焦炉烟气余热回收利用、脱硫及脱硝一体化系统及方法
【专利摘要】本发明提供了一种焦炉烟气余热回收利用、脱硫及脱硝一体化系统及方法，该方法包括：(1)将高温焦炉烟气经余热回收并降温后，得到低温焦炉烟气；(2)对步骤(1)得到的低温焦炉烟气进行半干法脱硫处理，得到经脱硫处理后的烟气；(3)对步骤(2)得到的经脱硫处理后的烟气进行除尘处理，得到经除尘处理的烟气；(4)对步骤(3)得到的经除尘处理的烟气进行SCR低温脱硝处理，得到经余热回收、脱硫及脱硝处理后的焦炉烟气。经该系统及方法对焦炉烟气经余热回收利用、脱硫及脱硝一体化处理后，脱硫效率>95％，脱硝效率>80％，净化后焦炉烟气中SO2<30mg/Nm3，NOx<100mg/Nm3，尘含量<15mg/Nm3。
【专利说明】
焦炉烟气余热回收利用、脱硫及脱硝一体化系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种焦炉烟气余热回收利用、脱硫及脱硝一体化系统及方法，属于焦炉烟道废气无害化处理技术领域。
【背景技术】
[0002]近年来，雾霾天气的频繁出现，使人们对大气环境问题的关注达到前所未有的程度;而SO2和NOx作为雾霾的主要组成物质，其已成为大气污染治理的重中之重。焦化行业焦炉烟气中会产生大量的SO2和NOx，其脱硫脱硝业已提上日程。2012年实施的《炼焦化学工业污染物排放标准》规定:2012年10月I日起，新建焦炉的SOdPNOx排放分别不得超过50mg/Nm3和500mg/Nm3，从2015年I月I日起，现有焦炉同样执行上述排放标准。
[0003]焦炉烟气因燃料、炉型及运行负荷的不同，其排烟温度在230-310°C之间，烟气中S02的浓度在60-500mg/Nm3之间，NOx浓度在100-1300mg/Nm3之间，远远超出国家要求的排放规定，同时烟气中的热能丰富。
[0004]近些年，国内有识之士也开始关注焦化行业焦炉烟气的治理问题，并已经开展了这些方面的研究和工程实践。如公开号为CN103816796A，发明名称为一种低温焦炉烟道废气脱硫脱硝工艺的专利公开了采用先半干法脱硫，再进行SCR脱硝的工艺方法，但高温烟气对半干法脱硫系统会产生负面影响，使该工艺存在隐患。又如公开号为CN104923046A，发明名称为一种焦炉烟气脱硫、脱硝及余热回收一体化方法的专利公开了先进行SCR脱硝、再经余热回收，最后进行氨法脱硫的工艺路线，但未脱硫烟气中的SO2会对脱硝系统产生负面影响，同时氨法脱硫尾部易产生气溶胶造成二次污染。
[0005]鉴于上述情况，该技术领域的研究人员都努力寻求一种适合焦炉烟气脱硫脱硝的一体化系统及方法。
[0006]1、与本发明相关的现有技术一
[0007]1.1、现有技术一的技术方案
[0008]公开号为CN103816796A，发明名称为一种低温焦炉烟道废气脱硫脱硝工艺的专利中提到，该工艺采用由引风单元、脱硫单元、氨制备单元、脱硝除氨单元、压缩空气单元、颗粒物输送单元组成的系统;具体烟气流程为来自焦炉的中高温废气直接进入脱硫单元，采用半干法脱硫技术先对烟气进行脱硫;脱硫后的烟气送入脱硝除氨单元，利用氨制备单元提供SCR脱硝所需的还原剂；引风单元、压缩空气单元和颗粒物输送单元为辅助单元。
[0009]1.2、现有技术一的缺点
[0010]该技术中，未考虑半干法脱硫反应的最佳温度范围为90_150°C，由于其脱硫烟气温度过高使得脱硫效率大幅下降从而对后续脱硝催化剂产生毒害作用，还会导致钙硫比提高，脱硫剂耗费增加，同时对后续布袋的安全运行产生威胁，降低布袋寿命。
[0011]2、与本发明相关的现有技术二
[0012]2.1、现有技术二的技术方案
[0013]公开号为CN104923046A，发明名称为一种焦炉烟气脱硫、脱硝及余热回收一体化方法的专利提到，该工艺采用的系统由加热炉、脱硝装置、余热回收装置、氨法脱硫装置、氨供应系统等部分组成。焦炉来的烟气首先进入加热炉加热升温至300-400 °C，再进入脱硝装置脱硝，使用还原剂和脱硝催化剂脱除烟气中的氮氧化物;其中脱硝还原剂为氨;脱硝装置出来的烟气经余热回收装置回收热量并降温至100-150°C，再进入氨法脱硫装置脱除烟气中的二氧化硫。
[0014]2.2、现有技术二的缺点
[0015]现有技术在脱硝之前增加了煤气加热炉，会增加2000-3000Nm3/h的煤气消耗；同时，焦炉烟气的SO2浓度过高，当烟气温度控制不当在280°C以下时，在脱硝催化剂的作用下SO2被氧化后，易与NH3形成NH4HSO4，SO3和NH4HSO4的产生均会对催化剂、低温段下游设备产生不利影响，如堵塞催化剂;最后，该技术的脱硫系统采用氨法脱硫，使尾部易产生气溶胶，同时系统产生脱硫废水，造成二次污染。
【发明内容】
[0016]为了解决上述的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种焦炉烟气余热回收利用、脱硫及脱硝一体化方法。
[0017]本发明的目的还在于提供用于实现上述焦炉烟气余热回收利用、脱硫及脱硝一体化方法的系统。
[0018]为达到上述目的，一方面，本发明提供一种焦炉烟气余热回收利用、脱硫及脱硝一体化方法，其包括以下步骤:
[0019](I)首先，将高温焦炉烟气经余热回收并降温后，得到低温焦炉烟气；
[0020](2)其次，对步骤(I)得到的低温焦炉烟气进行半干法脱硫处理，得到经脱硫处理后的烟气；
[0021](3)然后，对步骤(2)得到的经脱硫处理后的烟气进行除尘处理，得到经除尘处理的烟气；
[0022](4)最后对步骤(3)得到的经除尘处理的烟气进行SCR低温脱硝处理，得到经余热回收、脱硫及脱硝处理后的焦炉烟气。
[0023]根据本发明所述的方法，优选地，步骤(I)中所述的降温为将高温焦炉烟气的温度降至130-150 °C。
[0024]根据本发明所述的方法，所述来自焦炉的高温焦炉烟气的温度为230_310°C，首先将高温焦炉烟气送入余热回收装置(可以为余热锅炉)进行余热回收并降温处理，将该高温焦炉烟气温度降至130-150°C，该温度满足半干法脱硫工艺的温度要求;余热锅炉产出的蒸汽可用于加热经脱硫、除尘后得到的烟气，或接至工厂热力管网进行回收利用。
[0025]根据本发明所述的方法，步骤(2)可以按照以下具体方式进行:低温焦炉烟气通过烟道输送至脱硫吸收塔，烟气与细脱硫吸收剂粉末进行混合，颗粒之间、气体与颗粒之间剧烈摩擦，充分接触混合，在喷入均匀水雾以降低烟温的条件下，吸收剂与烟气中的SO2充分反应完成脱硫，其脱硫效率可达95%以上。其中，脱硫吸收剂可以是消石灰，也可以是Na2C03。本申请的脱硫方法采用半干法脱硫工艺，该工艺无脱硫废水，脱硫副产品呈干态，不会造成二次污染。
[0026]根据本发明所述的方法，步骤(2)得到的经脱硫处理后的烟气中携带大量固体颗粒(仍具有活性的脱硫剂)，该烟气从半干法脱硫处理所用的吸收塔顶部排出，进入除尘器，被分离出来的颗粒经中间灰仓返回半干法脱硫处理所用的吸收塔进行重复利用，以提高脱硫剂的利用效率、降低运行成本。
[0027]根据本发明所述的方法，优选地，步骤(3)得到的经除尘处理的烟气的温度为130-140。。。
[0028]根据本发明所述的方法，脱硫后的烟气通过除尘器除尘，除尘器为布袋除尘器;除尘器的应用，保证了出口粉尘的浓度，满足愈来愈严格的粉尘排放要求。
[0029]根据本发明所述的方法，步骤(3)从除尘器出来的经除尘处理的烟气温度为130-140°C，其适合低温脱硝催化剂的温度要求，该烟气进入脱硝反应器与氨区提供的还原剂氨反应完成脱硝，脱硝效率可达70-80 %以上。
[0030]本发明对SCR低温脱硝处理过程中所用的低温脱硝催化剂不作要求，本领域技术人员可以根据现场作业需要选择合适的催化剂，只要能够实现发明的目的即可;该低温脱硝催化剂可以采用目前已经工业应用的催化剂，也可以采用ZL201310157602.3，ZL201110439896.x，ZL201210491331.0等专利中公开的低温脱硝催化剂。
[0031]根据本发明所述的方法，优选地，步骤(3)及步骤(4)之间还包括以下具体操作:
[0032]利用步骤(I)回收的余热对步骤(3)得到的经除尘处理的烟气进行加热，以保证烟气温度满足脱硝催化剂对脱硝反应温度的要求；
[0033]更优选地，所述的加热为将烟气温度加热至160-200°C。
[0034]经过蒸汽加热处理的烟气温度升高至160-200°C左右，该温度达到低温SCR脱硝反应的最佳反应温度，后续使用SCR脱硝反应器进行脱硝。
[0035]根据本发明所述的方法，优选地，该方法步骤(I)还包括在余热回收过程中将冷空气加热后送回焦炉烟道，使焦炉烟道处于热备状态的操作。
[0036]根据本发明所述的方法，优选地，该方法步骤(2)还包括在半干法脱硫处理所用的脱硫剂中加入脱硝催化剂的操作；
[0037]更优选地，所述脱硫剂包括消石灰或Na2CO3。
[0038]本发明在脱硫剂中加入脱硝催化剂，可实现在脱硫吸收塔中脱除部分NOx，降低低温脱硝系统的脱除压力，提高整个系统的脱硝效率的目的。
[0039]本发明对脱硫剂与脱硝催化剂二者之间的用量比例不作要求，本领域技术人员可以根据现场作业需要合理设置二者之间的比例，只要能够实现本发明目的即可。
[0040]根据本发明所述的方法，半干法脱硫技术为本领域公知的技术手段，本发明对半干法脱硫过程中所涉及的具体工艺参数，如脱硫剂的用量、烟气的流量等不作具体要求，本领域技术人员可以根据现场作业需要合理选择半干法脱硫过程中涉及的一些工艺参数，只要保证可以实现发明目的即可。
[0041]根据本发明所述的方法，低温SCR脱硝处理是在常规高温SCR脱硝处理的系统基础上，控制体系温度并替换其所用的中高温催化剂为低温催化剂，主要的不同之处是选用催化剂的不同；因此，本领域技术人员可以根据现场作业需要合理选择SCR低温脱硝过程中涉及的一些工艺参数，只要能够实现发明目的即可。
[0042]另一方面，本发明还提供了一种用于实现上述焦炉烟气余热回收利用、脱硫及脱硝一体化方法的系统，该系统包括:余热锅炉、半干法脱硫装置、除尘器、低温脱硝装置及氨供应系统；
[0043]所述余热锅炉设置有烟气入口、烟气出口及蒸汽出口，该烟气出口通过管路与所述半干法脱硫装置的气体入口相连，所述半干法脱硫装置的气体出口通过管路与所述除尘器的气体入口相连，所述除尘器的气体出口通过管路与所述低温脱硝装置的气体入口相连，所述低温脱硝装置的气体出口通过管路与烟囱相连;所述氨供应系统与所述低温脱硝装置的催化剂入口相连。
[0044]根据本发明所述的系统，优选地，该系统还包括鼓风机，该鼓风机通过管路经由所述余热锅炉与焦炉烟道相连接。
[0045]根据本发明所述的系统，优选地，该系统还包括蒸汽加热器，该蒸汽加热器设置于除尘器与低温脱硝装置之间；
[0046]所述除尘器的气体出口通过管路与该蒸汽加热器的烟气入口相连，该蒸汽加热器的烟气出口通过管路与所述低温脱硝装置的气体入口相连；
[0047]所述余热锅炉的蒸汽出口通过管路与该蒸汽加热器的蒸汽入口相连。
[0048]根据本发明所述的系统，优选地，该系统还包括锅筒，该锅筒通过管路与所述蒸汽加热器的蒸汽入口相连。该锅筒可以为系统提供外部热源蒸汽，在脱硝催化剂需要高温激活时使用。
[0049]根据本发明所述的系统，优选地，用于连接低温脱硝装置的气体出口与烟囱的管路上设置有增压风机。该增压风机可以为烟气克服整个系统阻力提供升压，其配备变频电机，可根据焦炉的实际生产工况调节风机转速，以保证正常生产。
[0050]根据本发明所述的系统，优选地，所述除尘器为布袋除尘器。
[0051]根据本发明所述的系统，其还为脱硝单元设置了保险措施装置，即在脱硝装置前增加蒸汽加热器，若现场工况不稳定导致烟气温度降低，或需要提高脱硝效率，可开启蒸汽加热器，步骤(4)中得到的烟气经蒸汽加热器小幅升温，烟气温度可升至160_200°C，此时脱硝效率可达80-90%以上。正常工况下，氮氧化物入口浓度在500mg/Nm3左右，蒸汽加热器为常闭状态。
[0052]根据本发明所述的系统，氨供应系统可采用液氨或废氨水作为原料，经氨蒸发器蒸发后，与空气混合稀释至5%以下后，由喷氨格栅喷入脱硝反应器前烟道，提供脱硝反应所需的氨。
[0053]本发明着眼于焦炉烟气余热回收利用、脱硫及脱硝一体化整体工艺方案的可操作性、系统稳定性及经济性，为解决焦炉烟气在先脱硫时温度过高不能满足直接脱硫的要求，在先脱硝时SO2过高又影响低温脱硝效率，同时如何综合利用焦炉烟气中的丰富热能的问题，提供了一种新的工艺路线。
[0054]本发明的技术方案具有以下有益技术效果:
[0055]1、本发明采用将高温烟气先通过余热锅炉降温的工艺方法，避免了烟气温度过高对后续半干法脱硫单元的不利影响；
[0056]2、本发明采用在低温脱硝前先进行脱硫的工艺方法，降低了 SO2对低温选择性还原脱硝反应及设备的负面影响；
[0057]3、本发明通过余热锅炉回收高温烟气余热，并通过蒸汽加热器的作用，无需外加热源即可实现脱硝烟气的加热升温；
[0058]4、此外，本发明的系统及方法投资和运行费用较低，而系统的运稳定性较高，经处理后，焦炉烟气中SO2、Ν0χ及颗粒物排放均优于国家标准。
[0059]经本发明提供的系统及方法对焦炉烟气进行余热回收利用、脱硫及脱硝一体化处理后，脱硫效率>95%，脱硝效率>80%，净化后焦炉烟气中302〈301^/_3，勵1〈10011^/_3，尘含量<15mg/Nm3。
【附图说明】
[0060]图1为本发明实施例1提供的焦炉烟气余热回收利用、脱硫及脱硝一体化系统结构示意图。
[0061]主要附图标号说明:
[0062]1、余热锅炉；
[0063]2、半干法脱硫装置；
[0064]3、除尘器；
[0065]4、低温脱硝装置；
[0066]5、蒸汽加热器；
[0067]6、氨供应系统；
[0068]7、鼓风机；
[0069]8、增压风机；
[0070]9、烟囱。
【具体实施方式】
[0071]为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例及说明书附图对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
[0072]实施例1
[0073]本实施例提供了一种焦炉烟气余热回收利用、脱硫及脱硝一体化系统，其结构示意图如图1所示，该系统包括:余热锅炉1、半干法脱硫装置2、除尘器3、低温脱硝装置4及氨供应系统6;
[0074]所述余热锅炉I设置有烟气入口、烟气出口及蒸汽出口，该烟气出口通过管路与所述半干法脱硫装置2的气体入口相连，所述半干法脱硫装置2的气体出口通过管路与所述除尘器3的气体入口相连，所述除尘器3的气体出口通过管路与所述低温脱硝装置4的气体入口相连，所述低温脱硝装置4的气体出口通过管路与烟囱9相连;所述氨供应系统6与所述低温脱硝装置4的催化剂入口相连；
[0075]所述除尘器3为布袋除尘器；
[0076]用于连接低温脱硝装置4的气体出口与烟囱9的管路上设置有增压风机8;
[0077]该系统还包括蒸汽加热器5，该蒸汽加热器5设置于除尘器3与低温脱硝装置4之间；
[0078]所述除尘器3的气体出口通过管路与该蒸汽加热器5的烟气入口相连，该蒸汽加热器5的烟气出口通过管路与所述低温脱硝装置4的气体入口相连；
[0079]所述余热锅炉I的蒸汽出口通过管路与该蒸汽加热器5的蒸汽入口相连；
[0080]该系统还包括锅筒(图中未画出)，该锅筒通过管路与所述蒸汽加热器5的蒸汽入口相连；
[0081]该系统还包括鼓风机7，该鼓风机7通过管路经由所述余热锅炉I与焦炉烟道相连接。
[0082]实施例2
[0083]本实施例提供了一种焦炉烟气余热回收利用、脱硫及脱硝一体化方法，该方法是使用实施例1提供的系统实现的，现有年产100万吨的2座55孔5.5米捣固焦炉，烟气量25万Nm3/h，烟气入口 温度为230-310 °C，SO2入口 浓度为200-500mg/Nm3，NOx入口 浓度为700-1300mg/Nm3 ；该方法包括以下步骤:
[0084](I)首先，将高温焦炉烟气(230-310 °C)送入余热锅炉中进行余热回收得到0.5MPa蒸汽15t/h，并降温至140°C后，得到低温焦炉烟气；
[0085](2)其次，将步骤(I)得到的低温焦炉烟气送入半干法脱硫装置中进行半干法脱硫处理，得到经脱硫处理后的烟气；其中，半干法脱硫处理所用的脱硫剂中加入了脱硝催化剂，所述脱硫剂包括消石灰或Na2CO3，其脱硫效率可达95 %以上；
[0086](3)然后，对步骤(2)得到的经脱硫处理后的烟气进行除尘处理，得到经除尘处理的烟气;经除尘处理的烟气的温度为130°C;
[0087]利用步骤(I)回收的余热对步骤(3)得到的经除尘处理的烟气进行加热，以保证烟气温度满足脱硝催化剂对脱硝反应温度的要求;所述的加热为将烟气温度加热至200°C;
[0088]所用脱硝催化剂可为壳牌公司、康宁公司等生产的低温脱硝催化剂，该低温脱硝催化剂的用量为80m3左右，该脱硝处理的脱硝效率>80 % ;
[0089](4)最后对步骤(3)得到的烟气进行SCR低温脱硝处理，得到经余热回收、脱硫及脱硝处理后的焦炉烟气;净化后的该焦炉烟气中S02〈30mg/Nm3，N0x〈100mg/Nm3，尘含量<15mg/Nm30
[0090]该方法步骤(I)还包括在余热回收过程中将冷空气加热后送回焦炉烟道，使焦炉烟道处于热备状态的操作。
【主权项】
1.一种焦炉烟气余热回收利用、脱硫及脱硝一体化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: (1)首先，将高温焦炉烟气经余热回收并降温后，得到低温焦炉烟气； (2)其次，对步骤(I)得到的低温焦炉烟气进行半干法脱硫处理，得到经脱硫处理后的烟气； (3)然后，对步骤(2)得到的经脱硫处理后的烟气进行除尘处理，得到经除尘处理的烟气； (4)最后对步骤(3)得到的经除尘处理的烟气进行SCR低温脱硝处理，得到经余热回收、脱硫及脱硝处理后的焦炉烟气。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(I)中所述的降温为将高温焦炉烟气的温度降至130-150°C。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)得到的经除尘处理的烟气的温度为 130-140 cC ο4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)及步骤(4)之间还包括以下具体操作: 利用步骤(I)回收的余热对步骤(3)得到的经除尘处理的烟气进行加热，以保证烟气温度满足脱硝催化剂对脱硝反应温度的要求； 优选地，所述的加热为将烟气温度加热至160-200°C。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法步骤(I)还包括在余热回收过程中将冷空气加热后送回焦炉烟道，使焦炉烟道处于热备状态的操作。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法步骤(2)还包括在半干法脱硫处理所用的脱硫剂中加入脱硝催化剂的操作； 优选地，所述脱硫剂包括消石灰或Na2CO3。7.—种焦炉烟气余热回收利用、脱硫及脱硝一体化系统，其特征在于，该系统包括:余热锅炉、半干法脱硫装置、除尘器、低温脱硝装置及氨供应系统； 所述余热锅炉设置有烟气入口、烟气出口及蒸汽出口，该烟气出口通过管路与所述半干法脱硫装置的气体入口相连，所述半干法脱硫装置的气体出口通过管路与所述除尘器的气体入口相连，所述除尘器的气体出口通过管路与所述低温脱硝装置的气体入口相连，所述低温脱硝装置的气体出口通过管路与烟囱相连;所述氨供应系统与所述低温脱硝装置的催化剂入口相连； 优选地，所述除尘器为布袋除尘器； 还优选地，用于连接低温脱硝装置的气体出口与烟囱的管路上设置有增压风机。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，该系统还包括蒸汽加热器，该蒸汽加热器设置于除尘器与低温脱硝装置之间； 所述除尘器的气体出口通过管路与该蒸汽加热器的烟气入口相连，该蒸汽加热器的烟气出口通过管路与所述低温脱硝装置的气体入口相连； 所述余热锅炉的蒸汽出口通过管路与该蒸汽加热器的蒸汽入口相连。9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，该系统还包括锅筒，该锅筒通过管路与所述蒸汽加热器的蒸汽入口相连。10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，该系统还包括鼓风机，该鼓风机通过管路经由所述余热锅炉与焦炉烟道相连接。
【文档编号】B01D53/90GK105944564SQ201610380167
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月1日
【发明人】朱繁, 周向, 王建华, 张宇鑫, 任乐, 张传波, 吴林彦, 李佳霖
【申请人】中冶京诚工程技术有限公司