转底炉烟气脱硝系统和方法与流程

本发明涉及能源化工领域。具体地，本发明涉及转底炉烟气脱硝系统和方法。

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。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。

然而，目前烟气脱硝系统和方法仍有待改进。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种转底炉烟气脱硝系统和方法。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种转底炉烟气脱硝系统。根据本发明的实施例，所述系统包括：蓄热体，所述蓄热体包括：烟气入口，所述烟气入口与所述转底炉喷嘴相连，适于将转底炉产生的烟气送入所述蓄热体内部，以便使所述烟气降温并回收余热；烟气出口；以及还原剂前驱体层，所述还原剂前驱体层覆于所述蓄热体内表面，所述还原剂前驱体层由还原剂前驱体构成，适于利用所述烟气余热使得所述还原剂前驱体发生反应，得到还原剂，脱硝管道，所述脱硝管道与所述烟气出口相连，适于使由所述烟气出口排出的烟气和还原剂组成的混合烟气进行脱硝反应，以便得到净化后的烟气。

由此，根据本发明实施例的转底炉烟气脱硝系统通过将高温烟气通入蓄热体，蓄热体回收高温烟气中的热量，烟气温度降低的同时蓄热体自身温度逐渐升高，使得覆于蓄热体内表面的还原剂前驱体层受热分解得到还原剂。还原剂随着降温后的烟气一同进入脱硝管道，进行脱硝反应，以便得到净化后的烟气。该系统省却了喷氨装置，且还原剂与烟气混合更均匀，脱硝反应更彻底，脱除效率可达98％以上，且节能环保。

根据本发明的实施例，上述转底炉烟气脱硝系统还可以具有下列附加技术特征：

根据本发明的实施例，所述脱硝管道包括：沉降区，所述沉降区与所述烟气出口相连，适于对所述混合烟气进行除尘；以及脱硝区，所述脱硝区与所述沉降区相连，适于使所述除尘后的混合烟气进行脱硝反应。由此，能够实现烟气脱硝和除尘。

根据本发明的实施例，所述脱硝管道进一步包括烟气回吹装置，所述烟气回吹装置的两端分别与所述沉降区和所述脱硝区相连，适于将部分所述净化后烟气回吹入所述沉降区，以便进行除尘。经脱硝处理后的部分烟气返回，定时对沉降区进行吹扫除灰处理，可以适度降低进入脱硝系统的灰尘含量，同时，该烟气中的CO对催化脱除氮氧化物反应有利，能够很好地提高脱硝催化剂的反应活性。

根据本发明的实施例，所述沉降区的管道内壁设置有翅片结构。由此，降温后的烟气与还原剂混合物在翅片的作用下混合更均匀，且在此区域其流速变缓，烟气中的粉尘将沉降下来。

根据本发明的实施例，所述蓄热体呈球状、条状或蜂窝状，优选蜂窝状。由此，便于回收高温烟气的余热。

根据本发明的实施例，蜂窝状蓄热体呈正六边方体，尺寸为450mm×450mm×200mm，蜂窝孔径不小于32mm。

根据本发明的实施例，所述还原剂前驱体层厚度为1～5mm。由此，还原剂前躯体薄膜受热分解生成还原剂，可以替代传统脱硝系统中的喷氨装置。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种利用前面所描述的转底炉烟气脱硝系统处理烟气的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：将所述烟气由所述烟气入口通入所述蓄热体中，使所述烟气降温并回收余热，同时覆于所述蓄热体内表面的还原剂前驱体层受热分解得到还原剂，所述还原剂与经过降温的所述烟气混合，得到混合烟气；以及使所述混合烟气由烟气出口通入脱硝管道中，进行脱硝反应，以便得到净化后烟气。

根据本发明的实施例，所述方法进一步包括：使所述混合烟气由所述烟气出口通入所述沉降区，所述混合烟气中的粉尘在所述沉降区管道内壁的翅片结构作用下沉降，以便进行除尘；使所述除尘后的混合烟气通入所述脱硝区，进行脱硝反应，以便得到净化后的烟气。由此，能够实现烟气脱硝和除尘。

根据本发明的实施例，所述方法进一步包括：将气体燃料、空气和/或富氧空气通过蓄热后的所述蓄热体进行预热后用于转底炉。由此，实现热量的回收利用，降低能耗，节约成本。

根据本发明的实施例，所述预热后的燃料温度为800～1100℃，所述转底炉的运行温度为1200～1400℃，所述降温的烟气温度为200～400℃。

根据本发明的实施例，所述蓄热体包括：无机粉料、电石渣和添加剂，基于所述蓄热体的总质量，所述无机粉料的负载量为50～100质量％，所述添加剂的负载量为0～10质量％，所述电石渣的负载量为5～10质量％。

根据本发明的实施例，所述无机粉料包括：焦宝石、堇青石、高岭土以及石英，基于所述无机粉料的总质量，所述焦宝石的负载量为20～50质量％，所述堇青石的负载量为15～40质量％，所述高岭土的负载量为6～20质量％，所述石英的负载量为15～30质量％。

根据本发明的实施例，所述添加剂包括：粘结剂、润滑剂以及增塑保湿剂，基于所述蓄热体的总质量，所述粘结剂、润滑剂及增塑保湿剂的负载量分别独立地为1～5质量％，所述粘结剂为甲基纤维素，所述润滑剂和增塑保湿剂为甘油。

根据本发明的实施例，所述蓄热体是由下列方式获得的：将所述无机粉料、电石渣以及添加剂进行混料、球磨，并加入水进行捏合炼制，以便得到泥料；将所述泥料进行陈腐、精炼以及挤制，得到胚料；以及将所述胚料进行定型、干燥及焙烧，以便得到所述蓄热体。

根据本发明的实施例，所述混料及球磨的总时间为3～4小时；所述捏合炼制时间为20分钟；所述陈腐是在温度为15～25℃下进行24～48小时；所述干燥是在90～120℃下进行36小时；所述焙烧是在1200～1400℃下进行36～48小时。

根据本发明的实施例，所述还原剂前驱体是通过采用电子束蒸发法，使得还原剂前驱体覆于所述蓄热体内表面而形成的。

根据本发明的实施例，所述还原剂前驱体层为含氮化合物，优选铵盐或尿素，更优选地，所述铵盐为碳酸铵或碳酸氢铵。

由此，根据本发明实施例的方法通过将高温烟气通入蓄热体，蓄热体回收高温烟气中的热量，烟气温度降低的同时蓄热体自身温度逐渐升高，使得覆于蓄热体内表面的还原剂前驱体层受热分解得到还原剂。还原剂随着降温后的烟气一同进入脱硝管道，进行脱硝反应，以便得到净化后的烟气。该方法省却了喷氨装置，且还原剂与烟气混合更均匀，脱硝反应更彻底，脱除效率可达98％以上，且节能环保。

本发明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，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/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显示了根据本发明一个实施例的转底炉烟气脱硝系统的结构示意图；

图2显示了根据本发明一个实施例的气体循环示意图；

图3显示了根据本发明另一个实施例的气体循环示意图；

图4显示了根据本发明一个实施例的转底炉烟气脱硝方法的流程示意图；以及

图5显示了根据本发明另一个实施例的转底炉烟气脱硝方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

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，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提出了一种转底炉烟气脱硝系统和方法，下面将分别对其进行详细描述。

转底炉烟气脱硝系统

在本发明的一个方面，本发明提出了一种转底炉烟气脱硝系统。根据本发明的实施例，参见图1，该系统包括：蓄热体100和脱硝管道200。

根据本发明的实施例，蓄热体100包括：烟气入口101、还原剂前驱体层(图中未示出)和烟气出口103。

根据本发明的具体实施例，烟气入口101与转底炉300的喷嘴102相连，适于将转底炉产生的烟气送入蓄热体内部，以便使烟气降温并回收余热。

根据本发明的具体实施例，还原剂前驱体层覆于蓄热体100内表面，还原剂前驱体层由还原剂前驱体构成，适于利用烟气余热使得还原剂前驱体发生反应，得到还原剂。

具体地，由转底炉喷嘴排出的高温烟气进入蓄热体内部，经蓄热体回收余热，以便使烟气降温至200～400℃。同时，蓄热体自身温度逐渐升高，使得覆于蓄热体内表面的还原剂前驱体层受热分解得到还原剂。由此，省却了在脱硝管道中另设喷氨装置，同时还可以使得还原剂与烟气充分混匀，便于后续脱硝处理。

根据本发明的具体实施例，蓄热体100呈球状、条状或蜂窝状。根据本发明的优选实施例，蓄热体100呈蜂窝状，蜂窝状蓄热体呈正六边方体，尺寸为450mm×450mm×200mm，蜂窝孔径不小于32mm。由于烟气中含有大量粉尘，宜采用大孔径的蜂窝体，防止烟气堵塞蜂窝孔。

根据本发明的具体实施例，还原剂前驱体层厚度为1～5mm。由此，便于还原剂前驱体受热分解，得到还原剂。

根据本发明的实施例，脱硝管道200与烟气出口103相连，适于使由烟气出口排出的烟气和还原剂组成的混合烟气进行脱硝反应，以便得到净化后的烟气。

根据本发明的具体实施例，脱硝管道200包括沉降区201和脱硝区202。

根据本发明的具体实施例，沉降区201与烟气出口103相连，适于对混合烟气进行除尘。

根据本发明的具体实施例，沉降区201的管道内壁设置有翅片结构211。由此，降温后的烟气与还原剂混合物在翅片的作用下混合更均匀，且在此区域其流速变缓，烟气中的粉尘沉降下来，从而省却了另设除尘装置。

根据本发明的具体实施例，脱硝区202与沉降区201相连，适于使除尘后的混合烟气进行脱硝反应。经除尘后的烟气与还原剂的混合气体在引风机的作用下进入脱硝区，在脱硝催化剂的作用下进行脱硝反应，脱除烟气中的氮氧化物后排放，脱除效率可达98％以上。

根据本发明的具体实施例，脱硝管道200进一步包括烟气回吹装置203，烟气回吹装置203的两端分别与沉降区201和脱硝区202相连，适于将部分净化后烟气回吹入沉降区，以便进行除尘。经脱硝处理后的部分烟气返回，定时对沉降区进行吹扫除灰处理，可以适度降低进入脱硝系统的灰尘含量，同时，该烟气中的CO对催化脱除氮氧化物反应有利，能够很好地提高脱硝催化剂的反应活性。

根据本发明的具体实施例，参见图2和3，蓄热体吸收高温烟气后的余热对气体燃料以及常温空气和/或富氧空气进行预热，预热后的气体燃料和空气和/或富氧空气入炉发生燃烧反应，参与燃烧的气体燃料、空气和/或富氧空气以及燃烧产生的高温烟气通过四通换向阀交替完成蓄热、预热过程。

具体地，根据本发明实施例的转底炉烟气脱硝系统通过将还原剂前驱体层覆于所述蓄热体内表面，高温烟气通入蓄热体时，蓄热体回收高温烟气中的热量，烟气温度降低的同时蓄热体自身温度逐渐升高，使得还原剂前驱体层受热分解得到还原剂。还原剂随着降温后的烟气一同进入脱硝管道，先在沉降区进行除尘，除尘后的烟气和还原剂在脱硝区进行脱硝反应，以便得到净化后的烟气。该系统省却了喷氨装置，且还原剂与烟气混合更均匀，脱硝反应更彻底，脱除效率可达98％以上，且节能环保。

利用转底炉烟气脱硝系统处理烟气的方法

在本发明的另一方面，本发明提出了一种利用前面所描述的转底炉烟气脱硝系统处理烟气的方法。根据本发明的实施例，参见图4，该方法包括：

S100烟气降温、还原剂前驱体层受热分解得到还原剂

在该步骤中，将烟气由烟气入口通入蓄热体中，使烟气降温并回收余热，同时覆于蓄热体内表面的还原剂前驱体层受热分解得到还原剂，还原剂与经过降温的烟气混合，得到混合烟气。

具体地，由转底炉喷嘴排出的高温烟气进入蓄热体内部，经蓄热体回收余热，以便使烟气降温至200～400℃。同时，蓄热体自身温度逐渐升高，使得覆于蓄热体内表面的还原剂前驱体层受热分解得到还原剂。由此，省却了在脱硝管道中另设喷氨装置，同时还可以使得还原剂与烟气充分混匀，便于后续脱硝处理。

根据本发明的具体实施例，蓄热体包括：无机粉料、电石渣和添加剂，基于蓄热体的总质量，无机粉料的负载量为50～100质量％，添加剂的负载量为0～10质量％，电石渣的负载量为5～10质量％。因电石渣兼具大粒径、表面结构疏松以及颗粒间不规则分布着许多尺寸较大的孔隙、耐酸腐蚀特性，因此，在蓄热体中添加适量的电石渣能够显著提升蓄热体的比表面积、蓄热/放热性能、耐磨性和耐腐蚀性能。

根据本发明的具体实施例，无机粉料包括：焦宝石、堇青石、高岭土以及石英，基于无机粉料的总质量，焦宝石的负载量为20～50质量％，堇青石的负载量为15～40质量％，高岭土的负载量为6～20质量％，石英的负载量为15～30质量％。由此，所得到的蓄热体蓄热/放热性能、耐磨性和耐腐蚀性能较高。

根据本发明的具体实施例，添加剂包括：粘结剂、润滑剂以及增塑保湿剂，基于蓄热体的总质量，粘结剂、润滑剂及增塑保湿剂的负载量分别独立地为1～5质量％，粘结剂为甲基纤维素，润滑剂和增塑保湿剂为甘油。由此，所得到的蓄热体蓄热/放热性能、耐磨性和耐腐蚀性能较高。

根据本发明的具体实施例，蓄热体是由下列方式获得的：将无机粉料、电石渣以及添加剂进行混料、球磨，并加入水进行捏合炼制，以便得到泥料；将泥料进行陈腐、精炼以及挤制，得到胚料；以及将胚料进行定型、干燥及焙烧，以便得到蓄热体。由此，所得到的蓄热体蓄热/放热性能、耐磨性和耐腐蚀性能较高。

根据本发明的具体实施例，混料及球磨的总时间为3～4小时；捏合炼制时间为20分钟；陈腐是在温度为15～25℃下进行24～48小时；干燥是在90～120℃下进行36小时；焙烧是在1200～1400℃下进行36～48小时。由此，所得到的蓄热体蓄热/放热性能、耐磨性和耐腐蚀性能较高。

根据本发明的具体实施例，还原剂前驱体层是通过采用电子束蒸发法，使得还原剂前驱体覆于所述蓄热体内表面而形成的。具体地，采用电子束蒸发法，在真空条件下利用电子束进行直接加热蒸发还原剂前躯体，使其气化并向蜂窝体表面输运，在蜂窝蓄热体表面凝结形成还原剂前躯体薄膜。该部分蜂窝蓄热体受热后，其上的还原剂前躯体薄膜受热分解生成还原剂氨，可以替代传统脱硝系统中的喷氨装置。

根据本发明的具体实施例，还原剂前驱体为含氮化合物，优选铵盐或尿素，更优选地，铵盐为碳酸铵或碳酸氢铵。在此条件下还原剂前躯体通过热分解能得到含氨化合物，且不生成会造成脱硝催化剂失活的含氯、硫等元素的化合物。

S200脱硝反应

在该步骤中，使混合烟气由烟气出口通入脱硝管道中，进行脱硝反应，以便得到净化后烟气。

根据本发明的实施例，参见图5，该方法进一步包括：

S300除尘

在该步骤中，使混合烟气由所述烟气出口通入沉降区，混合烟气中的粉尘在沉降区管道内壁的翅片结构作用下沉降，以便进行除尘。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。混合烟气通过翅片结构，以实现沉降粉尘的效果。

根据本发明的实施例，将气体燃料、空气和/或富氧空气通过蓄热后的所述蓄热体进行预热后作为燃料用于转底炉。

根据本发明的具体实施例，预热后的燃料温度为800～1100℃，转底炉的运行温度为1200～1400℃，降温的烟气温度为200～400℃。高温烟气经过蓄热回收降温至200℃～400℃后进入脱硝管道进行脱硝处理，充分回收余热后再进行脱硝处理，高效节能、环保。

具体地，转底炉采用蓄热式燃烧方式，通过气体燃料燃烧过程中产生的热量加热炉内物料，参与燃烧的气体燃料和/或空气分别由回收高温烟气余热后的蓄热体加热，可将气体燃料和/或空气分别预热至800～1100℃左右，转底炉运行温度1200℃～1400℃。烟气主要由燃烧过程中产生的CO₂、氮氧化物以及物料中的碳受热生成的CO组成，还伴随有炉内物料反应过程中产生的大量粉尘。高温烟气从转底炉出来，经蓄热体回收余热后，温度降低至200～400℃。同时，蓄热体自身温度逐渐升高，使得覆于蓄热体内表面的还原剂前驱体层受热分解得到还原剂氨。获得还原剂后，降温后的烟气与还原剂迅速均匀混合进入脱硝管道，先在沉降区进行烟气除尘，除尘后的烟气与还原剂进入脱硝区，烟气中的氮氧化物在脱硝催化剂的作用下与还原剂反应，或者与烟气中的还原性气体CO反应生成N₂，达到脱除氮氧化物即烟气脱硝的目的。通过添加电石渣，该蓄热体的蓄热/放热性能得到明显改善，且显著提高了催化剂的耐磨性和耐腐蚀性。该方法省却喷氨设备，且还原剂与烟气混合更均匀，脱硝反应更彻底，脱硝效率可达98％以上，且节能环保。

根据本发明的实施例，上述转底炉烟气脱硝系统和方法还可以具有下列优点的至少之一：

(1)将还原剂直接覆于蓄热体内表面，还原剂前躯体在高温烟气的作用下分解产生还原剂，该还原剂与烟气的混合均匀，在脱硝区的脱硝催化剂作用下，能够充分发生脱硝反应，脱硝效率更高，且无需设置单独的喷氨设备，节省空间的同时系统布置方式更灵活。

(2)高温烟气经过蓄热回收降温至200℃～400℃后进入脱硝管道进行脱硝反应，充分回收余热后再进行脱硝处理，高效节能、环保。

(3)在脱硝管道中设置有烟气回吹装置，综合利用待排放的烟气以及烟气中的CO，适量脱除烟气中的粉尘以及加强脱硝反应的进行。

下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1

(1)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1300℃。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92％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。

(2)高温烟气从转底炉出来，经蓄热体回收余热后，温度降低至250℃，同时，蓄热体自身温度升高，使得覆于蓄热体内表面的还原剂前驱体受热分解为还原剂氨，降温后的烟气与还原剂一同进入脱硝管道。二者在脱硝管道除尘区中设置的翅片结构作用下完成均匀混合，以及粉尘的沉降，得到较为纯净的烟气(无粉尘)与还原剂的混合气体，然后在引风机的作用下进入脱硝区，在脱硝催化剂的作用下进行脱硝反应，脱除烟气中的氮氧化物后排放，脱除效率可达98％。

采用电子束蒸发法，在真空条件下利用电子束进行直接加热蒸发还原剂前躯体(氨盐)，使其气化并向蜂窝体表面输运，在蜂窝蓄热体表面凝结形成还原剂前躯体薄膜，薄膜厚度为2mm。该部分蜂窝蓄热体受热后，其上的还原剂前躯体薄膜受热分解生成还原剂氨。

蓄热体成分如下：

无机粉料：负载量为65质量％，包括：焦宝石、堇青石、高岭土以及石英，其中焦宝石的负载量为30质量％，堇青石的负载量为25质量％，高岭土的负载量为8质量％，石英的负载量为20质量％；

添加剂：负载量为3质量％，包括：甲基纤维素以及甘油，其中，甘油的负载量为1.5质量％，甲基纤维素的负载量为4.5质量％；

电石渣：负载量为8质量％；

蓄热体是由下列方式获得的：

1)将无机粉料、陶瓷粉末、电石渣以及添加剂进行混料、球磨4小时，并加入水进行捏合炼制20分钟，以便得到泥料；

2)将泥料在20℃下陈腐40小时、再进行精炼以及挤制，得到胚料；以及

3)将胚料进行定型，再在100℃下干燥36小时，最后在1250℃下焙烧40小时，以便得到蓄热体。

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发明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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。