一种基于氨法-SCR联合脱硫脱硝系统的制作方法

本实用新型涉及烧结污染物减排技术领域，更具体地说，涉及一种基于氨法-SCR联合脱硫脱硝系统。

背景技术：

NOx是目前主要大气污染物之一，在大气中NOx容易形成酸雨和光化学烟雾，影响生态环境和危害人体健康，而钢铁行业NOx排放现状尤其严峻。据统计，钢铁行业NOx气体的排放量占工业总排放量的10％左右，而其中烧结工序是产生NOx的主要来源之一，占NOx排放总量的50％左右。铁矿烧结工序能耗主要为固体燃料焦粉、无烟煤等化石燃料的消耗，约占工序总能耗的75～80％，而烧结工序排放的NOx 90％以上均由燃料中的氮转化而来。2015年1月1日《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》中规定的NOx排放新标准在现有企业开始实施，烧结工序正面临巨大的NOx减排压力。

目前烧结烟气NOx减排技术主要包括活性焦法、氧化法脱硝和选择性催化还原脱硝(SCR)，活性焦法通过使用活性焦对烧结烟气中的多种污染物进行脱除，但是其成本较高，企业难以承担；氧化法脱硝通过氧化剂氧化NO，并利用现有湿法脱硫实现脱硝目的，但是该方法目前尚不成熟且其能耗过高、脱硝效率比较低；而SCR脱硝技术脱硝效率高，并且价格相对低廉，已经被国内很多企业所采用，但是目前烧结过程SCR局限在于：SCR脱硝技术所需要的温度与烧结烟气温度难以匹配，SCR脱硝技术的工作温度区间大约为200～300℃，而烧结烟气温度一般为130～150℃，该温度远达不到SCR脱硝技术的工作温度，所以一般烧结厂会经常通过电加热等加热方式将烧结烟气先升温，再将烟气进行SCR脱硝，该方式虽然可以实现烧结烟气的有效脱硝，但是烟气单独加热的方式无疑大大增加了减排成本，违背节能减排的初衷。

而SCR脱硝技术对于处理的烟气也具有一定的要求，其需要将烧结烟气中的SO2净化至较低的浓度，避免SO2对催化还原脱硝过程产生不利的影响，所以目前烧结烟气SCR脱硝前都会有脱硫的步骤。现如今脱硫的方式主要有干法/半干法脱硫和湿法脱硫，干法/半干法脱硫原理主要是将生石灰或者和生石灰水配制成的乳状脱硫剂，对烟气进行逆流或顺流喷淋进行脱硫，其减排效率较低，并且会产生大量的固废；湿法脱硫主要通过把烟气通过含有氨的等碱性溶液进行水洗实现脱硫，其脱硫效果较高，并且所生成的脱硫副产品具有较广泛的用途；但是湿法脱硫后的烟气温降较大，通过湿法脱硫后的烟气温度一般会降低到70℃左右，所以很多烧结企业为了降低脱硝成本，配合脱硫后续的SCR脱硝环节，只能无奈地选择脱硫效果较差的干法/半干法脱硫技术进行脱硫，如何低成本地实现湿法脱硫与SCR脱硝技术较好的结合，是目前本领域亟需解决的难题。

另外，烧结环冷机烟气具有一定的热量，其风温能够达到500℃左右，但是目前烧结环冷烟气多用于余热发电，其发电效率较低，随着近几年低温余热发电技术的发展，其发电效率有所提高，但整体上依然较低，目前采用低温余热发电技术环冷烟气的发电效率只能达到30％左右。并且余热发电装置需要投入大量人力财力。

目前，已经有相关研究人员对烧结烟气SCR脱硝前换热进行研究，如CN2012105337633、CN201310459262.X和CN201710369398.X，上述几件专利文件中都提出将烧结烟气与未冷却的烧结矿进行换热，从而实现烧结烟气的加热，利于后续的SCR脱硝环节的进行，虽然上述专利文件中技术方案都有利于SCR脱硝，但是直接将烧结烟气通入烧结矿产品中在一定程度上会造成烧结矿产品中污染物的残留与富集。

技术实现要素：

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型的目的在于：针对现有技术中铁矿烧结烟气脱硝成本较高或效率较低的问题，提供了一种基于氨法-SCR联合脱硫脱硝系统，其通过在氨法脱硫塔与脱硝反应器之间的安装环冷换热器，并将环冷机烟气连通至环冷换热器，使得氨法脱硫后的烧结烟气升温，实现了烧结烟气低成本高效率地进行脱硝。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种基于氨法-SCR联合脱硫脱硝系统，包括主烟道、氨法脱硫塔、环冷机、环冷换热器和脱硝反应器；主烟道通过管道与氨法脱硫塔的脱硫入口相连通，氨法脱硫塔的脱硫出口通过管道与脱硝反应器的脱硝入口相连通，氨法脱硫塔和脱硝反应器之间的管道上安装有环冷换热器；环冷机的烟气出口通过供热管道与环冷换热器相连通，环冷烟气通过环冷换热器对烧结烟气进行换热升温。

优选地，供热管道与环冷一段的烟气出口相连通，环冷一段的烟气经过供热管道进入环冷换热器；和/或供热管道与环冷二段的烟气出口相连通，环冷二段的烟气经过供热管道进入环冷换热器。

优选地，主烟道和氨法脱硫塔之间的管道上设置有除尘器。

优选地，氨法脱硫塔和环冷换热器之间管道上设置有尾气换热器，脱硝反应器的脱硝出口通过管道与尾气换热器相连通，尾气通过尾气换热器对烧结烟气进行换热升温。

优选地，脱硝反应器为SCR脱硝反应器。

优选地，氨法脱硫塔底部设置有脱硫入口，氨法脱硫塔顶部设置有脱硫出口，脱硫入口和脱硫出口之间的氨法脱硫塔内设置有喷淋管，喷淋管喷淋方向朝下方设置；喷淋管与外设的氨罐相连通。

优选地，除尘器为电除尘器。

优选地，SCR脱硝反应器内设置有含有钒和/或钨和/或钛和/或钼的催化剂。

优选地，氨法脱硫塔与主烟道之间的管道上设置有第一抽风机，该第一抽风机将烧结烟气抽入氨法脱硫塔中。

本实用新型的一种基于环冷换热铁矿烧结过程烟气处理方法，烧结烟气由主烟道先进入氨法脱硫塔进行脱硫、在环冷换热器进行换热升温，并在脱硝反应器进行脱硝。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本实用新型的一种基于氨法-SCR联合脱硫脱硝系统，包括主烟道、氨法脱硫塔、环冷机、环冷换热器和脱硝反应器；主烟道与氨法脱硫塔的脱硫入口相连通，氨法脱硫塔与脱硝反应器相连通，氨法脱硫塔和脱硝反应器之间安装有环冷换热器；环冷机的烟气连通至环冷换热器，环冷烟气通过环冷换热器对烧结烟气进行换热升温；烧结烟气通过氨法脱硫塔脱硫冷却后，将环冷烟气通过环冷换热器对脱硫后的烧结烟气进行换热升温，使得换热后的烧结烟气温度达到后续脱硝反应器所需要的脱硝反应温度，从而氨法脱硫与脱硝反应器可以合理配合，进而实现烧结烟气中SO2与NOx低成本联合减排，同时实现了环冷烟气热量的合理利用，并且实现了排放烟气的有效脱白。

(2)本实用新型的一种基于氨法-SCR联合脱硫脱硝系统，在使用环冷烟气通过环冷换热器对烧结烟气进行换热升温的基础上，更具体地将环冷一段环冷烟气通过供热管道通入至环冷换热器中，对烧结烟气进行换热升温；和/或将环冷二段环冷烟气通过供热管道通入至环冷换热器中对烧结烟气进行换热升温，使得环冷换热风与脱硫后的烧结烟气之间具有合适的温差，从而实现较高的换热效果。

(3)本实用新型的一种基于氨法-SCR联合脱硫脱硝系统，在使用环冷烟气通过环冷换热器对烧结烟气进行换热升温的基础上，氨法脱硫塔和环冷换热器之间管道上设置有尾气换热器，脱硝反应器的脱硝出口通过管道与尾气换热器相连通，尾气通过尾气换热器对烧结烟气进行换热升温，实现对尾气热量进行进一步利用，同时使用尾气对烧结烟气进行预换热有利于脱硝效率的提高。

(4)本实用新型的一种基于氨法-SCR联合脱硫脱硝系统，脱硝反应器为SCR脱硝反应器，并且SCR脱硝反应器内设置有含有钒和/或钨和/或钛和/或钼的催化剂，换热后的烧结烟气温度与SCR脱硝反应器所需要的反应温度相匹配，进而提高了脱硝反应器的脱硝效率。

附图说明

图1为本实用新型的一种基于氨法-SCR联合脱硫脱硝系统的结构示意图。

标号说明

100、烧结机；200、主烟道；

300、氨法脱硫塔；310、脱硫入口；320、脱硫出口；

400、环冷机；410、供热管道；

510、环冷换热器；512、环冷供热出口；513、第二加热入口；514、第二加热出口；520、尾气换热器；521、尾气供热入口；522、尾气供热出口；523、第一加热入口；524、第一加热出口；

600、脱硝反应器；610、脱硝入口；620、脱硝出口；

700、除尘器；810、第一抽风机；820、第二抽风机。

具体实施方式

下文对本实用新型的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本实用新型可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本实用新型，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下对本实用新型作各种改变。下文对本实用新型的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本实用新型的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本实用新型的特点和特征的描述，以提出执行本实用新型的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本实用新型。因此，本实用新型的范围仅由所附权利要求来限定。

下文对本实用新型的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本实用新型的元件和特征由附图标记标识。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种基于氨法-SCR联合脱硫脱硝系统，包括烧结机100、主烟道200、氨法脱硫塔300、环冷机400、环冷换热器510和脱硝反应器600。烧结过程中，烧结料在烧结机100上进行烧结，所产生的烧结烟气经抽风作用进入到主烟道200中。烧结台车上的烧结料烧结成烧结矿，而后烧结矿经过破碎装置破碎被运输至环冷机400上进行冷却。环冷机400沿烧结矿冷却顺序分为环冷一段、环冷二段和环冷三段，环冷机400底部的鼓风机通过鼓吹空气对烧结矿进行冷却，空气经过烧结矿，带走烧结矿热量形成温度较高的环冷烟气。

主烟道200通过管道与氨法脱硫塔300的脱硫入口310相连通，烧结烟气从主烟道200流动至脱硫入口310。脱硫入口310设置在氨法脱硫塔300的底部，氨法脱硫塔300顶部设置有脱硫出口320，脱硫入口310和脱硫出口320之间的氨法脱硫塔300内设置有喷淋管，喷淋管喷淋方向朝下方设置；喷淋管与外设的氨罐相连通。烧结烟气从脱硫入口310进入氨法脱硫塔300后，由脱硫入口310向脱硫出口320运动，即烧结烟气在氨法脱硫塔300中从下往上运动，同时喷淋管向下方喷淋氨，烟气与喷淋氨逆流接触，发生气液传质和传热、化学吸收过程，反应如下：

NH3+H2O+SO2→(NH4)2SO3

(NH4)2SO3+SO2+H2O→NH4HSO3

NH4HSO3+NH3→(NH4)2SO3

烟气中SO2与吸收剂反应生成亚硫酸铵，反应后浆液离开吸收区域，下落至氨法脱硫塔300底部的氧化池，通过增压风机通氧气将亚硫酸铵完全氧化成硫酸铵，而烧结烟气经脱硫后从脱硫出口320排出。需要说明的是，氨法脱硫塔300内氨的喷淋量为1500～2000m³/h，本实施例中氨法脱硫塔300内氨的喷淋量为1500m³/h。

本实施例烧结烟气在进入氨法脱硫塔300前，脱硫入口310处烟气温度为120℃，SO2含量为1754mg/Nm³，NOx含量为316mg/Nm³；烧结烟气经过氨法脱硫塔300脱硫，脱硫出口320处烧结烟气温度为67.5℃，SO2含量为100mg/Nm³，NOx含量为239mg/Nm³，脱硫率为94.3％，脱硝率为24.15％。

氨法脱硫塔300的脱硫出口320通过管道与脱硝反应器600的脱硝入口610相连通，氨法脱硫塔300和脱硝反应器600之间的管道上安装有环冷换热器510；环冷机400的烟气出口通过供热管道410与环冷换热器510相连通，环冷烟气通过环冷换热器510对烧结烟气进行换热升温。具体的在本实施例中，供热管道410与环冷一段以及环冷二段的烟气出口相连通，环冷一段与环冷二段的烟气经过供热管道410进入环冷换热器510中，当然，也可以将环冷一段或者环冷二段的烟气出口分别单独与供热管道410相连，而后通过供热管道410连通至环冷换热器510中。供热管道410环冷烟气的温度为420～500℃，本实施例中为450℃。

另外，本实施例中的环冷换热器510上设置有环冷供热出口512、第二加热入口513和第二加热出口514，脱硫出口320与第二加热入口513之间通过管道相连接，第二加热出口514与脱硝入口610相连接，脱硫后的烧结烟气从第二加热入口513进入环冷换热器510，第二加热入口513处烧结烟气温度为65℃。环冷烟气从供热管道410进入环冷换热器510后对环冷换热器510中的烧结烟气进行换热升温；换热后烧结烟气从第二加热出口514排出，通过换热第二加热出口514处烧结烟气温度达到230℃；环冷烟气从环冷供热出口512排出。

经环冷换热器510换热的烧结烟气从脱硝入口610进入脱硝反应器600中，本实施例的脱硝反应器600为SCR脱硝反应器，并且SCR脱硝反应器内设置有含有钒和/或钨和/或钛和/或钼的中温催化剂，其工作温度区间为210～420℃。进入脱硝反应器600的烧结烟气温度正处于SCR脱硝反应器的工作温度区间，所以可以快速进行脱硝反应，通过脱硝反应器600喷氨，脱硝反应器600中烧结烟气含有的的NOx与氨在催化剂的催化作用下发生以下反应：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O

经过脱硝反应器600后的烧结烟气，其烟气中NOx浓度为36mg/m³，满足现有烧结烟气中NOx超低排放标准，脱硝反应器600减排率达到85％。

本实施例中优选地，主烟道200和氨法脱硫塔300之间的管道上还设置有除尘器700，该除尘器700为电除尘器，其作用在于在脱硝前将烧结烟气中的颗粒物进行脱除，从而避免烧结烟气中颗粒物对脱硝反应器600的脱硝效果产生影响。

另外需要说明的是，本实施例中氨法脱硫塔300与主烟道200之间的管道上设置有第一抽风机810，该第一抽风机810将烧结烟气抽入氨法脱硫塔300中；并且脱硝反应器600后方的管道上设置有第二抽风机820，该第二抽风机820将烧结烟气抽出脱硝反应器600。其为了在烧结烟气处理过程中保证烧结烟气可以充分流通至各个污染物减排环节。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，氨法脱硫塔300和环冷换热器510之间管道上设置有尾气换热器520，脱硝反应器600的脱硝出口620通过管道与尾气换热器520相连通，尾气通过尾气换热器520对烧结烟气进行换热升温。

本实施例中的尾气换热器520上设置有尾气供热入口521、尾气供热出口522、第一加热入口523和第一加热出口524，脱硝出口620与第一加热入口523之间通过管道相连接，脱硫后的烧结烟气从第一加热入口523进入尾气换热器520，尾气换热器520的第一加热出口524与环冷换热器510的第二加热入口513相连通，第一加热入口523处烧结烟气温度为65℃。

脱硝后的尾气从尾气供热入口521进入尾气换热器520后对尾气换热器520中的烧结烟气进行预换热升温，脱硝后的尾气在尾气供热入口521处的温度为195℃，；换热后尾气从第一加热出口524排出，通过换热第一加热出口524处烧结烟气温度达到145℃；脱硝后的尾气从尾气供热出口522排出。

在环冷换热器510之前设置有尾气换热器520，尾气通过尾气换热器520对烧结烟气进行换热升温，实现对尾气热量进行进一步利用。采用本实施例脱硝后烧结烟气中的NOx浓度为27mg/m³，脱硝反应器600脱硝率为89％。

将实施例1和实施例2实施方案以及减排结果进行对比，对比情况见表1。需要说明的是，因为三种实施例不同之处仅在烧结烟气经氨法脱硫塔300后进入脱硝反应器600进行脱硝的过程中采用了何种换热方式对烧结烟气进行换热升温，其对氨法脱硫塔300的脱硫脱硝过程基本没有影响，表中基准实施例240mg/m³NOx含量即为氨法脱硫环节后烧结烟气中NOx的含量，所以以此为基准更能反映出换热方式的不同对脱硝效率的影响。

表1 实施例1和实施例2 NOx减排对比表

将表中的实施例1与基准进行对比可以看出，将氨法脱硫塔300脱硫后的烧结烟气经过环冷换热器510换热升温再进行脱硝，可以在保证脱硫效果的同时，使得脱硝效率大大提升，实现了氨法脱硫塔300与脱硝反应器600可以合理配合，进而实现烧结烟气中SO2与NOx低成本联合减排，并且实现了环冷烟气热量的合理利用，解决了现有技术中氨法脱硫塔300脱硫技术后方无法接SCR脱硝的技术难题，也打破了现有技术中SCR脱硝前不能使用氨法脱硫塔300进行脱硫的技术偏见。另外，由于对脱硫后的烟气进行进一步升温，所以也实现了排放烟气的有效脱白。

将表中的实施例2和其他的实施例进行对比发现，在实施例1的基础上，在环冷换热前，将后续脱硝反应器600脱硝后的尾气通过尾气换热器520对烧结烟气进行预换热升温，通过上述方式对烧结烟气进行处理可以进一步提高烧结烟气的脱硝效率，除了实现对尾气热量进行进一步利用，同有利于烧结烟气整体温度的提高，并且实现了对脱硫后烧结烟气的渐变式升温，其不仅有利于提高烧结烟气的换热升温效果，也有利于后续烧结烟气脱硝效率的进一步提高。

实施例3

本实施例基本同实施例1，其不同之处在于，本实施例中氨法脱硫塔300内氨的喷淋量为1800m³/h，本实施例烧结烟气在进入氨法脱硫塔300前，脱硫入口310处烟气温度为120℃，SO2含量为1763mg/Nm³，NOx含量为321mg/Nm³；烧结烟气经过氨法脱硫塔300脱硫，脱硫出口320处烧结烟气温度为63.5℃，SO2含量为75mg/Nm³，NOx含量为231mg/Nm³，脱硫率为95.7％，氨法脱硫塔300脱硝率为28.0％。而后续再经过脱硝反应器600脱硝，脱硝出口620处NOx含量为29m³/h，脱硝反应器600脱硝率为87.8％。

实施例4

本实施例基本同实施例1，其不同之处在于，本实施例中氨法脱硫塔300内氨的喷淋量为2000m³/h，本实施例烧结烟气在进入氨法脱硫塔300前，脱硫入口310处烟气温度为120℃，SO2含量为1757mg/Nm³，NOx含量为325mg/Nm³；烧结烟气经过氨法脱硫塔300脱硫，脱硫出口320处烧结烟气温度为62.7℃，SO2含量为59mg/Nm³，NOx含量为217mg/Nm³，脱硫率为96.6％，氨法脱硫塔300脱硝率为33.2％。而后续再经过脱硝反应器600脱硝，脱硝出口620处NOx含量为21m³/h，脱硝反应器600脱硝率为90.3％。

将实施例1、实施例3和实施例4的NOx排放量及其减排结果进行对比，对比情况见表2。需要说明的是，实施例1、实施例3和实施例4中的实施方案在氨法脱硫塔300中采用了不同的氨喷淋量，其在氨法脱硫塔300过程中，脱硫率与脱硝率随氨喷淋量的增加而增加是可预见的，所以表2中的对比是针对于氨法脱硫塔300后即脱硝反应器600脱硝率的对比。

表2 实施例1、实施例3和实施例4 NOx减排对比表

将以上3个实施例同时进行对比发现，增加氨法脱硫塔300中的氨喷淋量后，除了意料之中的氨法脱硫塔300的脱硫脱硝率的提高外，后续脱硝反应器600的脱硝效率也有所提高，除了上述的实施例，申请人还进行了多组同样的探究试验，其试验结果都呈现相同趋势，这让申请人感到十分意外，申请人组织了多次研讨，并最终认为：烧结烟气换热后脱硝反应器600对于脱硝效率的提高，其原因一方面在于烧结烟气换热升温达到了脱硝反应器600的脱硝温度；另一方面氨法脱硫塔300对烧结烟气进行脱硫时，氨法脱硫后烧结烟气的内部成分也发生较大的变化，氨法脱硫后烧结烟气中会含有大量的氨，目前该技术领域内的技术人员都认为逸氨会造成不利的影响，但是通过采用本实用新型的技术方案，申请人认为在一定的范围内提高氨法脱硫塔300中的氨喷淋量，烧结烟气中的多余氨在经过换热步骤后，其在脱硝反应器600中可以促进脱硝反应的不断进行。

在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本实用新型。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本实用新型的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本实用新型的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本实用新型或本申请和本实用新型的应用领域。