一种用于碳电极焙烧炉烟气的干法脱硝装置的制作方法

本实用新型涉及碳电极焙烧生产领域，涉及适用于碳电极焙烧生产的焙烧系统烟气的净化处理，更具体涉及一种用于碳电极焙烧炉烟气的干法脱硝装置和脱硝方法。

背景技术：

在预焙阳极炭块生产过程中，基本使用敞开式焙烧炉，焙烧生产过程中焙烧产生的烟气中，最不易处理且对环境危害最大的是沥青烟气。沥青烟气是沥青、石油、煤炭等原料在高温焙烧下，逸散到环境空气中的一种烟雾状物质。这些原料在650～900℃温度下及氧气供应不足而未能深度氧化时最容易产生沥青烟。

沥青烟的成分和沥青类似。沥青成分复杂，且不同的沥青之间成分差别很大，因而各种沥青烟的成分也相当复杂且存在差别。沥青烟是一种含有大量的氮氧化合物、多环芳烃P(AH)以及硫、少量氧的杂环混合物，通常以气溶胶形式存在。在沥青烟气中含有大量的氮氧化合物，而氮氧化合物对环境的损害作用极大，它既是形成酸雨的主要物质之一，也是形成大气中光化学烟雾的重要物质和消耗臭氧的一个重要因子。

现有沥青烟气脱硝方法主要包括燃烧中脱硝方法和烟气脱硝方法。其中燃烧中脱硝方法包括低氮燃烧方法，这种方法使燃烧过程在接近理论条件下进行，随着烟气中过量氧的减少，可以抑制NOx的生成。低氮燃烧方法一般可降低NOx排放15-20％，但如炉内氧浓度过低，会造成浓度急剧增加，增加化学不完全燃烧热损失，引起飞灰含碳量增加，燃烧效率下降。另外一种燃烧中烟气脱硝方法是选择性非催化还原法(SNCR法)，该方法是一种不使用催化剂，在850～1100℃温度范围内还原NOx的方法。SNCR法最常使用的药品为氨和尿素。一般来说，SNCR脱硝效率对大型燃煤机组可达25％～40％。由于该法受锅炉结构尺寸影响很大，多用作低氮燃烧技术的补充处理手段。SNCR法工程造价低、布置简易、占地面积小，适合老厂改造，新厂可以根据锅炉设计配合使用。

而烟气脱硝方法有湿法脱硝和干式脱硝，其中烟气中湿法脱硝是在总烟道中收集烟气，利用氨水稀释液进行湿法脱硝，其缺点是建设投资较高、脱硝效率只有30～50％、存在氨水泄漏的危险。SCR法是烟气干式脱硝方法中目前最成熟的烟气脱硝技术,SCR技术是把还原剂氨气喷入300～400℃的烟道内，在催化剂作用下，将烟气中NOx还原成无害的N₂和H₂O。SCR法需在烟道上增设一个反应器，装设喷氨装置和催化剂层，其占据较大空间，但脱硝效率可达70-90％。当烟道温度低于200℃时，受催化剂在与烟气接触过程中，飞灰堵塞与冲蚀磨损等因素的影响，其活性逐渐降低，故通常3-4年需增加或更换一层催化剂，这些催化剂会富集一些痕量重金属元素，废弃后的催化剂需要进行无害化处理。

以上脱硝方法主要适用于大型燃煤机组、锅炉，对于碳电极敞开式焙烧炉，受其结构和生产特点所限，目前暂时还没有成熟稳定应用案例。对于敞开式焙烧炉，其设备特点是如图1所示的焙烧炉结构平面简图，其中炉子由n条火道和n-1个料箱组成，通常n＝7-16，每条火道独立燃烧，即每台炉由7-16个小炉膛构成；敞开式焙烧炉的工作时，火焰沿标示方向运行，每个物理位置的温度是按照一定曲线升温和降温的，且每条火道温度独立控制，所产生的烟气量是不同的。

因此，碳电极敞开式焙烧炉在燃烧区脱硝其困难在于

1、整个火焰区域的不固定性，火焰区域随产品烧成进度推进式向前移动，即适应于脱硝剂进行还原反应的温度区间是变化位置的；

2、敞开式焙烧炉火道数一般为7--16条，相当于7--16个独立的炉膛，炉膛截面宽度只有310mm，且每条火道排除的烟气量是不同的，即需要的脱硝剂量也是不同的。

3、由于火道(炉膛)截面狭小，加入脱硝剂后温度波动难以控制。以上特点制约了在火焰区域内进行脱硝处理，致使碳电极敞开式焙烧炉燃烧区域内脱硝的方法和装置成为空白。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的在于，针对以上现有的沥青烟气脱硝方法及技术存在问题和不足，结合炭素焙烧炉的生产情况，提供一种用于碳电极焙烧炉烟气干法脱硝装置和方法。

本实用新型提供了脱硝装置，该脱硝装置横跨在燃焙烧炉上，根据火道数量，每个火道插一支喷枪。将固体粉状还原脱硝剂装入脱硝架料仓中，根据烟气中氮氧化合物浓度自动调节并精确控制脱硝剂量，利用压缩空气将还原脱硝剂喷入炉膛。炉膛温度600-1100℃区域，脱硝剂完全热解生成气态还原烃，没有催化剂的条件下，该有机分解物与NOx进行选择性非催化还原反应，将NOx还原成N₂与H₂O溶液。

本实用新型所涉及的具体脱硝的反应过程为：

C_mH_nO_x+NO→CO₂+H₂O+N₂

C_mH_nO_x+NO₂→CO₂+H₂O+N₂

本实用新型提供了一种用于碳电极焙烧炉烟气干法脱硝装置，包括脱硝剂料仓和一个以上的喷枪，对应于每一喷枪该脱硝装置还包括给料装置、压缩机、动力装置和输送器；所述脱硝剂料仓和给料装置连接，所述给料装置位于脱硝剂料仓与输送器之间，所述动力装置驱动给料装置给料，所述输送器和所述喷枪连接，所述脱硝剂料仓内物料通过给料装置进入输送器，之后进入所述喷枪，所述压缩机和所述输送器连接，并为所述输送器提供气送压力。

作为上述装置一种更好的选择，所述脱硝装置横跨于碳电极焙烧炉上。

作为上述装置一种更好的选择，脱硝装置为移动式，备用可独立吊装，不存在因检修而停脱硝设备的隐患，实现了全生产时段脱硝。

作为上述装置一种更好的选择，所述脱硝剂料仓上方设置料仓盖，该料仓盖可防止其它大颗粒杂物进入料箱。

作为上述装置一种更好的选择，所述脱硝剂料仓内设置有料位传感器。所述位传感器检测料位高低，其具体位置可以设置于脱硝剂料仓的壁上或者其它位置。

作为上述装置一种更好的选择，所述动力装置为电动马达、机械式或液压式驱动装置。所述动力装置为给料装置提供动力源，并实现精确给料的调节。

作为上述装置一种更好的选择，所述压缩机给输送器提供气源动力，输送器利用压缩空气将脱硝剂输送至喷枪端，喷入火道内。压缩机提供气源动力的方法可以为正压或者负压方式。

在本实用新型的一实施例内，提供了一种用于碳电极焙烧炉烟气干法脱硝装置，包括本实用新型提供的脱硝架包括脱硝剂料仓、动力装置、给料装置、压缩机、输送器、喷枪、温度采集装置、在线烟气监测装置、中央控制系统；所述脱硝剂料仓和给料装置连接，所述脱硝剂料仓上方设置料仓盖，防止其它大颗粒杂物进入料箱，料仓壁上安有测量料位传感器，检测料位高低。所述给料装置位于脱硝剂料仓与输送器之间，所述动力装置位于给料装置侧面，所述动力装置可以为电动马达或者机械式、液压等，但不局限于此，其为给料装置提供动力源，可以实现精确给料的调节。

作为上述装置一种更好的选择，所述输送器位于给料装置下方，通过管路和喷枪连接，所述压缩机通过气管路和输送器连接。利用压缩空气正压或负压使输送器将脱硝剂输送至喷枪，所述喷枪设置于敞开式焙烧炉600-1100℃区间的火道上。

作为上述装置一种更好的选择，所述脱硝装置进一步包括温度采集装置。所述温度采集装置采集当前脱硝架所在的炉室温度，在设置中央控制系统时，该温度可以被反馈给中央控制系统，并用于确定喷枪是否在温场区域范围内。

作为上述装置一种更好的选择，所述脱硝装置还包括在线烟气监测装置，该在线烟气监测装置位于敞开式焙烧炉引风机总管道出风口上，其可以用来采集敞开式焙烧炉出风口烟气中氮氧化合物浓度，以便传输给中央控制系统，控制动力装置速度，精确给料装置下料。

作为上述装置一种更好的选择，所述脱硝装置包括在线烟气监测装置、脱硝剂料仓料位监测装置和温度采集装置，所述脱硝装置还包括中央控制系统，所述中央控制系统根据采集到的烟气中氮氧化合物浓度信号、脱硝剂料仓内脱硝剂的存量信号和敞开式焙烧炉室内温度信号进行燃烧过程的控制。

在本实用新型的一实施例内，所述脱硝装置包括中央控制系统，所述中央控制系统采集烟气中氮氧化合物浓度信号、料仓内脱硝剂的存量信号，并根据烟气中氮氧化合物浓度信号，来控制动力装置速度，实现精确给料装置的调节，利用压缩空气正压或负压使输送器将给料装置脱硝剂输送至喷枪，同时所述中央控制系统采集敞开式焙烧炉室内温度信号，放置喷枪位置。通过中央控制系统实现前述功能，可以提高精确给料控制精度。

作为上述装置一种更好的选择，所述脱硝装置在烟气中氮氧化合物浓度升高时增大脱硝剂的供给量，在烟气中氮氧化合物浓度降低时减少脱硝剂的供给量。

作为上述装置一种更好的选择，所述脱硝装置中喷枪数量和所述脱硝装置所横跨的火道数目相等。更具体的所述喷枪的数目可以为1、2、3、4或5。

作为上述装置一种更好的选择，所述脱硝装置中对应于每一火道设置两个以上的喷枪。

作为上述装置一种更好的选择，所述喷枪的位置根据敞开式焙烧炉室内温度而调节放置。优选的，所述喷枪的位置为600-1100℃的温度区域。

作为上述装置一种更好的选择，所述喷枪将脱硝剂与空气混合物充分混合形成雾化状喷入敞开式焙烧炉，雾化后的脱硝剂可直接覆盖整个烟气流横截面，使脱硝剂与烟气能够充分反应。

本实用新型采集烟气中氮氧化合物浓度信号与脱硝架形成闭环系统，喷入量可以由理论计算，设定一个预设值，当检测到烟气氮氧化合物浓度量大小，加入精确脱硝剂的喷入量。

作为上述装置一种更好的选择，所述脱硝剂的加入量为由烟气中的氮氧化合浓度信号计算获得，其具体的加入量的计算为本领域技术人员所具备的基础技能。

本实用新型采用选择性非催化还原法脱硝方法和装置，喷枪的插入位置是根据控制系统采集到的敞开式焙烧炉温场来决定位置的，在温度升高时可以通过移动脱硝装置间接移动喷枪或直接移动喷枪的位置来实现对于燃烧过程的控制，实现将喷枪的位置远离火焰移动方向。

作为上述装置一种更好的选择，所述脱硝装置还包括喷枪驱动装置，喷枪驱动装置控制喷枪在焙烧炉内的位置以实现所述喷枪的喷入位置为火焰移动方向600-1100℃区间的火道合理位置内。

本实用新型能够跟随敞开式焙烧炉火焰移动顺序进行跟踪式脱硝，并根据烟气中氮氧化合物浓度自动调整并精确控制脱硝剂加入量，使用的脱硝剂能够与烟气中的氮氧化合物进行充分的还原反应，能够实现脱硝并不影响炉温。

本实用新型采用选择性非催化还原法脱硝方法和装置，可以实现喷枪的喷出位置在600～1100℃区间的反应火道上，并可以实现良好的脱硝剂炉内雾化效果，提供沿整个烟道截面的脱硝剂分布均匀性和足够的烟气反应时间，采集得到的出风口烟气中氮氧化合物浓度信号与敞式焙烧炉非催化还原法脱硝架形成闭环系统，脱硝剂的喷入量可以由理论计算，或设定一个预设值，当检测到烟气氮氧化合物浓度量大小，加入精确脱硝剂的喷入量。

本实用新型脱硝装置具有连锁保护功能，具有故障报警、移炉信号管理、安全停喷等功能。故障报警，当装置上温度采集装置或者在线烟气监测装置出现故障，改装置故障报警，并安全停喷脱硝剂，根据报警信息检查故障点。移炉信号管理，当燃烧架每个升温工艺周期结束，发出移炉信号，脱硝装置接收到信号，并安全停喷脱硝剂。跟随燃烧架移动炉室工位。脱硝装置可以在现场独立完成，并可在现场进行各控制子系统的手动和自动控制操作，修改参数。也可以实现中控室实时远程监控现场数据。

本实用新型的脱硝装置可以长时间运行，由于脱硝剂在炉中受热均匀,温度稳定,能够长期稳定保证敞开式焙烧炉烟气脱硝效果。

本实用新型还提供了一种开放式焙烧炉，该开放式焙烧炉内包括一个以上的脱硝装置，所述脱硝装置横跨在开放式焙烧炉上。

作为上述开放式焙烧炉一种更好的选择，所述开放式焙烧炉还包括一个以上的备用的脱硝装置，脱硝装置通过独立吊装安装至开放式焙烧炉内。本实用新型脱硝装置为移动式，脱硝装置备用可独立吊装，不存在因检修而停脱硝设备的隐患，实现了全生产时段脱硝。

本实用新型还提供了一种利用上述脱硝装置或开放式焙烧炉进行脱硝的方法，包括：

将喷枪的喷出位置移动至焙烧炉内温度为600-1100℃的区域，根据烟气中氮氧化合物浓度信号、脱硝剂料仓内脱硝剂的存量信号和敞开式焙烧炉室内温度信号控制脱硝剂的喷出量。

作为上述装置一种更好的选择，所述脱硝剂的加入量为由烟气中的氮氧化合浓度信号计算获得。

作为上述装置一种更好的选择，确定在烟气中不同氮氧化合物浓度时加入的脱硝剂的预设量，并根据烟气中实际的氮氧化合物的浓度确定加入的脱硝剂的量。

本实用新型具有如下的有益效果：

1)本实用新型的方法和装置可精确控制，节约能源，运行成本低、环保，无二次污染，无腐蚀，不影响焙烧工艺及产品质量，不影响耐火砖及设备寿命。

2)本实用新型的方法和装置具有投资小，运行简单，不需催化剂等优势，并且可以不使用氨水或液氨等危险源物质。

3)本实用新型的方法和装置与传统脱硝法比较，传统脱硝法脱硝率一般为30％-50％，而本实用新型脱硝方法和装置脱硝率一般80％-90％，净化后烟气氮氧化合物浓度可控制在25-45mg/m³。

附图说明

图1、敞式焙烧炉炉室设备布置示意图；

图2、含有脱硝装置的敞式焙烧炉炉室设备布置示意图，图内的技术术语为本领域约定的用语，其中ER为排烟架，TPR为测温测压架，TX为脱硝装置，HR为燃烧架，ZRP为零压架，BR为鼓风架，CR为冷却架；

图3、敞式焙烧炉用选择性非催化还原法脱硝架示意图。

附图标识：

1、中央控制系统 2、压缩机 3、动力装置

4、脱硝剂料仓 5、给料装置 6、输送器

7、喷枪8、温度采集装置 9、烟囱

10、在线烟气监测装置 11、引风机 12、敞开式焙烧炉

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型所述的一种用于碳电极焙烧炉烟气干法脱硝装置和方法进行详细说明。

如图1-2所示的单套火焰系统的敞开式焙烧炉炉室设备布置示意图。系统中各炉室分为焙烧区(6P,5P,4P)、预热区(3P,2P,1P)、冷却区(C)和装出炉维修区。

该系统在焙烧区设3套燃烧架HR1、HR2和HR3，每套有两排燃烧器(每条火道配置2个)，通过注入石油焦粉或者天然气、其它燃料分别对各条火道进行加温，同时测量该区火道温度和阳极温度，并进行温度闭环控制；在冷却区下游设置零压架ZPR，测量各火道的压力值；在冷却区中间设置鼓风架，分别对各条火道进行正压鼓风，预降低火道和阳极温度,补充火道助燃空气；鼓风架风机采用变频调节，自动控制每条火道入口风量，控制冷却区下游火道处的压力值(零压)，使其维持在设定的微正压(零压)值附近；在冷却区上游设置冷却架CR，将火道和阳极温度降低，达到出炉状态。每个升温工艺周期结束后，火焰系统沿着燃烧方向前移动一组炉室。各火道的温度变化过程如下：炉室外空气从鼓风架BR处送入火道，降低冷却区各炉室的温度,同时自身通过热交换得到加温；在焙烧区6P上游，通过燃烧架将火道气流温度提升到设定值，加热6P炉室,余热流向5P炉室；在5P上游，通过燃烧架提升气流温度到相应的设定值，加热5P炉室,余热流向4P炉室；在4P上游，通过燃烧架提升气流温度相应设定值，加热4P炉室；随着气流流向预热区3P、2P、1P，气流温度逐步下降，同时加温3P、2P、1P炉室。由于气流流速越快在单位长度火道内的散热时间越短，因而在预热区的温度下降越小。故可以通过调节排烟架ER的负压来调节预热区的火道温度。

在预热区上游和下游设置脱硝装置TX、排烟架ER和测温测压架TPR，排烟架分别对应各条火道工作，每条火道出口设置风量调节阀，并用测温测压架进行负压测量，进行负压闭环控制，在保证负压在设定范围内的情况下，调节1P火道的预热升温曲线,在烟气总管道出风口设置有在线烟气监测装置。

脱硝架TX,可以作为独立的脱硝方法，也可以兼容到天然气燃烧系统或其他燃料系统中，把脱硝架放到焙烧炉4P前后合适位置，脱硝架喷枪按照顺序放入焙烧炉火道内即可。脱硝架接口和目前焙烧炉电气、压缩空气结构完美结合，没有限制。脱硝架可根据需要自动检测火道温度，并用烟气出风口设置有烟气氮氧化合物浓度测量，根据烟气中气氮氧化合物浓度闭环控制，自动调整脱硝剂喷施量，并精确控制，节约能源，运行成本最低化。同时由于在关键位置设置了传感器，该脱硝架具有连锁保护功能，具有故障报警、移炉信号管理、安全停喷等功能。脱硝架可以在现场独立完成，并可在现场进行各控制子系统的手动和自动控制操作，修改参数。也可以实现中控室实时远程监控现场数据。

如图3所示的本实用新型脱硝装置，包括中央控制系统1、压缩机2、动力装置3、脱硝剂料仓4、给料装置5、输送器6、喷枪7、温度采集装置8、在线烟气监测装置10。

所述脱硝剂料仓和给料装置连接，所述脱硝剂料仓上方设置料仓盖，防止其它大颗粒杂物进入料箱，料仓壁上安有测量料位传感器，检测料位高低。所述给料装置位于脱硝剂料仓与输送器之间，所述动力装置位于给料装置侧面，所述动力装置可以电动马达或者机械式、液压等不局限于此，为给料装置提供动力源，可以实现精确给料的调节。所述输送器位于给料装置下方，通过管路和喷枪连接，所述压缩机过管路和输送器连接。利用压缩空气正压或负压使输送器将脱硝剂输送至喷枪，所述喷枪设置于敞开式焙烧炉600-1100℃区间的火道合理位置内。

所述给料装置与动力装置连接，所述动力装置可以为给料装置提供动力源，可以实现精确给料的调节。

所述温度采集装置，采集当前脱硝架所在的炉室温度，反馈给中央控制系统，根据敞开式焙烧炉室内温度而调节喷枪的位置放置。

所述脱硝架还包括中央控制系统，所述中央控制系统采集引风机总管道出风口烟气中氮氧化合物浓度信号、脱硝剂料仓，料仓内脱硝剂的存量信号和敞开式焙烧炉室内温度信号。所述脱硝架包括中央控制系统，所述中央控制系统采集烟气中氮氧化合物浓度信号、料仓内脱硝剂的存量信号，并根据烟气中氮氧化合物浓度信号，来控制动力装置速度，可以实现精确给料的调节，利用压缩空气正压或负压使输送器将给料装置脱硝剂输送至喷枪，同时所述中央控制系统采集敞开式焙烧炉室内温度信号，放置喷枪位置。通过中央控制系统实现前述功能，可以提高精确给料控制精度。

脱硝实施变化过程如下：炉室外空气从鼓风架BR处送入火道，在焙烧区6P上游，通过燃烧架将火道气流温度提升到设定值，加热6P炉室,余热流向5P炉室；在5P上游，通过燃烧架提升气流温度到相应的设定值，加热5P炉室,余热流向4P炉室；在4P上游，通过燃烧架提升气流温度相应设定值，加热4P炉室；随着气流流向排烟架方向，可以把脱硝架放到焙烧炉4P前后合适位置，脱硝剂喷枪按照顺序放入焙烧炉火道内即可。脱硝架接口和目前焙烧炉电气、压缩空气结构完美结合，没有限制。同时脱硝架可根据需要自动检测火道温度、采集引风机总管道出风口烟气中氮氧化合物浓度信号，并据烟气中氮氧化合物自动调整脱硝剂喷施量。在炉膛温度600-1100℃区域，喷枪将脱硝剂与空气混合物充分混合形成雾化状喷入敞开式焙烧炉直接覆盖整个烟气流横截面，脱硝剂与烟气充分反应，脱硝剂完全热解生成气态还原烃，没有催化剂的条件下，该有机分解物与氮氧化合物进行选择性非催化还原反应，将氮氧化合物还原成N₂与H₂O溶液，随着烟气从烟囱排放。

用于电极焙烧炉烟气干法脱硝的方法和装置优势如下：

1)采用焙烧炉高温及高速热风进行焙烧,产品受热均匀，各单元独立热风,热量损失少，并且温度独立可控；

2)由于采取了阶梯式升温及降温,产品不会骤热或骤冷；

3)可以选择电加热、天然气、石油焦粉、石油液化气等多种热源；由于脱硝剂在炉中受热均匀,温度稳定,能够长期稳定保证敞开式焙烧炉烟气脱硝效果，并且可以较大程度的降低脱硝剂的加入量，大大降低了成本；

4)可精确控制，节约能源，运行成本低、环保，无二次污染，无腐蚀，不影响焙烧工艺及产品质量，不影响耐火砖及设备寿命。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。