一种移动床热烧结矿脱硝装置的制作方法

本发明涉及烟气净化技术领域，具体为一种移动床热烧结矿脱硝装置。

背景技术：

氮氧化物NO_X是主要的大气污染物之一，对人体健康和生态环境有着严重的危害，燃烧过程产生的NO_X主要是NO和NO₂。2012年，国家环境保护部颁布了《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》，规定烧结烟气NO_X的排放标准限值为300mg/m³，因此开展烧结烟气脱硝工作势在必行。

选择性催化还原脱硝技术(SCR)是目前应用最多、技术最成熟的一种烟气脱硝技术，SCR是指还原剂(NH₃)在催化剂表面与烟气中的NO_X发生还原反应生成无害的N₂和水，达到去除烟气中NO_X的目的。该反应一般在300～450℃的温度范围内进行，脱硝效率可达80～90％。目前工程应用中常见的催化剂主要存在着以下问题：1)催化剂昂贵(如V₂O₅-WO₃/TiO₂和V₂O₅-MoO₃/TiO₂等)；2)催化剂窗口温度高(一般为320～450℃)。但烧结烟气温度一般为100～200℃，达不到商用催化剂的窗口温度，需要消耗大量燃料加热烧结烟气，从而增加了SCR烧结烟气脱硝成本。因此开发技术、经济可行的烧结烟气脱硝技术迫在眉睫。

烧结矿的主要成分为铁基氧化物，而铁基氧化物(Fe₂O₃或Fe₃O₄)催化剂成本低，来源广泛、价格低廉等优点且在200～500℃下具备较好的NH_3-SCR脱硝性能，作为脱硝催化剂具有优越的性价比，目前已成为一大研究热点。

采用烧结矿作为催化剂，并利用热烧结矿的显热加热脱硫后的烧结烟气，在烧结环式冷却机上实现脱硝是一种可行的技术。目前试验研究主要在固定床脱硝装置上进行，主要存在以下问题：1)固定床脱硝装置难以实现模拟烧结环式冷却机的运行工况；2)由于烧结烟气中含有一定的SO₂等成分，易导致催化剂失活。因此有必要开发一种移动床热烧结矿脱硝装置，用以模拟烧结环式冷却机的运行工况。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有的技术缺陷，提供一种移动床热烧结矿脱硝装置，该技术有望解决目前烧结烟气脱硝过程中存在的催化剂昂贵、运行成本高、催化剂活性下降等问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种移动床热烧结矿脱硝装置，由料斗、加热炉、脱硝反应器、固定法兰、卸料装置和底座组成；所述加热炉为设置在底座上的中空箱体，箱体内侧由外向内依次设有保温层和加热层，用于加热脱硝催化剂和反应气体，箱体上下左右箱面均设有通孔；所述脱硝反应器下部穿过所述加热炉下箱面的通孔，脱硝反应器通过法兰固定在所述加热炉下箱面上；所述脱硝反应器的底端通过法兰连接卸料装置，用于连续排出脱硝催化剂；所述脱硝反应器的顶端穿过所述加热炉上箱面的通孔，并连接料斗，用于装填脱硝催化剂。

由上，热烧结矿从脱硝反应器顶部的料斗连续装入，从卸料装置底部连续排出，形成移动床，解决了烧结烟气中含有一定浓度的SO₂在脱硝过程中导致催化剂失活，脱硝效率随反应时间下降的问题；

作为上述技术方案的改进，所述脱硝反应器还包括进气气流分布装置、出气气流分布装置、进气管、出气管和反应管，所述反应管由与渐缩管段上端连接的预存反应管段、和与渐缩管段下端连接的排料管段组成；所述进气气流分布装置和出气气流分布装置设置在所述脱硝反应器的中下部；所述进气管穿过所述加热炉的左或右箱面的通孔与进气气流分布装置连接；所述出气管穿过所述加热炉的右或左面板的通孔与出气气流分布装置连接。

由上，烧结烟气和脱硝还原剂NH₃通过进气管进入脱硝反应器，烧结烟气和脱硝还原剂NH₃在脱硝反应器内与定向移动的烧结矿之间以错流的方式进行气固接触，烟气中NO_X的与NH₃反应，生成的N₂和水蒸气随着脱硝烟气从出气管排出。

进一步地，所述进气气流分布装置和出气气流分布装置均由设置在所述脱硝反应器中下部的筛板及连接筛板的管道组成，管道另一端连接法兰。

由上，进气气流分布装置的筛板可使烧结烟气和脱硝还原剂NH₃均匀的进入脱硝反应器与催化剂进行气固接触，出气气流分布装置的筛板可过滤反应后混合气体中的催化剂粉尘。

进一步地，所述进气管、出气管分别通过法兰连接所述进气气流分布装置、出气气流分布装置。

由上，由于烧结烟气中含有一定浓度的SO₂和H₂0，SO₂在催化剂的作用下易转化为SO₃，脱硝反应后的混合气体中的氨与SO₃及水蒸汽生成硫酸氢氨，硫酸氢氨易与反应后混合气体中的催化剂粉尘粘连，造成出气管腐蚀和筛板堵塞，进气管和出气管可拆卸的连接进气气流分布装置、出气气流分布装置，方便进气管和出气管更换及清理筛板。

作为上述技术方案的改进，所述进气气流分布装置还包括环形风道、活接头，所述环形风道为两端设有通孔的柱状体；所述脱硝反应器穿过所述环形风道的通孔，环形风道外壁连接活接头。

由上，使烧结烟气和脱硝还原剂NH₃均匀的进入脱硝反应器与催化剂进行气固接触。

进一步地，所述脱硝反应器位于进气气流分布装置处的管段设有环形通孔，通孔内壁连接环形遮挡板。

由上，防止催化剂进入进气气流分布装置。

进一步地，所述出气气流分布装置还包括环形烟道、支撑格栅、锥斗外壳和活接头，所述环形烟道为底部设有通孔的杯状体，所述脱硝反应器穿过通孔，环形烟道外侧上部连接活接头，环形烟道上端与锥斗外壳的上端连接；所述支撑格栅一侧连接在所述脱硝反应器外壁上，所述支撑格栅另一侧与所述环形烟道内壁连接；锥斗外壳底部与所述脱硝反应器外壁连接；脱硝反应器位于出气气流分布装置处的管段设有环形通孔。

由上，出气气流分布装置不易被反应后混合气体中的催化剂粉尘堵塞，进气气流分布装置和出气气流分布装置错层分布，使烧结烟气和脱硝还原剂NH₃在脱硝反应器中与催化剂的接触面积增大，接触时间变长。且使烧结烟气和脱硝还原剂NH₃进入脱硝反应器与催化剂进行气固接触过程中冷却催化剂，使卸料装置排出冷却后催化剂，减少高温催化剂对卸料装置的损坏。

进一步地，所述进气管、出气管分别通过活接头连接所述进气气流分布装置、出气气流分布装置。

由上，方便进气管和出气管更换。

作为优化，所述进气管、料斗、脱硝反应器和出气管均由316S不锈钢板制作而成。

由于采用上述技术方案，本发明具有如下积极效果：

1)烧结烟气和脱硝还原剂NH₃通过进气管进入脱硝反应器，热烧结矿从脱硝反应器顶部的料斗连续输入，从卸料装置底部连续输出，形成移动床，解决了催化剂活性下降问题；烧结烟气和脱硝还原剂NH₃在脱硝反应器内与定向移动的烧结矿之间以错流的方式进行气固接触，烟气中NO_X的与NH₃反应，生成的N₂和水蒸气随着脱硝烟气由出气管排出。

2)本发明采用来源广泛、价格低廉的烧结矿作为NH₃-SCR脱硝催化剂，脱硝后的烧结矿可作为高炉炼铁的原料，实现催化剂零成本；充分利用烧结矿显热加热烧结烟气，节省了SCR脱硝过程中加热烟气所需的外用热源和大型设备，降低了设备投资和系统运行成本。

附图说明

图1为本发明的移动床热烧结矿脱硝装置的结构示意图一。

图2为本发明的移动床热烧结矿脱硝装置的结构示意图二。

图3为本发明的移动床热烧结矿脱硝装置的出气气流分布装置的A-A方向的剖视结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1，如图1所示，本发明优选实施例的一种移动床热烧结矿脱硝装置的结构示意图。包括进气管100、料斗200、加热炉300、脱硝反应器500、热电偶温度计600、出气管700、进气气流分布装置810、出气气流分布装置820、固定法兰900、卸料装置1000和底座1100组成；

优选地，所述脱硝反应器500为边长为50mm、高为550mm的方形管501，顶边长为50mm、底边长为25mm、高为50mm的方形渐缩管502和边长为25mm、高为200mm的方形管503上下拼接而成。脱硝反应器500的顶部连接正四棱台状的料斗200，底部安装通过法兰连接卸料装置1000，脱硝反应器500中下部，距离脱硝反应器500顶端500mm处左右分别连接进气气流分布装置810和出气气流分布装置820，所述进气气流分布装置810和出气气流分布装置820均由设置在所述脱硝反应器中下部的筛板803及连接筛板803的渐缩管804组成，渐缩管804另一端连接法兰805，筛板803上设有圆形通孔；进气管100和出气管700分别通过法兰805连接渐缩管804的法兰。这样进气气流分布装置810的筛板803可使烧结烟气和脱硝还原剂NH₃均匀的进入脱硝反应器500与催化剂进行气固接触，出气气流分布装置820的筛板803可过滤反应后混合气体中的催化剂粉尘。采用法兰连接，方便进气管100和出气管700更换及清理筛板803。所述脱硝反应器500连接卸料装置1000，使烧结烟气和脱硝还原剂NH₃在脱硝反应器500内与定向移动的烧结矿之间以错流的方式进行气固接触，不断更新烧结矿催化剂，解决了烧结烟气中含有一定浓度的SO₂在脱硝过程中导致催化剂失活，脱硝效率随反应时间下降的问题。

优选地加热炉300为设置在底座上的中空箱体，箱体内侧由外向内依次设有保温层301和加热层302，用于加热脱硝催化剂和反应气体，箱体上下左右箱面均设有通孔,脱硝反应器500下部穿过所述加热炉300的下箱面的通孔，脱硝反应器500与通孔接触处的外管壁焊接固定法兰900，用于固定脱硝反应器500。脱硝反应器500的进气管100和出气管700，分别穿过加热炉300左右箱面的通孔。

优选地，所述进气管100、料斗200、脱硝反应器500和出气管700均由厚度为1mm的316S不锈钢板制作而成。热电偶温度计600安装在脱硝反应器500上。

实施例2，如图2所示，本发明优选实施例的一种移动床热烧结矿脱硝装置的结构示意图。

包括料斗100、加热炉300、脱硝反应器500、固定法兰900、卸料装置1000和底座1100组成；

进一步地，加热炉300为设置在底座1100上的中空箱体，箱体内侧由外向内依次设有保温层301和加热层302，用于加热脱硝催化剂和反应气体，箱体上下左右箱面均设有通孔；

进一步地，脱硝反应器500还包括进气气流分布装置810、出气气流分布装置820、进气管100、出气管700和反应管，反应管由与渐缩管段502上端连接的预存反应管段501、和与渐缩管段502下端连接的排料管段503组成；进气气流分布装置810设置在脱硝反应器500渐缩管段502，进气气流分布装置810还包括环形风道811、活接头812，环形风道为两端设有通孔的柱状体；脱硝反应器500穿过所述环形风道811的通孔并与脱硝反应器500连接，环形风道811外壁连接活接头812。脱硝反应器500上位于进气气流分布装置810处的管段设有环形通孔，通孔内壁连接环形遮挡板813。这样使烧结烟气和脱硝还原剂NH₃均匀的进入脱硝反应器500与催化剂进行气固接触，并防止催化剂进入进气气流分布装置810。

如图3所示，本发明优选实施例的一种移动床热烧结矿脱硝装置的出气气流分布装置的府视结构示意图。

出气气流分布装置820设置在脱硝反应器500预存反应管段501中下部，出气气流分布装置820还包括环形烟道821、支撑格栅822、锥斗外壳823和活接头824，环形烟道821为底部设有通孔的杯状柱体，所述脱硝反应器500穿过通孔，环形烟道821外侧上部连接活接头824，环形烟道821上端与锥斗外壳823的上端连接；支撑格栅822一侧连接在所述脱硝反应器500外壁上，支撑格栅822另一侧与所述环形烟道821内壁连接；锥斗外壳823底部连接在所述脱硝反应器500外壁上；位于脱硝反应器500与锥斗外壳823底部的连接处及与支撑格栅822的连接处之间的所述脱硝反应器500外壁上设有环形通孔。这样使出气气流分布装置820不易被反应后混合气体中的催化剂粉尘堵塞，进气气流分布装置810和出气气流分布装置820错层分布，使烧结烟气和脱硝还原剂NH₃在脱硝反应器500中与催化剂的接触面积增大，接触时间变长。且使烧结烟气和脱硝还原剂NH₃进入脱硝反应器500与催化剂进行气固接触过程中冷却催化剂，使卸料装置1000排出冷却后催化剂，减少高温催化剂对卸料装置1000的损坏。进气管100穿过加热炉300的左箱面的通孔通过活接头812与进气气流分布装置810连接；出气管700穿过加热炉300的右箱面的通孔通过活接头824与出气气流分布装置820连接，方便进气管100和出气管700更换。

进一步地，脱硝反应器500下部穿过加热炉300的下箱面的通孔，脱硝反应器500与通孔接触处的外管壁焊接固定法兰900，用于固定脱硝反应器500，脱硝反应器500的底端通过法兰连接卸料装置1000，用于连续排出脱硝催化剂；脱硝反应器500的顶端穿过所述加热炉300的上箱面的通孔，并连接正四棱台状的料斗200，用于装填脱硝催化剂。

优选地，进气管100、料斗200、脱硝反应器500和出气管700均由316S不锈钢板制作而成。热电偶温度计600安装在脱硝反应器500上。

实施例3，基于铁基氧化物的烧结矿催化剂在本发明优选实施例的一种移动床热烧结矿脱硝装置及小型SCR脱硝反应装置中进行SCR脱硝反应的稳定性评价：

取粒径为0.2～1.0mm烧结矿催化剂分别送入小型SCR脱硝反应装置中及实施例1中的移动床热烧结矿脱硝装置中，在空速比为3000h^-1，NH3/NO摩尔比为0.5，O₂浓度为15％，NO浓度为400mg/Nm³，SO₂浓度为50/ppm，湿度为6.9％，CO₂浓度为5％的混合气体中，加热至300～450℃保温31分钟进行选择性催化还原反应，考察在该条件下，催化剂的稳定性如何。评价结果如表1。热烧结矿从脱硝反应器500顶部的料斗200连续装入，从卸料装置1000底部连续排出，形成移动床，解决了烧结烟气中含有一定浓度的SO₂在脱硝过程中导致催化剂失活，脱硝效率随反应时间下降的问题。

表1

由于采用上述技术方案，本具体实施方式具有如下积极效果：

1)烧结烟气和脱硝还原剂NH₃通过进气管100进入脱硝反应器500，热烧结矿从脱硝反应器500顶部的料斗200连续输入，从卸料装置1000底部连续输出，形成移动床，解决了催化剂活性下降问题；烧结烟气和脱硝还原剂NH₃在脱硝反应器500内与定向移动的烧结矿之间以错流的方式进行气固接触，烟气中NO_X的与NH₃反应，生成的N₂和水蒸气随着脱硝烟气由出气管700排出。

2)本发明采用来源广泛、价格低廉的烧结矿作为NH₃-SCR脱硝催化剂，脱硝后的烧结矿可作为高炉炼铁的原料，实现催化剂零成本；充分利用烧结矿显热加热烧结烟气，节省了SCR脱硝过程中加热烟气所需的外用热源和大型设备，降低了设备投资和系统运行成本。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。