钢铁企业自给式绿色脱硝系统及工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及钢铁企业自给式绿色脱硝系统及工艺，包括空预脱硝一体反应器，空预脱硝一体反应器的还原区与高炉的烟气排出口相通，高炉的烟气从上而下经过还原区，还原区的出口与流化床反应器连接，流化床反应器的出口通过旋风分离器与烧结机连接，烧结机的出气口连接除尘器，除尘器的出气口与空预脱硝一体反应器的烟气区相通，除尘器的出尘口与流化床反应器的催化剂加料口连接，空预脱硝一体反应器的空气区入口与冷空气连通，空气区出口连接烧结机。本发明以颗粒状铁渣为催化剂，低热值高炉煤气为还原剂，催化还原烧结机烟气中的NOx，实现自给式绿色脱硝过程。
【专利说明】钢铁企业自给式绿色脱硝系统及工艺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钢铁企业自给式绿色脱硝系统及工艺，属于钢铁企业节能减排技 术领域。
【背景技术】
[0002] 钢铁生产主要包括烧结、球团、炼焦、炼铁、炼钢、乳钢、锻压、铁合金等环节，钢铁 厂拥有排放大量烟尘和废气的各种炉窑，是大气的污染大户。其中，烧结机中的混合料在烧 结过程中将产生大量含有粉尘、S0 2、NOx等有害成分的烟气，该烟气的净化处理必不可少， 脱硝设备的投入运行也势在必行。氮氧化物（NOx)是形成复合型大气污染的主要物质之 一，能引起严重的环境污染，能形成酸雨或酸雾与碳氢化合物结合形成光化学烟雾破坏臭 氧层等。氮氧化物将会对中国大气环境造成严重危害，控制氮氧化物的排放迫在眉睫，脱硝 也成为"十二五"期间的工作重点。
[0003] 目前，多数钢铁企业烧结机的脱硝系统采用传统的氨法选择性催化剂还原脱硝技 术（NH3-SCR)。目前氨法SCR为世界上应用最多、最为成熟且最有成效的一种烟气脱硝技术。 SCR技术脱硝效率高，成熟可靠，适应性强。但是SCR技术由于采用喷入氨为还原剂，需投入 制氨或储氨系统，运行成本较高。且喷入的氨会对管道产生腐蚀；控制不当易使氨逃逸产生 二次污染。另一方面，SCR多采用贵金属做催化剂，而且完全依赖进口，使得SCR整体造价 高；催化剂消耗量大，且再生麻烦，大量催化剂废弃物难处理。因此，需要针对钢铁生产过程 的污染物排放特性，结合钢铁企业的已有资源，开发一种针对钢铁企业的绿色高效脱硝系 统，实现脱硝过程投入成本的降低和污染物治理过程中的资源化利用。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种钢铁企业自给式绿色脱硝系统及工艺，用于烧结机烟气 的脱硝处理。该工艺充分利用钢铁企业的已有资源，将固体废弃物、气体废弃资源化重新整 合，资源化利用，实现自给式烟气脱硝。
[0005] 本发明采取的技术方案为：
[0006] 钢铁企业自给式绿色脱硝系统，包括空预脱硝一体反应器，空预脱硝一体反应器 包括回转式吸附剂本体结构和回转式吸附剂本体结构外面的壳体、壳体上下面的气体进出 通道，气体进出通道分隔为烟气进出通道、还原剂进出通道和空气进出通道三部分；回转式 吸附剂本体结构为圆柱形，包括中心轴转子、可绕中心轴转子旋转的多层圆形吸附剂层，多 层圆形吸附剂层被分成空气区、烟气区和还原区，各层圆形吸附剂层的空气区上下相通并 大小与空气进出通道相对应，各层圆形吸附剂层的烟气区上下相通并大小与烟气进出通道 相对应，各层圆形吸附剂层的还原区上下相通并大小与还原剂进出通道相对应，气体进出 通道固定在壳体上，壳体不随中心轴转子转动，圆形吸附剂层随转子转动并在烟气区、还原 区和空气区循环；空预脱硝一体反应器的还原区与高炉的烟气排出口相通，高炉的烟气从 上而下经过还原区，还原区的出口与流化床反应器连接，流化床反应器的出口通过旋风分 离器与烧结机连接，烧结机的出气口连接除尘器，除尘器的出气口与空预脱硝一体反应器 的烟气区相通，除尘器的出尘口与流化床反应器的催化剂加料口连接，空预脱硝一体反应 器的空气区入口与冷空气连通，空气区出口连接烧结机。
[0007] 所述的流化床反应器上有加热装置。
[0008] 空预脱硝一体反应器的功能与中国专利2014102467723里的装置相似。其中所述 的圆形吸附剂层上坚直装载着波纹换热元件。所述波纹板换热元件由两部分组成，金属支 撑骨架与吸附剂涂层。金属支撑骨架采用钢板，为波纹板结构。吸附剂涂层均匀覆盖在金 属支撑骨架表面，吸附剂采用Ba、Co、Fe或Cu等非贵金属吸附剂，该金属可负载于分子筛、 氧化铝等硅铝氧化物载体，成本较低。
[0009] 所述的空气区、烟气区和还原区的两两相接处有过渡区过渡。
[0010] 所述的烟气区的扇区为160° ±10°，空气区的扇区为120° ±10°，还原区的扇 区为40° ±10°。所述各扇形区域的角度可根据吸附剂种类及烟气温度等具体设置调整。 所述过渡区的扇区为10°?20°。
[0011] 所述回转式吸附剂本体结构的驱动方式可以采用周边驱动或中心轴驱动。反应 器中壳体与回转式吸附剂本体结构间应加入轴向密封和径向密封，以减小各区域之间的漏 风。
[0012] 流化床反应器中装载的铁渣床料，该床料为烧结机烟气除尘系统分离出的粗颗 粒，粒径为〇· 5mm-5mm。
[0013] 利用上述系统进行脱硝的工艺：烧结机产生的烟气经过除尘，气体进入空预脱硝 一体反应器的烟气区，含铁尘颗粒进入流化床反应器作催化剂，进入烟气区的烟气中的NOx 被吸附于空预脱硝一体反应器的催化剂表面，经吸附后的气体从烟气区出口排出；随空预 脱硝一体反应器的催化剂旋转至还原区，钢铁厂高炉产生的低热值高炉煤气经过除尘进入 空预脱硝一体反应器的还原区，使吸附的NOx脱附，脱附的NOx随高炉煤气流出空预脱硝一 体反应器进入流化床反应器与其内的催化剂反应；空气进入空预脱硝一体反应器的空气区 使NOx进一步脱附，脱附的NOx随热空气进入烧结机反应。
[0014] 所述的空预脱硝一体反应器中烟气入口温度为250°C _350°C ;空气入口温度为室 温；高炉煤气除尘后不需降温，直接进入空预脱硝一体反应器，当入口高炉煤气温度低于 350°C时，需投入加热装置将其入口温度加热至350°C -500°C。
[0015] 烟气和高炉煤气温度较高，可加热吸附剂层；空气温度较低，冷却吸附剂层，在脱 硝的过程中实现空气的预热。
[0016] 所述流化床反应器内的温度为700°C -900°C。
[0017] 所述烟气和低热值高炉煤气的体积流量比为200?400 :1。
[0018] 所述空预脱硝一体反应器中的换热元件的堆积总体积与流化床床料的体积比为 100 ?200 :1。
[0019] 流化床反应器入口气速为流化床床料的最低流化速度的3-8倍，应保证流化床内 的流动状态为鼓泡床或湍流床，避免进入快速流化状态。
[0020] 本发明以颗粒状铁渣为催化剂，低热值高炉煤气为还原剂，催化还原烧结机烟气 中的NOx，实现自给式绿色脱硝过程。还原区出口的高炉煤气和脱附的NOx进入流化床反应 器。流化床反应器的床料为烧结机出口烟气中分离出的铁渣粗颗粒。铁渣粗颗粒作为催化 齐U，催化气体中的高炉煤气和NOx的反应，将NOx还原为无害的氮气。流化床反应器的出口 气体含反应生成的氮气、C02、为完全反应的高炉煤气和NOx等，该气体经过旋风分离器除尘 送回烧结机参与烧结过程，充分回收未完全反应的高炉煤气的余热，并将未完全反应的NOx 送回燃烧过程实现高温解析。
[0021] 本发明各级NOx反应效率为：空预脱硝一体反应器的NOx脱除率为90% -100%， NOx分解率为10% -30% ;流化床反应器NOx分解率为50% -70% ;Ν0χ送回烧结机燃烧部 分NOx分解率为5-30%。
[0022] 本发明的钢铁企业自给式绿色脱硝系统和工艺首先利用空预脱硝一体反应器将 烧结机烟气中的NOx分离，分离后的NOx在流化床反应器内被低热值高炉煤气还原，流化床 反应器中采用的催化剂为烧结机烟气中分离出的粗颗粒铁渣，残余NOx随未反应的高炉煤 气返回烧结机参与燃烧过程。此系统中的还原气体低热值高炉煤气和NOx还原催化剂铁渣 颗粒均为钢铁企业生产过程中产生的废弃物，可在脱硝的同时实现废弃物的资源化利用， 大大降低钢铁企业烟气处理成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为本发明的结构示意图；
[0024] 图2为本发明空预脱硝一体反应器的结构示意图；
[0025] 图3为图2的A-A侧剖视图；
[0026] 图4为图2的B-B侧剖视图；
[0027] 图5为催化剂层的分区示意图。
[0028] 1、脱硝装置；2、烧结机；3、除尘器；4、旋风分离器；5、流化床反应器；6、加热装置； 7、催化剂加料口；8、空预脱硝一体反应器；9、烟气区；10、还原区；11、空气区；12、高炉； 13、除尘器的出气口；14、烟气区出口；15、高炉的烟气排出口；16、还原区的出口；17、空气 区入口；18、空气区出口；19、烧结机的出气口；20、除尘器的出尘口；21、烟气进出通道、22、 还原剂进出通道、23、空气进出通道、24、中心轴转子、25、圆形吸附剂层，26、过渡区、27、壳 体。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合具体实施例进一步说明。
[0030] 实施例
[0031] 钢铁企业自给式绿色脱硝系统，包括空预脱硝一体反应器8,空预脱硝一体反应器 8包括回转式吸附剂本体结构和回转式吸附剂本体结构外面的壳体27、壳体27上下面的气 体进出通道，气体进出通道分隔为烟气进出通道21、还原剂进出通道22和空气进出通道23 三部分；回转式吸附剂本体结构为圆柱形，包括中心轴转子24、可绕中心轴转子24旋转的 多层圆形吸附剂层25,多层圆形吸附剂层25被分成空气区11、烟气区9和还原区10,各层 圆形吸附剂层的空气区上下相通并大小与空气进出通道23相对应，各层圆形吸附剂层的 烟气区9上下相通并大小与烟气进出通道21相对应，各层圆形吸附剂层的还原区上下相通 并大小与还原剂进出通道22相对应，气体进出通道固定在壳体27上，壳体27不随中心轴 转子24转动，圆形吸附剂层随转子转动并在烟气区9、还原区10和空气区11循环；空预脱 硝一体反应器的还原区10与高炉的烟气排出口 15相通，高炉的烟气从上而下经过还原区， 还原区的出口 16与流化床反应器5连接，流化床反应器5的出口通过旋风分离器4与烧结 机2连接，烧结机的出气口 19连接除尘器3,除尘器的出气口 19与空预脱硝一体反应器的 烟气区9相通，除尘器的出尘口 20与流化床反应器的吸附剂加料口 7连接，空预脱硝一体 反应器的空气区入口 17与冷空气连通，空气区出口 18连接烧结机2。
[0032] 流化床反应器上有加热装置6。空预脱硝一体反应器进气部分分为三股分别进入 反应器，分别为烟气、还原剂和空气。反应器进气部分固定，烟气、还原剂和空气分别进入反 应器的不同扇形区域。烟气进入的扇区为160°，称为烟气区；空气进入的扇区为120°，称 为空气区；还原剂进入的扇区为40°，称为还原区。所述各扇形区域的角度可根据吸附剂 种类及烟气温度等具体设置调整，调整幅度为±10°。所述的空气区、烟气区和还原区之间 分别存在过渡区9,该扇区为10°?20°。
[0033] 回转式吸附剂本体结构的驱动方式可以采用周边驱动或中心轴驱动。反应器中应 加入轴向密封和径向密封，以减小各区域之间的漏风。回转式吸附剂本体结构中心安装旋 转轴，回转式吸附剂本体结构可以绕中心轴旋转，扇形区装载的吸附剂层随之旋转。
[0034] 圆形吸附剂层上坚直装载着波纹换热元件。所述波纹板换热元件由两部分组成， 金属支撑骨架与吸附剂涂层。金属支撑骨架采用钢板，为波纹板结构。吸附剂涂层均匀覆 盖在金属支撑骨架表面，吸附剂采用Ba、Co、Fe或Cu等非贵金属吸附剂，该金属可负载于分 子筛、氧化铝等硅铝氧化物载体，成本较低。
[0035] 空预脱硝一体反应器反应器中烟气和还原剂从反应器上部进入，从下方流出；空 气从反应器下方进入，上方流出。
[0036] 烧结机产生的烟气经过除尘，气体进入空预脱硝一体反应器的烟气区，含铁尘颗 粒进入流化床反应器作催化剂，进入烟气区的烟气中的NOx被吸附于空预脱硝一体反应器 的吸附剂表面，经吸附后的气体排出；随空预脱硝一体反应器的吸附剂旋转至还原区，钢铁 厂高炉产生的低热值高炉煤气经过除尘进入空预脱硝一体反应器的还原区，使吸附的NOx 脱附，脱附的NOx随高炉煤气流出空预脱硝一体反应器进入流化床反应器与其内的催化剂 反应；空气进入空预脱硝一体反应器的空气区使NOx进一步脱附，脱附的NOx随热空气进入 烧结机反应。
【权利要求】
1. 钢铁企业自给式绿色脱硝系统，包括空预脱硝一体反应器，空预脱硝一体反应器包 括回转式吸附剂本体结构和回转式吸附剂本体结构外面的壳体、壳体上下面的气体进出通 道，气体进出通道分隔为烟气进出通道、还原剂进出通道和空气进出通道三部分；回转式吸 附剂本体结构为圆柱形，包括中心轴转子、可绕中心轴转子旋转的多层圆形吸附剂层，多层 圆形吸附剂层被分成空气区、烟气区和还原区，各层圆形吸附剂层的空气区上下相通并大 小与空气进出通道相对应，各层圆形吸附剂层的烟气区上下相通并大小与烟气进出通道相 对应，各层圆形吸附剂层的还原区上下相通并大小与还原剂进出通道相对应，气体进出通 道固定在壳体上，壳体不随中心轴转子转动，圆形吸附剂层随转子转动并在烟气区、还原区 和空气区循环；其特征是，空预脱硝一体反应器的还原区与高炉的烟气排出口相通，高炉的 烟气从上而下经过还原区，还原区的出口与流化床反应器连接，流化床反应器的出口通过 旋风分离器与烧结机连接，烧结机的出气口连接除尘器，除尘器的出气口与空预脱硝一体 反应器的烟气区相通，除尘器的出尘口与流化床反应器的催化剂加料口连接，空预脱硝一 体反应器的空气区入口与冷空气连通，空气区出口连接烧结机。
2. 根据权利要求1所述的钢铁企业自给式绿色脱硝系统，其特征是，所述的流化床反 应器上有加热装置。
3. 根据权利要求1所述的钢铁企业自给式绿色脱硝系统，其特征是，所述的圆形吸附 剂层上坚直装载着波纹换热元件，所述波纹板换热元件由两部分组成：金属支撑骨架与吸 附剂涂层，金属支撑骨架为波纹板结构，吸附剂涂层均匀覆盖在金属支撑骨架表面。
4. 根据权利要求1所述的钢铁企业自给式绿色脱硝系统，其特征是，流化床反应器中 装载的铁渣床料，该床料为烧结机烟气除尘系统分离出的粗颗粒，粒径为0. 5mm-5mm。
5. 利用权利要求1所述的系统进行脱硝的工艺，其特征是，烧结机产生的烟气经过除 尘，气体进入空预脱硝一体反应器的烟气区，含铁尘颗粒进入流化床反应器作催化剂，进入 烟气区的烟气中的NOx被吸附于空预脱硝一体反应器的吸附剂表面，经吸附后的气体从烟 气区出口排出；随空预脱硝一体反应器的吸附剂旋转至还原区，钢铁厂高炉产生的低热值 高炉煤气经过除尘进入空预脱硝一体反应器的还原区，使吸附的NOx脱附，脱附的NOx随高 炉煤气流出空预脱硝一体反应器进入流化床反应器与其内的催化剂反应；空气进入空预脱 硝一体反应器的空气区使NOx进一步脱附，脱附的NOx随热空气进入烧结机反应。
6. 根据权利要求5所述的工艺，其特征是，所述的空预脱硝一体反应器中烟气入口 温度为250°C -350°C ;空气入口温度为室温；高炉煤气除尘后不需降温，直接进入空预脱 硝一体反应器，当入口高炉煤气温度低于350°C时，需投入加热装置将其入口温度加热至 350。。-500。。。
7. 根据权利要求5所述的工艺，其特征是，所述流化床反应器内的温度为 700。。-900。。。
8. 根据权利要求5所述的工艺，其特征是，所述烟气和低热值高炉煤气的体积流量比 为 200 ?400 :1。
【文档编号】B01D53/90GK104096478SQ201410350546
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】程星星, 马春元, 王志强, 王涛 申请人:山东大学