座7米焦炉共用一个烟囱10，焦炉烟气量在28万m3/h，采用焦炉煤气加热，烟气温度在250℃，氮氧化物浓度为1400mg/m3，二氧化硫浓度在300mg/m3。产生的荒煤气量为8万m3/h，温度为820℃，换热以后荒煤气温度降为500℃，升温后的焦炉烟气温度为330℃，全部的焦炉烟气进入脱硝反应吸收塔5，采用中高温脱硝催化剂，脱硝效率在95％，氮氧化物排放浓度在70mg/m3；脱硝后的焦炉烟气进入换热器6进行换热，将脱硝后的焦炉烟气换热到110℃，这些热量传递给余热锅炉7进行余热回收，然后采用半干法脱硫工艺对烟气进行脱硫，脱硫效率85％以上即可达到二氧化硫排放小于30mg/m3。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.利用荒煤气余热实现焦炉烟气高效脱硝的系统，其特征在于，包括烟气引风机、气-气换热器、脱硝反应吸收塔、换热器、余热锅炉、脱硫装置及烟囱，所述烟气引风机的烟气入口通过烟气主管道连接焦炉烟道，烟气引风机的烟气出口连接气-气换热器的第一换热介质入口，气-气换热器的第一换热介质出口通过管道依次连接硝反应吸收塔、换热器、脱硫装置及烟囱；换热器另外连接余热锅炉；气-气换热器的第二换热介质入口连接各个焦炉荒煤气上升管，气-气换热器的第二换热介质出口连接荒煤气后续处理系统；烟气引风机上游的焦炉烟道通过烟气旁路管道连接换热器上游的管道，烟气主管道与烟气分支管路之间设烟气切换阀门，烟气旁路管道上设旁路引风机。
2.利用荒煤气余热实现焦炉烟气高效脱硝的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)部分或全部的焦炉烟气在烟气引风机的作用下经过烟气切换阀门进入气-气换热器与荒煤气上升管中的荒煤气进行热交换，经换热后，荒煤气的温度由700～850℃降低到450～500℃，焦炉烟气被加热到300～350℃；
2)换热升温后的焦炉烟气进入脱硝反应吸收塔进行脱硝，脱硝反应吸收塔中采用中高温催化剂，脱硝后的焦炉烟气进入换热器进行换热，由余热锅炉进行余热回收，将脱硝后的焦炉烟气换热降温到90～120℃；
3)换热降温后的焦炉烟气进入脱硫装置，采用干法或半干法脱硫工艺进行脱硫，脱硫后的焦炉烟气通过烟囱排放大气中；
4)在系统出现故障或者气-气换热器需要检修时，关闭烟气切换阀门，将焦炉烟气在旁路引风机的作用下通过烟气旁路烟道引到换热器内，换热后的焦炉烟气经脱硫装置脱硫后通过烟囱排放。
3.如权利要求2所述的利用荒煤气余热实现焦炉烟气高效脱硝的工艺，其特征在于，焦炉烟气经本工艺处理后，脱硝效率在95％以上，氮氧化物排放量小于150mg/m3，二氧化硫排放量小于30mg/m3。
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