一种脱除烧结烟气中的氮氧化物和二噁英的系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明属于烧结机烟气净化技术领域，具体地说是涉及一种脱除烧结烟气中的氮氧化物和二噁英的系统及其方法。
【背景技术】
[0002]烧结机是我国钢铁行业普遍使用的生产装置，烧结机在工作时产生的烟气量很大。在生产过程中发生许多化学反应，生成各种污染物，例如S02、CO、CO2、粉尘等，通过现有较为成熟的污染控制技术可对上述污染物进行有效控制，但产生的二噁英和氮氧化物尚无有效的处理手段。二噁英是高毒性、高累积性的化合物，能够在人体内积累富集，危害极大。它具有高熔点、高沸点的特性，且化学性质稳定，在酸碱环境和氧化还原作用下都很稳定。而在生物作用下则分解得很缓慢，极易被土壤吸附，在环境中常常对大气、土壤、河流、湖泊、海洋等造成严重污染。
[0003]在烧结烟气中喷入粉末活性炭，可以吸附净化烧结烟气中的二噁英，但是使用活性炭不仅需要相配的设备、较强的维护手段，还需要根据不同的二噁英浓度注入不同剂量的活性炭，吸附下来的含有二噁英的活性炭与飞灰一起都需要被作为有害废物来处置，日积月累的活性炭消耗和有毒有害废物的处置大大增加了烧结厂的运行费用。
[0004]目前尚未见到烧结烟气中氮氧化物、二噁英同步脱除的工艺技术与设备。烟气急冷或活性炭工艺脱除二噁英以及SCR烟气脱硝的工艺技术。
[0005]SCR脱硝技术十分成熟，广泛应用于烟气脱硝处理工程，但目前的高温SCR脱硝技术，仅仅能脱除烟气的氮氧化物，不能脱除二噁英。
[0006]综上所述，烧结烟气中氮氧化物和二噁英的控制具有相当的难度，特别对于大型烧结烟气的二噁英的脱除一直没有合适的技术与工艺。
[0007]本发明的特点是与传统的350°C脱硝反应不同，本发明是在230°C到270°C下发生低温脱硝反应，在选用的高活性催化氧化体系下同时发生脱二噁英反应。温度超过280°C时，二噁英会从新合成。我国拥有大量的烧结机如果采用350°C脱硝，那么需要将数十万甚至百万标立的烟气加热到350°C，能耗很高，而且在一个反应器中只能脱除一种污染物，也就是不能实现氮氧化物和二噁英的同步脱除。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种用于脱除烧结烟气中的氮氧化物和二噁英的系统，用于解决现有烧结烟气不能同时除去二噁英和氮氧化物的问题。
[0009]本发明解决其技术问题所采取的技术方案是:一种脱除烧结烟气中的氮氧化物和二噁英的系统，包括前后依次设置并首尾相连的换热器、预热器、还原剂喷射预混器、静态混合器和催化反应器，在所述换热器上设有冷侧进口、冷侧出口、热侧进口和热侧出口，所述冷侧进口为待净化烧结烟气的进入口，所述冷侧出口与预热器的预热器进口连接，所述热侧出口为净化后的烧结烟气出口 ；所述还原剂喷射预混器包括还原剂喷射预混器进口、还原剂喷射预混器出口和还原剂喷枪，所述还原剂喷射预混器进口与预热器出口连接，在所述还原剂喷枪中设有氨气，所述还原剂喷射预混器出口与静态混合器进口连接；所述静态混合器上还设有静态混合器出口和圆盘，若干所述圆盘沿气流流动方向先后设置在静态混合器的内腔中使得静态混合器的内腔分为若干混合区，所述静态混合器出口与催化反应器进口连接，所述催化反应器上还设有催化反应器出口，所述催化反应器出口与热侧进口连接，所述热侧进口与热侧出口连通，且所述热侧进口和热侧出口之间的通道与冷侧进口和冷侧出口之间的通道相互独立；在所述催化反应器的内腔中设有前后设置的催化还原催化剂层和催化氧化催化剂层，所述催化还原催化剂层包括脱硝催化剂层和稀土金属层。
[0010]进一步地，所述还原剂喷射预混器具有文丘里管结构。
[0011]进一步地，在所述静态混合器内依次设置有四层混合区。
[0012]进一步地，在所述还原剂喷枪的出口位置设有格栅。
[0013]进一步地，所述换热器、预热器、还原剂喷射预混器、静态混合器和催化反应器构成一个U形结构。
[0014]本发明还提供了一种采用上述脱除烧结烟气中的氮氧化物和二噁英系统的处理方法，该方法包括以下步骤:
[0015]I)烧结烟气的换热过程:将温度为120?180°C的烧结烟气由冷侧进口进入内部为换热管或换热板的换热器进行换热，换热后通过冷侧出口离开换热器，冷侧出口的温度为 180 ?220? ；
[0016]2)烧结烟气的预热过程:烧结烟气由换热器的冷侧出口离开后通过预热器进口进入预热器进行预热，预热后的气体通过预热器出口离开预热器，控制预热器加热功率使预热器出口的温度为230?270°C之间；
[0017]3)还原剂与烧结烟气的预混过程:烧结烟气由预热器出口离开预热器后经还原剂喷射预混器进口进入还原剂喷射预混器，还原剂由还原剂喷枪喷射进入还原剂喷射预混管中与烧结烟气混合，还原剂迅速混合到烟气当中并迅速气化，还原剂与烧结烟气经预混后通过还原剂喷射预混器出口离开还原剂喷射预混器，所述还原剂为氨气，所述还原剂喷射预混器是一个文丘里结构的管；
[0018]4)还原剂与烧结烟气的静态混合过程:还原剂与烧结烟气由还原剂喷射预混器出口离开还原剂喷射预混器后经静态混合器进口进入静态混合器，混合气流沿静态混合器内腔依次通过设有若干圆盘的混合区后经静态混合器出口离开静态混合器，所述圆盘为星形的金属件；
[0019]5)烧结烟气的催化还原和催化氧化过程:混合气由静态混合器出口离开静态混合器后经催化反应器进口进入催化反应器，在0.2MPa?0.4Mpa、230?270°C下进行催化反应，混合气依次通过催化还原催化剂层和催化氧化催化剂层，烧结烟气依次通过催化还原催化剂层和催化氧化催化剂层催化反应处理后由催化反应器出口离开催化反应器，催化还原催化剂层的设置具有脱硝和去除二噁英的功能，催化氧化催化剂层的设置具有脱除挥发性有机物的作用，所述催化还原催化剂层由重量百分比为10%?35%的Ti02、15%?40%的V205、7%?35% W03、3%?5%稀土金属氧化物粉碎成100?200目的固体颗粒混合均匀后压制成的厚度为2?3_的层状结构；所述催化氧化催化剂层由重量百分比为30%?45%的Mn02、20%?37%的磷钨酸、15%?30%的醋酸锰粉碎成100?200目的固体颗粒混合均匀后压制成的厚度为2?3_的层状结构；
[0020]6)净化烧结烟气与待净化烧结烟气的换热过程:经催化还原和催化氧化处理后的烧结烟气由催化反应器出口离开催化反应器后由热侧进口进入换热器，净化后的烧结烟气经换热器内的第一通道由热侧出口离开换热器，所述第一通道为热侧进口和热侧出口之间的通道，冷侧进口和冷侧出口之间形成待净化烧结烟气进入换热器的第二通道，第一通道和第二通道均位于换热器中，且第一通道与第二通道相互独立。
[0021 ] 优选地，还原催化剂层可由重量百分比为35 %的T12、30 %的V205、35 % W03、5 %三氧化二铈机械粉碎成100?200目的固体颗粒混合均匀后压制成的厚度为2?3_的层状结构构成；催化氧化催化剂层可由重量百分比为45 %的Μη02、25 %的磷钨酸、30 %的醋酸锰粉碎成100?200目的固体颗粒混合均匀后压制成的厚度为2?3mm的层状结构构成。
[0022]步骤6)中第一通道与第二通道的相互独立实现净化后的烧结烟气与待净化烧结烟气进行热交换，以使得待净化烧结烟气温度升高，温度升高后的待净化烧结烟气进入到预热器中后，可采用较小的加热功率对其进行加热，起到节能的效果。
[0023]本发明的催化体系与传统的350°C脱硝反应不同，本发明是在230°C到270°C下发生低温脱硝反应，在选用的高活性催化氧化体系下同时发生脱二噁英反应。
[0024]本技术降低了烟气脱硝反应的温度，节省了燃料去给大量的烟气升温。烧结烟气通过喷氨格栅喷入还原剂氨气后再通过静态混合器将烟气与氨气充分混合，然后进入催化剂层，烟气中的氮氧化物与氨气在催化剂的作用下发生反应转化为氮气和水，而烟气中的二噁英与氧气在催化剂的作用下转化为二氧化碳、水、氯化氢。烟气在催化剂层发生的催化反应的化学方程式如下:
[0025]N02+N0+2NH3—2N2+3H20(1)
[0026]4N0+02+4NH3— 4N 2+6H20 (2)
[0027]2N02+02+4NH3— 3N 2+6H20 (3)
[0028]C12HnCl8-n02+ (9+0.5n) 02— (n_4) H 20+12C02+ (8_n) HCl (4)
[0029]本发明的有益效果是:本发明提供的一种脱除烧结烟气中的氮氧化物同时脱除二噁英的系统，将烟气加热后与还原剂混合，然后再与催化还原催化剂反应，可同时脱除烟气中的硝和二噁英，在230-270°C的条件下，氮氧化物的脱除率可以达到98%以上，而二噁英的脱除率可以达到97%以上，完全能满足0.1ngTEQ/Nm3，达到净化烟气的目的，净化效率高。净化后的高温烧结烟气经过换热器时，可与换热器中的待净化烧结烟气进行热交换，使得待净化烧结烟气温度升高一定程度后进入到预热器中，这样可减小预热器的加热功率，起到节能的效果。
【附图说明】
[0030]图1为本发明的示意图；
[0031]附图标记:1换热器，11冷侧进口，12冷侧出口，13热侧进口，14热侧出口，2预热器，21预热器进口，22预热器出口，3还原剂喷射预混器，31还原剂喷射预混器进口，32还原剂喷射预混器出口，33还原剂喷枪，4静态混合器，41静态混合器进口，42静态混合器出口，43圆盘，5催化反应器，51催化反应器进口，52催化反应器出口，53催化还原催化剂层，54
催化氧化催化剂层。
【具体实施方式】
[0032]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合【具体实施方式】，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。
[0033]图1示出了一种脱除烧结烟气中的氮氧化物和二噁英的系统，包括前后依次设置并首尾相连的换热器1、预热器2、还原剂喷射预混器3、静态混合器4和催化反应器5，换热器1、预热器2、还原剂喷射预混器3、静态混合器4和催化反应器5构成一个U形结构，在所述换热器上设有冷侧进口 11、冷侧出口 12、热侧