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铸造厂熔炼炉烟气蓄热脱硝喷枪装置和脱硝方法流程
作者:河北思凯淋  来源: http://www.hebeisikailin.com/xwzx/n1378.html   发布时间:2021-02-17

此文一个目的在于提出熔炼炉烟气蓄热脱硝装置和脱硝方法。该装置将蓄热燃烧系统与烟气脱硝系统集成于一体,由此在回收烟气余热的同时实现了对烟气的脱硝处理,该熔炼炉烟气蓄热脱硝装置具有蓄热和脱硝双重功能。

,此文提出了熔炼炉烟气蓄热脱硝装置,包括:

第一蓄热部,所述第一蓄热部内设置有高温蓄热体,所述第一蓄热部的下部具有第一开口;

第二蓄热部,所述第二蓄热部内由下至上依次设置有还原剂喷嘴和脱硝蓄热体,所述第二蓄热部的上部具有第二开口,所述第二蓄热部底端与所述第一蓄热部的顶端相连通。

通过采用此文上述实施例的熔炼炉烟气蓄热脱硝装置,高温烟气首先由第一开口进入第一蓄热部内,经过高温蓄热体进行蓄热后进入第二蓄热部内,烟气在第二蓄热部内依次经过还原剂喷嘴、脱硝蓄热体,首先与还原剂脱硝喷枪喷嘴喷入的还原剂进行混合后,进入脱硝蓄热体内进行蓄热并发生脱硝反应,对烟气进行脱硝处理后排出。

由此,此文实施例的熔炼炉烟气蓄热脱硝装置采用集蓄热和脱硝功能一体化的脱硝蓄热体,其表面光滑、耐磨,脱硝蓄热体使用寿命长,烟气无需深度除尘即可进行脱硝反应,操作简单,脱硝效率高,成本低。其次,燃烧产生的高温烟气经过蓄热回收降温至300℃~700℃后进入蓄热脱硝系统,取消低温蓄热体,采用脱硝蓄热体,烟气进一步蓄热降温的同时完成脱硝反应,脱除氮氧化物后对外排放,高效节能、环保,系统紧凑。另外,烟气进入脱硝蓄热体,在脱硝蓄热体内完成进一步降温和充分混合,直至脱硝催化反应完成,取消了常规脱硝系统需设置喷氨格栅之类的装置。

因此,本发明上述实施例的熔炼炉烟气蓄热脱硝装置将蓄热燃烧系统与烟气脱硝系统集成于一体,由此在回收烟气余热的同时实现了对烟气的脱硝处理,该熔炼炉烟气蓄热脱硝装置具有蓄热和脱硝双重功能。熔炼炉烟气蓄热脱硝喷枪

另外,根据此文上述实施例的熔炼炉烟气蓄热脱硝装置还可以具有如下附加的技术特征:

此文一些实施例中,所述还原剂喷包括多个,所述还原剂喷枪喷嘴为雾化喷嘴。

此文一些实施例中,所述雾化喷嘴为氨水雾化喷枪喷嘴或者尿素雾化喷枪喷嘴。

此文一些实施例中,所述脱硝催化剂为球状、条状或蜂窝体状。

在本发明的一些实施例中,所述脱硝蓄热体为为长方体,尺寸为150mm×150mm×200mm,所述脱硝蓄热体上的通孔截面为正方形,尺寸为15mm×15mm。

根据本发明的第二方面,本发明还提出了利用前面实施例的熔炼炉烟气蓄热脱硝装置处理熔炼炉烟气的方法,包括:

使熔炼炉烟气进入第一蓄热部内通过高温蓄热体进行第一降温,以便得到低温烟气;

使低温烟气进入第二蓄热部内与还原剂喷嘴喷入的还原剂混合,以便得到混合烟气;

使所述混合烟气通过脱硝蓄热体进行第二降温并催化所述低温混合烟气发生还原反应,以便得到脱硝后烟气排出。

由此,本发明实施例的处理熔炼炉烟气的方法中采用的熔炼炉烟气蓄热脱硝装置为集蓄热和脱硝功能一体化的脱硝蓄热体,其表面光滑、耐磨,脱硝蓄热体使用寿命长,烟气无需深度除尘即可进行脱硝反应,操作简单,脱硝效率高,成本低。其次,燃烧产生的高温烟气经过蓄热回收降温至300℃~700℃后进入蓄热脱硝体,取消低温蓄热体,采用脱硝蓄热体,烟气进一步蓄热降温的同时完成脱硝反应,脱除氮氧化物后对外排放,高效节能、环保,系统紧凑。另外,烟气进入脱硝蓄热体,在脱硝蓄热体内完成进一步降温和充分混合,直至脱硝催化反应完成,取消了常规脱硝系统需设置喷氨格栅之类的装置。

另外,根据本发明上述实施例的处理熔炼炉烟气的方法还可以具有如下附加的技术特征:

在本发明的一些实施例中,所述熔炼炉烟气经过所述第一降温后温度由1500摄氏度降低至700-800摄氏度。

在本发明的一些实施例中,所述低温混合烟气发生还原反应的温度为300-700摄氏度。

在本发明的一些实施例中,所述脱硝蓄热体包括无机粉料、脱硝催化剂和添加剂,其中,所述无机粉料的负载量为50-100质量%,所述脱硝催化剂的负载量为5-40质量%,所述添加剂的负载量为1-10质量%,所述添加剂中含有搪瓷。

在本发明的一些实施例中,所述脱硝蓄热体通过下列步骤制备得到:

(1)将无机粉料、陶瓷粉末、搪瓷、粘结剂、增塑保湿剂、润滑剂和水进行混合、捏合和焙烧,以便得到蜂窝蓄热体;

(2)通过共沉淀法制备得到TiO2-Al2O3复合氧化物,并将所述TiO2-Al2O3复合氧化物与活性炭进行混合,得到脱硝催化剂载体溶液;

(3)利用偏钨酸铵、偏钒酸铵、氯化铁、氯化镧配制得到含有钨、钒、铁、镧的脱硝催化剂活性组分溶液;

(4)将蜂窝蓄热体在脱硝催化剂载体溶液内进行第一浸渍处理、干燥和焙烧;

(5)将经过步骤(4)处理后的蜂窝蓄热体在所述脱硝催化剂活性组分溶液进行第二浸渍、干燥和焙烧,以便获得所述脱硝蓄热体。


图1是根据本发明一个实施例的熔炼炉烟气蓄热脱硝装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例,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,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。

根据本发明的一个方面,本发明提出了熔炼炉烟气蓄热脱硝装置,如图1所示,本发明实施例的熔炼炉烟气蓄热脱硝装置包括:第一蓄热部10和第二蓄热部20,其中,所述第一蓄热部10内设置有高温蓄热体11,所述第一蓄热部10的下部具有第一开口12;所述第二蓄热部20内由下至上依次设置有还原剂喷嘴21和脱硝蓄热体22,所述第二蓄热部20的上部具有第二开口23,所述第二蓄热部20顶端与所述第一蓄热部10的底端相连通。

通过采用本发明上述实施例的熔炼炉烟气蓄热脱硝装置,高温烟气首先由第一开口进入第一蓄热部内,经过高温蓄热体进行蓄热后进入第二蓄热部内,烟气在第二蓄热部内依次经过还原剂喷嘴、脱硝蓄热体,首先与还原剂喷嘴喷入的还原剂进行混合后,进入脱硝蓄热体内进行蓄热并发生脱硝反应,对烟气进行脱硝处理后排出。

由此,本发明实施例的熔炼炉烟气蓄热脱硝装置采用集蓄热和脱硝功能一体化的脱硝蓄热体,其表面光滑、耐磨,脱硝蓄热体使用寿命长,烟气无需深度除尘即可进行脱硝反应,操作简单,脱硝效率高,成本低。其次,燃烧产生的高温烟气经过蓄热回收降温至300℃~700℃后进入蓄热脱硝系统,取消低温蓄热体,采用脱硝蓄热体,烟气进一步蓄热降温的同时完成脱硝反应,脱除氮氧化物后对外排放,高效节能、环保,系统紧凑。另外,烟气进入脱硝蓄热体,在脱硝蓄热体内完成进一步降温和充分混合,直至脱硝催化反应完成,取消了常规脱硝系统需设置喷氨格栅之类的装置。

因此,本发明上述实施例的熔炼炉烟气蓄热脱硝装置将蓄热燃烧系统与烟气脱硝系统集成于一体,由此在回收烟气余热的同时实现了对烟气的脱硝处理,该熔炼炉烟气蓄热脱硝装置具有蓄热和脱硝双重功能。

根据本发明的实施例,所述脱硝蓄热体包括无机粉料、脱硝催化剂和添加剂,其中,所述无机粉料的负载量为50-100质量%,所述脱硝催化剂的负载量为5-40质量%,所述添加剂的负载量为1-10质量%,所述添加剂中含有搪瓷。

根据本发明的具体实施例,所述脱硝蓄热体为球状、条状或蜂窝体状。

根据本发明的具体实施例,所述脱硝蓄热体为长方体,尺寸为150mm×150mm×200mm,所述脱硝蓄热体上的通孔截面为正方形,尺寸为15mm×15mm。

所述脱硝蓄热体可以为球状、条状或蜂窝体状等。若催化剂为球状,催化剂直径可以为3~6mm;若催化剂为条状,催化剂为圆柱体形状,直径可以为3~6mm,长度可以为10~60mm;若催化剂为蜂窝状,可以为长方体、正方体,也可以为圆形、扇形、椭圆形等,尺寸一般可以为150mm×150mm×150mm或250mm×200mm×150mm,脱硝蓄热体上的通孔截面为正方形,尺寸为10mm×10mm、15mm×15mm或20mm×20mm,或者孔截面为圆形,则孔径为10mm、15mm或20mm。外形、尺寸、通孔可根据具体工况、使用环境等综合因素考虑后确定。蜂窝体状是优选的,这是因为蜂窝状催化剂的比表面积相较其他形状的催化剂大,催化剂与反应介质的接触面更大,催化反应效率更高。当催化剂为蜂窝体状时,催化剂的比表面积在320m2/m3以上,机械强度>8MPa,还原氮氧化物的催化活性可高达90%以上。

本发明的蓄热脱硝方案中,从熔炼炉出来的高温含尘烟气从蓄热室底部进入,先进行自然沉降除尘,后经高温蓄热体初步回收热量后进入第二蓄热部,经设置于第二蓄热部内的还原剂脱硝喷枪喷嘴喷入还原剂,烟气与还原剂混合后进入蓄热脱硝体进行二次降温并发生脱硝反应,最后降至低温度后排出。本发明涉及到的蓄热脱硝体布置在第二蓄热部,所述带脱硝功能的蜂窝状蓄热体横截面为方形,150mm×150mm×200mm,通孔截面为正方形,尺寸为15mm×15mm。由于从熔炼炉出来的高温烟气中含有大量粉尘,但本发明根据适用炉型,创造性地将蓄热室布置为“S”型,高温含尘烟气从蓄热室底部先自然沉降,然后进入高温蓄热体,可以沉降烟气中的大部分粉尘,避免了高温区蓄热体堵塞。且本发明采用的是以搪瓷为添加剂的带脱硝功能的蓄热体,其通道内表面光滑、耐磨,具有良好的抗堵性能,选用上述尺寸的带脱硝功能的蜂窝状蓄热体能达到良好的脱硝效果,脱硝成本低。

熔炼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系统加热,可将气体燃料和/或空气分别预热至1000℃以上,熔炼炉运行温度1500℃左右。所述烟气主要由燃烧过程中产生的CO2、氮氧化物以及物料熔化过程中的碳受热生成的CO组成,还伴随有炉内物料反应过程中产生的大量粉尘。所述烟气经过设置在喷嘴处的蓄热系统回收热量后进入脱硝系统,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。

所述熔炼炉物料为经煤基直接还原转底炉处理的黑色、有色或非金属球团矿,700℃热装或冷装的金属化球团(DRI),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。由于采用本发明的脱硝方法及脱硝催化剂,可以将两段式蓄热装置结构方式改变为“S”型,高温烟气从蓄热装置底部进入,有效避免了高温蓄热体表面积灰现象的出现。

根据本发明的具体实施例,还原剂喷嘴包括多个,还原剂喷嘴为雾化喷嘴。由此采用气泡雾化技术,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。

根据本发明的具体实施例,雾化喷嘴为氨水雾化喷嘴或者尿素雾化喷嘴。由此向烟气中喷入氨水或尿素作为还原剂。可以有效地还原烟气中的氧化物或者金属碱性化合物。根据本发明的具体实施例,当雾化喷枪为尿素雾化喷枪时,即采用尿素作为还原剂,需要将还原剂喷最设置在第一蓄热部内且位于高温蓄热体下游。尿素溶液需蒸汽作为雾化及输运介质。由此将原剂喷最设置在第一蓄热部内且位于高温蓄热体下游,可以借助高温气体显热对尿素溶液加热雾化,雾化喷嘴需采用耐高温材料,且喷嘴喷孔角度,孔径等参数影响雾化效果。

根据本发明的第二方面,本发明还提出了利用前面实施例的熔炼炉烟气蓄热脱硝装置处理熔炼炉烟气的方法,包括:

使熔炼炉烟气进入第一蓄热部内通过高温蓄热体进行第一降温,以便得到低温烟气;

使低温烟气进入第二蓄热部内与还原剂喷嘴喷入的还原剂混合,以便得到混合烟气;

使所述混合烟气通过脱硝蓄热体进行第二降温并催化所述低温混合烟气发生还原反应,以便得到脱硝后烟气排出。

由此,本发明实施例的处理熔炼炉烟气的方法中采用的熔炼炉烟气蓄热脱硝装置为集蓄热和脱硝功能一体化的脱硝蓄热体,其表面光滑、耐磨,脱硝蓄热体使用寿命长,烟气无需深度除尘即可进行脱硝反应,操作简单,脱硝效率高,成本低。其次,燃烧产生的高温烟气经过蓄热回收降温至300℃~700℃后进入蓄热脱硝体,取消低温蓄热体,采用脱硝蓄热体,烟气进一步蓄热降温的同时完成脱硝反应,脱除氮氧化物后对外排放,高效节能、环保,系统紧凑。另外,烟气进入脱硝蓄热体,在脱硝蓄热体内完成进一步降温和充分混合,直至脱硝催化反应完成,取消了常规脱硝系统需设置喷氨格栅之类的装置。

因此,本发明上述实施例的处理熔炼炉烟气的方法将蓄热燃烧系统与烟气脱硝系统集成于一体,由此在回收烟气余热的同时实现了对烟气的脱硝处理,该熔炼炉烟气蓄热脱硝装置具有蓄热和脱硝双重功能。

根据本发明的实施例,所述熔炼炉烟气经过所述第一降温后温度由1500摄氏度降低至700-800摄氏度。

根据本发明的实施例,熔炼炉烟气经过高温蓄热体进行蓄热降温,其温度被降至700-800摄氏度,进而可以进入脱硝蓄热体内发生还原反应进行脱硝处理。根据本发明的实施例,混合烟气在进入脱硝蓄热体内一方面进行二次降温,同时发生还原反应,发生还原反应的温度为300-700摄氏度。由此可以进一步提高脱硝蓄热体内催化低温混合烟气发生还原反应的效率。

根据本发明的实施例,所述脱硝蓄热体包括无机粉料、脱硝催化剂和添加剂,其中,所述无机粉料的负载量为50-100质量%,所述脱硝催化剂的负载量为5-40质量%,所述添加剂的负载量为1-10质量%,所述添加剂中含有搪瓷。

根据本发明的实施例,所述脱硝蓄热体通过下列步骤制备得到:

(1)将无机粉料、陶瓷粉末、搪瓷、粘结剂、增塑保湿剂、润滑剂和水进行混合、捏合和焙烧,以便得到蜂窝蓄热体;

(2)通过共沉淀法制备得到TiO2-Al2O3复合氧化物,并将所述TiO2-Al2O3复合氧化物与活性炭进行混合,得到脱硝催化剂载体溶液;

(3)利用偏钨酸铵、偏钒酸铵、氯化铁、氯化镧配制得到含有钨、钒、铁、镧的脱硝催化剂活性组分溶液;

(4)将蜂窝蓄热体在脱硝催化剂载体溶液内进行第一浸渍处理、干燥和焙烧;

(5)将经过步骤(4)处理后的蜂窝蓄热体在所述脱硝催化剂活性组分溶液进行第二浸渍、干燥和焙烧,以便获得所述脱硝蓄热体。

根据本发明的具体实施例,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。

所述脱硝蓄热体可以为球状、条状或蜂窝体状等。若催化剂为球状,催化剂直径可以为3~6mm;若催化剂为条状,催化剂为圆柱体形状,直径可以为3~6mm,长度可以为10~60mm;若催化剂为蜂窝状,可以为长方体、正方体,也可以为圆形、扇形、椭圆形等,尺寸一般可以为150mm×150mm×150mm或250mm×200mm×150mm,通孔截面为正方形,尺寸为10mm×10mm、15mm×15mm或20mm×20mm,或者孔截面为圆形,则孔径为10mm、15mm或20mm。外形、尺寸、孔径可根据具体工况、使用环境等综合因素考虑后确定。蜂窝体状是优选的,这是因为蜂窝状催化剂的比表面积相较其他形状的催化剂大,催化剂与反应介质的接触面更大,催化反应效率更高。当催化剂为蜂窝体状时,催化剂的比表面积在320m2/m3以上,机械强度>8MPa,还原氮氧化物的催化活性可高达90%以上。

根据本发明上述实施例的熔炼炉烟气蓄热脱硝装置以及脱硝方法至少具有下列优点之一:

(1)采用集蓄热和脱硝功能一体化的脱硝蓄热体,表面光滑、耐磨,脱硝蓄热体使用寿命长,烟气无需深度除尘即可进行脱硝反应,操作简单,脱硝效率高,成本低;

(2)燃烧产生的高温烟气经过蓄热回收降温至300℃~700℃后进入蓄热脱硝系统,取消低温蓄热体,采用脱硝蓄热体,烟气进一步蓄热降温的同时完成脱硝反应,脱除氮氧化物后对外排放,高效节能、环保,系统紧凑;

(3)烟气进入脱硝蓄热体,在脱硝蓄热体内完成进一步降温和充分混合,直至脱硝催化反应完成,取消了常规脱硝系统需设置喷氨格栅之类的装置。

在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。

此外,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。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。

在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,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。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。

在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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。


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