CN102936651A

CN102936651A - 一种烧结同时脱硫脱硝系统及其脱硫脱硝的方法

Info

Publication number: CN102936651A
Application number: CN2012104111165A
Authority: CN
Inventors: 徐伟; 王永; 陈鹏; 胡绍伟; 王飞; 李丛康; 马光宇; 黄晓煜
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2032-10-23
Also published as: CN102936651B

Abstract

本发明公开一种烧结同时脱硫脱硝系统，包括通过烟气主管路连接的烧结机、风箱、电除尘器、主抽风机和烟囱，在SO₂和NO_x高浓度区风箱的出口管路上，引出一条分支管路作为烧结烟气循环管路，依次连接有循环烟气挡板阀、除尘器、与外进气管连接的天然气入口阀门、循环风机和循环烟气罩，循环烟气罩罩在SO₂和NO_x高浓度区风箱的正上方烧结料层上；在烧结机的烧结铺底料系统与烧结料给料系统之间设有喷洒器，剩余氨水溶液罐与喷洒器连接。低成本、可有效降低烧结烟气中SO₂和NO_x排放浓度的烧结过程中同时脱硫脱硝系统及其脱硫脱硝系统的方法，减少烧结烟气对环境的污染。

Description

一种烧结同时脱硫脱硝系统及其脱硫脱硝的方法

技术领域

本发明属于冶金烧结烟气脱硫脱硝的环境保护技术领域，尤其涉及一种烧结过程中同时脱硫脱硝系统及脱硫脱硝的方法。

背景技术

SO₂和NO_x对人体健康和人类居住环境造成巨大伤害，也是形成酸雨的主要成因。“十二五”规划中，强调了坚持对SO₂的持续控制，也明确了对氮氧化物（NO_x）进行全面控制。在“十二五”氮氧化物总量控制基本思路中提出，钢铁行业也是氮氧化物的重要排放源，为拓展氮氧化物减排领域，推进氮氧化物持续减排，“十二五”期间应加快冶金行业氮氧化物控制技术的研发和产业化进程，推进烟气脱硝示范工程建设。

钢铁冶金烧结烟气成分复杂，含有SO₂和NO_x等多种污染物。而且烧结烟气量大，烟气中SO₂和NO_x浓度较低。目前，国内外对烧结烟气多采用传统的单独脱硫和单独脱硝工艺。脱硫方面，主要是湿法脱硫技术和半干法脱硫技术，在我国都已经有工业应用。脱硝方面，应用最多是传统的选择性催化还原脱硝工艺（SCR），其工作温度区间在300℃～450℃；还有选择性非催化还原脱硝工艺(SNCR)，其工作温度区间在950℃～1150℃。而烧结烟气温度通常在100℃～180℃。如果要对烧结烟气采用单独的SCR或SNCR装置进行脱硝，就需要对烧结烟气进行再热处理。SNCR工艺的工作温度区间远远高于烧结烟气温度，采用再热处理是不现实的。而SCR工艺成本较高，难以被我国钢铁企业所接受。因此，更加经济实用的烧结过程中脱硫和脱硝工艺研究逐渐被国内外所关注。

钢铁冶金行业中的焦化废水是一种难处理的工业废水，偏碱性、氨氮含量较高。焦化废水中的氨氮大多以铵离子（NH₄ ⁺）和游离氨（NH₃·H₂O）的形式存在，利用焦化废水中的氨可以吸收烧结烟气中的SO₂ , 实现以废治废, 有效减少烧结烟气SO₂排放量。焦化废水的排水类型主要有剩余氨水、终冷水、苯分离水和焦油废水，其中剩余氨水量占焦化废水总量30%（重量比）左右，通常剩余氨水中的氨氮含量在250～2500mg/L范围内，PH值为8.0～9.0左右，相对于其它几种排水更有利于烧结烟气的脱硫。

通过查新，可以检索到一些相关专利。如 “一种脱除烧结烟气中氮氧化物的方法”（CN 101053749A）公开一种脱除烧结烟气中氮氧化物的方法，该方法在烧结混合料中加入含氨化合物，所述的含氨化合物包括尿素、铵盐、氨水、含氨蒸馏废水或氰氨基盐。在烧结过程中含氨化合物释放出氨气，将烧结烟气中的NO_x还原为N₂。这种方法虽然可以脱除烧结烟气中的NO_x，但未反应的氨气会随烟气排出，而氨气对环境和人类的危害更要甚于NO_x。“基于添加抑制剂的铁矿石烧结过程脱硫方法”（CN 102068887A）公开了一种基于添加抑制剂的铁矿石烧结过程脱硫方法。此发明在烧结料层底部的铺底料层中添加尿素，烧结过程中尿素分解出的氨气与硫氧化物反应生成的硫酸铵盐吸附与粉尘被烟气带走，从而实现烧结过程脱硫的目的。“一种在冶金烧结过程中脱除NO_x的方法”（CN 101033503A）通过在烧结生产配料过程中添加焦粉或半焦粉取代煤作为燃料，并在烧结过程中引入煤气，利用焦粉和煤气中的还原性气体H₂、CH₄、CO将烧结烟气中的NO_x还原。该方法中以焦粉取代煤作为烧结燃料，所引入的煤气量占烧结气体体积总量的1%～10%，这些措施大大增加了烧结成本。使得该方法难以被接受。

综上所述，目前烧结过程的脱硫和脱硝方法，有的成本较高，有的会影响烧结正常生产，都难以在烧结中应用。因此，探寻更加实用、有效的烧结过程中的脱硫脱硝工艺是非常迫切和必要的。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种低成本、可有效降低烧结烟气中SO₂和NO_x排放浓度的烧结过程中同时脱硫脱硝系统及其脱硫脱硝系统的方法，减少烧结烟气对环境的污染。

本发明烧结过程中同时脱硫脱硝系统，包括原有烧结系统中通过烟气主管路连接的烧结机、风箱、电除尘器、主抽风机和烟囱，本发明在以上原有烧结系统结构基础上，在SO₂和NO_x高浓度区风箱的出口管路上，引出一条分支管路作为烧结烟气循环管路，在此烧结烟气循环管路上依次连接有循环烟气挡板阀、除尘器、与外进气管连接的天然气入口阀门、循环风机和循环烟气罩，循环烟气罩罩在SO₂和NO_x高浓度区风箱的正上方烧结料层上；在烧结机的烧结铺底料系统与烧结料给料系统之间设有喷洒器，剩余氨水溶液罐与喷洒器连接。

根据烧结机排放烟气中SO₂和NO_x浓度的不同，风箱可分为SO₂和NO_x低浓度区风箱与SO₂和NO_x高浓度区风箱，即SO₂和NO_x高浓度区风箱中烟气体积约占烧结烟气体积总量的40%～60%，其中SO₂含量占烧结烟气SO₂总体积含量的80%～90%；NO_x含量占烧结烟气NO_x总体积含量的70%～80%。SO₂和NO_x低浓度区风箱中烟气约占烧结烟气体积总量的40%～60%，其中SO₂和NO_x含量占烧结烟气SO₂和NO_x总体积含量的10%～20%和20%～30%；根据这一特点本发明仅对SO₂和NO_x高浓度区风箱中的烟气进行循环和脱硫脱硝处理。

喷洒器喷口与烧结铺底料的距离高度为0.1～0.3m。通过剩余氨水溶液罐与喷洒器在烧结机料层底部的铺底料层上均匀的喷入剩余氨水溶液。相当于在料层中建立烧结过程的二氧化硫排放屏障。

烧结过程中同时脱硫脱硝的方法，烧结烟气进入高浓度区风箱后，将部分烟气引入到烟气循环管路中成为烧结循环烟气，循环烧结烟气通过循环烟气挡板阀进行控制，循环烧结烟气通过除尘器进行除尘，然后与天然气入口阀门进入的天然气和空气混合，混合后的气体通过循环风机被引入到循环烟气罩中，在烧结负压操作条件下，混合的烟气通过烧结料层。在烧结料层顶部，混合烟气中天然气所含的甲烷被激活，在烧结原料铁矿石和氧化钙的催化作用下，一部分被激活的甲烷将烧结烟气中的NO_x还原为氮气，而大部分未参与脱硝反应的甲烷，会氧化燃烧为CO₂和H₂O，为烧结过程提供热量。同时，喷洒器向烧结料层底部的铺底料层中喷入剩余氨水溶液，在烧结料层底部，铺料层中含氨化合物的剩余氨水溶液会受热分解产生氨气，产生的氨气与烧结烟气中的SO₂反应生成硫酸铵。此时，烧结料层已进入干燥预热带和熔融带，料层透气性逐步得到改善，气流逐渐增强，脱硫反应形成的大部分硫酸铵粘附在烧结粉尘表面，随着至上而下的气流脱离烧结料层进入风箱中。

其中循环烧结烟气量（即从烧结机风箱出口引入到循环管路中的烟气）占循环烟气总量体积比的20%～50%，天然气占循环烟气总量体积比的0.3%～1.0%，引入空气占循环烟气总量体积比的50%～80%，要求天然气中甲烷含量丰富，浓度要高于体积比80%。剩余氨水中的氨氮含量在250～2500mg/L范围内，PH值为8.0～9.0左右。添加的剩余氨水溶液的质量为烧结铺底料质量的0.02%～2.0%。

本烧结过程中脱硫脱硝的方法不会影响正常的烧结生产，且减少了烧结烟气排放量，为后续的电除尘器和脱硫装置降低了工作负荷。传统烟气脱硫脱硝投资费用高，占烧结总投资的70%以上，投资费用高，难以被钢铁企业接受。本专利通过对高SO₂和NO_x浓度区风箱中烟气进行循环，并在循环烟气中引入含有丰富甲烷的天然气。同时烧结过程前，在烧结料层底部的铺底料层中喷入含氨化合物的剩余氨水溶液。含有高浓度SO₂和NO_x循环烟气通过烧结料层时，料层中物料催化甲烷还原烧结烟气中的氮氧化物，而料层底部含氨化合物的剩余氨水溶液分解出的氨气与SO₂反应生成硫酸铵。具有便于操作、投资少、脱硫脱硝效率高的特点。

附图说明

图1 是本发明烧结过程中脱硫脱硝系统的结构图；

图2 氧化铁催化甲烷脱硝的效果图；

图3 氧化钙催化甲烷脱硝的效果图；

图4 剩余氨水的脱硫效果图；

1 烧结机，2 烧结料层，3 风箱，4 循环烟气挡板阀，5 旋风除尘器，6 天然气入口阀门，7循环风机，8循环烟气罩，9烧结烟气主管路，10烧结烟气循环管路，11剩余氨水溶液罐，12喷洒器，13烧结铺底料系统，14烧结料给料系统，15电除尘器，16 主抽风机，17烟囱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本发明的烧结系同时脱硫脱硝系统结构包括：1 烧结机，2 烧结料层，3 风箱，4 循环烟气挡板阀，5 旋风除尘器，6 天然气入口阀门，7循环风机，8循环烟气罩，9烧结烟气主管路，10烧结烟气循环管路，11剩余氨水溶液罐，12喷洒器，13烧结铺底料系统，14烧结料给料系统，15电除尘器，16 主抽风机，17烟囱。

烧结过程中烧结机1的烧结料层2中产生大量烧结烟气，烧结烟气经由烧结机底部的风箱3被抽走。根据烧结机排放烟气中SO₂和NO_x浓度的不同，将风箱3分为SO₂和NO_x低浓度区风箱A与SO₂和NO_x高浓度区风箱B两部分。SO₂和NO_x高浓度区风箱B是指烟气约占烧结烟气体积总量的50%，但其中SO₂和NO_x含量占烧结烟气SO₂和NO_x总体积含量的85%和75%的风箱（SO₂和NO_x高浓度区风箱B通常是在烧结机下方中间二分之一的风箱位置）；SO₂和NO_x低浓度区风箱A是指，烟气也是约占烧结烟气体积总量的50%，其中SO₂和NO_x含量占烧结烟气SO₂和NO_x总体积含量的15%和25%的风箱（氮氧化物低浓度区风箱A通常是在烧结机下方前四分之一位置与后四分之一位置的风箱）。

其中剩余氨水溶液罐11位于烧结机1的烧结铺底料系统13附近，与其连接的喷洒器12的喷洒位置在烧结机1的烧结铺底料系统13与烧结料给料系统14之间。喷洒器12喷口与烧结铺底料的高度为0.2m。烧结机1的烧结料层2下部装有风箱3，风箱3下设出口烟气管路。在氮氧化物高浓度区风箱B下方的出口烟气管路上，引出一条烧结烟气循环管路10，依次连接有循环烟气挡板阀4、旋风除尘器5、与外进气管连接的天然气入口阀门6，循环风机7与循环烟气罩8。空气和天然气从天然气入口阀门6进入烧结烟气循环管路10，循环烟气罩8直接罩扣在氮氧化物高浓度区风箱B上方的烧结料层2上。氮氧化物高浓度区风箱B下方的出口烟气管路与氮氧化物低浓度区风箱A下方的出口烟气管路共同连接烧结烟气主管路9，烧结烟气主管路9上接有电除尘器15、主抽风机16和烟囱17。

下面通过实施例进一步具体介绍本发明：

在烧结过程前，剩余氨水溶液罐11通过连接的喷洒器12在烧结机1的烧结铺底料系统13与烧结料给料系统14之间，向烧结的铺底料层上均匀的喷入剩余氨水溶液。喷入的剩余氨水溶液的质量为烧结铺底料质量的2.0%。剩余氨水中的氨氮含量为500mg/L，PH值为9.0。烧结烟气循环管路9通过循环烟气挡板阀3的控制，在SO₂和NO_x高浓度区风箱B下方的出口管路中抽取体积比50%的烧结烟气成为循环烧结烟气，进入烧结烟气循环管路10，然后循环烧结烟气通过旋风除尘器5进行重力机械除尘，旋风除尘器的主要目的是将循环烧结烟气中较大的尘粒除去，除去的尘粒可以重新作为烧结原料使用。经旋风除尘器除尘后的循环烧结烟气与经由天然气入口阀门6引入的天然气和空气混合，其中天然气占循环总烟气量的体积比1.0%，空气占循环烟气总量体积比的59%，并且天然气中甲烷浓度要高于80%，这一要求是为了保证烧结脱硝过程中，有充分的甲烷来参与还原NO_x的反应。而后循环烧结烟气作为烧结脱硝及助燃气体通过循环风机7进入循环烟气罩8内。烧结烟气的部分循环提高了烧结助燃气体的温度，也会节省烧结生产的能耗，降低烧结费用。在烧结机1负压操作条件下，混合的循环烟气通过烧结料层2。在烧结料层2顶部，天然气中的甲烷开始被激活，在烧结料层2中铁矿石和氧化钙的催化作用下，一少部分被激活的甲烷会将烧结烟气中的NO_x还原为氮气；而大部分甲烷会氧化燃烧，生成CO₂和水，为烧结过程提供了热量。在烧结料层2底部铺料层中含氨化合物的剩余氨水溶液受热分解产生氨气，与循环烟气中的SO₂反应生成硫酸铵，脱硫反应形成的大部分硫酸铵粘附在烧结粉尘表面，随着至上而下的气流脱离烧结料层进入风箱3中。

图2和图3是在一定试验条件下，氧化铁和氧化钙催化甲烷脱除NO_x的效果图。可以看出，不含氧气时，在350~750℃温度范围内，NO_x基本上没有发生转化，但在850℃时氧化铁催化甲烷脱除NO_x转化率达到了近100%。氧化钙作为催化剂时，有氧气条件下在650℃时NO_x转化率达到最高值43%；无氧气条件下，在850℃时，NO_x转化率更是达到了91%。此实验结果表明氧化铁和氧化钙都具有较好的催化脱硝效果。图4是剩余氨水在PH值为9.0时，SO₂浓度和脱硫效率随时间的变化曲线。可以看出，当反应时间超过40秒后，脱硫效率可以达到90%以上。

经过烧结过程脱硫脱硝的烧结尾气进入B区风箱，其中一部分重复进入烧结烟气循环管路10，未循环的烟气与A区中低SO₂和NO_x浓度烟气混合，通过烧结烟气主管路9进入后续的电除尘器15进行电除尘，除尘后的烧结烟气经由主抽风机16从烟囱17排放大气。由于部分烧结尾气循环利用，使得电除尘器15处理的烟气量减少了20%，降低了电除尘器15投资运行费用。

Claims

1.一种烧结同时脱硫脱硝系统，包括通过烟气主管路（9）连接的烧结机（1）、风箱（3）、电除尘器（15）、主抽风机（16）和烟囱（17），其特征在于在SO₂和NO_x高浓度区风箱的出口管路上，引出一条分支管路作为烧结烟气循环管路（10），依次连接有循环烟气挡板阀（4）、除尘器（5）、与外进气管连接的天然气入口阀门（6）、循环风机（7）和循环烟气罩（8），循环烟气罩（8）罩在SO₂和NO_x高浓度区风箱的正上方烧结料层（2）上；在烧结机（1）的烧结铺底料系（13）统与烧结料给料系统（14）之间设有喷洒器（12），剩余氨水溶液罐（11）与喷洒器（12）连接。

2.根据权利要求1所述的烧结同时脱硫脱硝系统，其特征在于喷洒器（12）喷口与烧结铺底料的距离高度为0.1～0.3m。

3.一种烧结同时脱硫脱硝的方法，其特征在于烧结烟气进入高浓度区风箱后，将部分烟气引入到烟气循环管路（10）中成为循环烧结烟气，循环烧结烟气通过循环烟气挡板阀（4）进行控制，通过除尘器（5）进行除尘，然后与天然气入口阀门（6）进入的天然气和空气混合，混合后的气体通过循环风机（7）被引入到循环烟气罩（8）中，在烧结负压操作条件下，混合的烟气通过烧结料层（2）；同时，喷洒器（12）向烧结料层底部的铺底料层中喷入剩余氨水溶液。

4.根据权利要求3所述的烧结同时脱硫脱硝的方法，其特征在于其中循环烧结烟气量占循环烟气总量体积比的20%～50%，天然气占循环烟气总量体积比的0.3%～1.0%，引入空气占循环烟气总量体积比的50%～80%。

5.根据权利要求3所述的烧结同时脱硫脱硝的方法，其特征在于剩余氨水中的氨氮含量在250～2500mg/L，PH值为8.0～9.0，添加的剩余氨水溶液的质量为烧结铺底料质量的0.02%～2.0%。

6.根据权利要求4所述的烧结同时脱硫脱硝的方法，其特征在于天然气中甲烷浓度要高于体积比80%。