CN101532782B - 一种烧结烟气净化和余热回收工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于化学技术领域，公开了钢铁厂一种烧结烟气净化和余热回收工艺，利于钢铁厂节能减排。本发明主要包括循环流化床锅炉；空气预热器；气力加料器；烟气净化系统，其特征是：烧结烟气经烧结烟气风机加压以后，通过调节阀与来自空气预热器的热空气混合，然后通过一次风管和二次风管送入循环流化床锅炉炉膛，与加料器送入的石灰石和煤，参与循环流化床锅炉的流化和燃烧，然后经过烟气净化系统、空气预热器、排风机和烟囱排出。本发明利用循环流化床锅炉进行烧结烟气的净化和余热回收，初投资增加较少，运行成本低，而且可以实现对烧结烟气中有害成分的综合治理，同时回收利用烧结烟气中的预热，减少钢铁厂污染物排放、提高经济效益。

Description

一种烧结烟气净化和余热回收工艺

技术领域

本发明是属于化学技术领域，公开了钢铁厂一种烧结烟气净化和余热回收工艺，利于钢铁厂节能减排。

背景技术

据统计，我国钢铁企业的高炉炉料主要由烧结机提供，随着烧结工业的发展，给环境带来了诸多问题，不仅产生大量的粉尘，还排放SO₂、NO_x、CO、二噁英(PCDD)、焦油、呋喃(PCDF)、重金属等多种有害成分。烧结厂是钢铁厂最重要的SO₂排放源，国家对烧结厂烟气中SO₂、NO_x和二噁英的排放浓度和吨产品排放量进行了严格限制，因此需要对烧结烟气进行净化，此外，烧结烟气的排放温度较高，烧结烟气的余热不能回收利用造成了能源的浪费。

由于烧结工艺自身的不稳定性，所产生的烟气流量、温度、SO₂含量等会有大幅度变化，且变化频率较高。烟气流量的变化可达30％以上，烟气温度可在80～180℃的范围内变化，SO₂浓度取决于烧结生产负荷、所用铁矿粉、熔剂和其他添加的成分等，变化范围在700～5000mg/m³以上。

目前，国内外对烧结烟气的净化措施主要有氨硫铵法、循环流化床法、密相干塔烟气脱硫、海水脱硫等。采用这些净化技术主要有几个缺点；1)需要为烧结烟气的净化专门建设净化装置，系统复杂而庞大，投资量大；2)这些净化方法大多只能脱SO₂，虽然有的方法也能够吸附二噁英等成分，但是二噁英进入吸附剂后，在吸附剂后处理过程中可能重新释放出来；3)循环流化床、干塔烟气脱硫等，需要制备高活性的消石灰，因而增加了相关的设备，增加了运行成本，且耗水；4)不能回收利用烧结烟气中的余热。

发明内容

本发明的目的是提供一种烧结烟气净化和余热回收的工艺，克服现有烧结烟气净化技术的不足，从而尽量降低建设投资和运行成本。

本发明利用钢铁厂自备电厂的循环流化床锅炉，并对锅炉进行技术改造，实现对烧结烟气净化和余热回收的目的。循环流化床锅炉是一种煤的清洁燃烧技术，具有以下优点：1)燃料适应性广；2)能够在燃烧过程中有效地控制NO_x和SO₂的产生和排放；3)负荷调节性能好，幅度大；4)有利于灰渣的有效利用。随着循环流化床技术的发展，在提高发电效率、大型化方面取得成果，循环流化床锅炉完全适合于用作钢铁厂自备电厂的蒸汽发生器。

本发明的技术方案：烧结烟气经烧结烟气风机加压以后，通过调节阀与来自空气预热器的热空气混合，然后通过一次风管和二次风管送入循环流化床锅炉炉膛，参与循环流化床锅炉的流化和燃烧，石灰石和煤通过气力加料装置送入炉膛，其中石灰石在循环流化床锅炉炉膛内能够与烧结烟气中的SO₂反应脱硫，净化后的烟气经过循环流化床锅炉换热器、烟气净化系统、空气预热器、排风机和烟囱排出。

在循环流化床锅炉中，石灰石经过加热释放出CO₂生成CaO，CaO能够吸收烟气中的SO₂，最终生成CaSO₄，在循环流化床锅炉的燃烧温度下，CaO与SO₂反应脱硫的活性很强，循环流化床锅炉中物料浓度很高，气固两相流很好地混合，而且石灰颗粒通过旋风分离器分离回收循环利用，Ca的利用率较高。在循环流化床锅炉炉膛中，烧结烟气中SO₂与CaO的反应机理和煤燃烧生成的SO₂与CaO的反应机理相同，所以在循环流化床锅炉中应根据锅炉燃料煤和烧结烟气中硫的总含量计算钙硫比，增加脱硫剂石灰石加入量。利用循环流化床锅炉脱硫，只需要将石灰石加工成一定粒径的颗粒即可，不需要设计专门的石灰窑、制粉和消化装置，也不需要添加水。由于石灰石添加量的增加，会增加循环流化床锅炉的排渣量，由于循环流化床锅炉燃烧温度低，灰渣不会软化和粘结，具有较好的活性，可以用作制造水泥的掺和料或其他建筑材料的原料，可以有效利用。

在循环流化床锅炉炉膛中，在底部的浓相区，煤加热后释放出挥发分，在一定范围内形成还原性气氛；在循环流化床锅炉炉膛上部的稀相区，循环物料中的碳、烟气中的CO等成分也可以与NO_x反应，将氮氧化物还原生成N₂。研究表明，在循环流化床锅炉炉膛内，随着炉膛高度的增加，NO的浓度逐渐降低。由于循环流化床锅炉的特点，循环流化床锅炉烟气中的NO_x浓度通常低于200ppm，符合NO_x的排放标准。在循环流化床锅炉炉膛中，由于还原性物质的量大大超过烧结烟气中NO_x的量，烧结烟气带入的NO_x绝大部分可以通过与物料和CO的反应被还原成N₂。

本发明中，还在循环流化床锅炉炉膛提升段尾部安装氨水喷嘴，氨水喷嘴与氨水罐、氨水控制阀相连，可以根据烟气中的NO_x含量向循环流化床锅炉炉膛内喷射氨水，氨水受热后迅速挥发成氨气。在循环流化床锅炉的燃烧温度下，循环流化床锅炉循环物料中的FeO、CaO等活性物质能够促进NO_x和NH₃的反应将NO_x还原成N₂，进一步降低烟气中NO_x浓度。氨水喷射系统可以作为循环流化床锅炉烟气中NO_x排放浓度较高时的备用技术，如果NO_x排放浓度达标，也可以不采用氨水喷射系统。

由于循环流化床锅炉本身的燃烧机理和喷氨的作用，烧结烟气通过循环流化床锅炉以后，能明显地降低NO_x的浓度，达到排放要求。

烧结烟气中的CO、二噁英(PCDD)、焦油、呋喃(PCDF)等物质，进入循环流化床锅炉炉膛1以后，经历循环流化床锅炉炉膛1内的燃烧过程，CO、二噁英(PCDD)、焦油、呋喃(PCDF)等成分均会燃烧，最后生成CO₂和H₂O。循环流化床锅炉技术在垃圾焚烧方面的成功应用证明，利用循环流化床锅炉是可以有效的控制二噁英(PCDD)、焦油、呋喃(PCDF)等有害成分的排放的。

由于循环流化床锅炉的燃烧温度低，灰渣不会软化和粘结，比表面积大，吸附性能好，还可以吸附烧结烟气中的重金属成分，研究证明，循环流化床锅炉烟气中汞等重金属成分的含量，低于燃烧相同煤种的煤粉锅炉的含量。

综上所述，烧结烟气通过循环流化床锅炉炉膛1以后，其中的SO₂、NO_x、CO、二噁英(PCDD)、焦油、呋喃(PCDF)等有害成分均能得到有效控制，由于循环流化床锅炉本身配备了旋风分离器和静电除尘器等设备，亦不会造成粉尘排放量的增加。

将烧结烟气作为循环流化床锅炉送风的一部分以后，会对循环流化床锅炉的热平衡产生影响。烧结烟气中的O₂含量一般在12％以上，低于空气中的氧含量，烧结烟气的比例不宜过大，否则会影响循环流化床锅炉炉膛内的氧气浓度，引起循环流化床锅炉燃烧效率下降。由于烧结烟气的温度较高，一般在80～180℃，烧结烟气的显热随着烧结烟气进入循环流化床锅炉的热量平衡系统中，在进行循环流化床锅炉的热力计算时，应该考虑到这部分热量。将烧结烟气混入循环流化床锅炉送风以后，对空气换热器的热量需求变小，应该减少空气换热器的换热量，缩小空气换热器的换热面积，或者根据热量平衡适时改变空气换热器的换热面积。将烧结烟气通过循环流化床锅炉炉膛以后，石灰石的加入量增加，由于石灰石的分解是一个吸热反应，脱硫残渣随灰渣排出也要带走部分热量，在进行循环流化床锅炉的热力计算时，均需要予以考虑。循环流化床锅炉对负荷的调节性能好，只要通过热平衡计算并对锅炉结构进行适当的调整，可以保持循环流化床锅炉参数的稳定性。

由于烧结烟气烟气量的不稳定性，在条件允许的情况下，可以考虑送风鼓风机采用变频电机，以提高效率。

综上所述，利用循环流化床锅炉进行烧结烟气的净化和余热回收是通过对循环流化床锅炉的改造实现的，不会影响循环流化床锅炉的运行参数，而且不必为烧结烟气的净化和余热回收增加专门的设备。循环流化床的改造主要有石灰石仓的扩容、增加喷氨系统、改造空气预热器等，总投资大大低于建设专门的烧结烟气净化系统。从运行成本上分析，只需要利用石灰石和添加氨水，对石灰石的粒径没有严格要求，且不需要进行灼烧、制粉、消化等工序，循环流化床灰渣可以回收利用，运行成本大大降低。

附图说明

附图为本发明的工艺流程图。

图中：1-循环流化床锅炉炉膛、2-氨水控制阀、3-氨水罐、4-煤仓、5-石灰石仓、6-气力加料器、7-二次风管、8-烧结烟气风机、9-调节阀、10-一次风管、11-旋风分离器、12-送风鼓风机、13-排风机、14-烟囱、15-空气预热器、16-静电除尘器、17-循环流化床锅炉换热器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述，但本发明不仅局限于此。

本发明的工艺中，包括循环流化床锅炉炉膛1、氨水控制阀2、氨水罐3、煤仓4、石灰石仓5、气力加料器6、二次风管7、烧结烟气风机8、调节阀9、一次风管10、旋风分离器11、送风鼓风机12、排风机13、烟囱14、空气预热器15、静电除尘器16、循环流化床锅炉换热器17。

烧结烟气从烧结机出来后，经保温烟道送至烧结烟气风机8加压、空气经送风鼓风机12加压在空气预热器15加热，两者经调节阀9混合，通过一次风管10和二次风管7送入循环流化床锅炉炉膛1；储存在石灰仓5中脱硫剂石灰石和来自煤仓4的煤混合后通过气力加料器6送入循环流化床锅炉炉膛1。在循环流化床锅炉炉膛1内燃烧，完成脱SO₂、NO_x的反应，并消除CO、二噁英(PCDD)、焦油、呋喃(PCDF)等有害成分，烧结烟气中的重金属成分被循环流化床锅炉的循环物料吸附，净化后的烟气流经旋风分离器11、循环流化床锅炉换热器17、静电除尘器16、空气预热器15，经排风机13抽出由烟囱14排出。

氨水罐3、氨水控制阀2和管道、氨水喷嘴组成氨水喷射系统，将氨水喷射至循环流化床锅炉炉膛1提升段尾部，氨在循环流化床锅炉循环物料的催化作用下与NO_x发生反应，将NO_x还原成N₂。氨水喷射系统可以作为循环流化床锅炉烟气中NO_x排放浓度较高时的备用技术，如果NO_x排放浓度达标，也可以不采用氨水喷射系统。

利用本发明的工艺技术，通过与循环流化床锅炉技术结合并对其加以改造，实现了烧结烟气的净化和余热回收，而且可以同时脱去烧结烟气中的SO₂、CO、NO_x、二噁英、焦油、呋喃和重金属等有害成分，实现对烧结烟气的综合治理，建设成本和运行成本均大大降低。本发明适合于新设计规划的钢铁企业，也可以通过对钢铁厂现有的自备电厂的锅炉改造来实现。利用循环流化床锅炉进行烧结烟气的净化和余热利用，初投资增加较少，运行成本低，而且可以实现对烧结烟气中有害成分的综合治理，同时回收利用烧结烟气中的余热，具备减少钢铁厂污染物排放、提高经济效益的显著特征。

Claims (9)

1.一种烧结烟气净化和余热回收工艺，主要包括循环流化床锅炉；空气预热器；气力加料器；循环流化床锅炉换热器；烟气净化系统，其特征在于：烧结烟气经烧结烟气风机加压以后，通过调节阀与来自空气预热器的热空气混合，然后通过一次风管和二次风管送入循环流化床锅炉炉膛，与气力加料器送入的石灰石和煤，参与循环流化床锅炉的流化和燃烧，然后经过循环流化床锅炉换热器、烟气净化系统、空气预热器、排风机和烟囱排出。

2.根据权利要求1所述的烧结烟气净化和余热回收工艺，其特征在于：在循环流化床锅炉中根据锅炉燃烧煤和烧结烟气中硫的总含量计算钙硫比，增加脱硫剂石灰石加入量，石灰石通过气力加料器送入炉膛。

3.根据权利要求1所述的烧结烟气净化和余热回收工艺，其特征在于：利用循环流化床锅炉内的燃烧过程还原烧结烟气中的NOx，并除掉烧结烟气中的CO和二噁英、焦油、呋喃。

4.根据权利要求1所述的烧结烟气净化和余热回收工艺，其特征在于：所述的烧结烟气风机采用变频电机。

5.根据权利要求1所述的烧结烟气净化和余热回收工艺，其特征在于：在循环流化床锅炉炉膛提升段尾部安装氨水喷射装置，将氨水喷射至循环流化床锅炉炉膛(1)提升段尾部。

6.根据权利要求5所述的烧结烟气净化和余热回收工艺，其特征在于：氨水罐(3)、氨水控制阀(2)和管道、氨水喷嘴组成氨水喷射装置。

7.根据权利要求1所述的烧结烟气净化和余热回收工艺，其特征在于：利用循环流化床锅炉的循环物料比表面积大的特性吸附烧结烟气中的重金属成分。

8.根据权利要求1所述的烧结烟气净化和余热回收工艺，其特征在于：将烧结烟气与空气预热器出来的热空气进行混合后送入炉膛，回收烧结烟气的余热。

9.根据权利要求1所述的烧结烟气净化和余热回收工艺，其特征在于：根据烧结烟气的流量和温度调整空气换热器换热量、送风量，保持循环流化床锅炉热平衡和运行参数的稳定性。

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