CN105091615B - 一种铁矿烧结烟气污染物的综合处理方法 - Google Patents

Abstract

一种铁矿烧结烟气污染物的综合处理方法，根据烧结机不同位置烧结烟气性质不同的特点，将烧结机从机头至机尾依次分为I、II、III、Ⅳ、Ⅴ五个区：I区长度占烧结机长度的1/12，Ⅱ区长度占烧结机长度的1/4~3/10，Ⅲ区长度占烧结机长度的1/5~1/4，Ⅳ区长度占烧结机长度的1/4，Ⅴ区长度占烧结机长度的1/6；将Ⅰ区、Ⅲ区与Ⅴ区的烟气通过循环烟道循环到烧结机的烟罩中，烟气循环比例达到45%~50%，并控制进入烧结料层的烟气特性为：温度为200~250℃、O₂≥17%、CO₂≤6%、H₂O(g)≤8%、SO₂≤500ppm；将Ⅱ区与Ⅳ区的烟气经活性炭综合脱硫脱硝系统处理后排出。

Description

一种铁矿烧结烟气污染物的综合处理方法

技术领域

本发明涉及一种铁矿烧结过程节能减排的方法，尤其涉及一种铁矿烧结烟气污染物的综合处理方法。

背景技术

铁矿烧结工艺是钢铁工业烟气污染物的主要污染源，其排放的废气量占钢铁工业的总废气量的40%。烧结烟气是经混合料点火后，随台车的运行，在烧结高温成型过程中所产生的含尘废气，其主要特点是： ①由于漏风及返矿率高的影响，烧结烟气量比较大，每生产1t烧结矿大约同时产生4000~6000m³烟气。②烧结烟气温度较高，特别是烧结终点附近的几个风箱。大烟道中的烟气温度一般在120~180℃。③粉尘含量高，烧结烟气中的粉尘主要来自于燃料燃烧所产生的灰分以及烧结料层干燥预热过程所发生的干粉脱落，其主要组成包括有金属、金属氧化物或不完全燃烧物质等，一般浓度达10g/Nm³，平均粒径为13~35um。④水蒸汽含量大。为了提高烧结混合料的透气性以及保证烧结过程的良好导热，混合料中需配入适宜的水分。在烧结进行过程，混合料中的水分受热蒸发释放到风箱中。⑤含有腐蚀性气体。在高温条件下，混合料中的S、N等元素被氧化，释放一定量的硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）。同时，烧结混合料中的Cl、F容易形成氯化氢（HCl）、氟化氢（HF）等。 ⑥COx（CO₂+CO）含量较高，其排放量占钢铁工业总排放量的10%。 ⑦烧结大烟道中SO₂浓度较低，导致脱硫系统效率不高。 ⑧烧结烟气中含有大量的重金属（Hg、Pb、Cr、Cu、Cd等）和碱金属（K、Na等）等多种污染物，大多以氧化物形式存在于烧结粉尘中。⑨含有二噁英和呋喃（PCB、PAH和PCDD/F）等高致癌物质，二噁英和呋喃排放量占钢铁工业总排放量的48%，目前钢铁行业的二噁英排放居世界第2位，仅次于垃圾焚烧行业。

2012年国家环保部公布了《重点区域大气污染防治“十二五”规划》和《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》。结合国内烧结厂的排放现状可知，许多的企业都未能达到排放要求。20世纪末，国外研究者，为降低废气处理成本，利用烧结烟气余热，开发出将部分烧结烟气循环利用的烧结新技术。烟气循环烧结新技术具有以下几个特点：①减少烟气排放量，降低尾气处理成本；②利用烧结烟气余热，降低燃耗；③烧结烟气污染物排放量减少。国内外主要有5种烟气循环的工业化烧结技术方案，分别为：EOS、LEEP、HKM、EPOSINT、区域性废气循环技术及宝钢2^#烧结机废气余热循环技术。同时，目前应用于烧结过程的烟气循环技术主要针对某一种或几种烟气污染物所开发工艺，且由于烟气循环比例较低，烧结烟气污染物减排效率较低。因此，有必要开发一种烧结烟气污染物综合治理的高循环比例的烟气循环烧结方法，使得烧结工艺能从容应对越来越严格的环保要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种铁矿烧结烟气污染物的综合处理方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种铁矿烧结烟气污染物的综合处理方法，是采用合理烟气循环结合活性炭处理方法，实现烧结烟气中SOx、NOx、COx、PCDD/Fs和粉尘污染物的综合高效减排；根据烧结机不同位置烧结烟气特性不同的特点，将烧结机从机头至机尾依次分为I、II、III、Ⅳ、Ⅴ五个区：I区为烧结点火段，风箱中烟气的主要特点为高O₂含量和低H₂O(g)，I区长度占烧结机长度的1/12；Ⅱ区为点火结束后至烧结风箱中开始出现SO₂释放，烧结过程较为稳定，呈现为高NOx含量、高COx和高H₂O(g)特点，Ⅱ区长度占烧结机长度的1/4~3/10；Ⅲ区风箱中SO₂的浓度在10≤SO₂≤500ppm范围变化，此时料层的过湿带逐渐缩窄，在下部料层富集的污染物也开始释放到大烟道中，Ⅲ区长度占烧结机长度的1/5~1/4；Ⅳ区是烧结烟气中SO₂和污染物浓度最高的区域，烧结烟气温度开始升高，粉尘释放量增加，风箱中SO₂浓度≥500ppm，Ⅳ区长度占烧结机长度的1/4；Ⅴ区烧结烟气温度最高，且H₂O(g)、SO₂等含量较低，Ⅴ区长度占烧结机长度的1/6；将Ⅰ区、Ⅲ区与Ⅴ区的烟气和部分环冷机冷却热废气循环到烧结机的烟罩中，并控制进入烧结料层的烟气特性为：温度为200~250℃、O₂≥17%、CO₂≤6%、H₂O(g)≤8%、SO₂≤500ppm；Ⅱ区与Ⅳ区的烟气进入外排烟道，脱硫脱硝处理前的烟气特性可控制为：温度110~120℃、O₂8~11%、H₂O(g)11~15%，经活性炭综合脱硫脱硝系统处理后从大烟囱排出。通过控制这两部分烟气的成分，可最大程度减少烟气排放量，同时循环烟气满足烧结要求，并有利于活性炭脱硫脱硝效率。本发明中将Ⅰ区、Ⅴ区的全部高温、高O₂、低H₂O(g)烟气以及Ⅲ区的部分高NOx、低COx、低SOx烟气用于循环，从而使总的循环比例达到45~50%；将Ⅳ区的高H₂O(g)、高SO₂以及Ⅱ区的高NOx、高H₂O(g)烟气经活性炭干法联合脱硫脱硝技术处理后进入烟囱外排。控制进入脱硫脱硝处理前的烟气性质为：110~120℃、O₂8~11%、H₂O(g)11~15%。烟气温度控制在110~120℃，既避免了活性炭自燃，又提高了活性炭活性；而当烟气中有O₂和H₂O(g)存在时，在物理吸附中还发生化学吸附，提升了SO₂脱除效率，降低了SO₂出口浓度；CO气体的存在，有利于CO-NO还原反应的进行，同时SO₂出口浓度的降低，减少了SO₂对NOx还原剂NH₃的消耗，进而消除SO₂对脱硝的负面影响，提高脱硝效率。SO₂脱除率可达到90 %以上，NOx脱除率可超过70 %，同时排出的烟气中粉尘含量小于20 mg/m³。将Ⅳ区以及Ⅱ区的烟气经活性炭干法联合脱硫脱硝技术处理后进入烟囱外排，既减少了系统的烟气处理量，同时通过控制进入脱硫脱硝处理前的烟气性质，可显著地提高SOx、NOx和粉尘等污染物的减排效率。

上述的综合处理方法，优选的，所述烟罩覆盖在整个烧结机中的烧结料面上。

上述的综合处理方法，优选的，进入烧结料层烟气的温度通过兑入环冷机冷却的烟气进行控制，进入烧结料层烟气的氧气含量是通过兑入空气进行控制，使进入烧结料层的气体温度为200~250℃及O₂含量≥17%。

上述的综合处理方法，优选的，通过九辊布料或气流布料，使烧结机表层物料中燃料的质量百分含量比底层物料高0.4~0.8%，降低烧结料层下部燃料燃烧所释放的CO₂量，使得Ⅲ区的风箱中CO₂排放浓度降低，进而控制烧结循环烟道烟气的CO₂含量。

上述的综合处理方法，优选的，利用烧结料层中生石灰消化放热或蒸汽预热混合料等技术，提高烧结料层温度至80-90℃以上，避免过湿带在烧结下部料层形成，使得料层中的H₂O(g)在Ⅱ区的几个风箱集中释放，减少进入Ⅲ区的风箱中H₂O(g)量，进而降低循环烟道中H₂O(g)含，进而控制烧结循环烟道烟气的H₂O(g)含量。

本发明的思路是首先是将烧结机的Ⅰ、Ⅲ区与Ⅴ区烟气用于循环，同时通过向循环烟气罩内鼓入环冷机冷却热废气，保证烟气的温度和成分满足烧结的要求，其次是加强烧结烟气中的H₂O(g)和CO₂在烧结机Ⅱ区的风箱集中释放，降低循环烟气中H₂O(g)和CO₂对烧结过程的影响，最后，将高浓度的SO₂、NOx和粉尘的Ⅱ区与Ⅳ区的烟气进行活性炭烟气联合脱硫脱硝处理，既减少了烟气处理量，又通过控制脱硫脱硝烟气中的烟气温度和成分，提高烟气污染物脱除效率，减少烟气污染物的排放。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明可实现烧结过程的清洁生产，在保证烧结矿产质量指标的前提下，充分利用烧结烟气的余热，节省了能耗；在减少烧结烟气排放量的同时有针对性的对烧结烟气污染物进行综合治理，起到节能减排的作用，可减少烧结过程烟气排放量的45%~50%，SO₂减排率可达到90 %以上，NOx减排率可超过70 %，CO的减排率为30%~40%，排出的烟气粉尘含量小于20 mg/m³。

附图说明

图1为本发明的铁矿烧结过程中烟气循环示意图。

图例说明：1、烧结机；2、空气入口；3、烟罩；4、第一循环烟道；5、环冷机；6、第一风机；7、静电除尘器；8、第二循环烟道；9、I区风箱；10、外排烟道；11、活性炭联合脱硫脱硝系统；12、第二风机；13、烟囱；14、II区风箱；15、III区风箱；16、Ⅳ区风箱；17、Ⅴ区风箱。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。

参见图1，烧结机1 的Ⅰ区、Ⅲ区与Ⅴ区的烟气分别经I区风箱9、III区风箱15、Ⅴ区风箱17通入第二循环烟道8，然后经静电除尘器7、第一风机6、第一循环烟道4和烟罩3循环至烧结机1内，烟罩3 是全覆盖烧结机1的烧结面上；烧结机1内 的Ⅱ区和Ⅳ区的烟气分别经II区风箱14和Ⅳ区风箱16通入外排烟道10，然后送至活性炭联合脱硫脱硝系统11进行综合治理，经第二风机12与烟囱13排出。烧结机1内烟气的氧气含量可通过空气入口2补充空气，烧结机1内烟气的温度通过兑入环冷机5冷却的废气进行控制，环冷机5冷却的废气通过第一循环烟道4进入烧结机1内。

实施例1：

一种本发明的铁矿烧结烟气污染物的综合处理方法，其具体过程如下：在烧结制粒过程中，在烧结料中生石灰消化放出的热量基础上，利用烧结高温蒸汽预热混和料，使得烧结料温度达到80℃；布料时采用九辊布料技术，使得烧结底层物料中焦粉含量比表层物料低0.4%；烧结机风箱共有24个，且在22号风箱达到烧结终点，将机头1~2号风箱（Ⅰ区）、机中11~14号风箱（Ⅲ区）和机尾21~24号风箱（Ⅴ区）的烟气循环至烧结机的烧结料面上，其烟气循环比例为45%；而将机中3~10号风箱（II区）的高H₂O(g)和15~20风箱（Ⅳ区）的高SO₂含量的烟气送至活性炭联合脱硫脱硝系统进行处理，经烟囱排出。为保证烟气的成分满足烧结的要求，向循环烟气罩内鼓入空气，同时环冷机冷却的废气也经过循环烟道进入烟气罩，使得进入烧结料面的气体中O₂的含量为17.66%，CO₂含量为4.83%，H₂O(g)含量为7.06%。与常规烧结相比，采用本实施例的烟气循环烧结和烟气综合治理技术，可减少烟气排放量45%，SO₂脱除率可达到92 %，NOx脱除率为72 %，同时排出的烟气粉尘含量为18 mg/m³。

实施例2：

一种本发明的铁矿烧结烟气污染物的综合处理方法，其具体过程如下：在烧结制粒过程中，在烧结料中生石灰消化放出的热量基础上，利用烧结高温蒸汽预热混和料，使得烧结料温度达到90℃；布料时采用九辊布料技术，使得烧结底层物料中焦粉含量比表层物料低0.8%；烧结机风箱共24个，且在22号风箱达到烧结终点，将机头1~2号风箱（Ⅰ区）、机中11~14号风箱（Ⅲ区）和机尾21~24号风箱（Ⅴ区）的烟气循环至烧结机的烧结料面上，其烟气循环比例为50%；而将机中3~10号风箱（II区）的高H₂O(g)和15~20风箱（Ⅳ区）的高SO₂含量的烟气送至活性炭联合脱硫脱硝系统进行处理，经烟囱排出；为保证烟气的成分满足烧结的要求，向循环烟气罩内鼓入空气，同时环冷机冷却的废气也经过循环烟道进入烟气罩，使得进入烧结料面的气体中O₂的含量为17.06%，CO₂含量为5.47%，H₂O(g)含量为7.62%。与常规烧结相比，采用本实施例烟气循环烧结和烟气综合治理技术，可减少烟气排放量50%，SO₂脱除率可达到95%，NOx脱除率为75 %，同时排出的烟气粉尘含量为10 mg/m³。

Claims (5)

1.一种铁矿烧结烟气污染物的综合处理方法，是采用合理烟气循环结合活性炭处理方法，实现烧结烟气中SOx、NOx、COx、PCDD/Fs和粉尘污染物的综合高效减排；其特征在于：根据烧结机不同位置烧结烟气性质不同的特点，将烧结机从机头至机尾依次分为I、II、III、Ⅳ、Ⅴ五个区：I区长度占烧结机长度的1/12，Ⅱ区长度占烧结机长度的1/4～3/10，Ⅲ区长度占烧结机长度的1/5～1/4，Ⅳ区长度占烧结机长度的1/4，Ⅴ区长度占烧结机长度的1/6；将Ⅰ区、Ⅲ区与Ⅴ区的烟气通过循环烟道循环到烧结机的烟罩中，烟气循环比例达到45％～50％，并控制进入烧结料层的烟气特性为：温度为200～250℃、O₂≥17％、CO₂≤6％、H₂O(g)≤8％、SO₂≤500ppm；将Ⅱ区与Ⅳ区的烟气经活性炭综合脱硫脱硝系统处理后排出，控制进入脱硫脱硝处理前的烟气特性为：温度110～120℃、O₂ 8～11％、H₂O(g)11～15％；通过使烧结机表层物料中燃料的质量百分含量比底层物料高0.4～0.8％控制进入Ⅲ区烟气中CO₂浓度，进而进一步控制循环烟道内烟气的CO₂含量。

2.如权利要求1所述的综合处理方法，其特征在于，所述烟气循环比例通过操作Ⅱ区和Ⅲ区的风箱切换阀进行调控。

3.如权利要求1或2所述的综合处理方法，其特征在于，所述烟罩覆盖在整个烧结机中的烧结料面上。

4.如权利要求2所述的综合处理方法，其特征在于，进入烧结料层烟气的温度通过兑入环冷机冷却的烟气进行控制，进入烧结料层烟气的氧气含量是通过兑入空气进行控制。

5.如权利要求1所述的综合处理方法，其特征在于，通过烧结料层温度至80～90℃控制进入Ⅲ区烟气中H₂O(g)浓度，进而进一步控制循环烟道烟气的H₂O(g)含量。