CN103830997A - 一种烟气综合治理的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种烟气综合治理的装置和方法,该方法依次包括以下三个阶段：（1）源头抑制阶段，向烧结原料加入抑制剂，混合均匀后，置于烧结机料床上烧结；（2）过程控制阶段，收集所述（1）中烧结机尾部废气温度在200～400℃的烧结废气，通过废气循环输送系统，输送至烧结机料床上方，参与烧结分解；（3）携流吸附阶段，将吸附剂送入烧结主烟道内，利用携流吸附原理，吸附所述（2）中剩余烟气中的二恶英后，随烟气流进入电除尘器，气固分离，吸附二恶英的吸附剂再返回烧结混合料中，重新参与烧结分解。该技术由三个阶段的不同技术耦合而成，是一种低成本的、充分利用烧结工艺本身特点的、对烧结设备危害极低的二恶英减排控制技术。

Description

一种烟气综合治理的装置和方法

技术领域

本发明属于冶金行业烧结烟气治理领域，具体涉及一种烟气综合治理装置和方法。

背景技术

二恶英作为持久性有机污染物，不仅毒性强，而且能够致癌和致畸变，并具有遗传效应。2010年10月19日，环境保护部、外交部、国家发展和改革委员会等9部委联合颁布《关于加强二恶英污染防治的指导意见》，要求重点抓好铁矿石烧结、电弧炉炼钢、再生有色金属生产、废弃物焚烧等重点行业二恶英污染防治工作，明确提出在铁矿石烧结等重点行业全面推行削减和控制二恶英措施，深入开展清洁生产审核，到2015年，建立比较完善的二恶英污染防治体系和长效监管机制，重点行业二恶英排放强度降低10%，提出在京津冀、长三角、珠三角等重点区域开展二恶英排放总量控制试点工作。最新出台的钢铁工业大气污染物排放的一系列标准中，对颗粒物、二氧化硫的排放浓度都提出了更高的要求，同时还新增了烧结烟气二恶英类物质≤0.5ng TEQ/m³的排放浓度要求。新的规定将于2012年10月1日起正式执行。因此，能源环保问题已经成为限制烧结行业发展的重要因素。

在国外，针对烧结尾气，主要采用通过活性炭吸附结合布袋除尘器的技术、与烧结烟气脱硝相结合的选择性催化降解技术、以及与烧结烟气脱硫脱硝技术相结合的活性炭吸附塔技术，等等。上述几种方法对二恶英的脱除效果显著，但装置庞大，运行成本高，烟气处理副产物利用效果不佳，甚至无法有效利用。因此，上述技术无法在我国烧结烟气脱二恶英方面得到应用。

中国专利CN101829482A公开了一种烧结机负能耗二恶英减排系统及其方法，认为将烧结机高二恶英烟气单独收集并循环到烧结机上部做助燃空气，并且根据循环烟气量的大小，可以达到减少二恶英70%左右或以上的目的。事实上，试验证明，高温烟气中的二恶英是可以通过烧结过程中的高温段被高温分解，然而温度的升高同时也会带来二恶英生成量的增加，也就是说，一方面，烟气中的二恶英被高温分解，另一方面，仍然有新的二恶英合成，并且新二恶英的生成量要明显高于常温状态下的烧结过程所产生的二恶英量。此外，由于必须考虑到烧结烟气除尘设备的温度需求，烟气温度不宜低于90℃，因此不能将全部的含二恶英高温废气返回烧结循环。因此，利用该工艺原理可以达到减少二恶英的目的，但综合考虑烧结机运行情况，最多只能达到去除50%左右二恶英的目的，一旦原始烟气中二恶英浓度过高，将无法满足二恶英排放标准。

中国专利CN101983751A提出了一种烧结烟气污染物脱除装置，在脱硫脱硝的同时，加入活性炭从而实现对多种污染物的协同脱除。然而吸附有二恶英的活性炭跟脱硫脱硝产物混合在一起，造成新的二次污染；同时为达到二恶英的排放标准，活性炭的喷入量必须达到一定浓度，造成运行成本增加。同时喷入过量的活性炭还会增加后续除尘设备的负担，降低除尘效率。

欧洲专利EP0875587A1提出在烧结混合料中添加尿素以抑制二恶英生成的方法。然而方法中尿素直接以固体状态混合入烧结原料中，由于尿素具有很强的吸湿性、易结块、易潮解，并且尿素的添加量相对于烧结原料来讲属于微量添加物，因此，固体尿素不仅不利于添加量的精准控制，而且不易与烧结原料充分混合，大大降低了抑制效果。正因如此，专利EP0875587A1中尿素的添加量达到0.02～0.04%（重量百分比）。试验表明，高浓度的尿素添加可能造成烧结烟气中氮氧化物排放的增加，同时，由于烧结烟气中还存在大量的SO2、水分、粉尘等，因此会增加形成硫酸氢铵的可能性。在通常运行温度下，硫酸氢铵的露点为147℃，会以液体形式在物体表面聚集。液体的硫酸氢铵是一种粘性很强的物质，在烟气中会粘附飞灰，并沉积在设备表面，造成设备的腐蚀。因此，为避免造成这些不良后果，必须严格控制尿素的添加量，避免为了去除一种污染物而带来另一种污染物危害情况的发生。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种烟气综合治理的装置和方法，该方法由三个阶段的不同技术耦合而成，首先通过源头抑制技术，从源头减少烧结过程中30%左右的二恶英生成量；再通过过程控制技术，减少烧结烟气中30%左右二恶英；最后通过携流吸附技术，减少20%左右的剩余二恶英；最终达到减少80%二恶英排放的目的，二恶英去除效率达到80%；本发明是一种低成本的、充分利用烧结工艺本身特点的、对烧结设备危害极降的二恶英减排控制技术。

本发明的技术解决方案如下：本发明提供一种烟气综合治理方法,依次包括以下三个阶段：

（1）源头抑制阶段，所述源头抑制阶段是向烧结原料加入抑制剂，于混合机中混合均匀后，置于烧结机料床上烧结；所述抑制剂为尿素；

（2）过程控制阶段，所述的过程控制阶段是收集所述（1）中烧结机尾部废气温度在200～400℃的烧结废气，通过废气循环输送系统，输送至烧结机料床上方，参与烧结分解；

（3）携流吸附阶段，所述的携流吸附阶段，通过吸附剂输送系统，将吸附剂送入烧结主烟道内，利用携流吸附原理，吸附所述（2）中剩余烟气中的二恶英后，随烟气流进入电除尘器，气固分离，吸附二恶英的吸附剂再返回烧结混合料中，重新参与烧结分解。

根据本发明提供的烟气综合治理方法，优选的是，所述（1）中尿素加入量为每吨烧结混匀料的0.005%～0.01%。

根据本发明提供的烟气综合治理方法，优选的是，所述（1）中尿素加入方式为配制质量百分比为30～50%的液体添加。

根据本发明提供的烟气综合治理方法，优选的是，所述（2）中收集所述（1）中烧结机尾部废气的量为小于总废气量的20%。

根据本发明提供的烟气综合治理方法，优选的是，所述（3）中吸附剂选自100-200目的活性炭，输入量控制在20～40mg/Nm3烧结烟气。

根据本发明提供的烟气综合治理方法，优选的是，所述（3）中吸附剂选自煤质活性炭。

本发明还提供了一种烟气综合治理的装置，包括用于混合烧结原料的烧结原料圆筒混合机，所述烧结原料圆筒混合机上面设置有连接抑制剂制备罐的抑制剂定量输送系统，所述抑制剂定量输送系统用于将抑制剂输送到烧结原料中；所述烧结原料圆筒混合机的下端与用于烧结的烧结机料床连接，在所述烧结机料床的尾部设置有用于收集烧结机尾部占废气总量20%的高温废气的高温烟气收集管；所述高温烟气收集管与高温烟气输送及分布系统连接，所述高温烟气输送及分布系统用于将高温烟气收集管收集的高温废气送至烧结机料床上方，重新参与烧结；所述烧结机料床下部连接主排风烟道，所述主排风烟道上部设置连接吸附剂储罐的吸附剂定量给料系统，所述吸附剂定量给料系统用于将吸附剂送入主排风烟道内；在所述主排风烟道上设置静电除尘器，所述静电除尘器用于捕集剩余烟气经吸附剂吸附后的吸附剂与大颗粒粉尘；所述静电除尘器连接吸附剂回用输送系统，用于将所述捕集的吸附剂与大颗粒粉尘送入烧结料配料槽，重新参与烧结。

根据本发明提供的烟气综合治理的装置，优选的是，所述高温废气是200～400℃的烧结废气。

根据本发明提供的烟气综合治理的装置，优选的是，所述抑制剂为尿素，加入量为每吨烧结混匀料的0.005%～0.01%。

根据本发明提供的烟气综合治理的装置，优选的是，所述尿素的加入方式为配制质量百分比为30～50%的液体添加。

根据本发明提供的烟气综合治理方法，主要由三个阶段的不同技术耦合而成，其工艺流程图如附图1所示。主要步骤如下：

步骤一：首先通过源头抑制技术，从源头减少烧结过程中30%左右的二恶英生成量；

步骤二：再通过过程控制技术，减少烧结烟气中30%左右二恶英；

步骤三：最后通过携流吸附技术，减少20%左右的剩余二恶英；最终达到减少80%二恶英排放的目的，即二恶英去除效率达到80%。

所述二恶英减少量的计算如下式所示：

η=（C1-C2）/C1*100%

η，二恶英去除效率，%。

C1，未采取任何措施前的原始烟气中二恶英浓度，ng TEQ/Nm3

C2，采取措施后烟气中的二恶英浓度，ng I-TEQ/Nm3

ng=10^-9kg；TEQ：17种二恶英的毒性当量总和,

根据本发明所述的源头抑制技术，在烧结原料中配入定量的抑制剂，利用烧结原料混合过程达到均匀分布的目的；在烧结过程中通过抑制剂的作用减少二恶英的生成量。

根据本发明所述的抑制剂配入量，按照烧结混匀料重量计，每吨烧结混匀料添加0.005%～0.01%的抑制剂。

根据本发明所述的抑制剂为尿素（CO（NH₂）₂），其投加方式需配成一定浓度的液体后添加，配制浓度为30～50%。

根据本发明所述的过程控制技术，收集烧结机尾部部分高温烧结废气，通过废气循环输送系统，输送至烧结机料床上方，参与烧结过程。

根据本发明所述的烧结废气，废气温度在200～400℃之间，高温废气量不宜超过总废气量的20%。

根据本发明所述的携流吸附技术，通过吸附剂输送系统，将一定量的吸附剂送入烧结主烟道内，利用携流吸附原理，吸附剩余烟气中的二恶英后，随烟气流进入电除尘器，气固分离后，混入烧结灰中，再返回烧结混合料中，重新参与烧结过程。

根据本发明所述的吸附剂，所用吸附剂为100-200目左右的煤质活性炭，输入量控制在20～40mg/Nm³，即每标准立方米烧结烟气用吸附剂20～40mg。

本发明的技术特点在于：

1、本发明之所以采取三个步骤的目的在于，任一单种技术手段都有一定的局限性，无法满足目前0.5ng TEQ/Nm³的二恶英排放要求，同时过量添加抑制剂和吸附剂都会对烧结设备带来比较明显的不利影响，造成新的污染危害问题。

2、本发明所选用的抑制剂为尿素，在高温条件下生成氨气，可有效抑制烧结过程中二恶英的生成。工艺中尿素被配成30～50%的溶液定量配入到烧结原料中，并且利用烧结工艺中的混合阶段，达到在烧结原料中均匀分布的目的，可大大减少尿素的添加量。同时由于该步骤仅为整体二恶英控制手段的其中一个环节，其目标减排量为30%，因此，尿素的添加配比被控制在0.005%～0.01%之间，可有效避免因过量投加尿素而造成的氮氧化物排放增加和设备腐蚀的问题。

3、含二恶英的高温烟气不需要全部返回烧结回用，仅收集温度在200～400℃之间、不超过总废气量20%的高温废气送回烧结机上方，参与烧结过程。该措施可有效避免由于大量高温废气的循环使用而造成的主烟道内烧结烟气温度的降低，避免由于烟气温度过低而对电除尘器造成的一系列不良影响，如结露、板结、设备腐蚀、除尘效率下降等。同时考虑到由于高温废气的引入，还会造成新二恶英生成量的增加，因此，该步骤二恶英的减排效率宜控制在30%左右。

4、在不增加除尘设备的前提下，过量的吸附剂的投加，不仅仅带来运行成本增加的问题，还可能会增加出口烟气中颗粒物浓度的增加，造成电除尘器除尘效率的降低，增加绝缘子爬电现象发生的概率。试验证明，与烟气中粉尘含量相比，当吸附剂投加量大于粉尘含量的3%后，会显著影响电除尘器的除尘效率。此外，再综合考虑吸附剂的运行成本等其它因素，本发明中吸附剂选用200目左右的煤质活性炭，输入量宜控制在20～40mg/Nm³（烧结烟气）之间，二恶英去除率控制在20%左右即可。

综上所述，由于充分考虑了上述几种技术手段的局限性，按照所述要求实施，可有效避免各种技术的负面影响，从而有效降低烧结烟气中的二恶英浓度，二恶英去除率可达80%以上，出口烟气中二恶英浓度可低于0.5ng TEQ/Nm³，满足排放要求，运行成本增量小于1.5元/吨烧结矿，远远低于其他控制技术的运行成本。同时该技术还存在很大的上升空间，通过综合调整三个工序的控制参数，增加少量运行成本，还可进一步降低二恶英的排放浓度。

本发明的有益效果：

本发明提供的烟气综合治理的装置和方法，该方法由三个阶段的不同技术耦合而成，首先通过源头抑制技术，从源头减少烧结过程中30%左右的二恶英生成量；再通过过程控制技术，减少烧结烟气中30%左右二恶英；最后通过携流吸附技术，减少20%左右的剩余二恶英；最终达到减少80%二恶英排放的目的，二恶英去除效率达到80%；本发明是一种低成本的、充分利用烧结工艺本身特点的、对烧结设备危害极低的二恶英减排控制技术。

附图说明

图1是本发明提供的烟气综合治理方法的工艺流程图。

图中：1-烧结料配料槽，2-抑制剂制备罐，3-抑制剂定量输送系统，4-烧结原料圆筒混合机，5-高温烟气输送及分布系统，6-高温烟气收集管，7-静电除尘器，8-吸附剂回用输送系统，9-吸附剂定量给料系统，10-吸附剂储罐。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述，本领域技术人员应当理解，所述实施例仅用于示例，而不对本发明构成任何限制。

如附图1所示，本发明主要有抑制剂制备罐2、抑制剂定量输送系统3、高温烟气收集管6、高温烟气输送及分布系统5、吸附剂储罐10、吸附剂定量给料系统9、吸附剂回用输送系统8组成。具体实施方式为：

1、为便于工厂的实际运行，抑制剂制备罐2被安置在烧结原料圆筒混合机4之前。

市售固体尿素在制备罐中被配置成30～50%的溶液备用；

2、配置好的尿素溶液通过抑制剂定量输送系统3，定量加入到烧结原料中，与烧结原料一起被送至混合机4。在混合机中各种烧结原料通过不断加水混合的过程，而形成具有一定粒度的颗粒状，而尿素溶液在此过程中得以被均匀的分布在烧结混合料中；

3、含有抑制剂的烧结混合料被均匀分布在烧结机料床上，经点火后，随着烧结机料床的运动逐渐完成烧结过程，在此过程中，抑制剂——尿素被高温分解，产生大量的氨气以及其他中间产物，这些中间产物的共同特征是含有大量氨基官能团，这些氨基官能团可以和起催化作用的过渡金属在飞灰表面形成表面螯合物，从而起到抑制二恶英类形成的效果。然而在有氧条件下，当温度超过900℃时，NH₃开始氧化分解，最终被氧化成NO。说明抑制剂的添加如果过量的话，很可能会造成烧结烟气中氮氧化物浓度的增加。因此，在本发明中，尿素的添加量必须严格控制在0.01%以下；

4、因此，烧结过程中的仍然会有部分的二恶英生成，并主要集中在烧结机尾部的高温废气中。为此，这部分高温废气被废气收集管6收集后，通过废气输送及分布系统5送至烧结机料床上方，重新参与烧结，废气中所含的二恶英则在烧结过程的高温度被分解，而新的二恶英则再次生成，又集中在高温段，随高温废气再循环回烧结料床上方。同时由于高温废气的参与烧结，致使低温段烟气中的二恶英浓度有所增加，并且，为了避免使烧结机主烟道内的烟气温度过低，循环的高温废气量不宜过高，因此，本发明中循环的高温废气不得超过总废气量的20%，该阶段二恶英的去除率控制在30%即可；

5、剩余含少量二恶英的烧结烟气将经过烧结主排风烟道进入静电除尘器7，在此之前，在吸附剂储罐10内的活性炭吸附剂通过定量给料系统9被均匀送至主排风烟道内，烟气的二恶英被活性炭吸附后，随烟气流一起进入静电除尘器7，被捕集下来的吸附剂与大颗粒粉尘一起，经由吸附剂回用输送系统8被送回烧结原料配料，重新参与烧结过程，吸附的二恶英被烧结过程的高温段彻底分解。同样，为了避免对静电除尘器带来不利影响，同时也为了进一步降低运行成本，活性炭吸附剂的宜控制在20～40mg/Nm³（烧结烟气）之间。

最后，经过上述不同技术手段的协同作用，不仅降低了各种技术手段对烧结生产和烧结设备所带来的负面影响，而且大大降低了该体系的运行成本，同时还保证了二恶英的高去除率，满足二恶英的排放要求。

本发明提供的烟气综合治理装置和方法，该方法由三个阶段的不同技术耦合而成，首先通过源头抑制技术，从源头减少烧结过程中30%左右的二恶英生成量；再通过过程控制技术，减少烧结烟气中30%左右二恶英；最后通过携流吸附技术，减少20%左右的剩余二恶英；最终达到减少80%二恶英排放的目的，二恶英去除效率达到80%；本发明是一种低成本的、充分利用烧结工艺本身特点的、对烧结设备危害极降的二恶英减排控制技术。

Claims (10)

1.一种烟气综合治理耦合方法,其特征在于，依次包括以下三个阶段：

（1）源头抑制阶段，所述源头抑制阶段是向烧结原料加入抑制剂，于混合机中混合均匀后，置于烧结机料床上烧结；所述抑制剂为尿素；

（2）过程控制阶段，所述的过程控制阶段是收集所述（1）中烧结机尾部废气温度在200～400℃的烧结废气，通过废气循环输送系统，输送至烧结机料床上方，参与烧结分解；

（3）携流吸附阶段，所述的携流吸附阶段，通过吸附剂输送系统，将吸附剂送入烧结主烟道内，利用携流吸附原理，吸附所述（2）中剩余烟气中的二恶英后，随烟气流进入电除尘器，气固分离，吸附二恶英的吸附剂再返回烧结混合料中，重新参与烧结分解。

2.根据权利要求1所述的烟气综合治理方法，其特征在于，所述（1）中尿素加入量为每吨烧结混匀料的0.005%～0.01%。

3.根据权利要求1所述的烟气综合治理方法，其特征在于，所述（1）中尿素加入方式为配制质量百分比为30～50%的液体添加。

4.根据权利要求1所述的烟气综合治理方法，其特征在于，所述（2）中收集所述（1）中烧结机尾部废气的量为小于总废气量的20%。

5.根据权利要求1所述的烟气综合治理方法，其特征在于，所述（3）中吸附剂选自100-200目的活性炭，输入量控制在20～40mg/Nm³烧结烟气。

6.根据权利要求1所述的烟气综合治理方法，其特征在于，所述（3）中吸附剂为煤质活性炭。

7.一种权利要求1所述的烟气综合治理的装置，包括用于混合烧结原料的烧结原料圆筒混合机，其特征在于，所述烧结原料圆筒混合机上面设置有连接抑制剂制备罐的抑制剂定量输送系统，所述抑制剂定量输送系统用于将抑制剂输送到烧结原料中；所述烧结原料圆筒混合机的下端与用于烧结的烧结机料床连接，在所述烧结机料床的尾部设置有用于收集烧结机尾部占废气总量20%的高温废气的高温烟气收集管；所述高温烟气收集管与高温烟气输送及分布系统连接，所述高温烟气输送及分布系统用于将高温烟气收集管收集的高温废气送至烧结机料床上方，重新参与烧结；所述烧结机料床下部连接主排风烟道，所述主排风烟道上部设置连接吸附剂储罐的吸附剂定量给料系统，所述吸附剂定量给料系统用于将吸附剂送入主排风烟道内；在所述主排风烟道上设置静电除尘器，所述静电除尘器用于捕集剩余烟气经吸附剂吸附后的吸附剂与大颗粒粉尘；所述静电除尘器连接吸附剂回用输送系统，用于将所述捕集的吸附剂与大颗粒粉尘送入烧结料配料槽，重新参与烧结。

8.根据权利要求7所述的烟气综合治理的装置，其特征在于，所述高温废气是200～400℃的烧结废气。

9.根据权利要求7所述的烟气综合治理的装置，其特征在于，所述抑制剂为尿素，加入量为每吨烧结混匀料的0.005%～0.01%。

10.根据权利要求9所述的烟气综合治理的装置，其特征在于，所述尿素的加入方式为配制质量百分比为30～50%的液体添加。

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