CN113324405A - 一种烟气脱硝的轧钢加热炉和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明特别涉及一种烟气脱硝的轧钢加热炉和方法，属于烟气脱硝技术领域，加热炉包括：加热炉炉体，加热炉炉体包括沿烟气流动方向依次包括热回收段、预热段、第一加热段、第二加热段和均热段；热回收段靠近预热段一端设有脱硝反应区；还原剂喷射系统，还原剂喷射系统包括坯下喷枪组和一对炉顶喷枪组；坯下喷枪组包括至少一对长枪和至少一对短枪，一对长枪和一对短枪分别安装于脱硝反应区的两炉侧壁；炉顶喷枪组包括若干炉顶喷枪，若干炉顶喷枪呈直线型分布的安装于脱硝反应区的炉顶，一对炉顶喷枪组相互对称呈V型分布；采用本发明提供的加热炉，氮氧化物排放量均值由300mg/m3降低至80mg/m3，脱硝率达到70％以上。
Description
技术领域
本发明属于烟气脱硝技术领域，特别涉及一种烟气脱硝的轧钢加热炉和方法。
背景技术
氮氧化物(NOx)目前已经成为造成大气污染中的主要的污染物之一，其主要成分包括NO、N2O、NO3、N2O3、N2O4和N2O5等，氮氧化物在大气中不断演变会形成硝酸和含有硝酸盐的颗粒物，是形成酸雨的主要污染物之一。加热炉烟气中的氮氧化物是热轧厂重点污染源，随着烟气超低排放标准的实施，氮氧化物排放限值由300mg/Nm3降低至150mg/Nm3，目前大多数钢厂的轧钢加热炉燃烧器的NOx初始设计值一般在200mg/Nm3～400mg/Nm3，不能满足超低排放标准要求，企业面临限产风险。目前加热炉降低氮排放的技术途径主要有三种，一是：利用低氮氧化物燃烧器，通过改善空气和燃气的混合燃烧条件，来降低氮氧化物的生成；二是利用脱硝设施，通过化学反应消除氮氧化物；三是富氧技术，降低助燃气体中的氮气比例。这些技术的实施过程中，最经济且效果最显著的是新增脱硝装置。
主流烟气脱硝工艺主要有SNCR和SCR两种，部分加热炉已逐步开始应用SCR工艺，但由于该工艺需增设强制排烟装置、催化剂等附属设备，投资巨大且需要不断维持催化剂消耗和设备电耗。SNCR工艺投资少，设备结构简单，但申请人在发明过程中发现：SNCR工艺在轧钢加热炉应用极少，主要原因为轧钢加热炉炉内温度变化频繁、炉膛较宽，无法保证稳定的反应温度和烟气与脱硝剂的充分混合，脱硝率一般在50％以下。
中国发明专利申请2019103070189.9一种轧钢加热炉烟气脱硝系统及工艺，将SNCR脱硝工艺简单地运用在轧钢加热炉，通过在侧墙布置喷枪无法保证还原剂与炉内烟气100％混合，虽然有一定脱硝效果，但效率极不稳定，难以完全满足超低排放标准要求。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的烟气脱硝的轧钢加热炉和方法。
本发明实施例提供了一种烟气脱硝的轧钢加热炉，所述加热炉包括：
加热炉炉体，所述加热炉炉体包括沿烟气流动方向依次包括热回收段、预热段、第一加热段、第二加热段和均热段；所述热回收段靠近所述预热段一端设有脱硝反应区；
还原剂喷射系统，用以向所述脱硝反应区喷射还原剂，所述还原剂喷射系统包括坯下喷枪组和一对炉顶喷枪组；所述坯下喷枪组用以向所述脱硝反应区内的板坯下部喷射还原剂，所述坯下喷枪组包括至少一对长枪和至少一对短枪，一对所述长枪分别安装于所述脱硝反应区的两炉侧壁，所述长枪的喷嘴到所述炉侧壁的距离a＝1/8c～3/8c，其中，c为所述加热炉炉体的宽度，一对所述短枪分别安装于所述脱硝反应区的两炉侧壁，所述短枪的喷嘴到所述炉侧壁的距离b＝30mm～80mm；所述炉顶喷枪组用以向所述脱硝反应区内的板坯上部喷射还原剂，所述炉顶喷枪组包括若干炉顶喷枪，若干所述炉顶喷枪呈直线型分布的安装于所述脱硝反应区的炉顶，一对所述炉顶喷枪组相互对称呈V型分布，一对所述炉顶喷枪组的轴线与所述加热炉炉体的中心轴线位于同一竖直平面。
可选的，以烟气的流动方向计，所述炉顶喷枪组的相邻两炉顶喷枪的距离d＝0.1m～0.3m。
可选的，以垂直于烟气的流动方向计，所述炉顶喷枪组的相邻两炉顶喷枪的距离d＝1m～1.4m。
可选的，所述炉顶喷枪的喷射角度为30°～45°，所述炉顶喷枪的喷射长度0.5m～1m。
可选的，所述炉顶喷枪组包括2-5个炉顶喷枪。
可选的，所述长枪和所述短枪的喷射长度2.5m～3m。
可选的，以烟气的流动方向计，所述炉顶喷枪组的头部平面设有第一温度传感器，所述炉顶喷枪组的尾部平面设有第二温度传感器。
可选的，所述长枪外套设有冷风套管，所述冷风套管和所述长枪间设有夹层，所述夹层连接冷却系统。
可选的，所述长枪通过支撑墙架设于所述脱硝反应区内。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种烟气脱硝的方法，其特征在于，所述方法包括：采用如上所述的烟气脱硝的轧钢加热炉进行SNCR脱硝，调节预热段温度以使所述脱硝反应区的温度为850℃～1050℃。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的烟气脱硝的轧钢加热炉，所述加热炉包括：加热炉炉体，所述加热炉炉体包括沿烟气流动方向依次包括热回收段、预热段、第一加热段、第二加热段和均热段；所述热回收段靠近所述预热段一端设有脱硝反应区；还原剂喷射系统，用以向所述脱硝反应区喷射还原剂，所述还原剂喷射系统包括坯下喷枪组和一对炉顶喷枪组；所述坯下喷枪组用以向所述脱硝反应区内的板坯下部喷射还原剂，所述坯下喷枪组包括至少一对长枪和至少一对短枪，一对所述长枪分别安装于所述脱硝反应区的两炉侧壁，所述长枪的喷嘴到所述炉侧壁的距离a＝1/8c～3/8c，其中，c为所述加热炉炉体的宽度，一对所述短枪分别安装于所述脱硝反应区的两炉侧壁，所述短枪的喷嘴到所述炉侧壁的距离b＝30mm～80mm；所述炉顶喷枪组用以向所述脱硝反应区内的板坯上部喷射还原剂，所述炉顶喷枪组包括若干炉顶喷枪，若干所述炉顶喷枪呈直线型分布的安装于所述脱硝反应区的炉顶，一对所述炉顶喷枪组相互对称呈V型分布，一对所述炉顶喷枪组的轴线与所述加热炉炉体的中心轴线位于同一竖直平面；采用本发明提供的加热炉，氮氧化物排放量均值由300mg/m3降低至80mg/m3，脱硝率达到70％以上。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的加热炉炉体结构示意图；
图2是本发明实施例提供的喷枪布置示意图一；
图3是本发明实施例提供的喷枪布置示意图二；
附图标记：1-加热炉炉体，11-热回收段，12-预热段，13-第一加热段，14-第二加热段，15-均热段，21-坯下喷枪组，211-长枪，211a-冷风套管，212-短枪，22-炉顶喷枪组，31-第一温度传感器，32-第二温度传感器。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
申请人在发明过程中发现：SNCR脱硝工艺在加热炉难度较大，一方面由于轧钢加热炉炉膛宽度达到11m，且被板坯分割为上、下两层，还原剂与烟气充分混合难度较大；另一方面SNCR工艺还原剂与氮氧化物反应的温度区间在850～1050℃，窗口较窄。这样就造成脱硝效率偏低，难以达到预期效果。
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种烟气脱硝的轧钢加热炉，所述加热炉包括：
加热炉炉体，所述加热炉炉体包括沿烟气流动方向依次包括热回收段、预热段、第一加热段、第二加热段和均热段；所述热回收段靠近所述预热段一端设有脱硝反应区；
还原剂喷射系统，用以向所述脱硝反应区喷射还原剂，所述还原剂喷射系统包括坯下喷枪组和一对炉顶喷枪组；所述坯下喷枪组用以向所述脱硝反应区内的板坯下部喷射还原剂，所述坯下喷枪组包括至少一对长枪和至少一对短枪，一对所述长枪分别安装于所述脱硝反应区的两炉侧壁，所述长枪的喷嘴到所述炉侧壁的距离a＝1/8c～3/8c，其中，c为所述加热炉炉体的宽度，一对所述短枪分别安装于所述脱硝反应区的两炉侧壁，所述短枪的喷嘴到所述炉侧壁的距离b＝30mm～80mm；所述炉顶喷枪组用以向所述脱硝反应区内的板坯上部喷射还原剂，所述炉顶喷枪组包括若干炉顶喷枪，若干所述炉顶喷枪呈直线型分布的安装于所述脱硝反应区的炉顶，一对所述炉顶喷枪组相互对称呈V型分布，一对所述炉顶喷枪组的轴线与所述加热炉炉体的中心轴线位于同一竖直平面。
采用以上设计，包括还原剂喷射系统包括坯下喷枪组和一对炉顶喷枪组，能够解决炉膛被板坯分为上下两部分，难以实现烟气和还原剂充分混合的问题，同时，呈V型分布的一对所述炉顶喷枪组能够适应炉内烟气流场分布，即炉膛中部烟气流速快，向两侧逐步降低，更好的实现还原剂和烟气充分混合；而坯下喷枪组包括至少一对长枪和至少一对短枪，能够解决板坯加热炉膛宽度较宽的问题，由于目前的于轧钢加热炉炉膛的宽度大多在10m到12m，本实施例提供的坯下喷枪组包括至少一对长枪和至少一对短枪，而当采用的轧钢加热炉炉膛的宽度不在本实施提供的范围内时，本领域技术人员可以根据轧钢加热炉炉膛的宽度作出适应性调整，如当轧钢加热炉炉膛的宽度大于12米时，可适当增设枪组，总而言之，要实现板坯下部均匀的分布有还原剂的喷射点。
作为一种可选的实施方式，以烟气的流动方向计，所述炉顶喷枪组的相邻两炉顶喷枪的距离d＝0.1m～0.3m。
烟气在同一截面流速不同，因此温度也会存在差异，靠近炉膛中心线区域的烟气温度偏高，两侧温度偏低，0.1m～0.3m的差距，能满足炉顶中心部位的喷枪和两侧部位的喷枪同时处于追加反应温度区间内，该距离取值过大和过小的不利影响是脱离了脱硝反应最佳温度区间。
作为一种可选的实施方式，以垂直于烟气的流动方向计，所述炉顶喷枪组的相邻两炉顶喷枪的距离d＝1m～1.4m。
一般而言，轧钢加热炉炉膛的宽度在10m到12m，实际使用时，通常一对炉顶喷枪组共包含8个炉顶喷枪，即一组炉顶喷枪组包括4个炉顶喷枪，8个炉顶喷枪均匀的沿轧钢加热炉炉膛的宽度方向分布，当采用的轧钢加热炉炉膛的宽度不在本实施例提供的范围内时，可根据实际情况适当的增加或减少炉顶喷枪的数量，具体而言，一组炉顶喷枪组包括2-5个炉顶喷枪，能够适应大多数的轧钢加热炉炉膛，以轧钢加热炉炉膛的宽度方向计，相邻两炉顶喷枪的距离d＝1m～1.4m，该距离取值过大的不利影响是，每两支喷枪喷射的氨水无法有效重合，部分烟气未能与氨水反应；过小的不利影响是两支喷枪喷出的氨水重合，造成同一截面氨水浓度波动大，均布氨水过量或不足，影响脱硝率。
作为一种可选的实施方式，炉顶喷枪的喷射角度为30°～45°，需要说明的是，该角度是氨水喷出后，形成的扇形面外沿与垂直方向的角度，所述炉顶喷枪的喷射长度0.5m～1m。
控制炉顶喷枪的喷射角度为30°～45°的原因是使两支喷枪喷射的氨水能有轻微重合，充分与烟气反应，该角度取值过小的不利影响是氨水无法有效重合，部分烟气未能与氨水反应，影响脱硝率。过大的不利影响是造成同一截面氨水浓度波动大，均布氨水过量或不足，影响脱硝率。
控制炉顶喷枪的喷射长度0.5m～1m的原因是使氨水与烟气充分混合反应，该长度取值过小的不利影响是氨水与烟气未能充分混合，就脱离了反应温度区间，过大的不利影响是直接喷射至板坯表明，影响板坯质量，并降低了与烟气的混合程度。
作为一种可选的实施方式，长枪和所述短枪的喷射长度2.5m～3m。
控制长枪和所述短枪的喷射长度2.5m～3m的原因是是通过四支喷枪的插入深度和喷射长度配合，使氨水与烟气在炉宽方向充分混合(一般喷枪喷射极限长度为2.5-3m)；该长度取值过大的不利影响是设备造价偏高，成本投入大，过小的不利影响是无法保障氨水在炉宽方向充分与烟气混合。
作为一种可选的实施方式，以烟气的流动方向计，所述炉顶喷枪组的头部平面设有第一温度传感器，所述炉顶喷枪组的尾部平面设有第二温度传感器。
采用以上设计，能够实时得知脱硝反应区的温度范围，以便能够及时调整预设段的加热温度，是的脱硝反应区的温度能够保持在还原剂与氮氧化物反应的温度区间。
作为一种可选的实施方式，所述长枪外套设有冷风套管，所述冷风套管和所述长枪间设有夹层，所述夹层连接冷却系统。
由于加热炉每个炉役周期约8～12个月，再此期间内，需确保喷枪稳定工作。下部长枪布置在炉内，如出现变形等问题，无法及时处理，严重影响脱硝效率，因此需在喷枪外部布置冷风套管，长期通入空气冷却喷枪，同时深入炉内部分的枪体采用310S及以上级别不锈钢材质，并在深入炉内2/3处使用耐火材料砌筑支撑墙，防止喷枪应力变形影响喷射效果。其余喷枪采用304及以上级别不锈钢材质。
根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种烟气脱硝的方法，其特征在于，所述方法包括：采用如上所述的烟气脱硝的轧钢加热炉进行SNCR脱硝，调节预热段温度以使所述脱硝反应区的温度为850℃～1050℃。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的烟气脱硝的轧钢加热炉和方法进行详细说明。
实施例1
加热炉采用SNCR脱硝工艺，主要包括还原剂储存系统、还原剂输送及在线稀释系统、管道及阀门、计量分配系统、喷射系统、电气系统、自动化控制系统。除喷射系统外，其余各部分均按照常规工艺控制。喷射系统按如下工艺实施。
加热炉炉膛有效宽度11.7m，在炉顶设置8根喷枪，间距1.3m，考虑炉内烟气流场分布，喷枪在炉顶呈V字型平均分布，共分四层，每层间距0.2m。还原剂氨水喷射角度为30°～45°，喷射长度0.5～1m，在1#喷嘴和4#喷嘴对应平面布置各布置一根热电偶，用于检测炉内温度，通过调节预热段温度，控制两电偶温度为900℃～1000℃，使还原剂氨水与烟气中氮氧化物具备反应条件。
下部喷枪布置在炉体侧墙部位，共设置两对喷枪，短枪深入炉膛30mm～80mm；长枪插入深度为炉膛宽度的四分之一，还原剂氨水喷射长度在2.5m～3m，保证还原剂与烟气充分混合。长喷枪外部布置冷风套管，长期通入空气冷却喷枪，同时深入炉内部分的枪体采用310S不锈钢材质，并在深入炉内2/3处使用耐火材料砌筑支撑墙，防止喷枪应力变形影响喷射效果。其余喷枪采用304不锈钢材质。
系统投运后，氮氧化物浓度由245mg/Nm3降低至65mg/Nm3，脱硝率达到73％。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
(1)本发明实施例提供的加热炉的炉顶喷枪呈V字型平均分布，充分考虑了炉内烟气流场分布，炉膛中部烟气流速快，向两侧逐步降低；
(2)本发明实施例提供的加热炉布置热电偶，用于检测炉内温度，通过调节预热段温度，控制两电偶温度为850℃～1050℃，使还原剂与烟气中氮氧化物具备反应条件；
(3)本发明实施例提供的加热炉能够将氮氧化物排放量均值由300mg/m3降低至80mg/m3，脱硝率达到70％以上。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种烟气脱硝的轧钢加热炉，其特征在于，所述加热炉包括：
加热炉炉体，所述加热炉炉体包括沿烟气流动方向依次包括热回收段、预热段、第一加热段、第二加热段和均热段；所述热回收段靠近所述预热段一端设有脱硝反应区；
还原剂喷射系统，用以向所述脱硝反应区喷射还原剂，所述还原剂喷射系统包括坯下喷枪组和一对炉顶喷枪组；所述坯下喷枪组用以向所述脱硝反应区内的板坯下部喷射还原剂，所述坯下喷枪组包括至少一对长枪和至少一对短枪，一对所述长枪分别安装于所述脱硝反应区的两炉侧壁，所述长枪的喷嘴到所述炉侧壁的距离a＝1/8c～3/8c，其中，c为所述加热炉炉体的宽度，一对所述短枪分别安装于所述脱硝反应区的两炉侧壁，所述短枪的喷嘴到所述炉侧壁的距离b＝30mm～80mm；所述炉顶喷枪组用以向所述脱硝反应区内的板坯上部喷射还原剂，所述炉顶喷枪组包括若干炉顶喷枪，若干所述炉顶喷枪呈直线型分布的安装于所述脱硝反应区的炉顶，一对所述炉顶喷枪组相互对称呈V型分布，一对所述炉顶喷枪组的轴线与所述加热炉炉体的中心轴线位于同一竖直平面。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硝的轧钢加热炉，其特征在于，以烟气的流动方向计，所述炉顶喷枪组的相邻两炉顶喷枪的距离d＝0.1m～0.3m。
3.根据权利要求1所述的烟气脱硝的轧钢加热炉，其特征在于，以垂直于烟气的流动方向计，所述炉顶喷枪组的相邻两炉顶喷枪的距离d＝1m～1.4m。
4.根据权利要求1所述的烟气脱硝的轧钢加热炉，其特征在于，所述炉顶喷枪的喷射角度为30°～45°，所述炉顶喷枪的喷射长度0.5m～1m。
5.根据权利要求1所述的烟气脱硝的轧钢加热炉，其特征在于，所述炉顶喷枪组包括2-5个炉顶喷枪。
6.根据权利要求1所述的烟气脱硝的轧钢加热炉，其特征在于，所述长枪和所述短枪的喷射长度2.5m～3m。
7.根据权利要求1所述的烟气脱硝的轧钢加热炉，其特征在于，以烟气的流动方向计，所述炉顶喷枪组的头部平面设有第一温度传感器，所述炉顶喷枪组的尾部平面设有第二温度传感器。
8.根据权利要求1所述的烟气脱硝的轧钢加热炉，其特征在于，所述长枪外套设有冷风套管，所述冷风套管和所述长枪间设有夹层，所述夹层连接冷却系统。
9.根据权利要求1所述的烟气脱硝的轧钢加热炉，其特征在于，所述长枪通过支撑墙架设于所述脱硝反应区内。
10.一种烟气脱硝的方法，其特征在于，所述方法包括：采用如权利要求1至9中任意一项所述的烟气脱硝的轧钢加热炉进行SNCR脱硝，调节预热段温度以使所述脱硝反应区的温度为850℃～1050℃。
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