CN101829481B - 低能耗烧结烟气氮氧化物减排系统及其方法 - Google Patents

低能耗烧结烟气氮氧化物减排系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低能耗烧结烟气氮氧化物减排系统及其方法,该系统包括氮氧化物高浓度区域风箱A、氮氧化物低浓度区域风箱B、脱硝除尘器、脱硝装置、除尘器、脱硫装置、主抽风机、排放烟囱以及循环回路。脱硝除尘器连接风箱A,收集风箱中的烟气,脱硝除尘器依次连接脱硝装置和脱硫装置,将除尘并脱硝后的烟气导入脱硫装置。除尘器连接风箱B,收集烟气,除尘器连接脱硫装置,将除尘后的烟气导入脱硫装置。脱硫装置依次连接主抽风机和排放烟囱,将烟气脱硫后排入大气。循环回路至少包括循环烟罩、循环风机、循环烟气除尘器以及循环管道。该方法包括收集烟气、除尘、脱硝、脱硫、排放到大气等步骤。本发明节能减排效果明显。

Description

低能耗烧结烟气氮氧化物减排系统及其方法
技术领域
[0001] 本发明涉及钢铁冶金领域的烧结烟气氮氧化物减排工艺,具体地说是涉及一种钢铁冶金领域的低能耗烧结烟气氮氧化物减排系统及其方法。
背景技术
[0002] 烧结生产是钢铁生产的重要工艺单元,烧结生产过程中产生多种大气污染物,如颗粒物、氮氧化物、二氧化硫、一氧化碳、氯化氢、氟化氢、碱金属、多种重金属和包括二恶英在内的多种有机物等。烧结是钢铁联合企业最大的氮氧化物排放源,占全厂排放总量的60%左右(不含自备电厂),浓度范围一般为150〜700mg/Nm3,平均浓度大多在250〜 350mg/Nm3。随着国民经济的发展和人们对环境保护要求的日益提高,国家对氮氧化物的排放要求将会更加严格,烧结机氮氧化物的减排在几年之后必将提上议事日程。
[0003] 氮氧化物脱除在国内电力行业已经开始应用,技术上也相对成熟。但烧结烟气与电厂燃煤锅炉烟气有着本质上的不同,将电厂脱硝工艺照搬到钢铁行业的烧结机上是行不通的,目前国内烧结烟气脱除氮氧化物仍属空白。烧结机产生的烟气量很大,但各个风箱烟气中的NOx浓度却是大不一样的,总平均浓度要比电厂燃煤锅炉烟气低得多,不利于提高氮氧化物的脱除效率;如果对全烟气脱硝,不仅总脱除效率低,而且运行成本也将会高得惊人。
[0004] 有鉴于此,寻求一种钢铁行业铁前系统低能耗烧结烟气氮氧化物减排系统及其方法成为该领域技术人员的追求目标。
发明内容
[0005] 本发明的任务是提供一种低能耗烧结烟气氮氧化物减排系统及其方法,它解决了上述现有技术所存在的问题,符合国家环境保护政策和节能减排要求,达到了将烧结机排放的烟气脱硝,且结构简单,投入资金少,使用方便安全的目的。
[0006] 本发明的技术解决方案如下:
[0007] —种低能耗烧结烟气氮氧化物减排系统,按氮氧化物浓度高低将烧结机台车下部的所有抽风箱分为高浓度区域和低浓度区域,包括氮氧化物高浓度区域风箱A、氮氧化物低浓度区域风箱B、脱硝除尘器、脱硝装置、除尘器、脱硫装置、主抽风机、排放烟®以及循环回路;
[0008] 所述脱硝除尘器连接氮氧化物高浓度区域风箱A,收集该区域风箱中的烟气,脱硝除尘器依次连接脱硝装置和脱硫装置,将除尘并脱硝后的烟气导入脱硫装置;
[0009] 所述除尘器连接氮氧化物低浓度区域风箱B,收集该区域中的烟气,除尘器连接脱硫装置,将除尘后的烟气导入脱硫装置;
[0010] 所述脱硫装置依次连接主抽风机和排放烟@,将烟气脱硫后排入大气;
[0011] 所述循环回路至少包括循环烟罩、循环风机、循环烟气除尘器以及循环管道;
[0012] 所述循环烟罩罩盖在氮氧化物高浓度区域风箱A上方,循环烟罩通过循环管道连
4接脱硝除尘器与氮氧化物高浓度区域风箱A之间的管道,所述循环管道上设有循环风机以及循环烟气除尘器。
[0013] 所述循环管道上设有挡板阀门,控制从氮氧化物高浓度区域风箱A进入循环管道的烟气比例。
[0014] 所述氮氧化物高浓度区域风箱A进入循环管道的烟气比例为50%〜70%。
[0015] 所述循环管道连接带有混风阀门的混风调节管道,该连接节点位于循环烟气除尘器与挡板阀门的管道上。
[0016] 所述氮氧化物高浓度区域风箱A设置在烧结机台车下部的中央,所述氮氧化物低浓度区域风箱B设置在烧结机台车下部的两侧。
[0017] 所述氮氧化物高浓度区域风箱A占据烧结机台车下部总长度的50%左右。
[0018] 所述烧结机台车头部的氮氧化物低浓度区域风箱B占据烧结机台车下部总长度的20% ;所述烧结机台车尾部的氮氧化物低浓度区域风箱B占据烧结机台车下部总长度的 30%。
[0019] 一种低能耗烧结烟气氮氧化物减排方法,采用所述的低能耗烧结烟气氮氧化物减排系统,包括以下步骤:
[0020] A、收集高浓度区域的烟气,并从中抽取部分烟气循环回到烧结机的上部用作助燃气体,将剩余烟气先除尘、后脱硝;
[0021] B、收集低浓度区域的烟气并除尘;
[0022] C、将上述两部分的烟气共同脱硫;
[0023] D、将脱硫后的气体排放到大气。
[0024] 所述步骤A中收集的高浓度烟气占全烟气量的50%左右,用于循环的烟气量占收集高浓度烟气量的50%〜70%。
[0025] 所述步骤A和步骤B的顺序可以替换或并列。
[0026] 通过对氮氧化物的形成和烧结机各风箱烟气中氮氧化物浓度变化规律的研究,发现:从烧结机机头开始至机尾方向大约20%处到70%处之间的区域为氮氧化物高浓度区域(即A区域),此区域的烟气量大约占整台烧结机总烟气量的40 %〜50 %,而NOx总量则要占到整台烧结机产生总量的70%〜80% ;其它区域为氮氧化物低浓度区域(即B区域), NOx产生量则只占到整台烧结机产生总量的20%〜30%。
[0027] 将A区域高浓度烟气循环到烧结机台车用作助燃气体,发现烟气中的绝大部分 NOx都可以被烧结料层中的某些物质分解,循环后烟气中的NOx浓度略有升高。仅通过烟气循环,就可以使整台烧结机NOx的排放总量减少30%〜40%,再加上脱硝装置,NOx的排放总量就可以减少60%以上。
[0028] 就“烟气循环”部分而言,循环风机要消耗电能,如果这部分烟气不循环而直接送除尘、脱硝、脱硫并通过高烟囱排放将会消耗更多的电能;该区域烟气温度在100°C左右, 且含有一定数量的C0,循环后这部分烟气中的显热和潜热能够得到充分利用,可以节约固体燃料8%左右(取决于循环的烟气量)。就脱硝系统而言,由于需要处理的烟气为高NOx 烟气,有利于提高脱硝装置的NOx脱除效率;由于需要脱硝处理的烟气量减少了 70%〜 80% (相对于全烟气脱硝),可以大幅度降低脱硝装置的建设投资及其运行成本;不仅如此,由于后续总处理烟气量减少了 35%〜40%,除尘系统、脱硫设施的建设投资和运行成本也将明显降低。因此,本发明具有十分明显的节能减排效果。
[0029] 本发明的目的就是要根据上述研究结果提供一种综合性的低成本烧结NOx减排工艺方案,即烧结烟气部分脱硝和部分烟气循环相结合的NOx减排技术。通过A区域高NOx 烟气循环分解掉循环烟气中80%的氮氧化物,同时将A区域高NOx未循环烟气送脱硝装置进行脱硝处理,可以大幅度减少脱硝装置需要处理的烟气量,最大脱硝烟气量可降至全烟气量的1/3〜1/4。
[0030] 本发明的关键在于:揭示了烧结生产过程中氮氧化物的形成情况和各风箱烟气中氮氧化物浓度的变化规律,烧结机料层中的某些物质能将循环烟气中的氮氧化物分解;对烧结烟气分区收集并循环处理,未循环的A区域高NOx烟气送专门设置的脱硝装置进行脱硝处理,做到节能减排最大化。
[0031 ] 本发明由于采用了以上技术方案,使之与现有技术相比,本发明具有以下优点:
[0032] 1、整个系统相对简单,除脱硝装置外并无重大关键性设备,施工、安装、运行管理及检修维护都比较简单、方便,对现有烧结机改造可以不影响烧结生产,投运以后对烧结矿的质量没有影响。
[0033] 2、利用烧结料层将循环烟气中的NOx分解从而达到NOx减排的目的,循环烟气中NOx的脱除率可以达到80%左右,仅烟气循环就可以使整台烧结机NOx的排放总量减少 30%〜40% (理想情况可以减排40%以上);脱硝装置处理的烟气属高NOx烟气,有利于提高脱硝装置的NOx脱除效率,“循环+脱硝”可以使整台烧结机NOx的排放总量减少60% 以上。
[0034] 3、循环烟罩设在A区域上部,不会使B区域未循环烟气中的NOx升高。
[0035] 4、采用本发明的技术,可以使需要脱硝处理的烟气量降至全烟气量的1/4左右, 总的脱硝成本将会大幅度降低;还可以充分利用循环烟气中的显热和潜热,减少烧结工序固体燃料的使用量8%左右。
[0036] 5、采用本发明以后,由于排放总烟气量的减少和烟气中SO2浓度的富集升高,有利于提高的脱除效率,有利于降低各类主要污染物的排放总量,除尘器和脱硫设施的建设投资及其运行成本都将明显降低。
[0037] 6、循环烟气量可以根据需要进行调节,操作方面可以更加灵活。
[0038] 7、由于建设投资和运行成本的大幅度降低、节能减排效果明显,所以更容易为钢铁企业所接受。
附图说明
[0039] 图1为本发明的一种低能耗烧结烟气氮氧化物减排系统的结构示意图。
[0040] 图2为本发明的一种低能耗烧结烟气氮氧化物减排方法的流程图。
[0041] 图3为实施例中烧结机各风箱排出烟气的氮氧化物相对浓度分布情况示意图。
[0042] 附图标记:
[0043] 1为循环烟罩,2为循环风机,3为循环烟气除尘器,4为混风阀门,5为混风调节管道,6为循环管道,7为挡板阀门,8为脱硝除尘器,9为脱硝装置,10为除尘器,11为脱硫装置,12为主抽风机,13为排放烟囱,A为氮氧化物高浓度区域风箱,B为氮氧化物低浓度区域风箱。具体实施方式
[0044] 下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
[0045] 参看图1,本发明的一种低能耗烧结烟气氮氧化物减排系统主要由循环烟罩1、循环风机2、循环烟气除尘器3、混风阀门4、混风调节管道5、循环管道6、挡板阀门7、脱硝除尘器8、脱硝装置9、除尘器10、脱硫装置11、主抽风机12、排放烟囱13、氮氧化物高浓度区域风箱A以及氮氧化物低浓度区域风箱B组成。
[0046] 本系统按氮氧化物浓度高低将烧结机台车下部的所有抽风箱分为高浓度区域和低浓度区域。脱硝除尘器8连接氮氧化物高浓度区域风箱A,收集该区域风箱中的烟气,脱硝除尘器8依次连接脱硝装置9和脱硫装置11,将除尘并脱硝后的烟气导入脱硫装置11。 除尘器10连接氮氧化物低浓度区域风箱B,收集该区域中的烟气,除尘器10连接脱硫装置 11,将除尘后的烟气导入脱硫装置11。脱硫装置11依次连接主抽风机12和排放烟囱13, 将烟气脱硫后排放入大气。
[0047] 循环回路由循环烟罩1、循环风机2、循环烟气除尘器3、带有混风阀门4的混风调节管道5、循环管道6以及挡板阀门7组成。循环烟罩1罩盖在氮氧化物高浓度区域风箱A 上方,循环烟罩1通过循环管道6连接脱硝除尘器8与氮氧化物高浓度区域风箱A之间的管道,循环管道6上设置循环风机2以及循环烟气除尘器3。循环管道6上设有挡板阀门 7,控制从氮氧化物高浓度区域风箱A进入循环管道6的烟气,控制该烟气的比例为50%〜 70%。循环管道6连接混风调节管道5,该连接节点位于循环烟气除尘器3与挡板阀门7的管道上,由混风阀门4调节混风量。由混风阀门4调节混入的烟气可以是环冷机热风,也可以是烧结机尾部的热烟气。
[0048] 氮氧化物高浓度区域风箱A设置在烧结机台车下部的中央,氮氧化物低浓度区域风箱B分别设置在烧结机台车下部的两侧。氮氧化物高浓度区域风箱A占据烧结机台车下部总长度的50%左右。烧结机台车头部的氮氧化物低浓度区域风箱B占据烧结机台车下部总长度的20%,烧结机台车尾部的氮氧化物低浓度区域风箱B占据烧结机台车下部总长度的 30%。
[0049] 参看图2,本发明还提供了一种低能耗烧结烟气氮氧化物减排方法,采用上述低能耗烧结烟气氮氧化物减排系统,包括以下步骤:
[0050] A、收集高浓度区域的烟气,并从中抽取部分烟气循环回到烧结机的上部用作助燃气体,将剩余烟气先除尘、后脱硝。
[0051] B、收集低浓度区域的烟气并除尘。
[0052] C、将上述两部分的烟气共同脱硫。
[0053] D、将脱硫后的气体排放到大气。
[0054] 其中,步骤A中收集的高浓度烟气占全烟气量的50%左右,用于循环的烟气量占收集高浓度烟气量的50%〜70%。
[0055] 步骤A和步骤B的顺序可以替换或并列。
[0056] 本发明的实施例中,从A区域收集的烟气中抽取50%〜70%烟气循环回到烧结机的上部用作助燃气体,并在循环管道6上设置混风调节管道5 ;A区域30%〜50%未循环的烟气先经脱硝除尘器8脱除颗粒物以后再进入脱硝装置9,然后与经B区域除尘器10后的低NOx烟气合并送脱硫装置11,达到排放标准后通过烟囱13排放。
[0057] 从烧结机A区域收集的高NOx烟气中的50%〜70%烟气循环回到烧结机的上部用作助燃空气。循环的烟气经过挡板阀7、循环管道6、循环烟气除尘器3、循环风机2和循环烟罩1循环到烧结机的上部。在循环管道6上的挡板阀7与循环烟气除尘器3之间设置混风调节管道5,由阀门4调节混风量。由阀门4调节混入的烟气可以是环冷机热风,也可以是烧结机尾部的热烟气。未循环的A区域烟气必须经过除尘器8脱除颗粒物以后才能进入脱硝装置9,也就是将除尘器设置在前、脱硝装置设置在后。循环烟气除尘器3可以采用建设投资和运行成本都很低的旋风除尘器甚至隔板式除尘器。循环烟罩1设在A区域的上部,这样不会造成B区域烟气中的NOx浓度升高。设在A区域上部的循环烟罩内应保持负压,这样循环烟罩内的循环烟气就不致泄漏而影响车间内的作业环境。
[0058] 如图1和图2所示,本发明的技术适用于钢铁行业烧结机含NOx烟气的净化处理, 并可根据实际需要通过下述方式实施:
[0059] 1、参考图3,通过现场监测烧结机各个风箱中的氮氧化物浓度,按NOx浓度的高低分区域收集烟气,将整个烧结机台车下的所有抽风箱分为高浓度区域(即A区域)和低浓度区域(即B区域)。
[0060] 2、从A区域NOx浓度高的风箱收集的烟气可以根据需要取其中50%〜70%的烟气经过挡板阀7、循环管道6、循环烟气除尘器3、循环风机2送入循环烟罩1内用作助燃气体循环利用,循环烟罩设在A区域的上部。
[0061] 3、在循环管道6上的挡板阀7和循环烟气除尘器3之间设混风调节管道5,必要时可以通过混风阀门4掺入环冷机热风或烧结机尾部热烟气,经循环烟气除尘器3、循环风机 2、循环烟罩1进入循环系统补充氧气,同时进行烟气平衡调节。
[0062] 4、未循环的A区域高NOx烟气经过脱硝除尘器8、脱硝装置9后与经过B区域除尘器10净化后的B区域低NOx烟气合并,经脱硫装置11、主抽风机12和烟囱13排放。
[0063] 通过研究烧结生产过程中氮氧化物的形成和烧结机各风箱排出烟气中氮氧化物的浓度变化,发现:1、从烧结机机头开始的大约20%处到70%处之间的区域为高浓度氮氧化物区域(A区域),其他区域为低浓度氮氧化物区域(B区域)2、含有氮氧化物的烟气经过烧结料层时能被分解掉其中的绝大部分氮氧化物。
[0064] 从A区域收集的高NOx烟气中抽取50%〜70%烟气经过挡板阀7、循环管道6、循环烟气除尘器3、循环风机2送入循环烟罩1内用作助燃气体循环利用;并在循环管道6上的挡板阀7和循环烟气除尘器3之间设混风调节管道5,必要时可通过混风调节管道5上的混风阀门4掺入环冷机热风或烧结机机尾部的热烟气,经循环烟气除尘器3、循环风机2、循环烟罩1进入循环系统。未循环的A区域高NOx烟气经过脱硝除尘器8、脱硝装置9后与经过B区域除尘器10除尘以后的B区域低NOx烟气合并,经脱硫装置11、主抽风机12和烟囱 13排放。
[0065] 需要脱硝装置处理的烟气量可降至全烟气量的1/4以下,NOx排放总量可以减少 60%以上,烧结工序固体燃料消耗量可以减少8%左右,具有明显的节能减排效果。
[0066] 综上所述,本发明的整个系统相对简单,施工、安装、运行管理及检修维护都比较简单、方便,对现有烧结机改造可以不影响烧结生产,投运以后对烧结矿的质量没有影响; 利用烧结料层将循环烟气中的NOx分解从而达到NOx减排的目的,循环烟气中NOx的脱除率可以达到80%左右,仅烟气循环就可以使整台烧结机NOx的排放总量减少40%左右;由于建设投资和运行成本的大幅度降低、节能减排效果明显,所以更容易为钢铁企业所接受。 [0067] 当然,本技术领域内的一般技术人员应当认识到,上述实施例仅是用来说明本发明,而并非用作对本发明的限定,只要在本发明的实质精神范围内,对上述实施例的变化、 变型等都将落在本发明权利要求的范围内。

Claims (10)

1. 一种低能耗烧结烟气氮氧化物减排系统,按氮氧化物浓度高低将烧结机台车下部的所有抽风箱分为高浓度区域和低浓度区域,其特征在于:所述系统包括氮氧化物高浓度区域风箱A、氮氧化物低浓度区域风箱B、脱硝除尘器、脱硝装置、除尘器、脱硫装置、主抽风机、排放烟囱以及循环回路;所述脱硝除尘器连接氮氧化物高浓度区域风箱A,脱硝除尘器收集该区域风箱中的烟气,脱硝除尘器依次连接脱硝装置和脱硫装置,将除尘并脱硝后的烟气导入脱硫装置;所述除尘器连接氮氧化物低浓度区域风箱B,除尘器收集该区域中的烟气,除尘器连接脱硫装置,将除尘后的烟气导入脱硫装置;所述脱硫装置依次连接主抽风机和排放烟®,将烟气脱硫后排入大气;所述循环回路至少包括循环烟罩、循环风机、循环烟气除尘器以及循环管道;所述循环烟罩罩盖在氮氧化物高浓度区域风箱A上方,循环烟罩通过循环管道连接脱硝除尘器与氮氧化物高浓度区域风箱A之间的管道,所述循环管道上设有循环风机以及循环烟气除尘器。
2.如权利要求1所述的低能耗烧结烟气氮氧化物减排系统,其特征在于:所述循环管道上设有挡板阀门,控制从氮氧化物高浓度区域风箱A进入循环管道的烟气比例。
3.如权利要求2所述的低能耗烧结烟气氮氧化物减排系统,其特征在于:所述氮氧化物高浓度区域风箱A进入循环管道的烟气比例为50 %〜70 %。
4.如权利要求1所述的低能耗烧结烟气氮氧化物减排系统,其特征在于:所述循环管道连接带有混风阀门的混风调节管道,该连接节点位于循环烟气除尘器与挡板阀门之间的管道上。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的低能耗烧结烟气氮氧化物减排系统,其特征在于:所述氮氧化物高浓度区域风箱A设置在烧结机台车下部的中央,所述氮氧化物低浓度区域风箱B设置在烧结机台车下部的两侧。
6.如权利要求5所述的低能耗烧结烟气氮氧化物减排系统,其特征在于:所述氮氧化物高浓度区域风箱A占据烧结机台车下部总长度的50%。
7.如权利要求5所述的低能耗烧结烟气氮氧化物减排系统,其特征在于:所述烧结机台车头部的氮氧化物低浓度区域风箱B占据烧结机台车下部总长度的20% ;所述烧结机台车尾部的氮氧化物低浓度区域风箱B占据烧结机台车下部总长度的 30%。
8. 一种低能耗烧结烟气氮氧化物减排方法,采用权利要求1所述的低能耗烧结烟气氮氧化物减排系统,其特征在于:该方法包括以下步骤:A、收集高浓度区域的烟气,并从中抽取部分烟气循环回到烧结机的上部用作助燃气体,将剩余烟气先除尘、后脱硝;B、收集低浓度区域的烟气并除尘;C、将上述两部分的烟气共同脱硫;D、将脱硫后的气体排放到大气。
9.如权利要求8所述的低能耗烧结烟气氮氧化物减排方法,其特征在于:所述步骤A中收集的高浓度烟气占全烟气量的50%,用于循环的烟气量占收集高浓度烟气量的 50%〜70%。
10.如权利要求8所述的低能耗烧结烟气氮氧化物减排方法,其特征在于:所述步骤A 和步骤B的顺序可以替换或并列。
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