转底炉烟气蓄热脱硝的系统的制作方法

本实用新型涉及转底炉烟气蓄热脱硝的系统。

背景技术：

随着我国经济的飞速发展，天然气、石油和煤等化石燃料等能源得到更加广泛的应用，使得环境问题日益严峻，因此引起了一系列环境问题，如酸雨、臭氧层破坏、温室效应等，使得我们的生存环境愈加严峻。我国以煤炭为主的能源结构决定了我国的氮氧化物和硫氧化物排放量一直处于居高不下的状况，大量污染性气体的排放，使得环境问题日益严峻，不仅严重影响我国人民的生产生活，而且不利于我国经济的可持续发展。因此，环境问题得到了国家越来越多的关注。

人类活动排放的NO_X90％以上来自燃料燃烧过程。各种工业炉窑、民用炉灶、机动车及其他内燃机中的燃料高温燃烧时，燃料中的含氮物质氧化生成NO_X，参与燃烧的空气中的N₂和O₂也会生成NO_X。从能源结构来看，我国的一次能源和发电能源构成中，煤占据了绝对的主导地位。并且我国80％以上的煤是直接燃烧的，特别是用于电站、工业锅炉及民用锅炉中。因此，相当长的时期内，烟气中的NO_X排放是导致我国大气NO_X污染的一个主要因素，如何减少固定源排放的NO_X是大气环境治理的一个重要课题。

烟气脱硝属于燃烧后处理技术，许多发达国家的排烟系统都需安装烟气脱硝装置。烟气脱硝方法较多，但目前得到大量工业应用的只有选择性催化还原法和选择性非催化还原法，其他方法目前均处于实验研究阶段或中试阶段。由此，烟气脱硝的系统和方法有待改进。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种转底炉烟气蓄热脱硝的系统，高温烟气充分回收余热后再进行脱硝蓄热处理，高效节能、环保，并且蓄热和脱硝效率高。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种转底炉烟气蓄热脱硝的系统。根据本实用新型的实施例，该系统包括：

蓄热脱硝装置，所述蓄热脱硝装置沿烟气流动方向依次设置蓄热区、还原剂喷淋区和脱硝区，其中，所述蓄热区具有烟气入口和预热后的空气出口，所述烟气入口与转底炉的排烟口相连，所述预热后的空气出口与转底炉的喷嘴相连，所述蓄热区设置有蓄热体，所述还原剂喷淋区设置有还原剂喷嘴，所述脱硝区具有第一气口，并设置有脱硝蓄热体，且所述脱硝蓄热体的直径为3-6mm；

三通换向阀，所述三通换向阀具有空气入口、第二气口和烟气出口，所述第二气口和与所述脱硝区的第一气口相连；

除尘装置，所述除尘装置具有气体入口和净化后的气体出口，所述气体入口与所述烟气出口相连。

根据本实用新型实施例的转底炉烟气蓄热脱硝的系统，转底炉产生的高温烟气，先通过蓄热脱硝装置的蓄热区回收余热后，再经脱硝区进行脱硝处理，高效节能、环保，并且脱硝区采用的脱硝蓄热体的表面光滑、耐磨，烟气无需深度除尘即可进行脱硝反应，脱硝效率高，并且，脱硝的同时还可进行再次蓄热，充分回收高温烟气的热量。经蓄热脱硝后的烟气经除尘装置可直接排放。

任选地，所述还原剂喷嘴为雾化喷嘴。

任选地，所述脱硝蓄热体为球状、条状或蜂窝体状，优选地，为蜂窝体状，更优选地，为蜂窝状长方体。

任选地，所述蜂窝状脱硝蓄热体的蜂窝孔径不小于10mm。优选地，所述蜂窝状脱硝蓄热体的蜂窝孔径不小于15mm。

任选地，所述蜂窝状长方体的规格为(150-250)mm×(150-250)mm×(150-250)mm。优选地，所述蜂窝状长方体的规格为250mm×200mm×150mm。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1显示了根据本实用新型一个实施例的转底炉烟气蓄热脱硝的系统的结构示意图；

图2显示了根据本实用新型一个实施例的利用前述的转底炉烟气蓄热脱硝的系统处理烟气的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。进一步地，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种转底炉烟气蓄热脱硝的系统。参考图1，根据本实用新型的实施例，对该转底炉烟气蓄热脱硝的系统进行解释说明，该系统包括：蓄热脱硝装置100、三通换向阀200和除尘装置300。为了便于理解，下面对各装置进行逐一说明：

蓄热脱硝装置100：根据本实用新型的实施例，该蓄热脱硝装置100沿烟气流动方向依次设置蓄热区110、还原剂喷淋区120和脱硝区130，其中，蓄热区110具有烟气入口和预热后的空气出口，烟气入口与转底炉的排烟口相连，预热后的空气出口与转底炉的喷嘴相连，蓄热区110设置有蓄热体，转底炉排出的烟气进入蓄热区经蓄热体进行蓄热回收热量，得到降温后的烟气；还原剂喷淋区120设置有还原剂喷嘴121，降温后的烟气进入还原剂喷淋区120，利用还原剂喷嘴121喷入还原剂，使降温后的烟气与还原剂混合，得到混合烟气；脱硝区130具有第一气口，并设置有脱硝蓄热体，且该脱硝蓄热体的直径为3-6mm，混合烟气进入脱硝区130，经脱硝蓄热体进行蓄热还原脱硝处理，得到冷却的脱除氮氧化物的烟气。转底炉产生的高温烟气，先通过蓄热脱硝装置的蓄热区回收余热后，再经脱硝区进行脱硝处理，高效节能、环保，并且脱硝区采用的脱硝蓄热体的表面光滑、耐磨，烟气无需深度除尘即可进行脱硝反应，脱硝效率高，并且，脱硝的同时还可进行再次蓄热，充分回收高温烟气的热量。根据本实用新型的实施例，烟气中氮氧化物脱除效率可达98％以上。

其中，需要说明的是，脱硝蓄热体的直径是指覆盖脱硝催化剂横截面的最小的圆的半径。

根据本实用新型的实施例，脱硝催化剂的形状可以根据实际生产需要进行选择，根据本实用新型的一些实施例，脱硝催化剂可以呈球状、条状或蜂窝体状。如果催化剂为球状，催化剂直径可以为3～6mm；若催化剂为条状或圆柱体形状，直径可以为3～6mm，长度可以为10～60mm；若催化剂为蜂窝状，横截面可以为长方体、正方体等，尺寸一般可以为150mm×150mm×150mm、250mm×200mm×150mm。根据本实用新型的一些实施例，蜂窝状长方体的规格可以为(150-250)mm×(150-250)mm×(150-250)mm。根据本实用新型的优选实施例，蜂窝状长方体的规格可以为250mm×200mm×150mm。

脱硝蓄热体的外形、尺寸和孔径可根据具体工况、使用环境等综合因素考虑后确定。由于从转底炉出来的高温烟气中含有粉尘，因此，此处选用的脱硝蓄热蜂窝体使用的孔径不能太小。根据本实用新型的实施例，蜂窝状脱硝蓄热体的蜂窝孔径不小于10mm。根据本实用新型的优选实施例，蜂窝状脱硝蓄热体的蜂窝孔径不小于15mm。由此，蓄热体的孔径不易堵塞，保证烟气顺利通过。此外，本实用新型实施例采用添加有搪瓷的脱硝蓄热体，其表面光滑、耐磨，具有良好的抗堵性能，选用上述尺寸的蓄热脱硝蜂窝体就能达到良好的脱硝效果。

根据本实用新型的实施例，还原剂喷嘴为雾化喷嘴。由于雾化喷嘴采用气泡雾化技术，使用高压压缩空气作为雾化介质，使还原剂喷出的瞬间雾化为小雾滴，雾滴颗粒可达到40μm以下，能够很好的与烟气混合均匀。

根据本实用新型的实施例，降温后的烟气的温度为300-600摄氏度。由此，蓄热区充分回收了高温烟气的热量。

三通换向阀200：根据本实用新型的实施例，该三通换向阀200具有空气入口、第二气口和烟气出口，其中，第二气口和与脱硝区130的第一气口相连，冷却的脱除氮氧化物的烟气经三通换向阀进入除尘装置进行净化处理，得到净化后的烟气，并且利用引风机抽引排空后，变换所述三通换向阀的阀门方向，使空气经所述三通换向阀进入所述蓄热脱硝装置进行预热处理，得到预热后的空气，该预热后的空气用于转底炉进行燃烧。三通换向阀通过周期性变换阀门方向，实现烟气的蓄热脱硝以及空气的预热。

除尘装置300：根据本实用新型的实施例，该除尘装置300具有气体入口和净化后的气体出口，其中，气体入口与烟气出口相连。由此，经蓄热脱硝后的烟气经除尘装置可直接排放。

为了便于理解前述的转底炉烟气蓄热脱硝的系统，在此提供一种利用前述的转底炉烟气蓄热脱硝的系统处理烟气的方法。参考图2，根据本实用新型的实施例，该方法包括：

S100蓄热脱硝

根据本实用新型的实施例，将转底炉排出的烟气输送至蓄热脱硝装置，依次进入蓄热区经蓄热体进行蓄热回收热量，以便得到降温后的烟气；使所述降温后的烟气进入还原剂喷淋区，利用还原剂喷嘴喷入还原剂，使所述降温后的烟气与还原剂混合，以便得到混合烟气；使所述混合烟气进入脱硝区，经脱硝蓄热体进行蓄热还原脱硝处理，以便得到冷却的脱除氮氧化物的烟气。由此，转底炉产生的高温烟气，先通过蓄热脱硝装置的蓄热区回收余热后，再经脱硝区进行脱硝处理，高效节能、环保，并且脱硝区采用的脱硝蓄热体的表面光滑、耐磨，烟气无需深度除尘即可进行脱硝反应，脱硝效率高，并且，脱硝的同时还可进行再次蓄热。根据本实用新型的实施例，烟气中氮氧化物脱除效率可达98％以上。

根据本实用新型的实施例，转底炉物料为铁矿石粉料与碳、粘结剂等压合而成的小球，因此，在物料受热发生还原反应的同时会伴随有大量的粉尘产生。

根据本实用新型的实施例，脱硝蓄热体包括：蓄热体基体和负载混合物，其中，蓄热体基体包括无机粉料；负载混合物负载在蓄热体基体上，该负载混合物包括：脱硝催化剂和添加剂，其中，添加剂含有搪瓷。由此，该脱硝蓄热体的表面光滑、耐磨，烟气无需深度除尘即可进行脱硝反应，脱硝效率高。

根据本实用新型的实施例，无机粉料包括焦宝石、堇青石、高岭土和石英。

根据本实用新型的实施例，脱硝催化剂的载体为二氧化钛-氧化铝复合氧化物，活性成分包含活性炭，辅助活性成分包含五氧化二钒-三氧化钨复合氧化物，助剂包含铁和镧。由此，该脱硝蓄热体的表面光滑、耐磨，烟气无需深度除尘即可进行脱硝反应，脱硝效率高。

根据本实用新型的实施例，无机粉料、脱硝催化剂和添加剂的质量比为(50-100)：(5-40)：(1-10)。由此，该脱硝蓄热体的表面光滑、耐磨，烟气无需深度除尘即可进行脱硝反应，脱硝效率高。

为了便于理解本实用新型实施例的脱硝蓄热体，在此提供该脱硝蓄热体的制备方法，具体包括：

(1)蓄热体胚体的炼制

将适量的无机粉料、陶瓷粉末、粘结剂、增塑保湿剂、润滑剂混合，并加入适量的去离子水进行捏合炼制，得到泥料备用。

将泥块进行陈腐，陈腐环境温度为15～25℃，陈腐时间为24h～48h，经真空精炼、真空挤制成所需规格的蜂窝体坯料。

再将蜂窝体坯料再送入干燥机内定型、干燥，在1200℃～1400℃条件下烧制得成品。

(2)TiO₂-Al₂O₃复合氧化物的制备

取一定量的硫酸氧钛和氯化铝，分别溶解于适量的去离子水中，搅拌均匀，分别制得钛源和铝源溶液，两者浓度之比为1：(0.01～2)。将钛源溶液、铝源溶液、氨水通过并流的方式，按一定流速滴入装有少量去离子水的反应釜中，该反应釜中设有搅拌装置，保证溶液混合均匀、反应充分。钛源溶液与铝源溶液滴入速度相同，控制氨水的滴入速度，将反应液的PH值控制在9～11之间，共沉淀得到氢氧化钛与氢氧化铝的沉淀混合物。

将活性炭与上述得到的沉淀混合物混合，并加入去离子水调节混合物的PH值，将PH值控制在9左右。

(3)混合液的配置

将一定量的偏钨酸铵、偏钒酸铵试剂溶解于适量的草酸中，调整草酸的加入量，控制溶液PH值在5～7之间，溶液中钒钨的摩尔比为1：(0.1～5)。

将一定量的氯化铁(FeCl₃)、氯化镧(LaCl₃)溶解于适量的去离子水中，得到氯化铁和氯化镧的混合溶液。将该溶液与上述得到的溶液混合，得到含钨、钒、铁、镧的混合溶液。

(4)主活性组分负载

将步骤(1)中得到的蜂窝体成品用去离子水清洗后进行酸洗活化处理，清洗沥干后浸渍于步骤(2)中得到的沉淀混合物，浸渍温度35～60℃，浸渍时间8～15h后，将蜂窝体取出并将其孔内的残余吹净，然后在85～115℃条件下干燥8～15h后，在350～750℃条件下焙烧5～8h后称重。反复数次，直至重量不再增加。

(5)辅助活性组分及助剂负载

将步骤(4)得到的固体浸入与之等体积的步骤(3)得到的混合溶液中，浸渍温度15～30℃，浸渍时间8～15h后，在85～115℃条件下干燥8～15h后，在350～600℃条件下焙烧5～8h后得到最终产物。

根据本实用新型的实施例，利用雾化喷嘴喷入还原剂，形成还原剂雾化颗粒。由于雾化喷嘴采用气泡雾化技术，使用高压压缩空气作为雾化介质，使还原剂喷出的瞬间雾化为小雾滴，与烟气混合均匀。雾滴颗粒可达到40μm以下，能够很好的与烟气混合均匀。

根据本实用新型的实施例，还原剂为氨水或尿素。由此，还原剂与氮氧化物的反应活性好，还原脱硝效率高，充分脱除烟气中的氮氧化物。

根据本实用新型的实施例，降温后的烟气的温度为300-600摄氏度。由此，蓄热区充分回收了高温烟气的热量。

S200净化处理

根据本实用新型的实施例，冷却的脱除氮氧化物的烟气经三通换向阀进入除尘装置进行净化处理，得到净化后的烟气。

S300预热处理

根据本实用新型的实施例，变换三通换向阀的阀门方向，使空气经三通换向阀进入蓄热脱硝装置进行预热处理，得到预热后的空气，预热后的空气用于转底炉进行燃烧。

根据本实用新型的实施例，预热后的空气的温度为900-1100摄氏度。由此，预热后的空气和预热后的燃气在转底炉内燃烧所消耗的能耗少，燃烧效率高。

下面参考具体实施例，对本实用新型进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本实用新型的限制。

实施例1

利用本实用新型实施例的转底炉烟气蓄热脱硝的系统对直接还原炼铁炉的烟气进行处理，其中，直接还原炼铁炉为气体燃料燃烧直接加热方式，炉内原料为低品位铁矿石粉料与碳、粘结剂等压合而成的小球，运行温度为1200℃。气体燃料通过设置在炉体侧墙的烧嘴喷入炉内燃烧，炉内物料受热发生直接还原反应，得到含铁率90％的还原铁。物料内的碳与铁矿石反应后生成CO，与气体燃料燃烧产生的烟气一起排出炉外。

所述高温烟气从转底炉出来，经蓄热系统回收余热后，温度降低至450℃后进入蓄热脱硝系统，进一步蓄热回收热量的同时，在脱硝催化剂的作用下完成脱硝反应去除氮氧化物后对外排放。所述还原剂从烟道上由还原剂喷嘴喷出，该喷嘴为雾化喷嘴，采用气泡雾化技术，将还原剂雾化为颗粒直径达到40μm以下，能够与蓄热后的烟气均匀混合。该部分混合气体经设置在烟道后方的脱硝催化剂，发生还原反应，脱除氮氧化物，脱除效率可达98％。

该脱硝蓄热体的具体配比如下：以蓄热体整体质量为基准，无机粉料的质量负载量为60％，脱硝催化剂的质量负载量为25％，添加剂(包括搪瓷)的质量负载量为15％。其中，脱硝催化剂的活性组分活性炭占催化剂重量的20％，V₂O₅-WO₃占催化剂重量的18％，添加剂搪瓷占添加剂重量的55％。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。