本發(fā)明涉及冶金工業(yè)領(lǐng)域，尤其涉及一種焦?fàn)t煙道氣的脫硫脫硝節(jié)能一體凈化系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

冶金行業(yè)的生產(chǎn)離不開煉焦?fàn)t生產(chǎn)的焦炭。但焦?fàn)t使用的燃料一般采用廠內(nèi)自制的焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣或其他氣體燃料。其成分差別很大，燃燒產(chǎn)物的成分也有很大區(qū)別。

焦?fàn)t排放的煙道氣主要有害成分以氮氧化物和硫化物為主。其硫化物來自于燃?xì)庵械暮虺煞?，氮氧化物來自于助燃空氣中的氮?dú)飧邷匮趸?/p>

隨著環(huán)保排放的指標(biāo)提高。常規(guī)焦?fàn)t的煙氣排放受到廣泛的關(guān)注，并且焦?fàn)t煙道氣含有較高的顯熱，其溫度達(dá)到220-300℃。采用余熱鍋爐將這部分煙氣顯熱進(jìn)行回收，成為了廣泛的技術(shù)趨勢。

我國在煙氣的脫硫處理技術(shù)比較成熟，采用干法、半干法脫硫的方法很多，實(shí)現(xiàn)起來也比較容易，在焦?fàn)t煙道氣的處理一般使用焦化廠自產(chǎn)的氨水，采用氨法脫硫。但在脫硝領(lǐng)域，方法較少。一般采用的是SCR技術(shù)脫硝。利用焦化廠自產(chǎn)的氨氣與煙氣混合，在脫硝塔中與催化劑進(jìn)行反應(yīng)，生產(chǎn)硝酸氨，脫除氮氧化物。

使用SCR脫硝方法，其脫硝塔內(nèi)的催化劑阻力較大，消耗大量的動力電，并且其催化劑壽命有限，更換周期短，在催化劑沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的條件下，運(yùn)行成本較高。

在整個脫硫脫硝余熱系統(tǒng)中，采用低溫SCR脫硝方法，但催化劑成本較高，也有硫中毒問題；采用高溫SCR脫硝方法，因需要重復(fù)加熱，系統(tǒng)不可避免的造成管道復(fù)雜的問題，同時也會增加更多的換熱設(shè)備，增加系統(tǒng)布置難度。

另外在生產(chǎn)實(shí)踐中，由于焦?fàn)t不能夠隨時停止生產(chǎn)，在地下煙道必須保持-500Pa的負(fù)壓，在煙氣凈化處理系統(tǒng)風(fēng)機(jī)跳停時，也必須保證煙囪保持必要的抽力，因此，必須為煙囪進(jìn)行熱備。煙囪溫度必須保持135℃以上的溫度，而脫硫凈化的煙氣溫度不高于80℃，無法實(shí)現(xiàn)煙囪熱備，因此不論采取哪種方法，都必須有外供燃料加入，實(shí)現(xiàn)煙氣溫度的提高。由此增加了能源的消耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提供了一種焦?fàn)t煙道氣的脫硫脫硝節(jié)能一體凈化系統(tǒng)及其控制方法，是一種焦化廠對焦?fàn)t地下煙道排放的有毒有害熱廢氣進(jìn)行凈化并回收低溫?zé)崃康囊惑w凈化系統(tǒng)，該凈化系統(tǒng)工藝流程簡單，運(yùn)行效率高。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種焦?fàn)t煙道氣的脫硫脫硝節(jié)能一體凈化系統(tǒng)，包括余熱回收裝置、循環(huán)風(fēng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、預(yù)氧化混合裝置、脫硫脫硝反應(yīng)塔；余熱回收裝置的煙氣入口通過管道連接煉焦?fàn)t煙氣排出管道，余熱回收裝置的煙氣出口通過管道連接循環(huán)風(fēng)機(jī)，循環(huán)風(fēng)機(jī)的輸出端通過管道連接預(yù)氧化混合裝置，預(yù)氧化混合裝置的煙氣出口通過管道連接脫硫脫硝反應(yīng)塔，脫硫脫硝反應(yīng)塔通過管道連接煙囪；循環(huán)風(fēng)機(jī)由電機(jī)提供動力，同時循環(huán)風(fēng)機(jī)通過超速離合器同軸連接內(nèi)燃機(jī)。

所述余熱回收裝置可以是余熱回收換熱器也可以是余熱鍋爐。

所述余熱回收換熱器是由過熱器、蒸發(fā)器、預(yù)熱器及設(shè)置在過熱器、蒸發(fā)器和預(yù)熱器上端的汽包構(gòu)成。

在所述循環(huán)風(fēng)機(jī)的輸出端與預(yù)氧化混合裝置連接的管道上還設(shè)有直接連接煙囪的支路煙道。

還包括從煉焦?fàn)t直通煙囪的地下煙道，該煙道與余熱回收換熱器的入口煙道及脫硫脫硝反應(yīng)塔的出口煙道相連通。

一種焦?fàn)t煙道氣的脫硫脫硝節(jié)能一體凈化系統(tǒng)的控制方法，余熱回收換熱器將焦?fàn)t煙道氣的熱量進(jìn)行回收，制備蒸汽；煙氣脫硝采用SNCR方法，先用氧化法預(yù)處理，再通過脫硫脫硝反應(yīng)塔進(jìn)行同時脫除；系統(tǒng)安全保障采用共軸內(nèi)燃機(jī)在循環(huán)風(fēng)機(jī)斷電時提供動力，保證系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；具體如下：

1)煉焦?fàn)t煙氣首先進(jìn)入余熱回收換熱器進(jìn)行換熱，生產(chǎn)蒸汽；

2)由循環(huán)風(fēng)機(jī)提供動力，將降溫后的煙氣鼓入預(yù)氧化混合裝置，由臭氧制備車間向預(yù)氧化混合裝置提供臭氧，煙氣在預(yù)氧化混合裝置中進(jìn)行氮氧化物的混合氧化；

3)氧化后的煙氣進(jìn)入脫硫脫硝反應(yīng)塔，同時進(jìn)行脫硫脫硝；

4)處理后的潔凈煙氣進(jìn)入煙囪進(jìn)行排放；

5)系統(tǒng)的使用過程中遇到緊急停電或故障跳停時，電機(jī)轉(zhuǎn)速降低至警戒范圍，瞬間啟動共軸內(nèi)燃機(jī)接替電機(jī)拖動循環(huán)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，避免故障，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，直至恢復(fù)電力或切換到地下煙道由煉焦?fàn)t直通煙囪排煙。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)本發(fā)明一種焦?fàn)t煙道氣的脫硫脫硝節(jié)能一體凈化系統(tǒng)其工藝流程簡單，煙氣阻力小，不需煙囪熱備；

2)本發(fā)明一種焦?fàn)t煙道氣的脫硫脫硝節(jié)能一體凈化系統(tǒng)采用SNCR脫硝方法，對氮氧化物進(jìn)行氧化處理，設(shè)備簡單，無需更換催化劑，無需提高煙氣溫度就可以實(shí)現(xiàn)煙氣的凈化；

3)本發(fā)明一種焦?fàn)t煙道氣的脫硫脫硝節(jié)能一體凈化系統(tǒng)，可以在一個凈化塔內(nèi)同時實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝兩個目標(biāo)，凈化效率高；

4)本發(fā)明中所采用的與電機(jī)共軸的內(nèi)燃機(jī)動力系統(tǒng)，可以在停電故障時，繼續(xù)為循環(huán)風(fēng)機(jī)提供動力，保障焦?fàn)t安全生產(chǎn)，同時實(shí)現(xiàn)取消煙囪長期熱備，節(jié)省了鍋爐熱備所需的外部供給燃料，同時簡化焦?fàn)t煙道氣凈化系統(tǒng)的復(fù)雜性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種焦?fàn)t煙道氣的脫硫脫硝節(jié)能一體凈化系統(tǒng)流程圖；

圖中：10.過熱器；11.余熱回收換熱器；12.蒸發(fā)器；13.預(yù)熱器；14.汽包；15.循環(huán)風(fēng)機(jī)；16超速離合器；17.內(nèi)燃機(jī)；18.電機(jī)；19.預(yù)氧化混合裝置；20.脫硫脫硝反應(yīng)塔；21.中控室；22.水處理車間；23.臭氧制備車間；24.化產(chǎn)車間；25.低壓蒸汽管網(wǎng)；26.煉焦?fàn)t；27.地下煙道；28.煙囪；M1.地下煙道閘門；M2-M5.煙氣擋板閥。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)一步說明：

見圖1，一種焦?fàn)t煙道氣的脫硫脫硝節(jié)能一體凈化系統(tǒng)，包括余熱回收裝置、循環(huán)風(fēng)機(jī)15、內(nèi)燃機(jī)17、預(yù)氧化混合裝置19、脫硫脫硝反應(yīng)塔20；余熱回收裝置的煙氣入口通過管道連接煉焦?fàn)t26煙氣排出管道，余熱回收裝置的煙氣出口通過管道連接循環(huán)風(fēng)機(jī)15，循環(huán)風(fēng)機(jī)15的輸出端通過管道連接預(yù)氧化混合裝置19，預(yù)氧化混合裝置19的煙氣出口通過管道連接脫硫脫硝反應(yīng)塔20，脫硫脫硝反應(yīng)塔20通過管道連接煙囪28；循環(huán)風(fēng)機(jī)15由電機(jī)18提供動力，同時循環(huán)風(fēng)機(jī)15通過超速離合器16同軸連接內(nèi)燃機(jī)17。

所述余熱回收裝置可以是余熱回收換熱器11也可以是余熱鍋爐。

所述余熱回收換熱器11是由過熱器10、蒸發(fā)器12、預(yù)熱器13及設(shè)置在過熱器10、蒸發(fā)器12和預(yù)熱器13上端的汽包14構(gòu)成。

在所述循環(huán)風(fēng)機(jī)15的輸出端與預(yù)氧化混合裝置19連接的管道上還設(shè)有直接連接煙囪28的支路煙道。在該支路煙道上設(shè)置有煙氣擋板閥M5。

還包括從煉焦?fàn)t26直通煙囪28的地下煙道27，該地下煙道27與余熱回收換熱器11的入口煙道及脫硫脫硝反應(yīng)塔20的出口煙道相連通。余熱回收換熱器11的入口煙道與地下煙道27的連接點(diǎn)設(shè)置在地下煙道閘門M1之前。

另外在余熱回收換熱器11的入口煙道上設(shè)置有煙氣擋板閥M2，在脫硫脫硝反應(yīng)塔20的出口煙道上設(shè)置有煙氣擋板閥M3，在預(yù)氧化混合裝置19的入口管道處也設(shè)有煙氣擋板閥M4。

將內(nèi)燃機(jī)17與廠用電和事故緊急檢測裝置連鎖，形成回路，當(dāng)循環(huán)風(fēng)機(jī)15斷電時對內(nèi)燃機(jī)17進(jìn)行緊急啟動，保障循環(huán)風(fēng)機(jī)15的動力。

一種焦?fàn)t煙道氣的脫硫脫硝節(jié)能一體凈化系統(tǒng)的控制方法，余熱回收換熱器11將焦?fàn)t煙道氣的熱量進(jìn)行回收，制備蒸汽；煙氣脫硝采用SNCR方法，先用氧化法預(yù)處理，再通過脫硫脫硝反應(yīng)塔20進(jìn)行同時脫除；系統(tǒng)安全保障采用共軸內(nèi)燃機(jī)17在循環(huán)風(fēng)機(jī)15斷電時提供動力，保證系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；具體如下：

1)煉焦?fàn)t煙氣首先進(jìn)入余熱回收換熱器11進(jìn)行換熱，生產(chǎn)蒸汽。

常規(guī)的煉焦?fàn)t26生產(chǎn)排放的燃燒氣體，經(jīng)過機(jī)側(cè)和焦側(cè)兩條副煙道在地下交匯，經(jīng)地下煙道27至焦?fàn)t煙囪28對大氣進(jìn)行排放。

本發(fā)明的焦?fàn)t煙道氣的脫硫脫硝節(jié)能一體凈化系統(tǒng)，采用旁通的方式，將煉焦?fàn)t26的燃燒氣體在地下煙道27的地下煙道閘門M1前抽取出來，通過旁通煙道，首先進(jìn)入余熱回收換熱器11進(jìn)行換熱，回收煙氣中的顯熱，將220-300℃的煙氣中的熱量吸收，輸出蒸汽供業(yè)主使用，并且將煙氣溫度降低至135-165℃。

余熱回收換熱器11，主要設(shè)備由過熱器10、蒸發(fā)器12、預(yù)熱器13、汽包14組成，根據(jù)業(yè)主對蒸汽品質(zhì)的要求可以取消過熱器10，只生產(chǎn)飽和蒸汽。余熱系統(tǒng)用水在水處理車間22進(jìn)行制備，達(dá)到除鹽或軟化的水質(zhì)要求，再進(jìn)入余熱回收換熱器11，余熱回收換熱器11生產(chǎn)的蒸汽經(jīng)蒸汽管網(wǎng)25送至用戶使用。

2)由循環(huán)風(fēng)機(jī)15提供動力，將降溫后的煙氣鼓入預(yù)氧化混合裝置19，由臭氧制備車間23向預(yù)氧化混合裝置19提供臭氧，煙氣在預(yù)氧化混合裝置19中進(jìn)行氮氧化物的混合氧化。

煙氣經(jīng)過余熱回收換熱器11后降溫，經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)15加壓，鼓入預(yù)氧化混合裝置19。臭氧制備車間23制造臭氧O₃，通過管道輸送到預(yù)氧化混合裝置19中，與經(jīng)過降溫后的煙氣進(jìn)行預(yù)混合，將煙氣中所含氮氧化物NOx進(jìn)行初步氧化生成NO₂、N₂O₅等。

煙氣中NOx的主要組成是NO，NO難溶于水，而高價態(tài)的NO₂、N₂O₅等可溶于水，生成HNO₂和HNO₃，溶解能力大大進(jìn)步，從而可與后期的SO₂同時吸收，達(dá)到同時脫硫脫硝的目的。臭氧作為一種清潔的強(qiáng)氧化劑，可以快速有效地將NO氧化到高價態(tài)。作為氧化劑的O₃與NOx之間具體的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理比較復(fù)雜。氧化原理為：

NO+O₃→NO₂+O₂

NO₂+O₃→NO₃+O₂

NO₃+NO₂→N₂O₅

臭氧同時脫硫脫硝主要是利用臭氧的強(qiáng)氧化性將NO氧化為高價態(tài)氮氧化物，然后在洗滌塔內(nèi)將高價態(tài)氮氧化物和二氧化硫同時吸收轉(zhuǎn)化為溶于水的物質(zhì)，達(dá)到脫除的目的。

3)氧化后的煙氣進(jìn)入脫硫脫硝反應(yīng)塔，同時進(jìn)行脫硫脫硝。

上述經(jīng)過氧化預(yù)處理的煙氣，通入脫硫脫硝反應(yīng)塔20，該裝置利用化產(chǎn)車間24制備的氨水對煙氣進(jìn)行處理，生成硝酸氨鹽和硫酸銨鹽，脫除高價態(tài)氮氧化物和硫化物，使煙氣的成分比例達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到凈化的目的。

4)處理后的潔凈煙氣進(jìn)入煙囪進(jìn)行排放。

5)系統(tǒng)的使用過程中遇到緊急停電或故障跳停時，電機(jī)15轉(zhuǎn)速降低至警戒范圍，瞬間啟動共軸內(nèi)燃機(jī)17接替電機(jī)18拖動循環(huán)風(fēng)機(jī)15運(yùn)行，避免故障，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，直至恢復(fù)電力或切換到地下煙道27由煉焦?fàn)t26直通煙囪28排煙。

循環(huán)風(fēng)機(jī)15采用電機(jī)18提供動力，并采用超速離合器16與內(nèi)燃機(jī)17共軸串聯(lián)，使用中遇到緊急停電或故障跳停時，電機(jī)18轉(zhuǎn)速降低至警戒范圍，可隨時啟動共軸內(nèi)燃機(jī)17接替電機(jī)18拖動循環(huán)風(fēng)機(jī)15，避免故障，并且內(nèi)燃機(jī)17自帶小型發(fā)電機(jī)可以向中央控制系統(tǒng)UPS提供380-420V電力。

本發(fā)明的控制方法是采用位于中控室21的中央控制系統(tǒng)DCS或PLC，對余熱回收裝置、預(yù)氧化混合裝置19、一體化脫硫脫反應(yīng)塔20以及配套的循環(huán)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、給水系統(tǒng)和煙氣管道系統(tǒng)等進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、綜合數(shù)據(jù)采集和控制。系統(tǒng)啟用時，關(guān)閉地下煙道閘門M1和煙氣擋板閥M5。開啟煙道擋板閥M2，M3和M4，使通道流暢，各系統(tǒng)正常工作。如果脫硫脫硝系統(tǒng)進(jìn)行檢修時，則開啟煙道擋板閥M5，關(guān)閉M3和M4，切斷脫硫脫硝系統(tǒng)，余熱回收裝置也可獨(dú)立工作。

另外本發(fā)明的安全關(guān)鍵點(diǎn)是斷電保護(hù)系統(tǒng)，即循環(huán)風(fēng)機(jī)15配套的共軸內(nèi)燃機(jī)17裝置。本發(fā)明不需要煙囪熱備系統(tǒng)，在緊急停機(jī)或者突然斷電的情況下，內(nèi)燃機(jī)17啟動，利用超速離合器16與電機(jī)風(fēng)機(jī)主軸連接，提供備用動力，這樣就避免了停電造成的煙道壓力下降。

如果將煙氣通道切換到地下煙道27，利用煙囪28自身的抽力排煙，則在斷電后，內(nèi)燃機(jī)17啟動，拖動循環(huán)風(fēng)機(jī)15繼續(xù)進(jìn)行強(qiáng)制排煙，同時開啟煙道擋板閥M5，關(guān)閉M3和M4，停止脫硫脫硝系統(tǒng)的工作。利用煙氣余熱對煙囪28進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)煙囪28的溫度達(dá)到150℃時，滿足自然排煙的溫度要求，再打開地下煙道閘門M1，關(guān)閉煙道擋板閥M2和M5，使煙氣通過地下煙道27排出。煙氣流通通道切換完畢，可根據(jù)系統(tǒng)要領(lǐng)，停止余熱回收系統(tǒng)的運(yùn)行。