CN104748567A - 一种烧结烟气余热分级循环利用和污染物减排工艺及系统 - Google Patents

一种烧结烟气余热分级循环利用和污染物减排工艺及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种烧结烟气余热分级循环利用和污染物减排工艺及系统。该工艺根据烟气温度和氧气浓度、湿度的排放特征，将烧结烟气分为低温高氧低湿段烧结烟气、中温低氧高湿段烧结烟气和高温高氧低湿段烧结烟气。低温高氧低湿段烧结烟气经除尘后引入烧结机，用于热风烧结和热风点火；中温低氧高湿段烧结烟气经除尘和脱硫处理；高温高氧低湿段烧结烟气与冷却机废气混合后引入烧结机，用于热风烧结。本发明可以在保证烧结矿质量和产量的前提下，对烟气进行余热分级利用，回收烟气中的低温显热，使烧结烟气剩余的一氧化碳二次燃烧，节省烧结工序能耗；循环利用烟气，降低了单位烧结矿污染物排放量和烧结烟气的排放总量，具有重大的节能减排价值。

Description

一种烧结烟气余热分级循环利用和污染物减排工艺及系统
技术领域
本发明属于冶金行业烧结生产技术领域，涉及一种烧结烟气余热分级循环利用工艺系统，具体涉及一种烧结烟气余热分级循环利用和污染物减排工艺及系统，更具体涉及一种基于烟气不同温度、氧气浓度和湿度排放特征的烧结烟气余热分级循环利用和污染物减排工艺及系统。
背景技术
钢铁产业属于高污染产业，铁矿石烧结生产过程中要产生大量烟气，如一台495m2烧结机正常生产时，排放的烟气量高达每小时120万标准立方米(Nm3/h)以上，此外由于国内烧结机漏风率高(40％～50％)和固体料循环率高，有相当一部分空气没有通过烧结料层，每生产1吨烧结矿大约产生4000～6000m3烟气。烧结烟气主要有烟气量大、温度较高、携带粉尘多、CO含量较高、二氧化硫(SO2)浓度较低、含湿量大、含腐蚀性气体及二噁英类物质等特点，由于烧结烟气排放源集中、总量较大，因此对局部地区大气质量的影响较大，会造成严重的环境污染，因此有必要对烧结烟气进行污染物净化，达到环保减排效果。
钢铁烧结的能耗约占钢铁生产总能耗的8％～10％，仅次于炼铁，是钢铁生产的第二大能耗大户，其中有52％的热量从烧结机主烟道(24％)和冷却机(28％)作为显热排入大气层，据统计，我国烧结工序余热利用率不足30％，烧结烟气利用率基本为零。烧结过程的热量来源中约80％来自固体燃料燃烧，而我国目前烧结工序较国外先进水平平均高出20千克标准煤/吨(kgce/t)，中小型钢铁厂的差距更大，高出约25kgce/t，国内外各厂之间的差距也比较大。因 此，我国烧结节能潜力巨大，实现烧结工序节能降耗，对降低钢铁生产的吨钢能耗，节约生产成本具有重要意义。因此，降低固体燃料消耗和利用烟气显热成为降低烧结工序能耗的主要方向。
烧结过程整体上是一个氧化过程，氧气除了要提供燃料燃烧之外，还要支持烧结矿的成矿，当循环烟气含氧量低于18％时，烧结矿各项理化指标急剧下降，因此，必须确保循环烟气中含氧量。而在烧结混合料燃烧过程中，其含有的水分会完全脱除并以水蒸气的形式进入烧结烟气中，水蒸气的含量会对烧结矿的各项理化指标带来影响，当水蒸气含量高于8％时，烧结矿各项指标都会下降。
烧结烟气余热利用主要分为以下利用方式：1.回收烧结烟气，用作点火、保温炉燃烧用空气，以节省燃气消耗；2.进行热风烧结，改善烧结矿质量；3.采用余热锅炉回收烟气余热生产蒸气：所产蒸气一方面可以用于预热混合料，不仅可以降低固体燃料消耗，还可以减轻烧结过程中的过湿现象；另一方面，蒸汽可以通过汽轮机进行发电。
CN 101893384A通过烟气分段收集烧结矿中的高温空气，并与冷却机废气混合，引入到烧结机中的热风罩内，参与热风烧结。此发明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。但是对于烧结烟气没有分级利用，烧结烟气余热的利用率低，未考虑循环烟气中氧气含量、湿度对烧结矿质量及产量的影响。CN 101024143通过从烧结机主烟道中取一部分烟气返回到烧结机上部的密封罩内进行循环，同时补充烧结机燃烧所需要的氧气，剩余部分烟气经脱硫处理后外排。此发明循环烟气含氧量高，有利于烧结矿中燃料的充分燃烧。但是烧结烟气余热资源利用率低，未考虑烟气中湿度对烧结矿的影响。CN 101832572B通过从烧结机主烟道尾部风箱抽出烟气经余热 锅炉后换热后经脱硫除尘后外排，此发明节省了引风机，通过压强差引入烟气换热，但是未达到污染物减排的作用。CN 104132550A通过将烧结机主烟道分为三段,抽取高温中硫段烟气返回烧结机台车密封罩内循环，同时补充烧结机燃烧所需要的氧气，此发明通过烟气循环达到节能减排的目的，便于烧结烟气脱硫，但是废气循环量小、节能减排效果较低，且未能考虑烟气湿度对烧结矿生产的影响。
发明内容
鉴于上述问题，本发明研究了烧结工序热量分布，考虑到烧结烟气中氧气含量和湿度对烧结矿的影响，对烧结烟气余热进行分级回收，并结合部分冷却机废气循环利用，进而实现节能减排的钢铁厂余热利用工艺。
因此，本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种在保证烧结矿质量和产量前提下，既能增加余热分级利用又能减少污染物总量及浓度控制的烧结烟气余热利用和污染物减排工艺及系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种烧结烟气余热分级循环利用和污染物减排工艺，将烧结机主烟道各风箱烧结烟气根据烧结烟气温度和含氧量、湿度的排放特征，分为低温高氧低湿段烧结烟气、中温低氧高湿段烧结烟气和高温高氧低湿段烧结烟气，其中，低温高氧低湿段烧结烟气引入烧结机，用于热风点火和热风烧结，中温低氧高湿段烧结烟气经脱硫处理后排放，高温高氧低湿段烧结烟气与冷却机废气混合后引入烧结机，用于热风烧结。
本发明通过计算烧结过程各项热收入及热支出量、建立烧结机CFD动态传热模型，调节烧结原料配比、布料厚度、抽风机风门开合度和烧结机运行速度，调控烧结机中烧结烟气温度和氧气、湿度的分布，从而对低温高氧低湿段 烧结烟气、中温低氧高湿段烧结烟气和高温高氧低湿段烧结烟气进行具体调节，从风箱引出，进行烧结机烧结烟气区域耦合排放，达到节能减排的目的。具体实现起来，本发明通过改变烧结原料配比、布料厚度、抽风机风门开合度和烧结机运行速度，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，从而调整烧结烟气温度、氧气及湿度的分布，使烧结烟气分为低温高氧低湿、中温低氧高湿、高温高氧低湿三个排出段，根据其温度、含氧量和湿度分布特点，进行分级处理。通过对烧结烟气的循环使用，既对烧结矿补充了热量，也使未燃烧的一氧化碳再次燃烧，而且进入烧结机的烧结烟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。烧结烟气余热分级利用，节省了燃料，而且在烟气循环中，还能减少单位烧结矿烧结过程中污染物的排放量。
优选地，低温高氧低湿段烧结烟气经除尘后引入烧结机，用于热风点火和热风烧结。
优选地，中温低氧高湿段烧结烟气经除尘和脱硫处理后，SO2达到国家排放标准后外排。
优选地，高温高氧低湿段烧结烟气经除尘处理后再与冷却机废气混合。
本发明将烧结机主烟道头部和尾部风箱(即烧透点位置左右风箱)烟气抽出，经除尘后，与烧结冷却机引出的冷却烟气经混合室混合后，循环回烧结台车烧结料层循环利用，实现了烧结烟气余热的充分利用。
此外，通过上述工艺可以调控烧结机烟气中氧气浓度和湿度，保证烧结矿质量和产量。
优选地，使低温高氧低湿段烧结烟气温度为50～100℃，例如55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃或95℃，中温低氧高湿段烧结烟气温度 为100～250℃，例如110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃或240℃，高温高氧低湿段烧结烟气温度250～350℃，例如260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃或340℃。
优选地，低温高氧低湿段烧结烟气含氧量为18～21％，例如18.2％、18.4％、18.6％、18.8％、19％、19.2％、19.4％、19.6％、19.8％、20％、20.2％、20.4％、20.6％、20.8％、21％、21.2％、21.4％、21.6％或21.8％，中温低氧高湿段烧结烟气含氧量为11～15％，例如11.2％、11.4％、11.6％、11.8％、12％、12.2％、12.4％、12.6％、12.8％、13％、13.2％、13.4％、13.6％、13.8％、14％、14.2％、14.4％、14.6％或14.8％，高温高氧低湿段烧结烟气含氧量为18～21％，例如18.2％、18.4％、18.6％、18.8％、19％、19.2％、19.4％、19.6％、19.8％、20％、20.2％、20.4％、20.6％、20.8％、21％、21.2％、21.4％、21.6％或21.8％。
优选地，低温高氧低湿段烧结烟气湿度为0～4％，例如0.3％、0.6％、0.9％、1.2％、1.5％、1.8％、2.1％、2.4％、2.7％、3％、3.3％、3.6％或3.9％，中温低氧高湿段烧结烟气湿度为4～10％，例如4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％或9.5％，高温高氧低湿段烧结烟气湿度为0～4％，例如0.3％、0.6％、0.9％、1.2％、1.5％、1.8％、2.1％、2.4％、2.7％、3％、3.3％、3.6％或3.9％。
优选地，为了最大限度利用余热资源，与高温高氧低湿段烧结烟气混合的冷却机废气(即冷却机废气中温段(烟温约250℃))占冷却机废气总量的体积百分比为25～35％，例如可选择25.2～29％，26～31％，29.5～32.4％，30.0％等。
优选地，为了最大限度利用余热资源，引入烧结机的高温高氧低湿段烧结烟气占总的烧结烟气量的体积百分比为15～25％，例如可选择15.3～18.5％，17～23％，20.5～22％，23.0％等。高温高氧低湿段烧结烟气位于烧结机烧透点左 右风箱，约占总风箱个数的1/6～1/4烟气。
优选地，为了最大限度利用余热资源、节约污控设施运行成本，引入烧结机的低温高氧低湿段烧结烟气占总烧结烟气量的15％～25％，例如可选择15.3～18.5％，17～23％，20.5～22％，23.0％等。低温高氧低湿段烟气位于烧结机机头点火和保温段，约占总风箱个数的1/5。
所述总烧结烟气量即指，烧结机主烟道各风箱烧结烟气体积的总和。
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高氧低湿段风箱、中温低氧高湿段风箱和高温高氧低湿段风箱；所述低温高氧低湿段风箱分别与烧结机的点火炉和烧结机的密封热风罩连接；所述中温低氧高湿段风箱连接脱硫装置；所述高温高氧低湿段风箱通过混合室与烧结机的密封热风罩相连，所述混合室还连接冷却机。
优选地，所述低温高氧低湿段风箱连接除尘装置后再分别与烧结机点火炉和烧结机的密封热风罩连接。
优选地，所述中温低氧高湿段风箱连接除尘装置后再依次连接脱硫装置和烟囱。
优选地，所述高温高氧低湿段风箱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烟气中粒径较大的颗粒，优选地，所述除尘装置为旋风除尘器、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。
优选地，所述烧结机机头机尾处均设有机罩，其能够对烧结烟气形成密封作用，其密封方式为负压迷宫式密封。
本发明根据烟气温度和含氧量、湿度的排放特征，对烧结烟气进行分级循环，确保烧结矿质量和产量不受影响，降低污染物排放总量。并且，通过合理布置烧结烟气循环系统，根据不同温度段余热品质和热工特性，对烧结烟气进行分级回收、梯级利用，提高了烧结低温余热的回收效率。本发明工艺节能环保，能够实现烧结烟气余热利用和烟气减量排放控制。
本发明所述工艺，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，调节烧结机各风箱氧气浓度、湿度与温度的耦合分布，对烧结烟气余热进行分块利用，合理地提高余热利用效率。考虑氧气含量和湿度对烧结矿的影响，保证循环烟气中的氧含量和含水量，减少补风风机的使用。
2、通过烧结烟气循环，进行热风点火和热风烧结，一氧化碳再次燃烧，可降低工序能耗，可降低烧结工序能耗8％左右(约4.5～5kgce/t-s)。
3、烧结烟气循环进入烧结机，在高温下可以裂解二噁英，氮氧化物经过催化吸收，二噁英类物质浓度降低30％以上，烟气排放总量减少20％以上，有利于环境保护。
4.应用于没有装备余热锅炉的烧结机，节能效果将更加显著，并可节省余热锅炉设备投资。
5.烟气总量大幅度减少，可显著减轻烧结电除尘器和脱硫设备的负荷，降低环保设施运行费用。
附图说明
图1是本发明具体实施例1的系统示意图；
图2是本发明烧结烟气温度、湿度沿烧结机长度的变化规律图；
图3是本发明烧结烟气温度、O2浓度沿烧结机长度的变化规律图。
图中标记如下：
1-烧结机；2-点火炉；3-机罩；4-密封热风罩；5-引风机；6-混合室；7-冷却机；8-除尘装置；9-脱硫装置；10-烟囱；①～④-低温高氧低湿段风箱；⑤～-中温低氧高湿段风箱；-高温高氧低湿段风箱。
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。
具体实施例： 
如图1所示，所述系统包括烧结机1，①～④为低温高氧低湿段风箱、⑤～为中温低氧高湿段风箱，为高温高氧低湿段风箱；所述低温高氧低湿段风箱①～④连接除尘装置后再分别与烧结机1的点火炉2和烧结机1的密封热风罩4连接；所述中温低氧高湿段风箱⑤～连接除尘装置后再依次连接脱硫装置9和烟囱10；所述高温高氧低湿段先连接除尘装置8然后再通过混合室6与烧结机1的密封热风罩4相连，所述混合室6还连接冷却机7。
如图1所示，在一台面积为200m2的烧结机1上，(该烧结机配备1台主排风机，主排气量为100万m3/h)，将该烧结机尾部号风箱中的高温高氧低湿段风箱中的烧结烟气(250℃～350℃，18万m3/h)通过循环管道抽出，通过除尘器8和引风机回引，与通过引风机抽取的来自冷却机7的废气(18万m3/h，200℃)进入混合室6混合后，循环至烧结机1的密封热风罩4内；将烧结机头部①-④号风箱中的低温高氧低湿段风箱中的烧结烟气(50℃～100℃，18万m3/h)通过循环管道抽出，经除尘器和引风机回引，循环至烧结机1的点火炉2和密封热风罩4内循环使用。将烧结机中部⑤～号风箱中的中温低氧高湿段风箱中的烧结烟气通过循环管道抽出，经除尘器和引风机回引，然后经脱硫 装置9脱硫，最后经烟囱10排出。
该实施例可以使烧结主排风机排放的烟气总量减少20％以上，冷却机废气排放量减少30％，吨烧结矿节能4.5～5kgce/t-s。
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)

1.一种烧结烟气余热分级循环利用和污染物减排工艺，将烧结烟气分为低温高氧低湿段烧结烟气、中温低氧高湿段烧结烟气和高温高氧低湿段烧结烟气，其中，低温高氧低湿段烧结烟气引入烧结机，用于热风点火和热风烧结，中温低氧高湿段烧结烟气经脱硫处理后排放，高温高氧低湿段烧结烟气与冷却机废气混合后引入烧结机，用于热风烧结。
2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，通过计算烧结过程各项热收入及热支出量、建立烧结机CFD动态传热模型，调节烧结原料配比、布料厚度、抽风机风门开合度和烧结机运行速度，调控烧结机中烧结烟气温度和氧气、湿度的分布，将烧结烟气分为低温高氧低湿段烧结烟气、中温低氧高湿段烧结烟气和高温高氧低湿段烧结烟气；
优选地，低温高氧低湿段烧结烟气经除尘后引入烧结机，用于热风点火和热风烧结；
优选地，中温低氧高湿段烧结烟气经除尘和脱硫处理后，SO2达到国家排放标准后外排；
优选地，高温高氧低湿段烧结烟气经除尘处理后再与冷却机废气混合。
3.如权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，使低温高氧低湿段烧结烟气温度为50～100℃，中温低氧高湿段烧结烟气温度为100～250℃，高温高氧低湿段烧结烟气温度250～350℃。
4.如权利要求1-3之一所述的工艺，其特征在于，低温高氧低湿段烧结烟气含氧量为18～21％，中温低氧高湿段烧结烟气含氧量为11～15％，高温高氧低湿段烧结烟气含氧量为18～21％。
5.如权利要求1-4之一所述的工艺，其特征在于，低温高氧低湿段烧结烟气湿度为0～4％，中温低氧高湿段烧结烟气湿度为4～10％，高温高氧低湿段烧结烟气湿度为0～4％。
6.如权利要求1-5之一所述的工艺，其特征在于，与高温高氧低湿段烧结烟气混合的冷却机废气占冷却机废气总量的25～35％；
优选地，引入烧结机的高温高氧低湿段烧结烟气占总的烧结烟气量的15～25％；
优选地，引入烧结机的低温高氧低湿段烧结烟气占总烧结烟气量的15％～25％。
7.一种实现如权利要求1-6之一所述烧结烟气余热分级循环利用和污染物减排工艺的系统，所述系统包括烧结机，所述烧结机的风箱分为低温高氧低湿段风箱、中温低氧高湿段风箱和高温高氧低湿段风箱；所述低温高氧低湿段风箱分别与烧结机的点火炉和烧结机的密封热风罩连接；所述中温低氧高湿段风箱连接脱硫装置；所述高温高氧低湿段风箱通过混合室与烧结机的密封热风罩相连，所述混合室还连接冷却机。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述低温高氧低湿段风箱连接除尘装置后再分别与烧结机点火炉和烧结机的密封热风罩连接；
优选地，所述中温低氧高湿段风箱连接除尘装置后再依次连接脱硫装置和烟囱；
优选地，所述高温高氧低湿段风箱连接除尘装置后再连接混合室。
9.如权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述除尘装置为旋风除尘器、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7-9之一所述的系统，其特征在于，所述烧结机机头机尾处均设有机罩，其密封方式为负压迷宫式密封。
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