CN110013752A - 一种轧钢加热炉烟气脱硝系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轧钢加热炉烟气脱硝系统及工艺，包括依次连接的还原剂储存装置、还原剂配制装置、压缩空气装置、烟气增压装置、汽化装置、喷射装置和控制器，还原剂配制装置包括循环泵、电加热器、计量器、水泵和混合器，还原剂配制装置、压缩空气装置和与加热炉相连的烟气增压装置通过汽化装置与设置于加热炉预热段和加热段连接处的喷射装置相连，还原剂储存装置、还原剂配制装置、汽化装置和喷射装置均与控制器电连接；本发明具有针对常规燃烧加热炉，不添加任何辅助条件，利用了加热炉内部烟气自身的温度迅速热分解NH3，与烟气中NOx反应还原成N2和H2O，不产生任何的二次副产物，占地小，运行成本低，稳定性好，操作简单，安全系数高。
Description
技术领域
本发明属于工业烟气氮氧化物减排(脱硝)技术领域，尤其涉及一种轧钢加热炉烟气脱硝系统及工艺。
背景技术
轧钢加热炉为工业窑炉，其主要作用是通过燃料燃烧产生的热量来加热钢坯，在燃烧过程中产生雾霾的形核剂NOx。目前我国有轧钢加热炉8000余座，平均每座加热炉NOx年排放量大于50t，全国加热炉年NOx排放量超过40万t，而针对轧钢加热炉NOx治理，大都有采用循环烟气低氮燃烧技术，在源头上减少NOx的产生，NOx含量可以降到200mg/Nm3以下，但是国家对于NOx治理标准工业窑炉排放需在150mg/Nm3以下，仍然无法满足超低排放的要求。如若对现有加热炉进行再加工改造，如加装烟气尾部脱硝装置联合配合，运行及一次投资费用高，占地面积大，改造周期长，同时加入催化剂会产生危废，大大加大处理成本。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种轧钢加热炉烟气脱硝系统及工艺，采用SNCR技术降低NOx的排放浓度，尤其针对常规燃烧加热炉，在不添加任何辅助条件的前提下，良好的利用了加热炉内部烟气自身的温度迅速热分解NH3，与烟气中NOx反应还原成N2和H2O，不产生任何的二次副产物，占地小，运行成本低，稳定性好，操作简单，安全系数高。
为了实现上述目的，本发明提供的一种轧钢加热炉烟气脱硝系统及工艺，包括依次连接的还原剂储存装置、还原剂配制装置、压缩空气装置、烟气增压装置、汽化装置、喷射装置和控制器，所述还原剂配制装置包括与还原剂储存装置出口相连的循环泵、电加热器、计量器、水泵和混合器，所述还原剂储存装置依次通过循环泵、电加热器与计量装置形成循环回路，所述混合器进口分别与水泵和计量器相连，所述还原剂配制装置、压缩空气装置和与加热炉相连的烟气增压装置通过汽化装置与周向设置于加热炉预热段和加热段连接处的喷射装置相连，所述装置之间均通过设有控制阀门的管路连接，所述还原剂为氨水或尿素，所述还原剂储存装置、还原剂配制装置、汽化装置、喷射装置和控制阀门均与控制器电连接。
优选地，还包括用于控制水泵压力的压力控制装置；
优选地，所述压缩空气装置为空气压缩机；
优选地，所述烟气增压装置为通过烟气通道与加热炉连接的增压风机；
优选地，所述汽化装置为旋流汽化器；
优选地，一种轧钢加热炉烟气脱硝工艺，按照下述步骤进行操作：
1、将还原剂通过还原剂卸载泵卸入还原剂储存罐；
2、对还原剂的计量输出，在混合器中与水混合稀释后备用；
3、将混合器配制好的还原剂溶液、压缩空气和增压烟气送入汽化装置进行汽化，高温的增压气体将溶液完全汽化，将氨转化为NH3气体；
4、汽化后的气体经加压风送入喷射装置，通过控制器根据NOx的浓度调整喷吹量向加热炉内喷射汽化后气体，使其与烟气充分混合；
5、混合后的烟气由加热炉往烟道方向运动，同时NH3与NOx进行充分的还原反应，生成N2和H2O，生成物随烟气排入大气中；
优选地，所述步骤2中，还原剂为20％氨水或50％尿素。
本发明提供的一种轧钢加热炉烟气脱硝系统及工艺，具有如下有益效果：
通过在加热炉的加热段和预热段之间设置若干还原剂喷入点，首先，加热炉预热段并没有烧嘴，没有燃烧反应，整个区间的温度700℃-1000℃都在SNCR反应区间，有效避免现有技术中存在的温度高，还原剂被氧化成NOx，烟气中的NOx含量不减少反而增加；温度低，反应不充分，造成还原剂流失，对下游设备产生不利的影响甚至造成新的污染的技术问题。其次，在加热段与均热段结合处喷入尿素溶液，尿素溶液在炉内与烟气充分混合并进入烟道，直至到达烟气出口有5s左右的时间供脱硝反应，在到达换热器前尿素与NOx充分反应，混合后具有充分的热交换空间，反应时间充分，保证了NH3与烟气充分混合均匀，极大提高了脱硝效率。
附图说明
图1为本发明提供的一种轧钢加热炉烟气脱硝系统的系统框图。
图2为本发明提供的一种轧钢加热炉烟气脱硝系统的加热炉及喷射装置的结构示意图。
图3为SNCR系统不同温度对脱硝效率实验结果曲线图。
图中：
1.加热炉 101.加热段 102.预热段 103.烟道 2.汽化装置 3.混合器 4.计量装置 5.水泵 51.压力控制装置 6.电加热器 7.循环泵 8.还原剂储存装置 9.尿素卸载泵10.喷射装置 11.压缩空气装置 12.烟气增压装置 121.烟气通道。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明，以助于理解本发明的内容。
如图1-3所示，为本发明提供的一种轧钢加热炉烟气脱硝系统，包括依次连接的还原剂储存装置9、还原剂配制装置、压缩空气装置11、烟气增压装置12、汽化装置2、喷射装置10和控制器，还原剂储存装置9为还原剂储存罐，压缩空气装置11为空气压缩机，烟气增压装置12为通过烟气通道121与加热炉1连接的增压风机，汽化装置2为旋流汽化器；还原剂配制装置包括与还原剂储存装置8出口相连的循环泵7、电加热器6、计量装置4、水泵5和混合器3，还原剂储存装置8依次通过循环泵7、电加热器6与计量装置4形成循环回路，水泵5通过设有控制阀门的管路与控制其压力的压力控制装置相连接；混合器3进口分别与水泵5和计量装置4相连，在混合器3内设有液位计、温度计和压力传感器等检测设备，根据需求喷射还原剂浓度进行配制并实时对混合器内的数据进行监控；还原剂配制装置、压缩空气装置和与加热炉1相连的烟气增压装置12通过汽化装置2与周向设置于加热炉1预热段102和加热段101连接处的喷射装置10相连，前述装置之间均通过设有控制阀门的管路连接，还原剂为氨水或尿素，还原剂储存装置8、还原剂配制装置、汽化装置2、喷射装置10和控制阀门均与控制器电连接。
一种轧钢加热炉烟气脱硝工艺，按照下述步骤进行操作：
1、将还原剂通过还原剂卸载泵9卸入还原剂储存罐8；
2、将还原剂存储罐8的20％氨水或50％尿素的还原剂通过循环泵7、电加热器6输送至量装置4计量输出，与水泵5输出的水在混合器3中混合稀释成还原剂为10％氨水或10％尿素溶液，计量装置4多余部分还原剂通过管路输送回还原剂储存罐8；
3、将配制后的还原剂、压缩空气和增压烟气送入汽化装置2进行汽化，高温的增压气体将溶液完全汽化，将氨转化为NH3气体；
4、汽化后的气体经加压风送入喷射装置10，通过控制器根据NOx的浓度调整喷吹量向加热炉1内喷射汽化后气体，使其与烟气充分混合；
5、混合后的烟气由加热炉1往烟道103方向运动，同时NH3与NOx进行充分的还原反应，生成N2和H2O，生成物随烟气排入大气中。
如图3所示，加热炉预热段与加热段的炉膛温度700～1000℃，在无催化剂作用下，NH3或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的NOx，基本上不与烟气中的O2作用，主要反应如下：
氨为还原剂时：
4NH3+6NO→5N2+6H2O
当温度更高时则可发生正面的竞争反应：
4NH3+5O2→4NO+6H2O
此时会出现脱硝不完全的现象。
尿素(NH2CONH2)作还原剂时：
(NH2)2CO→2NH2+2CO
NH2+2NO→N2+H2O
CO+NO→N2+CO2
故本发明通过改进影响选择性非催化还原法(SNCR)的NOx还原率的因素：还原剂喷入点的选择和停留时间，使得NH3与NOx充分混合反应将NOx还原成为N2和H2O，极大程度延长反应时间(超过5秒以上)，大大提高了脱硝效率。其中，还原剂喷入点的选择是将喷射装置设置于在预热段和加热段连接段(温度为700℃-1000℃之间)的上加热和下加热，保证使还原剂进入炉膛内适宜反应的温度区。温度高，还原剂被氧化成NOx，烟气中的NOx含量不减少反而增加；温度低，反应不充分，造成还原剂流失，对下游设备产生不利的影响甚至造成新的污染。同时，通过喷射装置在预热段和加热段连接段均匀喷入呈汽化的还原剂溶液，呈汽化状态的还原剂溶液在炉内与烟气充分混合并进入烟道，在到达换热器前还原剂与NOx充分反应，极大程度延长反应时间(超过5秒以上)，大大提高了脱硝效率。利用加热炉内烟气的温度和停留时间，使得NH3与NOx充分混合反应将NOx还原成为N2和H2O。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种轧钢加热炉烟气脱硝系统，其特征在于，包括依次连接的还原剂储存装置、还原剂配制装置、压缩空气装置、烟气增压装置、汽化装置、喷射装置和控制器，所述还原剂配制装置包括与还原剂储存装置出口相连的循环泵、电加热器、计量器、水泵和混合器，所述还原剂储存装置依次通过循环泵、电加热器与计量装置形成循环回路，所述混合器进口分别与水泵和计量器相连，所述还原剂配制装置、压缩空气装置和与加热炉相连的烟气增压装置通过汽化装置与周向设置于加热炉预热段和加热段连接处的喷射装置相连，所述装置之间均通过设有控制阀门的管路连接，所述还原剂为氨水或尿素，所述还原剂储存装置、还原剂配制装置、汽化装置、喷射装置和控制阀门均与控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的一种轧钢加热炉烟气脱硝系统，其特征在于，还包括用于控制水泵压力的压力控制装置。
3.根据权利要求1所述的一种轧钢加热炉烟气脱硝系统，其特征在于，所述压缩空气装置为空气压缩机。
4.根据权利要求1所述的一种轧钢加热炉烟气脱硝系统，其特征在于，所述烟气增压装置为通过烟气通道与加热炉连接的增压风机。
5.根据权利要求1所述的一种轧钢加热炉烟气脱硝系统，其特征在于，所述汽化装置为旋流汽化器。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种轧钢加热炉烟气脱硝工艺，其特征在于，按照下述步骤进行操作：
1、将还原剂通过还原剂卸载泵卸入还原剂储存罐；
2、对还原剂的计量输出，在混合器中与水混合稀释后备用；
3、将混合器配制好的还原剂溶液、压缩空气和增压烟气送入汽化装置进行汽化，高温的增压气体将溶液完全汽化，将氨转化为NH3气体；
4、汽化后的气体经加压风送入喷射装置，通过控制器根据NOx的浓度调整喷吹量向加热炉内喷射汽化后气体，使其与烟气充分混合；
5、混合后的烟气由加热炉往烟道方向运动，同时NH3与NOx进行充分的还原反应，生成N2和H2O，生成物随烟气排入大气中。
7.根据权利要求6所述的一种轧钢加热炉烟气脱硝工艺，其特征在于，所述步骤2中，还原剂为20％氨水或50％尿素。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190716 |
|
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