CN102072662A

CN102072662A - 烧结中余热回收、烟气治理与多孔烧结一体化方法及装置

Info

Publication number: CN102072662A
Application number: CN2009102201413A
Authority: CN
Inventors: 董辉; 蔡九菊; 于红魁; 力杰
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2029-11-25
Also published as: CN102072662B

Abstract

本发明特别涉及一种基于节能减排的烧结过程余热高效回收与利用、烟气干法脱硫与多孔均质烧结一体化方法及其装置。本发明的主要内容是：将温度较高但SO₂较低的烟气首先经过除尘后被引入到烧结机均质烧结前半段而用于多孔烧结，然后流经料层变成温度较高且SO₂较高的烟气；这部分烟气经除尘和干法脱硫后被用于干燥预热烧结混合料；温度较低、SO₂较低的烟气经除尘后被引入到烧结机均质烧结的后半段，用于多孔烧结。其中，要将向多孔烧结助燃空气掺混来自于环冷机温度较低的冷却废气；同时也需要向这部分烟气中掺混部分冷却废气。该方法合理，高效，设备简洁易操作，比较利于在冶金过程余热回收利用与烧结烟气脱硫技术领域推广应用。

Description

烧结中余热回收、烟气治理与多孔烧结一体化方法及装置

技术领域：本发明属于冶金过程余热回收利用与烟气治理技术领域，特别涉及一种基于节能减排的烧结过程余热高效回收与利用、烟气干法脱硫与多孔均质烧结一体化方法及其装置。

背景技术：余热高效回收与利用、烟气治理是目前我国乃至世界钢铁企业亟待解决的两大重点和难点。对于我国钢铁企业而言，研发切实可靠、经济可行的烧结过程余热资源高效回收利用与烟气干法处理技术及装备更具有其重要性和紧迫性。

烧结过程最主要的余热资源是烧结烟气显热以及烧结产品显热，它们分别为从烧结机下部抽出的烧结烟气和冷却机上部排出的冷却废气所携带(参见图1)。其中，烧结烟气显热资源量为0.69GJ/t-s(每生产1吨烧结矿)，属高温余热范畴，约占钢铁企业余热资源总量的8.18％；烧结产品显热资源量为0.94GJ/t-s(每生产1吨烧结矿)，属中温余热范畴，约占钢铁企业余热资源总量的11.14％。以国内较为先进的余热回收水平(吨烧结矿发电量20kWh)来估算，烧结余热发电可满足整个烧结工序用电的45％～55％，并可降低烧结工序能耗5～8kgce。但目前我国烧结烟气显热回收利用率几乎为0，烧结产品显热回收利用率为29.78％，余热资源整体平均利用率不足20％，远远低于国外先进指标(60％以上)，烧结过程余热资源回收与利用业已成为我国烧结工序能耗偏高(比国外先进指标高出19％)的主要原因之一，因此，我国烧结余热的高效回收与利用迫在眉睫。

在烧结余热回收利用相关的技术攻关和工程实践过程中，遇见了一个难题——烧结烟气余热回收利用受到烟气中二氧化硫的制约，这个难题甚至成为烧结烟气余热回收利用的制约因素。根据“分级回收与梯级利用”方法，烧结烟气作为温度较低的余热除尘后用于热风烧结、点火炉助燃和干燥余热烧结混合料等直接热回收，更确切来说，是将烧结烟气中温度较高的部分用于直接热回收，其余的烟气外排。这样做可能会带来以下问题：①由于沿烧结机长度方向上，烧结烟气温度峰值区域与SO₂浓度峰值区域的不一致性，使得直接外排的烟气因温度较低SO₂较高而可能会对烟气管道产生露点腐蚀；②另外，参与直接热回收的烟气因未有进行脱硫而很可能造成SO₂累积，这样不但可能会造成烟气的超标排放，而且可能会对热风烧结带来影响，甚至影响烧结矿的冶金性能。基于此，烧结余热要充分考虑烟气脱硫，这是目前烧结余热利用最具前瞻性的研究，是当前国外发达国家研究的热点。更为主要的是，烧结烟气治理还有更深层面的意义。

烧结烟气含有多种大气污染物，主要有：SO₂、颗粒物(烟粉尘)、NO_x、CO₂、二噁英类、氟化物、氯化物及重金属等。其中，SO₂排放总量约占整个钢铁工业的60～70％(统计数据中包括了球团的产生量)，可见，烧结烟气脱硫是钢铁企业大气污染物治理的重点。虽然目前我国采用湿法脱硫方法对烟气中的SO₂进行了有效控制，但还存在着以下的不足：采用湿法脱硫，使得烧结烟气所携带的显热全部浪费；未能对烧结烟气进行选择性的脱硫，几乎对所有烟气进行脱硫处理，使得烟气处理量大，导致风机和脱硫装置的运行费用较大，同时，还将使得烟气中的SO₂浓度偏低(同选择性脱硫相比)而脱离了经济适宜浓度而使得脱硫的费用增加；此外，脱硫的烟气全部外排，但还不能避免烟气中NO_x、重金属等二噁英等大气污染物对环境带来的潜在影响甚至危害。

由此可见，烧结过程余热回收与烟气脱硫的一体化不仅是烧结过程余热回收的需要，而且是烧结过程减排的需要。

基于此，提出了烧结烟气余热回收利用与烟气干法脱硫一体化方法与装置，同时将多孔均质烧结纳入其中，以实现烧结余热最大限度的回收与利用以及烧结烟气近零排放，同时改善烧结工艺条件，做到节能、减排和改善烧结三位一体。

发明内容：

发明目的：本发明提出了一种烧结中余热回收、烟气治理与多孔烧结一体化装置，其目的是既能克服余热回收利用受制于烟气中SO₂的弊端，又能解决烟气脱硫后尚存在NO_x、重金属和二噁英等潜在威胁的问题，实现节能减排双重目的。

技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

烧结中余热回收、烟气治理与多孔烧结一体化方法，其特征在于：将温度较高、SO₂较低的烟气首先经过除尘后被引入到烧结机均质烧结前半段而用于多孔烧结，该烟气流经料层变成温度较高、且SO₂较高的烟气；这部分烟气经除尘和干法脱硫后被用于干燥预热烧结混合；混合后的烟气变成温度较低、SO₂较低的烟气经除尘后被引入到烧结机均质烧结的后半段用于多孔烧结；为了保证多孔烧结用助燃空气所需要的氧浓度和热量，这里要将向多孔烧结助燃空气掺混来自于环冷机温度较低的冷却废气，掺混的冷却废气占向多孔烧结助燃空气体积的10～30％；同时，为了保证用于干燥预热烧结料烧结烟气的温度，也需要向这部分烟气中掺混温度较低的冷却废气，掺混的冷却废气占干燥预热烧结料烧结烟气体积的10～30％。

一种如上所述的烧结中余热回收、烟气治理与多孔烧结一体化装置，其特征在于：该装置设置在烧结台车的上方，由多孔烧结罩和干燥预热器组成，其中多孔烧结罩设置成隔腔结构，在通风口处配有布风栅条；干燥预热器同时配有开孔器和喷嘴。

多孔烧结罩通风口的布风栅条轴向中心部位布置稀疏，两侧部位布置密实。

干燥预热器中的开孔器可以调换。

优点及效果：本发明提供烧结过程余热回收、烟气治理与多孔烧结的方法，该方法中将温度较高但SO₂较低的烟气首先经过除尘后被引入到烧结机均质烧结前半段而用于多孔烧结，然后流经料层变成温度较高且SO₂较高的烟气；这部分烟气经除尘和干法脱硫后被用于干燥预热烧结混合料；温度较低、SO₂较低的烟气经除尘后被引入到烧结机均质烧结的后半段，用于多孔烧结。其中，为了保证多孔烧结用助燃空气所需要的氧浓度和热量，这里要将向多孔烧结助燃空气掺混来自于环冷机温度较低的冷却废气；同时，为了保证用于干燥预热烧结料烧结烟气的温度，也需要向这部分烟气中掺混部分冷却废气。

同时本发明也提供了为该方法专用的装置，该装置主要包括多孔烧结罩和干燥预热器，其中，多孔烧结罩设置成隔腔结构，同时配有布风栅条，防止烧结偏析；干燥预热器同时配有各种规格的开孔器，以保证后续的多孔烧结。

该方法及设备与现有烧结余热回收与利用技术相比，最大的特点在于将烧结余热回收与烟气治理、多孔烧结有机的结合起来，既解决了烧结烟气余热利用的瓶颈问题，又排除了烟气脱硫后直排环境的潜在威胁，同时将脱硫烟气量大幅度减小，很大程度上降低了二氧化硫处理费用；此外，多孔烧结提高了烧结料层的透气性，一定程度上防止了烧结偏析。

其具体效果在于：以一台烧结面积为360m²烧结机为例，采用本方法与技术后，其效果预测如下：

(1)烟气脱硫处理量仅为单纯烟气脱硫处理量的20％～25％，使得脱硫成本约为原来的30～40％左右。

(2)使得烟气余热得以高效利用，同未脱硫前的烟气显热利用相比，烟气显热火用回收利用率由未进行脱硫前的25％～35％提高到一体化应用后的50％～60％左右。

(3)经过烧结杯实验，多孔烧结可使得通过料层气流的阻力降低10％～25％，一定程度上降低了引风机的电耗。根据风机电耗与引风量之间的关系，可使得风机电耗降低5％～10％。

附图说明

图1为本发明的工艺流程及设备的示意图；

图2为本发明多孔烧结罩的结构示意图；

图3为本发明干燥预热器的结构示意图。

具体实施方式：下面对本发明做进一步的说明：

一种冶金烧结过程余热回收、烟气脱硫与均质烧结的方法，其特征在于：首先将温度较高但SO₂较低的烟气(图1中①)首先经过除尘后被引入到烧结机均质烧结前半段(图1中A段)而用于多孔烧结，然后流经料层变成温度较高且SO₂较高的烟气(图1中②)；这部分烟气经除尘和干法脱硫后被用于干燥预热烧结混合料；温度较低、SO₂较低的烟气(图1中③)经除尘后被引入到烧结机均质烧结的后半段(图1中B段)用于多孔烧结。其中，为了保证多孔烧结用助燃空气所需要的氧浓度和热量，这里要将向多孔烧结助燃空气掺混来自于环冷机温度较低的冷却废气；掺混的冷却废气占向多孔烧结助燃空气体积的10～30％；同时，为了保证用于干燥预热烧结料烧结烟气的温度，也需要向这部分烟气中掺混部分冷却废气，掺混的冷却废气占干燥预热烧结料烧结烟气体积的10～30％。图中的标注7为冷却废气，标注8为至烟囱。

一种如上所述的烧结中余热回收、烟气治理与多孔烧结一体化装置，其特征在于：该装置设置在烧结台车的上方，由多孔烧结罩和干燥预热器组成，密封罩分成前后两个相互独立的腔体(图2中的A、B)，使得两股气流不相互影响。此外，多孔均质烧结密封罩的通风口处还设置有布风栅条4，其结构示意图如图2。考虑到靠近烧结台车两侧易产生烧结漏风，因此，靠近烧结台车两侧的布风栅条4布置得较为密实，而烧结台车的中心部位则将布风栅条4布置得稀疏些。这样，就可一定程度地防止烧结料的烧结偏析，使得烧结均匀。

上述装置中，干燥预热器是一种集干燥热源喷嘴6和料层开孔器5于一体的装置，其结构示意图如图3所示。其中，开孔器是对进入烧结机的料层开一定孔径一定密度的多孔，保证后续的多孔均质烧结。开孔器可以进行调换，以调节开孔孔径和密度。

利用该装置实施的方法如下：

烧结混合料步入烧结台车后，首先经过干燥预热器的开孔器开设微小多孔，然后，经过干燥预热器得以干燥和预热，然后进入点火炉腔内进行点火，点火后烧结开始，即进入多孔均质烧结，直至烧结终了。

一体化系统的组织实施如下：将温度较高但SO₂较低的烟气首先经过除尘后被引入到烧结机均质烧结前半段而用于多孔烧结，然后流经料层变成温度较高且SO₂较高的烟气；这部分烟气经除尘和干法脱硫后被用于干燥预热烧结混合料；温度较低、SO₂较低的烟气经除尘后被引入到烧结机均质烧结的后半段用于多孔烧结。其中，为了保证多孔烧结用助燃空气所需要的氧浓度和热量，这里要将向多孔烧结助燃空气掺混来自于环冷机温度较低的冷却废气；同时，为了保证用于干燥预热烧结料烧结烟气的温度，也需要向这部分烟气中掺混部分冷却废气。

本发明的主要特征是：将烧结烟气中的高硫高温部分进行干法脱硫除尘，然后将其引入到烧结机台面进行多孔烧结(均质烧结的一种方法)；将烧结烟气中的低硫高温部分进行干法脱硫后，将其用于点火助燃和干燥余热烧结混合料等直接热回收；将烧结烟气中的低温低硫部分用于多孔烧结。

本发明与现有的单纯烧结烟气余热回收与利用和单纯的烟气脱硫治理相比，其不但具有较高的余热回收利用率，有效降低烧结工序能耗，而且使得烧结烟气近零排放，实现最大程度第减排。其具有以下优点：

1、解决了烧结烟气余热回收与利用中的瓶颈问题，使得烧结烟气得以高效回收利用，实现烧结烟气余热较高程度地利用。

2、不但解决了烧结烟气二氧化硫排放问题，而且从源头上避免了烟气中氮氧化物、重金属和二噁英类等污染物直排大气的潜在威胁。

3、实现烧结烟气的近零排放，较大程度地实现减排。

4、实施多孔烧结，不但降低了料层阻力，而且改善了烧结工艺条件。

该方法合理，高效，设备简洁易操作，比较利于在冶金过程余热回收与烟气脱硫技术领域推广应用。

Claims

1.烧结中余热回收、烟气治理与多孔烧结一体化方法，其特征在于：将温度较高、SO₂较低的烟气首先经过除尘后被引入到烧结机均质烧结前半段而用于多孔烧结，该烟气流经料层变成温度较高、且SO₂较高的烟气；这部分烟气经除尘和干法脱硫后被用于干燥预热烧结混合；混合后的烟气变成温度较低、SO₂较低的烟气经除尘后被引入到烧结机均质烧结的后半段用于多孔烧结；为了保证多孔烧结用助燃空气所需要的氧浓度和热量，这里要将向多孔烧结助燃空气掺混来自于环冷机温度较低的冷却废气，掺混的冷却废气占向多孔烧结助燃空气体积的10～30％；同时，为了保证用于干燥预热烧结料烧结烟气的温度，也需要向这部分烟气中掺混温度较低的冷却废气，掺混的冷却废气占干燥预热烧结料烧结烟气体积的10～30％。

2.一种如权利要求1所述的烧结中余热回收、烟气治理与多孔烧结一体化装置，其特征在于：该装置设置在烧结台车的上方，由多孔烧结罩和干燥预热器组成，其中多孔烧结罩设置成隔腔结构，在通风口处配有布风栅条；干燥预热器同时配有开孔器和喷嘴。

3.根据权利要求2所述的烧结中余热回收、烟气治理与多孔烧结一体化装置，其特征在于：多孔烧结罩通风口的布风栅条轴向中心部位布置稀疏，两侧部位布置密实。

4.根据权利要求2所述的烧结中余热回收、烟气治理与多孔烧结一体化装置，其特征在于：干燥预热器中的开孔器可以调换。