CN102366704A - 一种用于烧结烟气脱除二氧化硫和二恶英的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于烧结烟气脱除二氧化硫和二恶英的装置及方法。所述装置包括循环流化床吸收塔(2)和布袋除尘器(13)，循环流化床吸收塔(2)底部设置脱硫剂仓(3)和喷水嘴(5)，循环流化床吸收塔(2)顶部和布袋除尘器(13)顶部之间沿烟气流动方向依次设置旋风分离器(6)和烟道(8)，所述烟道(8)靠近布袋除尘器(13)一端、相对沿烟气的流动方向设有若干活性炭喷嘴(12)，所述活性炭喷嘴(12)与活性炭仓(10)相连通。本发明的优点在于SO₂与二恶英分别脱除，可减少烟气中SO₂对活性炭吸附二恶英影响，提高对二恶英脱除效率；烟道内采用螺旋肋片(9)强化烟气与活性炭气固传质，可显著提高对烟气二恶英脱除效率。

Description

一种用于烧结烟气脱除二氧化硫和二恶英的装置及方法

技术领域

本发明涉及烧结烟气脱硫领域，具体地，本发明涉及一种用于烧结烟气脱除二氧化硫和二恶英的装置及方法。

背景技术

钢铁工业是我国国民经济的支柱产业，为工业化和城镇化的推进与发展做出了重要贡献。但同时我国钢铁工业环保水平低，污染物排放量居高不下，已严重制约钢铁产业整体竞争力的提高。钢铁企业排放废气中典型污染物主要包括粉尘、SO₂、二恶英类污染物等，在这些污染物中，其中70％以上SO₂，90％的大气二恶英类污染物排放来自钢铁烧结机。因此对烧结机烟气污染治理是钢铁治污的重心之一。

目前，国内对烧结烟气污染控制留在粉尘控制阶段，对SO₂的排放控制尚处于起步阶段，但技术发展较迅速，对烧结烟气中二恶英类污染控制研究则刚刚起步。在烧结烟气脱硫方面，目前我国主要采用的技术包括循环流化床半干法、石灰石/石膏和氨法等。其中循环流化床半干法工艺，具有流程短、占地省、节水、脱SO₂效率较高、利于对烟气中HF、重金属等多污染物协同处理等特点，已在国内大中型钢铁企业如济钢、邯钢、三钢、梅钢等国内钢厂的烧结机脱硫项目中采用，表现出较强的适应性，该工艺有望成为适应中国国情的烧结机烟气脱硫主流工艺之一。国外针对烧结烟气SO₂、二恶英类控制，已开发协同控制工艺。德国迪林根钢铁公司采用曳流吸收塔工艺同时去除烧结烟气中SO₂、二恶英类污染物，该工艺主要采用循环流化床吸收塔配合布袋除尘器实现污染物脱除，主要工艺过程为烧结烟气进入循环流化床吸收塔，在吸收塔下部喷口部位，烟气被加速，熟石灰Ca(OH)₂和活性焦组成的新鲜吸收剂在此加入。同时，布袋除尘器收集一部分物料进入吸收塔，循环利用。工艺中活性焦吸收烟气中的二恶英类污染物，熟石灰吸收SO₂，产生的副产物回填矿井。该工艺主要问题为脱硫与脱二恶英类污染物在同一反应装置完成，吸附二恶英类污染物的活性炭与脱硫副产物混合在一起，由于脱硫副产物中引入了二恶英类污染物，使脱硫副产物不能作为建筑材料使用，目前尚无其它方法处理，工艺产生大量副产物只能填埋。

发明内容

本发明的目的在于为了克服上述问题，提供了一种用于烧结烟气脱除二氧化硫和二恶英的装置。

为了实现上述目的，本发明的用于烧结烟气脱除二氧化硫和二恶英的装置包括循环流化床吸收塔2和布袋除尘器13，所述循环流化床吸收塔2底部设置脱硫剂仓3和喷水嘴5，其特征在于，所述循环流化床吸收塔2顶部和布袋除尘器13顶部之间沿烟气流动方向依次设置旋风分离器6和烟道8，所述烟道8靠近布袋除尘器13一端、相对沿烟气的流动方向设有若干活性炭喷嘴12，所述活性炭喷嘴12与活性炭仓10相连通。

作为上述方案的一种改进，所述烟道8中靠近旋风分离器6的一端设置两组螺旋肋片9，两组螺旋肋片相对，所述肋片为螺旋的长方形板，其中，长方形短边为肋片高度，长边与管内壁焊接，所述螺旋肋片长度为管道长度的1/5～1/4，肋高为烟道直径1/4～1/3。

作为上述方案的又一种改进，所述活性炭喷嘴12为4个，均匀的分布与圆柱形的烟道8的圆周上，其中，所述4个活性炭喷嘴12沿烟气流动方向由前向后、由低到高设置1个、2个、1个。

作为上述方案的还一种改进，所述循环流化床吸收塔2下部采用文丘里管4，该文丘里管4从下往上依次为圆锥收缩段、圆柱段和圆锥扩张段；所述脱硫剂仓3设置于圆锥扩张段；所述喷水嘴5设置于圆锥收缩段，所述圆锥收缩段下面设有电除尘器1。

作为上述方案的还一种改进，所述旋风分离器6底部设有脱硫副产物灰仓7，同时，所述旋风分离器6底部通过文丘里管4与循环流化床吸收塔2连通。

作为上述方案的再一种改进，所述布袋除尘器13的底部分别设有活性炭再循环物料仓11和活性炭灰仓14，其中，所述活性炭再循环物料仓11与活性炭仓10相连通。

本发明的再一目的在于为了克服上述问题，还提供了一种用于烧结烟气脱除二氧化硫和二恶英的方法，所述方法包括以下步骤：

1)将含有SO₂和二恶英的烧结烟气预处理后进入循环流化床吸收塔2，脱硫剂仓3内粉状脱硫剂Ca(OH)₂进入循环流化床吸收塔2底部，吸收塔内脱硫剂与烟气混合，喷水嘴5的雾化水喷向整个烟气流动截面，烟气、脱硫剂、水混合并在吸收塔内向上运动，同时SO₂和脱硫剂Ca(OH)₂发生化学反应，烟气中的SO₂被脱除；

2)所述步骤1)中脱硫剂与烟气反应后一起进入旋风分离器6，经旋风分离器6气固分离后，分离的烟气经分离器顶部流出，进入圆柱形烟道8，活性炭仓10经在烟道8中设置活性炭喷嘴12以沿烟气逆流方向的方式喷入，对烟气中二恶英进行吸附脱除；同时部分活性炭经布袋除尘器13捕集，在布袋表面形成过滤层，烟气经烟道8进入布袋除尘器13后，所述布袋表面的过滤层对烟气中二恶英进一步脱除。

作为上述方案的一种优选，所述步骤1)中喷入吸收塔内的粉状脱硫剂中的所含Ca与烟气中所含S摩尔比1∶12～1.5；

所述步骤1)中控制烟气的流速为5～9m/s，控制喷水嘴5的雾化水的喷入量，使反应塔内温度保持在70℃～85℃；

作为上述方案的一种优选，所述步骤2)中经旋风分离器6气固分离后得到的固体，一部分经脱硫副产物灰仓7排至灰场处理，剩余部分由文丘里管4重新进入吸收塔，在循环流化床吸收塔2和旋风分离器6之间往复循环，其中循环流化床吸收塔2的烟气中固体颗粒浓度在600～800g/m³，经旋风分离器分离后固体颗粒浓度小于35g/m³。

作为上述方案的一种优选，所述方法还包括以下步骤：所述步骤2)中经布袋除尘器13捕集的含活性炭的副产物，一部分进入活性炭灰仓14，剩余部分进入活性炭再循环物料仓11，与活性炭仓10新补充活性炭混合后，由活性炭喷嘴12喷入烟道8，实现循环利用。

本发明中通过在流化床吸收塔和布袋除尘器之间设置旋风分离器和烟道，并且分别在吸收塔和烟道内分别设置脱硫剂以及活性炭喷嘴，不仅实现了二氧化硫和二恶英的脱除，而且实现了两者在装置中不同反应器中分别脱除，改变了常规脱硫与脱二恶英类污染物在装置的同一反应器内脱除，解决了吸附二恶英类污染物的活性炭与脱硫副产物混合在一起难以分离和继续利用的问题，而且可以将回收的固体颗粒以及活性炭加以循环使用，同时提高了二氧化硫和二恶英的脱出率。

本发明与现有工艺相比有以下特色和优点：

1)实现了烧结烟气SO₂和二恶英类污染物的联合脱除，与国外工艺相比，该工艺具有装置简单、占地面积小，投资和运行费用低等优点。

2)SO₂与二恶英分别脱除，可减少烟气中SO₂对活性炭吸附二恶英影响，提高对二恶英脱除效率。

3)烟道内采用扭带强化烟气与活性炭气固传质，配合布袋除尘器可显著提高对烟气二恶英脱除效率。

4)采用旋风分离器对脱硫剂和烟气进行分离，在降低除尘器除尘负荷的同时，避免脱硫副产物中混入二恶英类污染物，造成副产物处理困难。

5)脱除副产物处理方便，旋风分离器分离的脱硫副产物产生量较大，可用作生产建筑材料，布袋除尘器捕集的颗粒物主要为吸附二恶英类污染物的活性炭，产生量较少，可作为危险废弃物填埋处理。

附图说明

图1为本发明的烧结烟气脱硫脱二恶英装置结构示意图；

图2为活性炭喷嘴布置方式轴向截面示意图；

图3为活性炭喷嘴布置方式径向截面示意图。

附图标识：

1、电除尘器        2、循环流化床吸收塔    3、脱硫剂仓

4、文丘里管        5、喷水嘴              6、旋风分离器

7、脱硫副产物灰仓  8、烟道                9、螺旋肋片

10、活性炭仓       11、活性炭再循环物料仓 12、活性炭喷嘴

13、布袋除尘器     14、活性炭灰仓

具体实施方式

下面结合图1给出本工艺具体实施工艺。

如图1所述，本发明的装置由电除尘器1、循环流化床吸收塔2、旋风分离器6、布袋除尘器13、脱硫剂仓3、活性炭仓10、活性炭喷嘴12、水喷嘴5、螺旋返料机、活性炭灰仓14、文丘里4组成。

所述循环流化床吸收塔2底部设置脱硫剂仓3和喷水嘴5，其特征在于，所述循环流化床吸收塔2顶部和布袋除尘器13顶部之间沿烟气流动方向依次设置旋风分离器6和烟道8，所述烟道8靠近布袋除尘器13一端、相对沿烟气的流动方向设有若干活性炭喷嘴12，所述活性炭喷嘴12与活性炭仓10相连通。

所述烟道8中靠近旋风分离器6的一端设置两组螺旋肋片9，两组螺旋肋片相对，肋片长方形矩形，长方形短边为肋片高度，长边与管内壁焊接，所述螺旋肋片长度为管道长度的1/5～1/4，肋高为烟道直径1/4～1/3。

如图2和图3所示，所述活性炭喷嘴12为4个，均匀的分布与圆柱形的烟道8的圆周上，其中，所述4个活性炭喷嘴12沿烟气流动方向由前向后、在烟道径向由低到高设置1个、2个、1个。

所述循环流化床吸收塔2下部采用文丘里管4，该文丘里管4从下往上依次为圆锥收缩段、圆柱段和圆锥扩张段；所述脱硫剂仓3设置于圆锥扩张段；所述喷水嘴5设置于圆锥收缩段，所述圆锥收缩段下面设有电除尘器1。

本发明烧结烟气脱除二氧化硫和二恶英工艺步骤为：

1)含有SO₂和二恶英类污染物的烧结烟气经电除尘器预除尘后进入循环流化床吸收塔，粉状脱硫剂Ca(OH)₂由文丘里进入吸收塔，在吸收塔内脱硫剂与烟气混合；其中喷入吸收塔内的粉状脱硫剂的量，按脱硫剂中的所含Ca与烟气中所含S摩尔比1.2～1.5的比例加入。

2)喷水嘴喷出的雾化水喷向整个烟气流动截面，烟气、脱硫剂、水一起在吸收塔内向上运动，流速控制在5～9m/s，在这过程中SO₂和脱硫剂发生化学反应，烟气中的SO₂被脱除；其中水的喷入量根据烟气量和烟气温度控制，需要调节水的喷入量把反应塔内温度保持在70℃～85℃之间。

3)脱硫剂与烟气反应后一起进入旋风分离器，被分离器气固分离后，一部分灰导入脱硫副产物灰仓排至灰场处理，另一部分由文丘里重新进入吸收塔，固体颗粒在吸收塔和分离器之间往复循环，可有效提高脱硫剂利用率；其中吸收塔烟气中固体颗粒浓度在600～800g/m³，经旋风分离器分离后固体颗粒浓度可小于35g/m³。

4)经旋风分离器气固分离后，烟气从分离器顶部流出，进入圆柱形烟道。工艺中将采用烟道喷入活性炭吸附烟气中二恶英，为强化活性炭与烟气传质效果，提高活性炭对烟气中二恶英吸附效率，需促进烟气与活性炭径向混合，因此在烟道前部管内布置螺旋肋片，螺旋肋片可使烟气产生强烈径向运动，烟气通过螺旋肋片后保持旋流惯性，可显著增强烟气与活性炭的混合传质。螺旋肋片长度可根据管道长度确定，一般为管道长度的1/5～1/4，肋高可根据管道直径确定，一般为管道直径的1/4～1/3。

5)在圆柱形烟道后部布置四个对称分布的活性炭喷嘴，烟道左右两喷嘴在同一烟道截面上，前后两喷嘴距离不超过喷嘴喷射射程的1/2，每个活性炭喷嘴轴向方向距离烟道内壁面1/6～1/7。为增强烟气与活性炭相对速度，提高传质效果，活性炭采用沿烟气逆流方向的方式喷入。为保证活性炭喷入均匀性，四个喷嘴活性炭喷入量与喷入速度保持一致。活性炭喷入速度应略大于烟气速度。

6)活性炭在烟道中与烟气混合，可吸附烟气中部分二恶英类污染物，同时被布袋除尘器捕集的活性炭可在布袋表面形成过滤层，也起到对烟气中二恶英类污染物吸附去处的作用。

7)被布袋除尘器捕集的以活性炭为主的副产物，一部分进入活性炭灰仓，另一部分进入活性炭再循环物料仓，与活性炭仓新补充活性炭混合后，由活性炭喷嘴喷入烟道，实现循环利用。

实施例1

利用本工艺处理40万m³/h烧结机烟气，烟气温度140℃左右，烟气SO₂含量860mg/m³，二恶英类污染物含量5ngTEQ/m³。烧结烟气经电除尘器1预除尘后，进入循环流化床吸收塔2，脱硫剂仓3中Ca(OH)₂脱硫剂通过文丘里4进入吸收塔2，同时喷水嘴5喷出的雾化水喷向整个烟气流动截面，烟气、脱硫剂、水一起在吸收塔2内向上运动，在这个过程中Ca与S摩尔比控制在1.3，利用喷水量控制吸收塔2内烟气温度在75℃左右，SO₂和脱硫剂发生化学反应，烟气中的SO₂被脱除。脱硫剂与烟气反应后一起进入旋风分离器6，被分离器6气固分离后，一部分灰导入脱硫副产物灰仓7，另一部分由文丘里4重新进入吸收塔2。

烟气经过旋风分离器6后进入烟道8，烟道直径4.2m，长度6m，螺旋9长度1.5m，螺旋肋片肋高为1.2m，活性炭通过四个活性炭喷嘴12，沿烟气逆流方向喷入烟道8，活性炭喷入速度为10m/s，总喷入量为40kg/h。活性炭在烟道8中与烟气混合，经布袋除尘器13后被捕集，被捕集的活性炭一部分进入活性炭灰仓14，另一部分进入活性炭再循环物料仓11，与活性炭仓10输送的新活性炭混合后，重新由活性炭喷嘴12喷入烟道8。最终经布袋除尘器净化后的烟气由烟囱排入大气。通过上述工艺净化后，烧结烟气SO₂含量为77mg/m³，二恶英类污染物含量0.7ngTEQ/m³，SO₂、二恶英类污染物脱除效率分别为91％和86％。而现有技术如德国迪林根钢铁公司曳流吸收塔工艺虽然二恶英脱除效率能达到要求，但因需控制混有二恶英的脱硫渣产生量，需要降低脱硫剂加入量，因此脱硫效率仅能达到45％左右。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种用于烧结烟气脱除二氧化硫和二恶英的装置，所述装置包括循环流化床吸收塔(2)和布袋除尘器(13)，所述循环流化床吸收塔(2)底部设置脱硫剂仓(3)和喷水嘴(5)，其特征在于，所述循环流化床吸收塔(2)顶部和布袋除尘器(13)顶部之间沿烟气流动方向依次设置旋风分离器(6)和烟道(8)，所述烟道(8)靠近布袋除尘器(13)一端、相对沿烟气的流动方向设有若干活性炭喷嘴(12)，所述活性炭喷嘴(12)与活性炭仓(10)相连通。

2.根据权利要求1所述的用于烧结烟气脱除二氧化硫和二恶英的装置，其特征在于，所述烟道(8)中靠近旋风分离器(6)的一端相对设置两组螺旋肋片(9)，所述螺旋肋片长度为管道长度的1/5～1/4，肋片高度为烟道直径1/4～1/3。

3.根据权利要求1所述的用于烧结烟气脱除二氧化硫和二恶英的装置，其特征在于，所述活性炭喷嘴(12)为4个，均匀的分布于圆柱形的烟道(8)的圆周上，其中，所述4个活性炭喷嘴(12)沿烟气流动方向由前向后、由低到高设置数目分别为1个、2个、1个的三组活性炭喷嘴(12)。

4.根据权利要求1所述的用于烧结烟气脱除二氧化硫和二恶英的装置，其特征在于，所述循环流化床吸收塔(2)下部采用文丘里管(4)，所述文丘里管(4)从下往上依次为圆锥收缩段、圆柱段和圆锥扩张段；所述脱硫剂仓(3)设置于圆锥扩张段；所述喷水嘴(5)设置于圆锥收缩段，所述圆锥收缩段下面设有电除尘器(1)。

5.根据权利要求1所述的用于烧结烟气脱除二氧化硫和二恶英的装置，其特征在于，所述旋风分离器(6)底部设有脱硫副产物灰仓(7)，同时，所述旋风分离器(6)底部通过文丘里管(4)与循环流化床吸收塔(2)连通。

6.根据权利要求1所述的用于烧结烟气脱除二氧化硫和二恶英的装置，其特征在于，所述布袋除尘器(13)的底部分别设有活性炭再循环物料仓(11)和活性炭灰仓(14)，其中，所述活性炭再循环物料仓(11)与活性炭仓(10)相连通。

7.一种基于权利要求1至6之一的装置脱除二氧化硫和二恶英的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)含有SO₂和二恶英的烧结烟气预处理后进入循环流化床吸收塔(2)，脱硫剂仓(3)内粉状脱硫剂Ca(OH)₂进入循环流化床吸收塔(2)底部，吸收塔内脱硫剂与烟气混合，喷水嘴(5)的雾化水喷向整个烟气流动截面，烟气、脱硫剂、水混合并在吸收塔内向上运动，同时SO₂和脱硫剂Ca(OH)₂发生化学反应，烟气中的SO₂被脱除；

2)所述步骤1)中脱硫剂与烟气反应后一起进入旋风分离器(6)，经旋风分离器(6)气固分离后，分离后烟气经分离器顶部流出，进入圆柱形烟道(8)，烟道(8)中设置的活性炭喷嘴(12)以沿烟气逆流方向的方式喷入活性炭，对烟气中二恶英进行吸附脱除，脱出后的部分活性炭经布袋除尘器(13)捕集，在布袋表面形成过滤层，烟气经烟道(8)进入布袋除尘器(13)后，所述布袋表面的过滤层对烟气中二恶英进一步脱除。

8.根据权利要求7所述的用于烧结烟气脱除二氧化硫和二恶英的方法，其特征在于，

所述步骤1)中喷入吸收塔内的粉状脱硫剂中的所含Ca与烟气中所含S摩尔比1∶12～1.5；

所述步骤1)中控制烟气的流速为5～9m/s，控制喷水嘴(5)的雾化水的喷入量，使反应塔内温度保持在70℃～85℃。

9.根据权利要求7所述的用于烧结烟气脱除二氧化硫和二恶英的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

所述步骤2)中经旋风分离器(6)气固分离后得到的固体，一部分经脱硫副产物灰仓(7)排至灰场处理，剩余部分由文丘里管(4)重新进入吸收塔，在循环流化床吸收塔(2)和旋风分离器(6)之间往复循环，其中循环流化床吸收塔(2)的烟气中固体颗粒浓度在600～800g/m³，经旋风分离器分离后固体颗粒浓度小于35g/m³。

10.根据权利要求7所述的用于烧结烟气脱除二氧化硫和二恶英的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

所述步骤2)中经布袋除尘器(13)捕集的含活性炭的副产物，一部分进入活性炭灰仓(14)，剩余部分进入活性炭再循环物料仓(11)，与活性炭仓(10)新补充活性炭混合后，由活性炭喷嘴(12)喷入烟道(8)，实现循环利用。

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