一种净化烧结烟气中CO和NOx的装置及方法与流程

本发明属于烟气净化技术领域，涉及一种净化烧结烟气中co和nox的装置及方法。

背景技术：

近年来，随着环境问题的加剧，工业生产的减排技术也不断发展，大气污染物排放的治理是重要领域之一。随着大多数燃煤电厂常规脱硫脱硝除尘改造工作的完成，火电大气污染物正式迈进超净排放阶段，未来大气污染治理行业的增量市场将主要来自燃煤电厂超低排放改造和非电行业烟气治理两个领域。非电行业大气污染治理包括各种工业烟气的治理，涉及钢铁、水泥、冶金等，其中钢铁行业已经进入超低排放改造阶段。钢铁工业包括烧结，焦化，炼铁，炼钢，轧钢五个工序，其中烧结工序排放的nox占钢铁主工序排放量总和的一半，因此，钢铁行业烧结工序烟气中氮氧化物(nox)的控制是钢铁企业nox减排的重点。

目前，烧结烟气脱硝技术主要有活性炭吸附法、氧化脱硝法以及选择性催化还原脱硝(scr)等。其中，活性炭吸附法使用的活性炭造价高，且活性炭吸附量有限，需要频繁再生，耗水量大，容易造成二次污染，另外再生过程中原料损耗大，使得投资成本及运行费用较高。氧化脱硝是指利用氧化剂首先将难溶于水的no氧化为易溶的no2，然后用水或碱溶液吸收，但是氧化脱硝常用的氧化剂o3的制备往往成本较高，且后续吸收效率受烟气条件影响较大，效率不稳定。而scr技术目前己广泛应用于电厂脱硝，但由于scr技术的操作温度高于烧结烟气很多，需要对烧结烟气进行加热，导致成本提高，对此进行的改进研究也多有报导。

cn108479332a公开了一种低温烟气脱硫脱硝消白系统，包括湿法脱硫塔、气气换热器、脱硝反应器，湿法脱硫后的湿烟气与热气体混合预热后进入气气换热器，经加热后再与热气体混合升温后进入脱硝反应脱除氮氧化物，脱硝后的烟气经气气换热器降温后经烟囱排出，虽然在一定程度上降低了脱硝反应所需的热负荷，但仍然需要热气体补充热源。cn106287778a公开了一种用于烟气脱硫脱硝系统的燃烧式加热器装置，该装置通过在烟道上加装燃烧器和掺混器，利用燃料燃烧对低温烟气进行加热，使其达到脱硝催化剂的最适催化温度，但该装置也需要额外使用燃料，成本较高。

除此之外，由于含碳物质在不完全燃烧时会产生的co同样会对人体和环境造成危害，钢铁行业烧结工序产生的co量也较大，而上述烟气处理过程也并不能对烟气中的co进行处理。co的燃烧热为280.04kj/mol，热值较高，具有较高的利用价值，烧结烟气中的co含量往往较高，如240m²的烧结机产生100万m³/h的烟气，co浓度最大能达到9000mg/m³，若能合理利用，则可为烟气再加热提供热量，使烟气温度达到脱硝催化剂的活性范围。

综上所述，烧结烟气的处理在脱硫脱硝的基础上，还需要能够脱除co，以达到较高的净化效率，同时能够尽可能降低处理成本。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种净化烧结烟气中co和nox的装置及方法，本发明将烟气依次进行脱硫、脱除co以及脱硝处理，先进行脱硫处理可以减少烟气中so2对脱硝催化剂的毒害作用，脱除co过程中实现对烟气的再加热使烟气温度达到脱硝反应所需温度，既能够减少co的排放量，又能够降低再加热成本，上述过程实现了烟气的梯级净化，同时装置结构简单，操作方便。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种净化烧结烟气中co和nox的装置，所述装置包括依次连接的脱硫单元、co燃烧单元和脱硝单元，所述co燃烧单元包括co催化燃烧器，所述脱硝单元包括scr反应器，所述co催化燃烧器的出口与scr反应器的入口相连。

本发明中，烟气净化装置依次包括脱硫单元、co燃烧单元和脱硝单元，即依次进行脱硫、脱除co和脱硝处理，将scr脱硝反应器布置在脱硫单元之后，可以减少so2对催化剂的毒害作用，提高scr脱硝催化剂的使用寿命；在脱硝单元前设置co燃烧单元，既可以脱除烟气中的co，又可以利用其高热值点的特点，为烟气再加热，使进入后续scr反应器的烟气温度达到脱硝催化剂的活性温度范围，提高烟气的处理效率；同时本发明所述装置结构简单，操作方便，投资运行成本较低。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

作为本发明优选的技术方案，所述脱硫单元包括脱硫剂供给设备、喷淋设备和脱硫塔，所述脱硫剂供给设备与喷淋设备相连，所述喷淋设备设置于脱硫塔内，位于脱硫塔顶部。

本发明中，脱硫处理采用半干法，可选地包括循环流化床法、密相干塔法或旋转喷雾干燥法中任意一种；所述脱硫单元的运行，如脱硫剂的供给、液体的喷淋等，由plc控制系统进行控制。

作为本发明优选的技术方案，所述co催化燃烧器包括壳体、催化剂、保温层和蓄热体，所述保温层包覆在壳体外侧，所述催化剂和蓄热体设置在壳体内，蓄热体布置在催化剂周围。

优选地，所述蓄热体的材质为陶瓷。

优选地，所述催化剂为贵金属催化剂，优选为钯系催化剂。

本发明中，在催化剂存在情况下，co能够在较低温度下燃烧，为脱硫后的烟气加热；co催化燃烧器设置保温层和蓄热体，可以避免co燃烧放出的热量大量散失，充分用于烟气加热。

优选地，所述scr反应器包括喷氨格栅和脱硝催化剂床层，所述喷氨格栅设置于scr反应器的烟气入口处。

优选地，所述脱硝催化剂包括蜂窝式催化剂和/或板式催化剂。

优选地，所述脱硝催化剂包括钒钨钛催化剂。

优选地，所述co催化燃烧器和scr反应器之间还设有热风炉。

本发明中，由于在点炉期间，装置的初始温度较低，依靠co催化燃烧提供的热量无法达到scr脱硝温度，因此设置了热风炉对烟气加热，在装置稳定运行后，热风炉可关闭，实现在启、停炉期间也能达到脱硝的目的。

作为本发明优选的技术方案，所述装置还包括除尘单元，所述除尘单元包括第一除尘装置和第二除尘装置，所述第一除尘装置的气体出口与脱硫单元的气体入口相连，所述第二除尘装置的气体入口与脱硫单元的气体出口相连，所述第二除尘装置的气体出口与co燃烧单元的气体入口相连。

本发明中，由于烟气中通常含有大量粉尘，因此在脱硫脱硝前需要先进行除尘，而本发明中为了避免脱硫处理后剩余粉尘以及可能带出的脱硫剂颗粒对后续脱硝处理的影响，再次进行除尘。

优选地，所述第一除尘装置为电除尘器。

优选地，所述第二除尘装置为袋式除尘器。

作为本发明优选的技术方案，所述装置还包括换热单元，所述换热单元位于脱硫单元和co燃烧单元之间。

优选地，所述换热单元包括换热器，所述换热器的冷源入口与第二除尘装置的气体出口相连，所述换热器的冷源出口与co催化燃烧器的气体入口相连，所述换热器的热源入口与scr反应器的气体出口相连。

优选地，所述装置还包括烟囱，所述换热器的热源出口与烟囱相连。

本发明中，由于脱硫后的烟气温度往往无法达到co催化燃烧的温度，或者温度偏低，co催化燃烧不足以使烟气升温到脱硝温度，而脱硝后的烟气温度往往较高，若直接排放既造成能量浪费，又容易损坏烟气排放装置，因此可以将脱硝处理后的烟气与除尘脱硫后的烟气进行换热，以实现热量的充分利用，提高装置的处理效率。

另一方面，本发明提供了一种净化烧结烟气中co和nox的方法，所述方法采用上述装置进行，所述方法包括：烧结烟气经过脱硫处理后进入co燃烧单元发生燃烧反应，之后进行scr脱硝处理，得到净化烟气。

作为本发明优选的技术方案，所述脱硫处理为半干法脱硫。

优选地，所述脱硫处理所用脱硫剂包括钙基吸收剂。

优选地，所述脱硫处理后烟气温度为120～150℃，例如120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃或150℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述脱硫处理前先进行一次除尘处理，优选为电除尘。

优选地，所述脱硫处理后进行二次除尘处理，优选为袋式除尘。

作为本发明优选的技术方案，所述燃烧反应的温度为140～200℃，例如140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，在该温度范围内，燃烧反应温度越高，催化燃烧的效率也越高，co的去除也更彻底。

优选地，所述燃烧反应所用催化剂为贵金属催化剂，优选为钯系催化剂。

优选地，所述燃烧反应后烟气的温度为220～250℃，例如220℃、225℃、230℃、235℃、240℃、245℃或250℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述烟气进入co燃烧单元前，先进行换热处理。

优选地，换热处理后烟气的温度为150～180℃，例如150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃或180℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，换热处理所用热源为脱硝处理后的烟气。

作为本发明优选的技术方案，所述脱硝处理的温度为180～250℃，例如180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃或250℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，脱硝处理所用催化剂包括蜂窝式催化剂和/或板式催化剂。

优选地，脱硝处理所用脱硝催化剂包括钒钨钛催化剂。

优选地，脱硝处理后的烟气换热后经烟囱排放。

作为本发明优选的技术方案，所述方法包括：

(1)将烧结烟气进行电除尘后进行脱硫处理，然后进行袋式除尘，除尘脱硫后的烟气温度为120～150℃；

(2)将步骤(1)除尘脱硫后的烟气先进行换热，然后进入co燃烧单元发生燃烧反应，燃烧反应的温度为140～200℃，所用催化剂为贵金属催化剂，燃烧反应后烟气的温度为220～250℃；

(3)将步骤(2)燃烧反应后烟气进行scr脱硝处理，脱硝处理的温度为180～250℃，所用催化剂为钒钨钛催化剂，得到的净化烟气与步骤(2)除尘脱硫后的烟气换热后排放。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明所述装置在脱硫单元和脱硝单元间增加co燃烧单元，利用co的燃烧对烟气加热，既能够降低烟气再加热成本，又能显著降低烟气中co的浓度，co的去除率可达到90％左右，nox的去除率可达到90％以上；

(2)本发明通过烟气换热实现热量的梯级利用，减少了热量损失；

(3)本发明所述装置操作简单，可实现长期稳定低能耗运行，对烟气具有较强的适用性，具有良好的发展前景。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的烟气净化装置的结构连接示意图；

其中，1-第一除尘装置，2-脱硫塔，3-第二除尘装置，4-换热器，5-co催化燃烧器，6-热风炉，7-scr反应器，8-喷氨格栅，9-烟囱。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。

本发明具体实施方式部分提供了一种净化烧结烟气中co和nox的装置及方法，所述装置包括依次连接的脱硫单元、co燃烧单元和脱硝单元，所述co燃烧单元包括co催化燃烧器5，所述脱硝单元包括scr反应器7，所述co催化燃烧器5的出口与scr反应器7的入口相连。

所述方法包括：烧结烟气经过脱硫处理后进入co燃烧单元发生燃烧反应，之后进行scr脱硝处理，得到净化烟气。

以下为本发明典型但非限制性实施例：

实施例1：

本实施例提供了一种净化烧结烟气中co和nox的装置，所述装置的结构连接示意图如图1所示，包括依次连接的脱硫单元、co燃烧单元和脱硝单元，所述co燃烧单元包括co催化燃烧器5，所述脱硝单元包括scr反应器7，所述co催化燃烧器5的出口与scr反应器7的入口相连。

所述脱硫单元包括脱硫剂供给设备、喷淋设备和脱硫塔2，所述喷淋设备设置于脱硫塔2内，位于脱硫塔2顶部；所述co催化燃烧器5包括贵金属催化剂床层、保温层和蓄热体；所述scr反应器7包括喷氨格栅8和脱硝催化剂床层，所述喷氨格栅8设置于scr反应器7的烟气入口处。

所述co催化燃烧器5和scr反应器7之间还设有热风炉6。

所述装置还包括除尘单元，所述除尘单元包括第一除尘装置1和第二除尘装置3，所述第一除尘装置1的气体出口与脱硫单元的气体入口相连，所述第二除尘装置3的气体入口与脱硫单元的气体出口相连，所述第二除尘装置3的气体出口与co燃烧单元的气体入口相连；所述第一除尘装置1为电除尘器，所述第二除尘装置3为袋式除尘器。

所述装置还包括换热单元，所述换热单元包括换热器4，所述换热器4的冷源入口与第二除尘装置3的气体出口相连，所述换热器4的冷源出口与co催化燃烧器5的气体入口相连，所述换热器4的热源入口与scr反应器7的气体出口相连。

所述装置还包括烟囱9，所述换热器4的热源出口与烟囱9相连。

实施例2：

本实施例提供了一种净化烧结烟气中co和nox的装置，所述装置的结构参照实施例1，区别仅在于：所述装置不包括换热器4，即scr反应器7的气体出口直接与烟囱9相连。

本实施例中，由于未设置换热器，虽然脱硫后烟气仍然经co催化燃烧也能够达到脱硝温度范围，但脱硝催化剂活性未达到最佳，且脱硝后的烟气热量未得到有效利用，装置的运行效率降低。

实施例3：

本实施例提供了一种净化烧结烟气中co和nox的装置，所述装置的结构参照实施例1，区别仅在于：所述装置不包括热风炉6。

本实施例中，在装置启、停阶段由于温度较低，未设置热风炉时，依靠烟气换热和co催化燃烧提供的热量无法达到scr脱硝温度，即装置启、停阶段烟气净化过程无法进行。

实施例4：

本实施例提供了一种净化烧结烟气中co和nox的方法，所述方法采用实施例1中的装置进行；所述烟气为240m²烧结机产生的烧结烟气，烟气量为100万m³/h，co浓度为9000mg/m³，nox浓度为300mg/m³。

所述方法包括以下步骤：

(1)将初始温度为150℃的烧结烟气进行电除尘后进行半干法脱硫，然后进行袋式除尘，除尘脱硫后的烟气温度为120℃；

(2)将步骤(1)除尘脱硫后的烟气与脱硝后的烟气进行换热，温度达到160℃，然后进入co燃烧单元发生燃烧反应，所用催化剂为钯系贵金属催化剂，燃烧反应后烟气的温度达到220℃左右；

(3)将步骤(2)燃烧反应后烟气进行scr脱硝处理，所用催化剂为钒钨钛蜂窝式催化剂，得到的净化烟气与步骤(2)除尘脱硫后的烟气换热后排放。

步骤(2)中，根据烟气中co的含量，加之co燃烧热为280.04kj/mol，实际运行时催化燃烧效率达到90％，计算可得产生约8101万kj/h的热量，进而计算出烟气的温升。

本实施例中，无需外界额外供热，即可实现烟气净化，co的含量降为900mg/m³，nox浓度降为30mg/m³，co和nox去除率均达到90％。

实施例5：

本实施例提供了一种净化烧结烟气中co和nox的方法，所述方法采用实施例1中的装置进行；所述烟气的组成与实施例4中的烟气相同。

所述方法包括以下步骤：

(1)将初始温度为180℃的烧结烟气进行电除尘后进行半干法脱硫，然后进行袋式除尘，除尘脱硫后的烟气温度为150℃；

(2)将步骤(1)除尘脱硫后的烟气与脱硝后的烟气进行换热，温度达到180℃，然后进入co燃烧单元发生燃烧反应，所用催化剂为钯系贵金属催化剂，燃烧反应后烟气的温度达到250℃左右；

(3)将步骤(2)燃烧反应后烟气进行scr脱硝处理，所用催化剂为钒钨钛板式催化剂，得到的净化烟气与步骤(2)除尘脱硫后的烟气换热后排放。

本实施例中，烟气的温升根据此时co燃烧的效率计算，计算方式与实施例4相同。烟气净化后，co的含量降为800mg/m³，co去除率达到91.1％，nox浓度降为15mg/m³，nox去除率达到95％。

实施例6：

本实施例提供了一种净化烧结烟气中co和nox的方法，所述方法采用实施例1中的装置进行；所述烟气的组成与实施例4中的烟气相同。

所述方法包括以下步骤：

(1)将初始温度为160℃的烧结烟气进行电除尘后进行半干法脱硫，然后进行袋式除尘，除尘脱硫后的烟气温度为135℃；

(2)将步骤(1)除尘脱硫后的烟气与脱硝后的烟气进行换热，温度达到170℃，然后进入co燃烧单元发生燃烧反应，所用催化剂为钯系贵金属催化剂，燃烧反应后烟气的温度达到235℃左右；

(3)将步骤(2)燃烧反应后烟气进行scr脱硝处理，所用催化剂为钒钨钛蜂窝式催化剂，得到的净化烟气与步骤(2)除尘脱硫后的烟气换热后排放。

本实施例中，烟气的温升根据此时co燃烧的效率计算，计算方式与实施例4相同。烟气净化后，co的含量降为920mg/m³，co去除率达到89.8％，nox浓度降为20mg/m³，nox去除率达到93.3％。

实施例7：

本实施例提供了一种净化烧结烟气中co和nox的方法，所述方法采用实施例2中的装置进行；所述烟气的组成与实施例4中的烟气相同，所述方法参照实施例4中的方法，区别仅在于：步骤(2)中除尘脱硫后的烟气直接进入co燃烧单元发生燃烧反应。

本实施例中，燃烧反应后烟气的温度仅能达到190℃左右，虽然也达到了scr反应的温度，但脱硝催化剂效率稍低，不仅co去除率降低为80％，nox的去除率也降为84％。

对比例1：

本实施例提供了一种净化烧结烟气中co和nox的装置，所述装置参照实施例1中的装置，区别仅在于：不包括co催化燃烧器5。

采用本对比例的装置处理烟气时，由于只进行换热处理，进入scr反应器的烟气温度不能达到脱硝催化剂的活性温度，还需要对烟气进行额外加热，才处理成本极大提高，同时烟气中co也未进行有效去除，仍会对环境及人体带来危害。

综合上述实施例和对比例可以看出，本发明通过在脱硫单元和脱硝单元间增加co燃烧单元，利用co的燃烧对烟气加热，既能够降低烟气再加热成本，又能显著降低烟气中co的浓度，co的去除率可达到90％左右，nox的去除率可达到90％以上，通过烟气换热实现热量的梯级利用，减少了热量损失；所述装置操作简单，可实现长期稳定低能耗运行，对烟气具有较强的适用性，具有良好的发展前景。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细装置和工艺方法，但本发明并不局限于上述装置和方法，即不意味着本发明必须依赖上述装置和方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明装置的等效替换及辅助装置的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。