一种降低焦炉烟气氮氧化物排放的方法及系统.pdf

本发明涉及一种降低焦炉烟气氮氧化物排放的方法及系统，所述系统包括还原剂存储及预混装置、还原剂喷入装置和脱硝反应空间，脱硝反应空间位于焦炉蓄热室内温度为870-970℃的区域，还原剂喷入装置设置在脱硝反应空间顶部，其在焦炉外的一侧与还原剂存储及预混装置通过连接管道一连接，连接管道一上设第一切断阀；还原剂喷入装置另外与压缩空气管道通过连接管道二连接，连接管道二上设第二切断阀。本发明利用剩余氨水及蒸氨废水等焦化废水作为还原剂，经预热后喷入焦炉蓄热室的脱硝反应空间内，其中的活性成分与烟气中的氮氧化物充分反应，在控制焦炉烟气氮氧化物排放的同时，还可控制焦化废水的排放；初期投资小，运行成本低，节能环保。

权利要求书
1.  一种降低焦炉烟气氮氧化物排放的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)焦炉炉外设还原剂存储及预混装置，炉内设脱硝反应空间以及还原剂喷入装置；
2)在还原剂存储及预混装置中掺混后的蒸氨废水与剩余氨水的混合溶液作还原剂，其活性成分为氨，还原剂中含氨浓度为0.5～2％；
3)焦炉工作时，上升气流的煤气和空气与下降气流的烟气由交换传动装置定时进行换向，当交换传动装置改变废气盘开闭状态，焦炉蓄热室内的气流向由上升变为下降时，打开还原剂存储及预混装置与还原剂喷入装置之间连接管道一上的第一切断阀，使液态还原剂进入还原剂喷入装置，利用焦炉蓄热室内砖和烟气的热量加热管道内的还原剂，使还原剂充分汽化；
4)还原剂充分预热汽化后通过还原剂喷入装置喷入到脱硝反应空间内，脱硝反应空间位于焦炉蓄热室内温度为870-970℃的区域，还原剂在脱硝反应空间内的停留时间为0.2～2s，氨氮比控制在1.5～2.0；还原剂中的氨与烟气中的氮氧化物反应，实现焦炉烟气脱硝和焦化废水的净化；
5)关闭第一切断阀，停止通入还原剂，开启还原剂喷入装置与压缩空气管道之间连接管道二上的第二切断阀，开始通入压缩空气；当焦炉蓄热室内气流流向由下降变为上升时，关闭第二切断阀，停止通入压缩空气；
6)以上过程重复进行，由控制系统通过交换传动装置输出的动作转换信号同步控制第一切断阀、第二切断阀的切换动作。

2.  用于实现权利要求1所述的一种降低焦炉烟气氮氧化物排放的方法的系统，其特征在于，包括还原剂存储及预混装置、还原剂喷入装置和脱硝反应空间，所述脱硝反应空间位于焦炉蓄热室内温度为870-970℃的区域，还原剂喷入装置设置在脱硝反应空间顶部，其在焦炉外的一侧与还原剂存储及预混装置通过连接管道一连接，连接管道一上设第一切断阀；还原剂喷入装置另外与压缩空气管道通过连接管道二连接，连接管道二上设第二切断阀。

3.  根据权利要求2所述的一种降低焦炉烟气氮氧化物排放的系统，其特征在于，所述还原剂存储及预混装置由蒸氨废水存储装置、剩余氨水存储装置、备用含氨液体存储装置、还原剂预混装置组成，蒸氨废水存储装置、剩余氨水存储装置、备用含氨液体存储装 置分别连接还原剂预混装置。

4.  根据权利要求2所述的一种降低焦炉烟气氮氧化物排放的系统，其特征在于，所述还原剂喷入装置在焦炉外的一侧还设有放散阀和压力监测表。

5.  根据权利要求2所述的一种降低焦炉烟气氮氧化物排放的系统，其特征在于，所述第一切断阀和第二切断阀分别连接控制系统，控制系统另外连接焦炉系统中交换传动装置上的动作检测传感装置。

6.  根据权利要求5所述的一种降低焦炉烟气氮氧化物排放的系统，其特征在于，所述控制系统为PLC或单片机。

说明书一种降低焦炉烟气氮氧化物排放的方法及系统
技术领域
本发明涉及焦炉烟气污染物排放控制技术领域，尤其涉及一种不使用催化剂即可降低焦炉烟气氮氧化物排放的方法及系统。
背景技术
焦化行业能耗高、污染严重，但是对此行业的污染控制却不够重视，尤其是焦炉氮氧化物的污染问题始终未能得到解决。2012年实施的《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)中规定在2015年后新建的炼焦炉氮氧化物排放浓度不得超过500mg/m3。目前大多数的独立焦化企业，焦炉烟囱排放烟气中的NOx含量都在800mg/m3以上，远超过了国家标准，因此必须采取有效的焦炉烟气脱硝方法，减少炼焦过程中产生的氮氧化物的排放量。
焦炉烟气中氮氧化物的来源主要是煤气和过量空气经预热以后进入燃烧室进行混合燃烧，产生的高温导致的空气中的氮和过量的氧气发生氧化反应生成NOx导致的，在目前的焦炉结构下，很难从根本上降低其产生量到排放标准以下。
焦炉烟气自下降立火道出来后经斜道到达经蓄热室顶部，其温度在1200℃到1320℃，氧含量在4.7％以上，在该环境下，氨气和尿素等含氨液体等会与废气发生氧化反应生成大量的氮氧化物。
在现有技术中，焦炉燃烧废气的脱硝采用的选择性催化还原技术，在废气盘后总烟道内使用催化剂或催化装置进行脱硝。采用现有脱硝工艺需要增加催化剂或催化装置，催化剂需定期进行更换，还需设置高温风机，因此该技术的建设投资大，运行成本高。
焦化废水是焦化厂在炼焦、煤气净化及化工产品回收过程中产生的，其组成复杂、有害物浓度高、毒性大且难以处理，引起水质污染。半数以上的废水来源是由煤干馏及煤气冷却过程中产生的剩余氨水；经蒸氨后以蒸氨废水形式排出的蒸氨废水污染物浓度较高，需要后续处理后才能排放。
发明内容
本发明提供了一种降低焦炉烟气氮氧化物排放的方法及系统，利用剩余氨水及蒸氨废 水等焦化废水作为还原剂，经预热后喷入焦炉蓄热室的脱硝反应空间内，其中的活性成分与烟气中的氮氧化物充分反应，在控制焦炉烟气氮氧化物排放的同时，还可控制焦化废水的排放；初期投资小，运行成本低，节能环保。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种降低焦炉烟气氮氧化物排放的方法，包括如下步骤：
1)焦炉炉外设还原剂存储及预混装置，炉内设脱硝反应空间以及还原剂喷入装置；
2)在还原剂存储及预混装置中掺混后的蒸氨废水与剩余氨水的混合溶液作还原剂，其活性成分为氨，还原剂中含氨浓度为0.5～2％；
3)焦炉工作时，上升气流的煤气和空气与下降气流的烟气由交换传动装置定时进行换向，当交换传动装置改变废气盘开闭状态，焦炉蓄热室内的气流向由上升变为下降时，打开还原剂存储及预混装置与还原剂喷入装置之间连接管道一上的第一切断阀，使液态还原剂进入还原剂喷入装置，利用焦炉蓄热室内砖和烟气的热量加热管道内的还原剂，使还原剂充分汽化；
4)还原剂充分预热汽化后通过还原剂喷入装置喷入到脱硝反应空间内，脱硝反应空间位于焦炉蓄热室内温度为870-970℃的区域，还原剂在脱硝反应空间内的停留时间为0.2～2s，氨氮比控制在1.5～2.0；还原剂中的氨与烟气中的氮氧化物反应，实现焦炉烟气脱硝和焦化废水的净化；
5)关闭第一切断阀，停止通入还原剂，开启还原剂喷入装置与压缩空气管道之间连接管道二上的第二切断阀，开始通入压缩空气；当焦炉蓄热室内气流流向由下降变为上升时，关闭第二切断阀，停止通入压缩空气；
6)以上过程重复进行，由控制系统通过交换传动装置输出的动作转换信号同步控制第一切断阀、第二切断阀的切换动作。
用于实现一种降低焦炉烟气氮氧化物排放的方法的系统，包括还原剂存储及预混装置、还原剂喷入装置和脱硝反应空间，所述脱硝反应空间位于焦炉蓄热室内温度为870-970℃的区域，还原剂喷入装置设置在脱硝反应空间顶部，其在焦炉外的一侧与还原剂存储及预混装置通过连接管道一连接，连接管道一上设第一切断阀；还原剂喷入装置另外与压缩空气管道通过连接管道二连接，连接管道二上设第二切断阀。
所述还原剂存储及预混装置由蒸氨废水存储装置、剩余氨水存储装置、备用含氨液体存储装置、还原剂预混装置组成，蒸氨废水存储装置、剩余氨水存储装置、备用含氨液体 存储装置分别连接还原剂预混装置。
所述还原剂喷入装置在焦炉外的一侧还设有放散阀和压力监测表。
所述第一切断阀和第二切断阀分别连接控制系统，控制系统另外连接焦炉系统中交换传动装置上的动作检测传感装置。
所述控制系统为PLC或单片机。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)利用剩余氨水及蒸氨废水等焦化废水作为还原剂，不需要使用催化剂及还原剂预处理装置，在控制焦炉烟气氮氧化物排放的同时，还可控制焦化废水的排放；
2)还原剂经预热后喷入焦炉蓄热室的脱硝反应空间内，还原剂汽化后可保持还原剂喷入装置的管道压力，使还原剂喷入脱硝反应空间时具有一定初速度，保证混合均匀性；
3)控制氨氮比为1.5-2.0，可以有效避免氨与氮氧化物反应不完全而引起的氨逃逸；
4)脱硝反应空间位于焦炉蓄热室内温度区间为870-970℃的区域，可以使焦炉燃烧烟气在脱硝反应空间内停留时间稳定保持在0.5-2s；同时，在脱硝反应空间内，焦炉燃烧烟气温度不会出有显下降；保证还原剂中的活性成分与烟气中的氮氧化物充分反应；
5)通入压缩空气的目的在于排空还原剂喷入装置内的还原剂，防止焦炉蓄热室05内气流流向变为上升时，还原剂喷入装置中残留的氨气随气流进入燃烧室，产生氮氧化物；
6)设备初期投资小，运行成本低，节能环保。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明实施例的脱硝效率曲线图。
图中：1.还原剂存储及预混装置2.压缩空气管道3.还原剂喷入装置4.脱硝反应空间5.焦炉蓄热室6.第一切断阀7.第二切断阀8.压力监测仪表9.放散阀10.还原剂预混装置11.蒸氨废水存储装置12.剩余氨水存储装置13.备用含氨液体存储装置14.连接管道一15.连接管道二
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
见图1，是本发明的结构示意图，本发明所述一种降低焦炉烟气氮氧化物排放的方法，包括如下步骤：
1)焦炉炉外设还原剂存储及预混装置1，炉内设脱硝反应空间4以及还原剂喷入装置3；
2)在还原剂存储及预混装置1中掺混后的蒸氨废水与剩余氨水的混合溶液作还原剂， 其活性成分为氨，还原剂中含氨浓度为0.5～2％；
3)焦炉工作时，上升气流的煤气和空气与下降气流的烟气由交换传动装置定时进行换向，当交换传动装置改变废气盘开闭状态，焦炉蓄热室5内的气流向由上升变为下降时，打开还原剂存储及预混装置1与还原剂喷入装置3之间连接管道一14上的第一切断阀6，使液态还原剂进入还原剂喷入装置3，利用焦炉蓄热室5内砖和烟气的热量加热管道内的还原剂，使还原剂充分汽化；
4)还原剂充分预热汽化后通过还原剂喷入装置3喷入到脱硝反应空间4内，脱硝反应空间4位于焦炉蓄热室5内温度为870-970℃的区域，还原剂在脱硝反应空间4内的停留时间为0.2～2s，氨氮比控制在1.5～2.0；还原剂中的氨与烟气中的氮氧化物反应，实现焦炉烟气脱硝和焦化废水的净化；
5)关闭第一切断阀6，停止通入还原剂，开启还原剂喷入装置3与压缩空气管道2之间连接管道二15上的第二切断阀7，开始通入压缩空气；当焦炉蓄热室5内气流流向由下降变为上升时，关闭第二切断阀7，停止通入压缩空气；
6)以上过程重复进行，由控制系统通过交换传动装置输出的动作转换信号同步控制第一切断阀6、第二切断阀7的切换动作。
用于实现一种降低焦炉烟气氮氧化物排放的方法的系统，包括还原剂存储及预混装置1、还原剂喷入装置3和脱硝反应空间4，所述脱硝反应空间4位于焦炉蓄热室5内温度为870-970℃的区域，还原剂喷入装置3设置在脱硝反应空间4顶部，其在焦炉外的一侧与还原剂存储及预混装置1通过连接管道一14连接，连接管道一14上设第一切断阀6；还原剂喷入装置3另外与压缩空气管道2通过连接管道二15连接，连接管道二15上设第二切断阀7。
所述还原剂存储及预混装置1由蒸氨废水存储装置11、剩余氨水存储装置12、备用含氨液体存储装置13、还原剂预混装置10组成，蒸氨废水存储装置11、剩余氨水存储装置12、备用含氨液体存储装置13分别连接还原剂预混装置10。
所述还原剂喷入装置3在焦炉外的一侧还设有放散阀9和压力监测表8。
所述第一切断阀6和第二切断阀7分别连接控制系统，控制系统另外连接焦炉系统中交换传动装置上的动作检测传感装置。
所述控制系统为PLC或单片机。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例】
如图1所示，是本实施例提供的一种降低焦炉烟气氮氧化物排放的系统结构示意图，其中包括：还原剂存储及预混装置1，压缩空气管道2，还原剂喷入装置3，脱硝反应空间4，焦炉蓄热室5；其中，脱硝反应空间4位于焦炉蓄热室5内，所处温度区间为870-970℃，还原剂喷入装置3置于脱硝反应空间4顶部，且还原剂喷入装置3外部分别与还原剂存储及预混装置1通过连接管道一14连接，和压缩空气管道2通过连接管道二15连接，且连接管道一14上设有第一切断阀6，连接管道二15上设有第二切断阀7，在还原剂喷入装置外部还设置有压力监测仪表8和放散阀9。
本实施例中，还原剂存储装置1由蒸氨废水存储装置11、剩余氨水存储装置12、备用含氨液体存储装置13和预混装置10组成，根据现场焦化废水情况，使用蒸氨废水存储装置11和剩余氨水存储装置12中存储的蒸氨废水和剩余氨水进行预混，如有废水量不足的情况，可以添加备用含氨液体存储装置13中的备用氨水调配还原剂，还原剂在预混装置10中掺混并通过连接管道一14引入到还原剂喷入装置3中。
在实际生产过程中，焦炉燃烧室内煤气与空气混合后产生的焦炉燃烧废气进入焦炉蓄热室5，经焦炉蓄热室5回收部分热量后，进入小烟道后汇集在总烟道，最终通过烟囱排出到大气中。而焦炉蓄热室顶部温度为1200-1320℃，篦子砖顶部温度为300-400℃，为满足本发明脱硝反应的温度条件，脱硝反应空间4需置于焦炉蓄热室5内，温度区间870-970℃的区域。还原剂喷入装置3放置于脱硝反应空间4顶部，外部与还原剂存储及预混装置1及压缩空气管道2连接。
本实施中，还原剂喷入装置3内的还原剂为高温高压状态，需要在还原剂喷入装置3外部设置压力监测仪表8及放散阀9，防止管道堵塞或其他突发状况带来的隐患。
实际生产过程中，通过控制系统根据交换传动装置联锁信号控制第一切断阀6和第二切断阀7的开关，具体过程为：当焦炉蓄热室5内气流流向由上升变为下降时，开启第一切断阀6，将还原剂通入还原剂喷入装置3；还原剂通入一段时间后，关闭第一切断阀6，开启第二切断阀7，停止通入还原剂，开始通入压缩空气；当焦炉蓄热室5内气流流向由下降变为上升时，关闭第二切断阀7，停止通入压缩空气。
本实施例中，使用焦化废水和剩余氨水做为还原剂，其中活性成分为氨，还原剂中氨浓度为0.5-2％，还原剂汽化后可保持还原剂喷入装置3的管道压力，使还原剂喷入脱硝反应空间4时具有一定初速度，保证混合均匀性，同时，控制氨氮比为1.5-2.0可以有效避免氨与氮氧化物反应不完全而引起的氨逃逸；此外，通入压缩空气的目的在于排空还原剂喷入装置3内的还原剂，防止焦炉蓄热室5内气流流向变为上升时，还原剂喷入装置3中残留的氨气随气流进入燃烧室，产生氮氧化物。
本实施例中，脱硝反应空间4位于焦炉蓄热室5内，温度区间为870-970℃的区域，焦炉燃烧烟气在脱硝反应空间4内停留时间稳定保持在0.5-2s，同时，在脱硝反应空间4内，烟气温度不会出有显下降。
还原剂喷入装置3的材质选用310S耐热不锈钢，其结构可以使还原剂充分汽化并喷入脱硝反应空间4内，还原剂以汽态形式与焦炉燃烧废气混合。脱硝反应空间4及还原剂喷入装置3的配合使用，可以确保还原剂与焦炉燃烧烟气充分混合，并保证两者充足的反应时间，保证焦炉燃烧烟气较高的脱硝效率。
图2为本实施例中脱硝效率曲线图。本实施例仅选取一组脱硝效果较好，有代表性的数据进行说明。由于焦炉正常生产过程中，烟气温度、含氧量等因素会影响到氮氧化物含量，通过本实施例所示数据，本发明提供的一种降低焦炉烟气氮氧化物排放的方法及系统，可以使脱硝效率稳定保持在45-60％，最终排放的焦炉烟气中氮氧化物排放量满足国标GB16171-2012排放标准要求。