一种烟气脱硫脱硝一体化装置及方法
阅读说明：本技术 一种烟气脱硫脱硝一体化装置及方法 (Flue gas desulfurization and denitrification integrated device and method ) 是由 陈宜华 钟华 梁明 贾勇 郭丽娜 陈思 于 2021-08-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种烟气脱硫脱硝一体化装置及方法,属于烟气处理技术领域。该装置包括药剂罐,用于储存脱硫脱硝用氧化剂；药剂混合管,其连接所述药剂罐,并具有烟气进口,用于将烟气与脱硫脱硝用的氧化剂进行混合；管式反应器,用于对药剂混合管通入的氧化剂与烟气混合物发生氧化反应；除尘器,用于对管式反应器反应后尾气进行除尘；烟囱,通过风机连接除尘器,用于排放经除尘器除尘后的尾气。本发明烟气脱硫脱硝一体化装置体积相对较小,运行稳定,反应废弃物收集处理容易,可有效适应烧结烟气治理,且其去除效率相对较高。本发明方法采用烟气脱硫脱硝一体化装置实现冶金烧结工艺产生的烟气进行一次性脱硫脱硝处理。(The invention discloses a flue gas desulfurization and denitrification integrated device and method, and belongs to the technical field of flue gas treatment. The device comprises a medicament tank, a water tank and a water tank, wherein the medicament tank is used for storing an oxidant for desulfurization and denitrification; the reagent mixing pipe is connected with the reagent tank, is provided with a flue gas inlet and is used for mixing flue gas with an oxidant for desulfurization and denitrification; the tubular reactor is used for carrying out oxidation reaction on the oxidant introduced into the medicament mixing pipe and the flue gas mixture; the dust remover is used for removing dust from the tail gas after the reaction in the tubular reactor; and the chimney is connected with the dust remover through a fan and is used for discharging tail gas dedusted by the dust remover. The integrated device for flue gas desulfurization and denitration has the advantages of relatively small volume, stable operation, easy collection and treatment of reaction waste, effective adaptation to treatment of sintering flue gas and relatively high removal efficiency. The method adopts the flue gas desulfurization and denitrification integrated device to realize one-time desulfurization and denitrification treatment of the flue gas generated by the metallurgical sintering process.)
技术领域
本发明属于烟气处理技术领域，涉及冶金烟气脱硫脱硝处理设备及工艺，更具体地说， 涉及一种烟气脱硫脱硝一体化装置及方法。
背景技术
近年来，随着我国基础工业快速发展，钢铁产量已成为全球最大国家，2018年粗钢产量 占世界产量约51％。钢铁生产过程中会排放大量空气污染物，如SO2、NOX、粉尘颗粒物等。 粉尘颗粒物污染造成的主要问题有设备损坏、降低工作效率、污染工作环境以及危害身体健 康等，其中，当粒径小于10μm的呼吸性粉尘颗粒物被人体吸入人体肺部，会引起中毒性肺 炎或矽肺，甚至引起肺部器官的癌变等一系列健康问题；排入大气之中SO2是导致温室效应 的“间接温室气体”，酸雨与温室效应都对土壤、农作物、森林、湖泊、建筑等产生极大破坏。 SO2、NOX会形成酸雨和土壤酸化，造成生态环境的破坏，对组织器官的损伤，如肺、心血 管、脑和神经组织、肝肾以及生殖器官的损伤。大气污染已成为我国城市居民生活中一个无 法回避的现实，SO2、NOX、颗粒物或粉尘污染是影响大气环境质量的一个重要因素，也是大 气污染物控制的重点。
烧结是冶炼前原料准备的必要环节，其排放烟气是重要的大气污染源。烧结烟气是烧结 混合料点火后，随台车运行，在高温烧结成型过程中所产生的废气。烧结烟气有害气体种类 多，含有大量粉尘、SO2、NOX、CO、CO2、多环芳烃等多类污染物。烧结烟气中粉尘的发生 量约占钢铁工业污染物总产生量的40％以上；SO2、NOX排放量占钢铁工业总排放量的40％ ～60％。
烧结烟气的主要特点包括：
(1)烧结粉尘特点多样，如比重轻且粒度细、高温、高湿、高浓度；
(2)烟气排放量大，烧结机年作业率高达90％以上；
(3)烟气温度波动大，随烧结工艺状况变化，烟气温度波动区间为100℃-200℃左右；
(4)烟气含腐蚀性及有毒气体，烟气含有SO2、NOX、HCl、HF等酸性气体。
为了控制烧结烟气污染排放对大气环境造成污染，净化烟气中主要污染物(粉尘、SO2、 NOX)是关键，目前，现有治理技术主要有：(1)粉尘采用袋式除尘器、湿式高效除尘器等进行过滤。袋式除尘器以其效率高、粉尘适应性强、处理风量大等特点，广泛应用，适应于烧结烟气条件的滤袋是除尘达标的关键。(2)烧结烟气中含有大量的SO2，治理控制方法湿法、干法、半干法。湿法脱硫工艺主要有石灰-石膏法和氨法，其对应的脱硫效率达95.0％，但后续的石膏和废水处理成为难题。干法主要有炉内或管道内喷钙和循环流化床，CaO等碱性物质作为脱硫剂，与烟气中SO2反应生产CaSO3/CaSO4。半干法主要有喷雾干燥法等，采 用80％～90％活性CaO喷射在干燥塔与烟气混合反应，脱除SO2。这些干式脱硫法需要消耗大量的资源，脱硫效果不理想，设备可靠性差。(3)脱硝方法有选择性催化还原系统(SCR) 方法，以氨作为还原剂，氮氧化物的去除率达70.00％，反应温度290～400℃，反应在含硫、 粉尘烟气中进行，存在硫中毒风险；非催化还原系统(SNCR)的方法，以尿素或氨基化合物 在炉膛或炉膛口烟道完成，氮氧化物去除率达80.00％，适用温度为900～1100℃。
综上所述，随着我国钢铁工业污染物排放要求和环保政策的落实贯彻，烟气脱硫脱硝新 技术得以快速发展。但是现阶段国内烧结烟气脱硫脱硝技术装置还存在明显的运行稳定性和 适宜性问题，需要进一步的针对验证。并且随着环保产业的发展壮大，脱硫脱硝技术将在降 低相关投资费用的基础上，提高设备国产化率，促使副产物实现资源化。因此，研究出一种 除尘效率高、脱硫脱硝性能稳定运行的设备，能够满足当前环保排放要求，实现蓝天工程具 有重要意义。
发明内容
1.要解决的问题
本发明提供一种烟气脱硫脱硝一体化装置，其目的在于克服现有烧结烟气治理脱硫脱硝 技术存在的运行稳定性、脱硫脱硝反应废弃物及废水处理难度大等不足。本发明烟气脱硫脱 硝一体化装置体积相对较小，运行稳定，反应废弃物收集处理容易，可有效适应烧结烟气治 理，且其去除效率相对较高。
本发明还提供了一种烟气脱硫脱硝方法，采用烟气脱硫脱硝一体化装置实现冶金烧结工 艺产生的烟气进行一次性脱硫脱硝处理。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种烟气脱硫脱硝一体化装置，包括：
药剂罐，用于储存脱硫脱硝用氧化剂；
药剂混合管，其连接所述药剂罐，并具有烟气进口，用于将烟气与脱硫脱硝用的氧化剂 进行混合；
管式反应器，用于对药剂混合管通入的氧化剂与烟气混合物发生氧化反应；
除尘器，用于对管式反应器反应后尾气进行除尘；
烟囱，通过风机连接除尘器，用于排放经除尘器除尘后的尾气。
进一步地，还包括废料仓，用于接受管式反应器、除尘器处理后的固体物料；所述废料 仓通过气泵将固体物料输送至药剂罐。
进一步地，所述药剂罐通过定量给料机向药剂混合管中输送氧化剂。
进一步地，还包括工控机；所述除尘器的气体出口设置浓度传感器，用于检测尾气中有 害气体和/或粉尘浓度；所述工控机通过接受浓度传感器信号，控制定量给料机的给料量。
进一步地，所述除尘器包括旋风除尘器和袋式过滤器，所述管式反应器、旋风除尘器、 袋式过滤器和烟囱依次相连。
进一步地，所述管式反应器、旋风除尘器、袋式过滤器通过管道分别经卸灰机、卸料器、 输料机连接废料仓。
一种烟气脱硫脱硝方法，采用上述的烟气脱硫脱硝一体化装置对烟气进行脱硫脱硝处理， 具体步骤为：
步骤A：将药剂罐内的氧化剂加入药剂混合管，并同时通入烟气，烟气和氧化剂在药剂 混合管内混合；
步骤B：将与氧化剂混合后的烟气通入管式反应器进行反应；
步骤C：经步骤B反应后的气体通入除尘器除尘后，通过烟囱排出。
进一步地，经步骤B和步骤C处理后的固体物料被回收，并输送至药剂罐内作为氧化剂 进行循环使用。
进一步地，通过浓度传感器检测步骤C除尘后尾气中害气体和/或粉尘浓度，信号传递给 工控机，由工控机控制药剂罐向药剂混合管给料的量。
进一步地，所述氧化剂为Mn的氧化物，粒径50-120μm；步骤B中反应温度150-180℃。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的烟气脱硫脱硝一体化装置，在反应前将脱硫脱硝用氧化剂与烟气进行充分 混合，同时可对氧化剂进行预热，使得烟气在管式反应器内能够充分均匀混合，反应更加充 分；并且在管式反应器内能够同时对烟气进行脱硫脱硝处理。该装置结构相对简单，流程短， 药剂同时脱硫脱硝，反应可控，反应器、滤料多级净化，效率高，可广泛用于钢铁行业烧结 烟气治理。
(2)本发明的烟气脱硫脱硝一体化装置，管式反应器内部具有多个并列反应器，根据排 放浓度情况延长反应时间，使烟气中的SO2、NOx充分接触反应得以去除；管式反应器内的 气流均布板是对反应器内气流均匀分布，使气流与药剂充分接触反应，提高反应效率。
(3)本发明的烟气脱硫脱硝一体化装置，通过废料仓收集管式反应器、除尘器产生的固 体物料，可回收氧化剂、未完全反应的产物循环使用，提高废料利用率。同时，考虑废料利 用对烟气反应充分性的影响，通过检测排放尾气中有害气体、粉尘浓度控制药剂罐中氧化剂 供给量，精确控制脱硫脱硝反应。
(4)本发明的烟气脱硫脱硝一体化装置，除尘器采用旋风除尘器和袋式过滤器两级除尘， 旋风除尘器作为预处理器收集烟气中夹带的粉尘和脱硫产物颗粒，降低烟气进入袋式除尘器 的浓度，减少袋式除尘器负荷，延长滤袋使用寿命。袋式除尘器滤料是由聚四氟粉、MnOx 粉末、成孔剂按比例混合烧结复合而成，透气度为15-30m3/m2.min，粉尘和脱硫产物颗粒物 去除效率可达99.5％以上。
(5)本发明的烟气脱硫脱硝方法，氧化剂主要是Mn的氧化物粉末，粒径控制在50-120 μm，其与烟气中SO2、NOx混合反应生成硫酸锰和硝酸锰，反应温度控制在150-180℃，控制好反应时间等条件，脱硫脱硝效率可达80％以上。
附图说明
图1为本发明烟气脱硫脱硝一体化装置的结构示意图。
图中：1、药剂罐；2、脱硫脱硝剂；3、螺旋给料机；4、计量称；5、药剂混合管；6、 管式反应器；7、反应混合管；8、气流均布板；9、卸灰机；10、风管；11、旋风除尘器；12、 卸料器；13、袋式过滤器；14、滤料；15、气流分布器；16、输料机；17、气力输送管；18、 废料仓；19、气泵；20、气力输送管；21、浓度传感器；22、风管；23、风机；24、烟囱； 25、工控机。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
如图1所示，本实施例的烟气脱硫脱硝一体化装置主要由药剂罐1、药剂混合管5、管式 反应器6、除尘器和烟囱24组成。其中，药剂罐1，用于储存脱硫脱硝用氧化剂，即脱硫脱 硝剂2；药剂混合管5，用于将烟气与脱硫脱硝用的氧化剂进行混合；管式反应器6，用于对 药剂混合管5通入的氧化剂与烟气混合物发生氧化反应；除尘器，用于对管式反应器6反应 后尾气进行除尘；烟囱24，用于排放经除尘器除尘后的尾气。下面对该装置各部分具体结构 和连接关系进行详细说明。
药剂混合管5为水平放置的具有一定长度的管道，其一端具有烟气进口，另一端具有烟 气出口，烟气通过烟气进口进入管内，通过烟气出口排出管外。药剂罐1为氧化剂储藏罐， 其竖直设立在药剂混合管5上方，并可沿药剂混合管5的管轴向布置多个。药剂罐1的出口 连通药剂混合管5内，从而可将氧化剂送入药剂混合管5内。在进入反应器6前，将烟气与氧化剂在药剂混合管5进行充分混合，并且烟气可对氧化剂进行预热，从而提高进入反应器6中充分反应，提高反应效率。为了精确控制氧化剂供给量，药剂罐1的出口通过定量给料机向药剂混合管5中输送氧化剂，可保证供料精确性，且为后续废料循环时候提供前提。在本实施例中，定量给料机由螺旋给料机3和计量称4组成，螺旋给料机3进行送料，计量称 4计量送料重量。
管式反应器6靠下部侧面具有气体进口，靠顶部侧面具有气体出口，底部具有固废出口。 管式反应器6的气体进口连接药剂混合管5的烟气出口，从而烟气排出药剂混合管5后进入 管式反应器6，在管式反应器6内进行反应。反应过气体通过管式反应器6的气体出口排出， 反应产生的固废从固废出口排出。本实施例采用的管式反应器6内部具有多个反应混合管7， 在反应混合管7下方布置气流均布板8，烟气气流经过多孔板气流均布器，进入反应混合管7 充分反应，脱硫脱硝剂2与烟气中SO2、NOx充分反应，部分反应产物和未反应的药剂落入 管式反应器6底部的灰斗，反应后气体从气体出口送入除尘器。
除尘器靠下部侧面具有气体进口，靠顶部侧面具有气体出口，底部具有固废出口。除尘 器的气体进口通过风管10连接管式反应器6的气体出口，反应后的气体进入除尘器除尘后通 过烟囱24排放。本实施例中，除尘器采用两级除尘，即其包括旋风除尘器11和袋式过滤器 13，管式反应器6、旋风除尘器11、袋式过滤器13和烟囱24依次相连。其中，旋风除尘器 11轴向离心力旋风器，通过离心进行固气分离，用于收集反应后气体中颗粒物和未反应的药 剂，同时，可对后续袋式过滤器13起到预除尘，有效防止袋式过滤器13的堵塞，提高袋式 过滤器13的使用寿命。袋式过滤器13包括内部的气流分布器15，以及气流分布器15下方的滤料14，滤料14采用多孔聚四氟烧结料，由聚四氟粉、MnOx粉末、成孔剂混合烧结复合 而成，控制透气度为15-30m3/m2.min，可进一步净化烟气中的SO2、NOx，且对颗粒物去除效 率99.5％以上，可实现超低排放。
袋式过滤器13的气体出口通过风管22连接烟囱24，从而将除尘后废气排出，在风管22 上安装风机23，有助于将气体从除尘器内抽出。
值得说明的是，管式反应器6中必然无法完全反应，未充分反应的废料，包括残余脱硫 脱硝剂2、未充分反应生成的产物，要么落入管式反应器6底部的灰斗，要么进入除尘器被 截留。本实施例设计废料仓18，其连接管式反应器6和除尘器的固废出口，用于接受管式反 应器6、除尘器处理后的固体物料。并且，管式反应器6底部连接卸灰机9，旋风除尘器11 底部连接卸料器12，袋式过滤器13底部连接输料机16，它们均通过气力输送管17连接废料 仓18，将固体废料输送至废料仓18内。废料仓18通过气力输送管20连接药剂罐1，在气力输送管20上安装气泵19，通过气泵19将废料仓18内固体物料输送至药剂罐1，从而可实现废料的回收利用，使得氧化剂能够完全反应，未充分反应产物可继续充分反应。
基于药剂罐1加入药剂混合管5中氧化剂的复杂性，尤其是回收的反应废料，会影响药 剂罐1加入药剂量与烟气配比动态变化，如何保证药剂量满足烟气氧化反应需求至关重要。 在本实施例中，在袋式过滤器13的气体出口处设置浓度传感器21，用于检测尾气中有害气 体和/或粉尘浓度。工控机25电连接浓度传感器21和定量给料机，通过接受浓度传感器21 信号，控制定量给料机的给料量，从而达到动态精确控制供料。
采用上述烟气脱硫脱硝一体化装置对冶金烧结工艺产生的烟气进行脱硫脱硝处理，具体 包括以下步骤：
步骤A：定量给料机将药剂罐1内的氧化剂加入药剂混合管5，同时，烧结烟气从药剂 混合管5的烟气进口通入，烟气从烟气进口向烟气出口流动，并在流动过程中与氧化剂在药 剂混合管5内充分混合。此步骤中，氧化剂为Mn的氧化物，粒径50-120μm，能够很好的与烟气充分混合，保证后续反应的充分性。
在装置运行过程中，浓度传感器21检测通过烟囱24排放尾气的有害气体浓度，以及粉 尘浓度，将信号传递给工控机25，工控机25根据检测信号控制定量给料机送料量，保证氧 化剂与烟气配比满足反应要求。
步骤B：经步骤A混合后的烟气，通过烟气进口通入管式反应器6内；经过气流均布板 8进行均匀布气，并在反应混合管7内充分反应。反应固体产物落入底部灰斗，反应气体通 过管式反应器6的气体出口排出。
此步骤中，管式反应器6内反应温度150-180℃，根据氧化剂特性，以及步骤A中氧化 剂预热，此反应温度较为适宜，脱硫脱硝效率可达80％以上。
步骤C：经步骤B反应后的气体经风管10通过除尘器的气体进口通入除尘器除尘后，通 过烟囱24排出。此步骤中，反应气体先进入旋风除尘器11，在离心力下进行初级除尘，经 初级除尘后的气体再进入袋式过滤器13进行过滤除尘后，再通过烟囱24排出。
此步骤中，袋式除尘器滤料14是由聚四氟粉、MnOx粉末、成孔剂按比例混合烧结复合 而成，透气度为15-30m3/m2.min，粉尘和脱硫产物颗粒物去除效率可达99.5％以上。
步骤D：经步骤B和步骤C处理后的固体物料被送入废料仓18，进行回收，并通过气泵 19输送至药剂罐1内作为氧化剂进行循环使用。
由上可知，本实施例烟气脱硫脱硝一体化装置结构相对简单，流程短，药剂同时脱硫脱 硝，反应可控，反应器、滤料多级净化，效率高，可广泛用于钢铁行业烧结烟气治理。采用 该装置对烧结烟气进行脱硫脱硝操作简单，有害气体处理较为彻底，处理后气体满足排放要 求。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也 只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员 受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结 构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
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