CN104132550A - 一种节能环保型烧结废气余热利用和污染物净化工艺及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种节能环保型烧结废气余热利用和污染物净化工艺及系统。根据废气温度和污染物排放特征,将烧结废气分为低温低硫段烧结废气、中温高硫段烧结废气和高温中硫段烧结废气。低温低硫段烧结废气SO2含量低于国家排放标准,经除尘后直接排放;中温高硫段烧结废气经除尘、脱硫处理后,SO2达到国家排放标准排放;高温中硫段烧结废气与环冷废气混合后引入烧结机,进行热风点火与热风烧结。本发明还提供了一种实现上述工艺的系统。本发明对烧结废气余热分级回收,梯级利用,实现节能;低硫废气直接排出,降低了废气脱硫成本;部分高硫废气参与循环,降低了污染物的排放总量,而且高温使二噁英发生裂解,对烧结废气起到了净化作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种节能环保型烧结废气余热利用和污染物净化工艺及系统,具体地说是一种钢铁厂烧结废气分级处理实现余热利用与污染物分段净化处理的工艺及系统。
背景技术
钢铁产业属于高污染、高能耗产业,由于铁矿石中含有一定量的硫、氮元素,在烧结过程中,会产生含大量的二氧化硫、氮氧化物等污染物的烧结废气,若直接排放到大气中,会造成严重的环境污染,因此有必要对烧结废气进行污染物净化,达到环保减排效果。
烧结矿燃料中如果碳燃烧不充分,也会产生一定量的一氧化碳。由于焦炭粉燃烧不完全,造成燃料的极大浪费。同时烧结废气温度在70~350℃之间,100℃以下余热品质不高,回收效率不高,100~250℃之间的余热适合直接利用,用于供暖或对烧结矿进行预热,250℃以上的烧结废气可以通过热交换来产生锅炉蒸汽进行发电。烧结过程产生的二次能源占钢铁冶炼总能耗的12%左右,而烧结废气余热占到4%。因此,有必要对烧结废气的余热进行利用,达到节能效果。
在烧结层上部,由于机头透气性较好导致高温保持时间短,燃料不能充分燃烧,热量供应不充足;在烧结层下部,虽然高温保持时间长,但透气性差,氧位低,燃料也难以充分燃烧,因此导致热量分布不均匀。而且在烧结过程中,从烧结机头点火处至烧结机机尾,温度分布也是极为不均匀,从而导致沿烧结段各风箱抽出的烧结废气中SO2、烧结废气温度均有很大的变化。根据现有数据和技术水平显示,温度沿烧结机分布呈现先增长后下降趋势,即在烧结机机头和机尾,烧结废气温度较低,烧结废气余热品质较低;在烧结机中间部分,废气温度较高,余热品质相对较高。而且对应低温段烧结废气硫含量很低,中温段硫含量较高,高温段硫含量介于两者之间,因此在技术上通过对烧结机进行区域热力学调节,促进烧结废气进行区域耦合排放,并对其余热利用是可行的。
烧结废气余热利用主要分为以下利用方式:1.将烧结废气引入点火器进行燃料混合用热;2.将余热废气引入烧结机进行热风烧结;3.将余热废气引入余热锅炉,产生蒸汽,推动蒸汽轮机从而进行发电;4.将烧结废气余热利用与脱硫脱硝等工业废气净化工艺联合运行。
CN102997697A基于废气净化,开发了一种烧结矿余热利用工艺。此专利将净化后的烧结废气与烧结矿在塔式冷却设备进行换热,使气体温度升温至380℃以上,根据氮氧化物的含量选择直接排出或者进行SCR脱硝。此工艺提高了烧结矿余热利用,降低了烧结废气净化成本,能够解决氨法脱硫中氨逃逸的问题。此工艺对于烧结废气没有分级净化,脱硫成本比较高。CN101532783A通过热筛收集烧结矿中的高温空气,并与环冷废气混合,引入到烧结机中的热风罩,参与热风烧结。此专利余热废气富氧水平高,有利于烧结矿中的燃料充分燃烧,而且能够提高烧结矿的质量,节约固体燃料。但是废气净化成本较高,对于烧结废气没有分级利用,烧结废气余热的利用率低。
鉴于上述问题,本发明通过区域热力学调节,对烧结废气余热进行分级回收,并对污染物进行耦合排放、分段处理,进而实现节能环保的钢铁厂余热利用工艺。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供一种既能增加余热利用、又能减少污染物排放的节能环保型烧结废气余热利用和污染物净化工艺及系统。
本发明通过调节工艺参数和操作条件,调控硫氮氧化物的生成和温度的高低,通过区域热力学调节,进行烧结机烧结废气区域耦合排放,达到节能减排的目的。具体实现起来是根据废气温度和污染物排放特征,对烧结废气进行分级再循环和净化,从而降低废气净化成本,并且降低污染物的排放量。并且通过合理布置烧结废气循环系统,根据不同温度段余热品质和热工特性,对烧结废气进行分级回收、梯级利用,提高了烧结余热的回收效率。本发明工艺节能环保,能够实现烧结废气余热利用和污染物协同控制。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种节能环保型烧结废气余热利用和污染物净化工艺,根据废气温度和污染物排放特征,将烧结机产生的烧结废气分为低温低硫段烧结废气、中温高硫段烧结废气和高温中硫段烧结废气;
低温低硫段烧结废气SO2低于国家排放标准直接排放;中温高硫段烧结废气经脱硫处理达到国家排放标准后排放;高温中硫段烧结废气与环冷废气混合后引入烧结机,进行热风点火与热风烧结。
本发明通过区域热力学调节,调控烧结机中废气温度和硫氮氧化物浓度的分布,从而对低温低硫段烧结废气、中温高硫段烧结废气和高温中硫段烧结废气进行具体调节,由风箱引出。
本发明具体实现起来是通过调整工艺参数和操作条件,改变烧结层的透气性和高温保持时间,对烧结层利用余热进行热量补充并使热量分布发生变化,从而调整烧结废气中硫氮氧化物的分布,使烧结废气分为低温低硫、中温高硫、高温中硫三个排出段,根据其温度和污染物浓度分布特点,进行分级处理。低温低硫段烧结废气由于SO2含量较低不需要脱硫,除尘之后可以直接排空;中温高硫段烧结废气经脱硫处理,达到国家排放标准后排放;高温中硫段烧结废气与环冷废气混合,进行热风点火和热风烧结。通过对烧结废气的循环使用,既对烧结矿补充了热量,也使未燃烧的一氧化碳再次燃烧,而且进入烧结机的废气在高温下使二噁英裂解,实现污染物净化。同时高温也可以使氮氧化物的排放量降低。烧结废气余热分级利用,节省了燃料,而且在废气循环中,还能减少单位烧结矿烧结过程中污染物的排放量。
具体地,本发明可通过区域热力学调节,使低温低硫段烧结废气温度为70~100℃,中温高硫段烧结废气温度为100~150℃,高温中硫段烧结废气温度150~350℃。
与高温中硫段烧结废气混合的环冷废气占环冷废气总量的15~30%,例如可选择15.2~29%,18~26%,20.5~22.4%,21%等。
引入烧结机的中温高硫段烧结废气占中温高硫段烧结废气总量的30~50%,例如可选择30.3~48.5%,34~43%,38.5~42%,40%等。
参与热风烧结的高温中硫段烧结废气补充富氧空气后进入烧结机。
所述低温低硫段烧结废气SO2含量低于国家排放标准,经除尘处理后排放;所述中温高硫段烧结废气的经除尘、脱硫处理后,SO2含量达到国家排放标准后排放;所述高温中硫段烧结废气经除尘处理后再与环冷废气混合。
本发明还提供了一种实现如上所述工艺的系统,所述系统包括烧结机,所述烧结机的风箱分为低温低硫段、中温高硫段和高温中硫段;所述低温低硫段与烟囱连接;所述中温高硫段连接脱硫装置后再连接烟囱;所述高温中硫段连接混合室后,一路连接烧结机的热风罩,另一路连接烧结机的点火炉,所述混合室同时连接环冷机。
所述低温低硫段连接除尘装置后再连接烟囱。所述中温高硫段连接除尘装置后再连接脱硫装置。所述高温中硫段连接除尘装置后再连接混合室。
本发明所述的除尘装置用以除掉烧结废气中粒径较大的颗粒,所述除尘装置为惯性除尘器、布袋除尘器或电袋除尘器中的一种或至少两种的组合。
所述脱硫装置为循环流化床半干法脱硫装置、SDA脱硫装置或湿法脱硫装置中的一种或至少两种的组合。
所述烧结机的热风罩开有圆形布风孔。
其中富氧空气入口处具有导流板,使气流分布发生倾斜;高温段循环废气为均匀布风,相邻布风孔按正三角形排列,即相邻3个布风孔圆心相连为正三角形。
所述烧结机机头机尾处设有机罩,能够对烧结废气形成密封作用,其密封方式为迷宫式密封。
本发明所述工艺,可以通过调节热力学参数和操作条件,进行模块化操作,完成烧结机区域耦合排放,与传统余热利用工艺相比,具有如下优点:
1、通过调控热量补充,并改变烧结层高温段保持时间,调节烧结机各风箱硫氮排放浓度与温度的耦合分布,对烧结废气余热进行分块利用,合理地提高余热利用效率。低硫段废气不需要脱硫处理,降低了废气净化成本。
2、通过烧结废气循环,进行热风烧结,一氧化碳再次燃烧,降低燃料消耗,从而降低硫、氮污染物的排放量。
3、烧结废气循环进入烧结机,在高温下可以裂解二噁英,而且降低了每段铁矿石烧结的污染物排放量。
4、本发明调节灵活,可以适用各种现场条件,操作弹性强。
附图说明
图1是本发明具体实施例的工艺流程图;
图2是热风罩的布风孔分布俯视图;
图3是热风罩的布风孔分布主视图。
图中标记如下:
1-烧结机;2-点火炉;3-机罩;4-热风罩;5-引风机;6-混合室;7-环冷机;8-除尘装置;9-脱硫装置;10-烟囱。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子,并不代表或限制本发明的权利保护范围,本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
为更好地说明本发明,便于理解本发明的技术方案,本发明的典型但非限制性的实施例如下:
一种节能环保型烧结废气余热利用和污染物净化工艺,根据废气温度和污染物排放特征,将烧结机产生的烧结废气分为低温低硫段烧结废气、中温高硫段烧结废气和高温中硫段烧结废气;
低温低硫段烧结废气直接排放;中温高硫段烧结废气经脱硫处理后达到国家排放标准排放;高温中硫段烧结废气与环冷废气混合后引入烧结机,进行热风点火与热风烧结。
通过区域热力学调节,调控烧结机中废气温度和硫氮氧化物浓度的分布,从而对低温低硫段烧结废气、中温高硫段烧结废气和高温中硫段烧结废气进行具体调节。
通过区域热力学调节,使低温低硫段烧结废气温度为70~100℃,中温高硫段烧结废气温度为100~150℃,高温中硫段烧结废气温度150~350℃。
与高温中硫段烧结废气混合的环冷废气占环冷废气总量的15~30%。
引入烧结机的中温高硫段烧结废气占中温高硫段烧结废气总量的30~50%。
参与热风烧结的高温中硫段烧结废气补充富氧空气后进入烧结机。
所述低温低硫段烧结废气经除尘处理后排放;所述中温高硫段烧结废气的经除尘处理后再脱硫,达到国家排放标准后排放;所述高温中硫段烧结废气经除尘处理后再与环冷废气混合。
一种实现所述工艺的系统,所述系统包括烧结机1,所述烧结机1的风箱分为低温低硫段、中温高硫段和高温中硫段;所述低温低硫段与烟囱10连接;所述中温高硫段连接脱硫装置9后再连接烟囱10;所述高温中硫段连接混合室6后,一路连接烧结机1的热风罩4,另一路连接烧结机1的点火炉2,所述混合室6还连接有环冷机7。
所述低温低硫段连接除尘装置后再连接烟囱10;所述中温高硫段连接除尘装置后再连接脱硫装置9;所述高温中硫段连接除尘装置8后再连接混合室6。
所述除尘装置为惯性除尘器、布袋除尘器或电袋除尘器中的一种或至少两种的组合;
所述脱硫装置为循环流化床半干法脱硫装置、SDA脱硫装置或湿法脱硫装置中的一种或至少两种的组合。
所述烧结机1的热风罩4开有圆形布风孔;
其中富氧空气入口处具有导流板,使气流分布发生倾斜;高温段循环废气为均匀布风,相邻布风孔按正三角形排列(相邻3个布风孔圆心相连为正三角形)。
所述烧结机1机头机尾处设有机罩,能够对烧结废气形成密封作用,其密封方式为迷宫式密封。
具体实施例
如图1所示,通过调节余热管道阀门来控制热风流量,并调节富氧水平,使风箱抽出的烧结废气分为3段水平。从烧结机1机头点火器算起,①-号风箱为低温低硫段,中温高硫段,为高温中硫段。通过管路引出①-号风箱低温低硫段烧结废气,号风箱中温高硫段烧结废气,低温低硫段烧结废气通过引风机引入除尘装置除尘,除尘之后硫含量低于国家排放标准直接排入大气。中温高硫段烧结废气通入除尘之后进入脱硫装置9,硫含量达到国家排放标准,最后排入大气。高温中硫段烧结废气与环冷废气在混合室6混合,经引风机5引入热风罩4和点火炉2,对烧结矿进行热风点火和热风烧结,一方面降低燃料消耗,一方面提高烧结矿的烧结质量。而且高温下,可以使烧结废气中的二噁英裂解。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的实施思路,并不是唯一的结构特征以及方法,但本发明并不局限于上述详细结构特征以及方法,即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征以及方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种节能环保型烧结废气余热利用和污染物净化工艺,其特征在于,根据废气温度和污染物排放特征,将烧结机产生的烧结废气分为低温低硫段烧结废气、中温高硫段烧结废气和高温中硫段烧结废气;
低温低硫段烧结废气直接排放;中温高硫段烧结废气经脱硫处理后排放;高温中硫段烧结废气与环冷废气混合后引入烧结机,进行热风点火与热风烧结。
2.如权利要求1所述的工艺,其特征在于,通过区域热力学调节,调控烧结机中废气温度和硫氮氧化物浓度的分布,从而对低温低硫段烧结废气、中温高硫段烧结废气和高温中硫段烧结废气进行具体调节。
3.如权利要求1或2所述的工艺,其特征在于,通过区域热力学调节,使低温低硫段烧结废气温度为70~100℃,中温高硫段烧结废气温度为100~150℃,高温中硫段烧结废气温度150~350℃。
4.如权利要求1-3之一所述的工艺,其特征在于,与高温中硫段烧结废气混合的环冷废气占环冷废气总量的15~30%。
5.如权利要求1-4之一所述的工艺,其特征在于,引入烧结机的中温高硫段烧结废气占中温高硫段烧结废气总量的30~50%。
6.如权利要求1-5之一所述的工艺,其特征在于,参与热风烧结的高温中硫段烧结废气补充富氧空气后进入烧结机。
7.如权利要求1-6之一所述的工艺,其特征在于,所述低温低硫段烧结废气经除尘后直接排放;
优选地,所述中温高硫段烧结废气经除尘、脱硫处理后排放;
优选地,所述高温中硫段烧结废气经除尘处理后再与环冷废气混合。
8.一种实现如权利要求1-7之一所述工艺的系统,所述系统包括烧结机(1),其特征在于,所述烧结机(1)的风箱分为低温低硫段、中温高硫段和高温中硫段;所述低温低硫段与烟囱(10)连接;所述中温高硫段连接脱硫装置(9)后再连接烟囱(10);所述高温中硫段连接混合室(6)后,一路连接烧结机(1)的热风罩(4),另一路连接烧结机(1)的点火炉(2),所述混合室(6)同时连接环冷机(7)。
9.如权利要求8所述的系统,其特征在于,所述低温低硫段连接除尘装置后再连接烟囱(10);
优选地,所述中温高硫段连接除尘装置后再连接脱硫装置(9);
优选地,所述高温中硫段连接除尘装置(8)后再连接混合室(6);
优选地,所述除尘装置为惯性除尘器、布袋除尘器或电袋除尘器中的一种或至少两种的组合;
优选地,所述脱硫装置为循环流化床半干法脱硫装置、SDA脱硫装置或湿法脱硫装置中的一种或至少两种的组合。
10.如权利要求8或9所述的系统,其特征在于,所述烧结机(1)的热风罩(4)开有圆形布风孔;
优选地,富氧空气入口处具有导流板,使气流分布发生倾斜;高温段循环废气为均匀布风,相邻布风孔按正三角形排列;
优选地,所述烧结机(1)机头机尾处设有机罩(3),能够对烧结废气形成密封作用,其密封方式为迷宫式密封。
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