一種移動床熱燒結礦脫硝裝置的製作方法

2023-11-04 05:10:27 3

本發明涉及煙氣淨化技術領域，具體為一種移動床熱燒結礦脫硝裝置。

背景技術：

氮氧化物NOX是主要的大氣汙染物之一，對人體健康和生態環境有著嚴重的危害，燃燒過程產生的NOX主要是NO和NO2。2012年，國家環境保護部頒布了《鋼鐵燒結、球團工業大氣汙染物排放標準》，規定燒結煙氣NOX的排放標準限值為300mg/m3，因此開展燒結煙氣脫硝工作勢在必行。

選擇性催化還原脫硝技術(SCR)是目前應用最多、技術最成熟的一種煙氣脫硝技術，SCR是指還原劑(NH3)在催化劑表面與煙氣中的NOX發生還原反應生成無害的N2和水，達到去除煙氣中NOX的目的。該反應一般在300～450℃的溫度範圍內進行，脫硝效率可達80～90％。目前工程應用中常見的催化劑主要存在著以下問題：1)催化劑昂貴(如V2O5-WO3/TiO2和V2O5-MoO3/TiO2等)；2)催化劑窗口溫度高(一般為320～450℃)。但燒結煙氣溫度一般為100～200℃，達不到商用催化劑的窗口溫度，需要消耗大量燃料加熱燒結煙氣，從而增加了SCR燒結煙氣脫硝成本。因此開發技術、經濟可行的燒結煙氣脫硝技術迫在眉睫。

燒結礦的主要成分為鐵基氧化物，而鐵基氧化物(Fe2O3或Fe3O4)催化劑成本低，來源廣泛、價格低廉等優點且在200～500℃下具備較好的NH3-SCR脫硝性能，作為脫硝催化劑具有優越的性價比，目前已成為一大研究熱點。

採用燒結礦作為催化劑，並利用熱燒結礦的顯熱加熱脫硫後的燒結煙氣，在燒結環式冷卻機上實現脫硝是一種可行的技術。目前試驗研究主要在固定床脫硝裝置上進行，主要存在以下問題：1)固定床脫硝裝置難以實現模擬燒結環式冷卻機的運行工況；2)由於燒結煙氣中含有一定的SO2等成分，易導致催化劑失活。因此有必要開發一種移動床熱燒結礦脫硝裝置，用以模擬燒結環式冷卻機的運行工況。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有的技術缺陷，提供一種移動床熱燒結礦脫硝裝置，該技術有望解決目前燒結煙氣脫硝過程中存在的催化劑昂貴、運行成本高、催化劑活性下降等問題。

為實現上述目的，本發明採用的技術方案是：一種移動床熱燒結礦脫硝裝置，由料鬥、加熱爐、脫硝反應器、固定法蘭、卸料裝置和底座組成；所述加熱爐為設置在底座上的中空箱體，箱體內側由外向內依次設有保溫層和加熱層，用於加熱脫硝催化劑和反應氣體，箱體上下左右箱面均設有通孔；所述脫硝反應器下部穿過所述加熱爐下箱面的通孔，脫硝反應器通過法蘭固定在所述加熱爐下箱面上；所述脫硝反應器的底端通過法蘭連接卸料裝置，用於連續排出脫硝催化劑；所述脫硝反應器的頂端穿過所述加熱爐上箱面的通孔，並連接料鬥，用於裝填脫硝催化劑。

由上，熱燒結礦從脫硝反應器頂部的料鬥連續裝入，從卸料裝置底部連續排出，形成移動床，解決了燒結煙氣中含有一定濃度的SO2在脫硝過程中導致催化劑失活，脫硝效率隨反應時間下降的問題；

作為上述技術方案的改進，所述脫硝反應器還包括進氣氣流分布裝置、出氣氣流分布裝置、進氣管、出氣管和反應管，所述反應管由與漸縮管段上端連接的預存反應管段、和與漸縮管段下端連接的排料管段組成；所述進氣氣流分布裝置和出氣氣流分布裝置設置在所述脫硝反應器的中下部；所述進氣管穿過所述加熱爐的左或右箱面的通孔與進氣氣流分布裝置連接；所述出氣管穿過所述加熱爐的右或左面板的通孔與出氣氣流分布裝置連接。

由上，燒結煙氣和脫硝還原劑NH3通過進氣管進入脫硝反應器，燒結煙氣和脫硝還原劑NH3在脫硝反應器內與定向移動的燒結礦之間以錯流的方式進行氣固接觸，煙氣中NOX的與NH3反應，生成的N2和水蒸氣隨著脫硝煙氣從出氣管排出。

進一步地，所述進氣氣流分布裝置和出氣氣流分布裝置均由設置在所述脫硝反應器中下部的篩板及連接篩板的管道組成，管道另一端連接法蘭。

由上，進氣氣流分布裝置的篩板可使燒結煙氣和脫硝還原劑NH3均勻的進入脫硝反應器與催化劑進行氣固接觸，出氣氣流分布裝置的篩板可過濾反應後混合氣體中的催化劑粉塵。

進一步地，所述進氣管、出氣管分別通過法蘭連接所述進氣氣流分布裝置、出氣氣流分布裝置。

由上，由於燒結煙氣中含有一定濃度的SO2和H20，SO2在催化劑的作用下易轉化為SO3，脫硝反應後的混合氣體中的氨與SO3及水蒸汽生成硫酸氫氨，硫酸氫氨易與反應後混合氣體中的催化劑粉塵粘連，造成出氣管腐蝕和篩板堵塞，進氣管和出氣管可拆卸的連接進氣氣流分布裝置、出氣氣流分布裝置，方便進氣管和出氣管更換及清理篩板。

作為上述技術方案的改進，所述進氣氣流分布裝置還包括環形風道、活接頭，所述環形風道為兩端設有通孔的柱狀體；所述脫硝反應器穿過所述環形風道的通孔，環形風道外壁連接活接頭。

由上，使燒結煙氣和脫硝還原劑NH3均勻的進入脫硝反應器與催化劑進行氣固接觸。

進一步地，所述脫硝反應器位於進氣氣流分布裝置處的管段設有環形通孔，通孔內壁連接環形遮擋板。

由上，防止催化劑進入進氣氣流分布裝置。

進一步地，所述出氣氣流分布裝置還包括環形煙道、支撐格柵、錐鬥外殼和活接頭，所述環形煙道為底部設有通孔的杯狀體，所述脫硝反應器穿過通孔，環形煙道外側上部連接活接頭，環形煙道上端與錐鬥外殼的上端連接；所述支撐格柵一側連接在所述脫硝反應器外壁上，所述支撐格柵另一側與所述環形煙道內壁連接；錐鬥外殼底部與所述脫硝反應器外壁連接；脫硝反應器位於出氣氣流分布裝置處的管段設有環形通孔。

由上，出氣氣流分布裝置不易被反應後混合氣體中的催化劑粉塵堵塞，進氣氣流分布裝置和出氣氣流分布裝置錯層分布，使燒結煙氣和脫硝還原劑NH3在脫硝反應器中與催化劑的接觸面積增大，接觸時間變長。且使燒結煙氣和脫硝還原劑NH3進入脫硝反應器與催化劑進行氣固接觸過程中冷卻催化劑，使卸料裝置排出冷卻後催化劑，減少高溫催化劑對卸料裝置的損壞。

進一步地，所述進氣管、出氣管分別通過活接頭連接所述進氣氣流分布裝置、出氣氣流分布裝置。

由上，方便進氣管和出氣管更換。

作為優化，所述進氣管、料鬥、脫硝反應器和出氣管均由316S不鏽鋼板製作而成。

由於採用上述技術方案，本發明具有如下積極效果：

1)燒結煙氣和脫硝還原劑NH3通過進氣管進入脫硝反應器，熱燒結礦從脫硝反應器頂部的料鬥連續輸入，從卸料裝置底部連續輸出，形成移動床，解決了催化劑活性下降問題；燒結煙氣和脫硝還原劑NH3在脫硝反應器內與定向移動的燒結礦之間以錯流的方式進行氣固接觸，煙氣中NOX的與NH3反應，生成的N2和水蒸氣隨著脫硝煙氣由出氣管排出。

2)本發明採用來源廣泛、價格低廉的燒結礦作為NH3-SCR脫硝催化劑，脫硝後的燒結礦可作為高爐煉鐵的原料，實現催化劑零成本；充分利用燒結礦顯熱加熱燒結煙氣，節省了SCR脫硝過程中加熱煙氣所需的外用熱源和大型設備，降低了設備投資和系統運行成本。

附圖說明

圖1為本發明的移動床熱燒結礦脫硝裝置的結構示意圖一。

圖2為本發明的移動床熱燒結礦脫硝裝置的結構示意圖二。

圖3為本發明的移動床熱燒結礦脫硝裝置的出氣氣流分布裝置的A-A方向的剖視結構示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

實施例1，如圖1所示，本發明優選實施例的一種移動床熱燒結礦脫硝裝置的結構示意圖。包括進氣管100、料鬥200、加熱爐300、脫硝反應器500、熱電偶溫度計600、出氣管700、進氣氣流分布裝置810、出氣氣流分布裝置820、固定法蘭900、卸料裝置1000和底座1100組成；

優選地，所述脫硝反應器500為邊長為50mm、高為550mm的方形管501，頂邊長為50mm、底邊長為25mm、高為50mm的方形漸縮管502和邊長為25mm、高為200mm的方形管503上下拼接而成。脫硝反應器500的頂部連接正四稜台狀的料鬥200，底部安裝通過法蘭連接卸料裝置1000，脫硝反應器500中下部，距離脫硝反應器500頂端500mm處左右分別連接進氣氣流分布裝置810和出氣氣流分布裝置820，所述進氣氣流分布裝置810和出氣氣流分布裝置820均由設置在所述脫硝反應器中下部的篩板803及連接篩板803的漸縮管804組成，漸縮管804另一端連接法蘭805，篩板803上設有圓形通孔；進氣管100和出氣管700分別通過法蘭805連接漸縮管804的法蘭。這樣進氣氣流分布裝置810的篩板803可使燒結煙氣和脫硝還原劑NH3均勻的進入脫硝反應器500與催化劑進行氣固接觸，出氣氣流分布裝置820的篩板803可過濾反應後混合氣體中的催化劑粉塵。採用法蘭連接，方便進氣管100和出氣管700更換及清理篩板803。所述脫硝反應器500連接卸料裝置1000，使燒結煙氣和脫硝還原劑NH3在脫硝反應器500內與定向移動的燒結礦之間以錯流的方式進行氣固接觸，不斷更新燒結礦催化劑，解決了燒結煙氣中含有一定濃度的SO2在脫硝過程中導致催化劑失活，脫硝效率隨反應時間下降的問題。

優選地加熱爐300為設置在底座上的中空箱體，箱體內側由外向內依次設有保溫層301和加熱層302，用於加熱脫硝催化劑和反應氣體，箱體上下左右箱面均設有通孔,脫硝反應器500下部穿過所述加熱爐300的下箱面的通孔，脫硝反應器500與通孔接觸處的外管壁焊接固定法蘭900，用於固定脫硝反應器500。脫硝反應器500的進氣管100和出氣管700，分別穿過加熱爐300左右箱面的通孔。

優選地，所述進氣管100、料鬥200、脫硝反應器500和出氣管700均由厚度為1mm的316S不鏽鋼板製作而成。熱電偶溫度計600安裝在脫硝反應器500上。

實施例2，如圖2所示，本發明優選實施例的一種移動床熱燒結礦脫硝裝置的結構示意圖。

包括料鬥100、加熱爐300、脫硝反應器500、固定法蘭900、卸料裝置1000和底座1100組成；

進一步地，加熱爐300為設置在底座1100上的中空箱體，箱體內側由外向內依次設有保溫層301和加熱層302，用於加熱脫硝催化劑和反應氣體，箱體上下左右箱面均設有通孔；

進一步地，脫硝反應器500還包括進氣氣流分布裝置810、出氣氣流分布裝置820、進氣管100、出氣管700和反應管，反應管由與漸縮管段502上端連接的預存反應管段501、和與漸縮管段502下端連接的排料管段503組成；進氣氣流分布裝置810設置在脫硝反應器500漸縮管段502，進氣氣流分布裝置810還包括環形風道811、活接頭812，環形風道為兩端設有通孔的柱狀體；脫硝反應器500穿過所述環形風道811的通孔並與脫硝反應器500連接，環形風道811外壁連接活接頭812。脫硝反應器500上位於進氣氣流分布裝置810處的管段設有環形通孔，通孔內壁連接環形遮擋板813。這樣使燒結煙氣和脫硝還原劑NH3均勻的進入脫硝反應器500與催化劑進行氣固接觸，並防止催化劑進入進氣氣流分布裝置810。

如圖3所示，本發明優選實施例的一種移動床熱燒結礦脫硝裝置的出氣氣流分布裝置的府視結構示意圖。

出氣氣流分布裝置820設置在脫硝反應器500預存反應管段501中下部，出氣氣流分布裝置820還包括環形煙道821、支撐格柵822、錐鬥外殼823和活接頭824，環形煙道821為底部設有通孔的杯狀柱體，所述脫硝反應器500穿過通孔，環形煙道821外側上部連接活接頭824，環形煙道821上端與錐鬥外殼823的上端連接；支撐格柵822一側連接在所述脫硝反應器500外壁上，支撐格柵822另一側與所述環形煙道821內壁連接；錐鬥外殼823底部連接在所述脫硝反應器500外壁上；位於脫硝反應器500與錐鬥外殼823底部的連接處及與支撐格柵822的連接處之間的所述脫硝反應器500外壁上設有環形通孔。這樣使出氣氣流分布裝置820不易被反應後混合氣體中的催化劑粉塵堵塞，進氣氣流分布裝置810和出氣氣流分布裝置820錯層分布，使燒結煙氣和脫硝還原劑NH3在脫硝反應器500中與催化劑的接觸面積增大，接觸時間變長。且使燒結煙氣和脫硝還原劑NH3進入脫硝反應器500與催化劑進行氣固接觸過程中冷卻催化劑，使卸料裝置1000排出冷卻後催化劑，減少高溫催化劑對卸料裝置1000的損壞。進氣管100穿過加熱爐300的左箱面的通孔通過活接頭812與進氣氣流分布裝置810連接；出氣管700穿過加熱爐300的右箱面的通孔通過活接頭824與出氣氣流分布裝置820連接，方便進氣管100和出氣管700更換。

進一步地，脫硝反應器500下部穿過加熱爐300的下箱面的通孔，脫硝反應器500與通孔接觸處的外管壁焊接固定法蘭900，用於固定脫硝反應器500，脫硝反應器500的底端通過法蘭連接卸料裝置1000，用於連續排出脫硝催化劑；脫硝反應器500的頂端穿過所述加熱爐300的上箱面的通孔，並連接正四稜台狀的料鬥200，用於裝填脫硝催化劑。

優選地，進氣管100、料鬥200、脫硝反應器500和出氣管700均由316S不鏽鋼板製作而成。熱電偶溫度計600安裝在脫硝反應器500上。

實施例3，基於鐵基氧化物的燒結礦催化劑在本發明優選實施例的一種移動床熱燒結礦脫硝裝置及小型SCR脫硝反應裝置中進行SCR脫硝反應的穩定性評價：

取粒徑為0.2～1.0mm燒結礦催化劑分別送入小型SCR脫硝反應裝置中及實施例1中的移動床熱燒結礦脫硝裝置中，在空速比為3000h-1，NH3/NO摩爾比為0.5，O2濃度為15％，NO濃度為400mg/Nm3，SO2濃度為50/ppm，溼度為6.9％，CO2濃度為5％的混合氣體中，加熱至300～450℃保溫31分鐘進行選擇性催化還原反應，考察在該條件下，催化劑的穩定性如何。評價結果如表1。熱燒結礦從脫硝反應器500頂部的料鬥200連續裝入，從卸料裝置1000底部連續排出，形成移動床，解決了燒結煙氣中含有一定濃度的SO2在脫硝過程中導致催化劑失活，脫硝效率隨反應時間下降的問題。

表1

由於採用上述技術方案，本具體實施方式具有如下積極效果：

1)燒結煙氣和脫硝還原劑NH3通過進氣管100進入脫硝反應器500，熱燒結礦從脫硝反應器500頂部的料鬥200連續輸入，從卸料裝置1000底部連續輸出，形成移動床，解決了催化劑活性下降問題；燒結煙氣和脫硝還原劑NH3在脫硝反應器500內與定向移動的燒結礦之間以錯流的方式進行氣固接觸，煙氣中NOX的與NH3反應，生成的N2和水蒸氣隨著脫硝煙氣由出氣管700排出。

2)本發明採用來源廣泛、價格低廉的燒結礦作為NH3-SCR脫硝催化劑，脫硝後的燒結礦可作為高爐煉鐵的原料，實現催化劑零成本；充分利用燒結礦顯熱加熱燒結煙氣，節省了SCR脫硝過程中加熱煙氣所需的外用熱源和大型設備，降低了設備投資和系統運行成本。

以上所揭露的僅為本發明的較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利範圍，因此依本發明權利要求所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的範圍。