CN105276999A - 一种烧结烟气余热利用和深度净化方法及其系统 - Google Patents

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杜洪缙
石磊
王如意
俞勇梅
刘道清
田启国
奚赛峰
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Abstract

一种烧结烟气余热利用和深度净化方法及其系统,由烟气循环烧结、粉尘电凝聚、静电除尘、活性炭深度净化、脱附高浓度SO2回收、碎碳粉和除尘灰再利用等工序组成。具体步骤如下:部分烧结烟气自风箱支管引出,经除尘、增压后,再次循环至烧结料层;循环富集后的烧结烟气依次经过粉尘电凝聚装置和电除尘器,进入活性炭深度净化装置进行多种污染物的同步脱除,净化后的烟气由烟囱排出。活性炭深度净化装置所富集的高浓度SO2用于制备硫酸、硫磺等产品,所产生的碎碳粉和除尘灰混合后,返回烧结料层循环利用。本发明不仅能有效利用烧结烟气余热,削减烟气排放量,还能同时除尘、脱SO2、NOx和汞等重金属污染物,具有广泛的推广应用前景。

Description

一种烧结烟气余热利用和深度净化方法及其系统
技术领域
[0001] 本发明涉及烧结烟气净化领域,特别是涉及烧结烟气余热利用和深度净化的新方 法及其系统。
背景技术
[0002] 烧结矿是我国高炉炼铁的主要炉料,约占入炉铁料的70%以上,2012年全国烧结 矿产量超过6亿吨。烧结工序能耗高、废气量大、污染严重、余热利用率低,历来是钢铁企业 低温余热利用和废气治理的重点和难点。
[0003] 烧结烟气是烧结矿用于高炉炼铁时的烧结混合料点火后,随台车运行,在高温烧 结成型过程中所产生的含尘废气。
[0004] 烧结烟气与其它含尘气体有着明显的区别,其主要区别特点是:
[0005] (1)烧结烟气量大,
[0006] 一台450m2的烧结机,产生的烧结烟气量一般在140X 104Nm3/h ;
[0007] (2)烟气波动范围宽,
[0008] 烟气波动范围一般是设计烟气量的0. 5~1. 5倍,这给后续净化装置的选型参数 设计提出了严峻挑战;
[0009] (3)烟气中污染物含量波动大,
[0010] 如随着烧结混合料的含硫量、料层厚度、空气过剩系数、烧结温度、碱度等工况的 变化,烟气中S02波动范围一般为300~2000mg/m3, NOx波动范围一般为100~700mg/m3, 其下限甚至比燃煤锅炉烟气湿法脱硫后的排烟浓度更低;
[0011] (4)经电除尘后的烟气温度变化范围大,
[0012] 经电除尘后的烟气温度通常在80~160°C,最高200°C ;
[0013] (5)烧结烟尘粒径细,
[0014] 烧结烟尘粒径在微米级和亚微米级的占60%以上,其主要成分是矿物组分及其氧 化物,氧化铁粉占40 %以上,其上富集有重金属、碱金属、二恶英等有害物质;
[0015] (6)烟气中HC1、HF及卤化物含量高,
[0016] 烟气中HC1、HF及卤化物含量在通常为电厂燃煤烟气的5倍以上;
[0017] (7)烟气含氧量高,
[0018] 烟气含氧量通常在16%左右,原高于电厂燃煤烟气含氧量(一般6% );
[0019] (8)含湿量大,
[0020] 为了提高烧结混合料的透气性,混合料在烧结前必须加适量的水制成小球,所以 烧结烟气中水分体积含量一般在10 %左右;
[0021] (9)烟气成分复杂,
[0022] 烟气成分,特别是不同烧结支管的烟气成分,如NOx,S02, C0,以及二恶英、PAHs、 P⑶F、VOCs等有机污染物含量各异,在主抽烟道一旦混合,就增加了后续治理的难度。
[0023] 烧结烟气的净化技术沿革可分为三个阶段。第一阶段以除尘为主,第二阶段以脱 硫为主,第三阶段在脱硫脱硝的同时,还兼顾了二恶英、汞、重金属、微细粉尘等污染物的脱 除。我国目前第一阶段完成,第二阶段已开始启动,第三阶段尚在探索之中。
[0024] 近年来,我国燃煤电厂脱硫设施已强制增设完毕,为进一步改善大气污染状况,国 务院《"十二五"节能减排综合性工作方案》已将烧结烟气的深度净化提上日程。随着我国 对钢铁工业二氧化硫减排工作的大力推进,宝钢、柳钢、济钢、包钢、石钢、三钢、攀钢等企业 已陆续兴建数十套烧结烟气净化设施。
[0025] 借鉴电厂烟气治理的经验,国内烧结烟气净化方法往往侧重于除尘后脱硫方 法的技术经济比选,如有关石灰/石灰石-石膏法(CN101890291A、CN2629812Y等专 利)、氨法(CN201658945U等专利)、氧化镁法(CN1733656A、CN1762550A等专利)、双 碱法(CN101862589A等专利)等的湿法方法,及有关LJS循环流化床(CN101306311A、 CN101532782A等专利)、旋转喷雾法(CN102380308A等专利)、LEC法、NID法、MER0S法、电 子束辐照法、ENS法、密相干塔法等的干法/半干法方法进行反复论证,并根据自身条件做 出选择。
[0026] 自2007年国内首套烧结烟气脱硫工程在梅钢3号烧结机投运以来(沈晓林等, 2009,宝钢技术,第3期),国内数十台烧结烟气脱硫装置的运行实践表明,无论所述湿法还 是干法,都存在一系列问题,亟待改进。例如,湿法方法占地大、防腐成本高、脱硫塔易结垢、 附属设备磨损严重、脱硫废水需要单独处理、无法消除湿烟气排放产生的烟囱雨问题;以循 环流化床为代表的干法/半干法方法运行费用高、易塌床糊袋、运行控制困难、吸收剂利用 率和脱硫率较低、脱硫灰资源化难度大。
[0027] 此外,无论所述干法、湿法脱硫方法,都还存在烧结烟气所携带显热浪费、全烟气 量处理导致风机和脱硫装置投资运行费用高、外排烟气侧重于脱硫而造成NOx、重金属、二 恶英类污染物超标,副产物利用途径少甚至只能堆积弃置等问题。
[0028] 为解决现有烟气净化方法存在的问题,国内外研究人员围绕脱硫、脱硝、脱二恶英 等深度净化技术,开展了一些有益的探索。如CN144228A专利提出了利用蜂窝煤陶瓷净化 烟气的方法,虽然脱硫效率较高,但烟气阻力大、能耗高。如CN101024143A专利公开了一 种烧结烟气循环富集的脱硫方法及装置,但该方法烟气循环过程中需补充高浓度氧气,以 保证燃烧需要,导致运行费用高,产业化应用难度大。又如CN2813075Y专利在反应器前的 烟道上将吸收剂喷入,则造成烟道拐弯处物料堆积,不利于烟气的顺畅流动,甚至影响整套 脱硫装置的安全运行。又如CN101732971A专利将湿法脱硫塔和干法袋式除尘器组合在一 起净化烧结烟气,容易造成糊袋现象,工程上难以实现;CN102430318A专利适用于粉尘含 量较低的电厂烟气,粉尘含量一旦增高,就会引起活性炭的堵塞,导致运行成本急剧增加。 200410038037. X专利采用活性炭分别脱硫和脱硝的两段移动床,装置体积庞大、设备投资 高、污染物脱除过程中活性炭机械损耗高,并且没有说明废活性炭的处置途径。CN1864809A 将含有污染物的烟气通过喷射有粉状活性炭的烟气管道,以吸附污染物,因停留时间短、流 场紊乱,实际很难达到理想的脱除效率,同时由于活性炭粒径细、粘附性强、易燃,还会给后 续除尘系统带来安全隐患。再有,CN101298962A专利涉及的烧结余热分级回收与梯级利 用方法,是将烧结烟气中温度较高的部分直接热回收,会出现烟气因未进行脱硫而造成S02 超标排放的现象,同时剩余部分直接外排的烟气因温度较低S02浓度较高而可能对烟气管 道产生露点腐蚀。
[0029] 综上所述,烧结烟气的净化方法不能简单套用燃煤电厂的"成熟"方法,而需针对 烧结烟气的特性和我国国情,开发一种融烧结余热利用、污染物深度脱除和改善烧结矿质 量为一体的新型技术。
发明内容
[0030] 针对烧结烟气烟气参数(烟温、烟气量、污染物成分、含尘量等)波动频繁、烟尘粒 径细、污染物含量高、烟气含氧多、余热回用潜力大等特性,以及以往常规烟气净化方法侧 重于除尘后烟气脱硫的局限性及方法自身的缺陷,本发明的目的在于:提供一种烧结烟气 余热利用和深度净化方法及其系统,所述烧结烟气余热利用和深度净化方法及其系统,由 烟气循环烧结、粉尘电凝聚、静电除尘、活性炭深度净化、脱附高浓度S02回收、碎碳粉和除 尘灰再利用等工序组成,部分烧结烟气自风箱支管引出,经除尘、增压后,再次循环至烧结 料层;循环富集后的烧结烟气依次经过粉尘电凝聚装置和电除尘器,进入活性炭深度净化 装置进行多种污染物的同步脱除,净化后的烟气由烟@排出。活性炭深度净化装置所富集 的高浓度S02用于制备硫酸、硫磺等产品,所产生的碎碳粉和除尘灰混合后,返回烧结料层 循环利用。
[0031] 本发明的方法及其系统为一适合国情、利于节能、方法可靠、多种污染物可同步脱 除的烧结烟气余热利用和深度净化方法及其系统。
[0032] 本发明的一种烧结烟气余热利用和深度净化方法的技术方案如下:
[0033] -种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于,包括下述步骤:
[0034] (4)烟气循环烧结,部分烧结烟气自风箱支管引出,经除尘、增压后,再次循环至烧 结料层;
[0035] (5)粉尘电凝聚和静电除尘,循环富集后的烧结烟气依次经过粉尘电凝聚装置和 电除尘器,
[0036] (6)活性炭深度净化,烧结烟气进入活性炭深度净化装置进行多种污染物的同步 脱除,
[0037] (6)高浓度S02回收碎碳粉,净化后的烧结烟气由烟囱排出,由活性炭深度净化装 置所富集的商浓度S02用于制备硫酸、硫横等广品,及
[0038] (7)除尘灰再利用,
[0039] 所产生的碎碳粉和除尘灰混合后,返回烧结料层循环利用。
[0040] 在步骤(1),烟气循环烧结
[0041] 烧结烟气循环烧结的原理:烧结机部分热废气被再次引入到烧结方法过程中,高 温热烟气再次循环通过烧结料层时,因热交换和烧结料层的自动蓄热作用可以将废气的低 温显热供给烧结混合料,循环烟气中的C0重新燃烧,达到余热利用、节省烧结方法能耗的 效果。
[0042] 另外,热烟气中的二恶英、PAHs、V0C等有机污染物在通过烧结料层中高达1300°C 以上的烧结带时被激烈分解,NOx也可经热分解部分被破坏,由此可以显著减少NOx、二恶 英等有机污染物的排放量。同时,烟气经循环烧结之后,不仅烟气排放量减少,且带来烟气 参数(烟气量、烟温、烟气成分等)稳定、S02和重金属、卤化物(HC1、HF)富集等多重效果, 为后续净化设施的选择提供了便利条件。
[0043] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于,
[0044] 所述部分烧结烟气,为取自烧结机头部、中部、尾部风箱支管的烟气,其烟气量占 主抽大烟道总排放量的10 %~100%。
[0045] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于,
[0046] 为确保循环风量进入料层均匀以及烧结料层含氧量充足,同时抽取头部和尾部风 箱支管的烟气,循环至位于烧结料层中部上方的循环烟气罩内,循环烟气量为40~60%。 [0047] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,所述部分烧结烟气,通 过相应风箱支管的烟气三通切换阀,实现烟气循环系统和主抽烟道混合系统的切换。在烧 结烟气全烟气量循环时,烟气全部切换至循环系统,此时,大烟道主抽风机可以停止运行。 [0048] 所述部分烧结烟气进行循环系统之后,经过除尘,再由烟气循环风机增压,经循环 烟道、烟气密封罩抵达烧结料层上方,以实现循环烧结的目的。
[0049] 循环烟气需除尘的原因:烧结烟气含尘浓度大(4~10g/m3),固体颗粒粗大、棱角 锋利、磨琢性强,管道内风速高(10~20m/s),如不除尘,循环风机叶轮极易磨损,影响使用 寿命。
[0050] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于,
[0051] 除尘器可选自旋风除尘器、多管除尘器、重力除尘器、惯性除尘器中的一种及其组 合,除尘后出口粉尘浓度在400mg/m3以下。
[0052] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于,
[0053] 选择循环风机压升选型,使得烟气循环至烧结料层上方时,气压为_200Pa~ +100Pa〇
[0054] 根据本发明,设置循环风机的原因:烧结烟气负压(_15000Pa以上)高且波动量 大,烟气循环管路需增设风机,以克服负压,并将烟气循环至烧结料层上方。
[0055] 根据本发明,循环烧结对NOx的脱除效果如下:
[0056] 发明人通过对氮氧化物的形成和烧结机各风箱烟气中氮氧化物浓度变化规律的 研究,发现:从烧结机机头开始至机尾方向大约20%处到70%处之间的区域为氮氧化物高 浓度区域,此区域(烧结机中部区域)的烟气量大约占整台烧结机总烟气量的40%-60%, 而NOx总量则要占到整台烧结机产生总量的70%~85% ;其它区域(机头、机尾区域)为 氮氧化物低浓度区域,NOx产生量则只占到整台烧结机产生总量的15%~30%。因此,将烧 结机中部区域高浓度烟气循环到烧结机台车用作助燃气体,发现烟气中的绝大部分NOx都 可以被烧结料层中的某些物质分解,循环后烟气中的NOx浓度略有升高。而仅通过烟气循 环,就可以使整台烧结机NOx的排放总量减少30%~50%,这为后续NOx的深度净化创造 了良好条件。
[0057] 根据本发明,循环烧结对二恶英的脱除效果如下:
[0058] 发明人通过对二恶英的形成和烧结机各风箱烟气中氮氧化物浓度变化规律的研 究,发现:从烧结机机头开始至机尾方向大约40%处到90%处之间的区域为氮氧化物高浓 度区域(浓度峰值大致出现在80%处),此区域(烧结机中部区域)的烟气量大约占整台烧 结机总烟气量的40% -70%,而二恶英总量则要占到整台烧结机产生总量的70%~90% ; 其它区域(机头、机尾区域)为二恶英低浓度区域,二恶英产生量则只占到整台烧结机产生 总量的20%~30% (烟气量为总烟气量的30%~60%)。因此,将烧结机中部区域高浓度 烟气循环到烧结机台车用作助燃气体,发现烟气中的绝大部分二恶英(PCDD/PCDF)、多氯联 苯(PCB)、多环芳香烃(PAH)、挥发性有机物(VOC)等有机物、都可以在高达1300°C以上的烧 结带中会被快速分解、转化,通过烟气循环,就可以使整台烧结机二恶英及其它有机污染物 的排放总量减少40 %~60%,从而达到不增加建设投资和运行成本达到多种污染物减排 的目的。
[0059] 根据本发明,循环烧结的烟气减量和S02富集效果如下:
[0060] 未循环烧结之前,低浓度、大烟气量的烧结烟气直接进入后续除尘、脱硫脱硝设 施,导致烟气净化系统一次性投资和运行成本大幅提高;烟气循环烧结之后,由于需要处理 的烟气量减少了 30%~50% (相对于全烟气处理),可以大幅度降低深度净化装置的建设 投资及其运行成本,同时,因 S02富集程度高(浓度提高了 50~100% ),不仅有利于提高 脱硫效率,也为硫资源的回收利用创造了条件。
[0061] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于,
[0062] 在步骤(2),粉尘电凝聚和静电除尘,所述的电凝聚装置,位于烧结废气主抽烟道 之后,静电除尘器之前。
[0063] 电除尘器由于其高效稳定、工作可靠、维护简便等特点,在烧结烟气除尘中得到了 广泛应用。近年来,随着环保标准的日益提高,许多在旧的环保标准下建造的电除尘器烟粉 尘排放超标,急需除尘提效改造。为应对新形势,电除尘器改造通常采用电改袋、增大设备 规格、增加电场数等常规措施,但因存在改造费用高、施工周期长、受场地局限等不利因素 影响,通常难以实现。
[0064] 发明人的研究表明,应用于烧结烟气除尘的静电除尘器,由于除尘机理限制,对 1 μ m以下的微细粉尘捕集效率较低,所以总粉尘排放浓度虽然不高,但主要为微细粉尘。据 统计,对常规电除尘器而言,?11((1&彡1以111)穿透率在60%以上。
[0065] 微细粉尘电凝聚的机理:通过外加电场的电凝聚作用,将微细颗粒附着在较大颗 粒上,从而提高对微细颗粒的捕集效率。发明人的研究表明,前置电凝聚装置,针对性强、性 能优越、易于实施,可明显缓解后续静电除尘器的处理负荷,减少电场配置数量,从而降低 了传统除尘设施的占地和投资费用。
[0066] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于,
[0067] 在步骤(2),本发明所述的电凝聚装置由电凝聚壳体(含烟气进口、烟气出口)、壳 体内数排彼此平行设置的接地极板、沿相邻两排接地极板长度方向设置的放电线、导流板、 供电电源、粉尘捕集装置等部件组成。
[0068] 两个相邻接地极板间构成微细颗粒物的通道,微细颗粒物随着气流被导入间隔布 置的正负放电通道内时,分别被荷上正、负电荷,在继续行进的过程中,受电场力的作用向 相邻通道迁移,通过接地极板细孔时,与相向而来的相邻通道的微细颗粒物发生碰撞凝聚, 形成较大的粗颗粒。
[0069] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于,
[0070] 在步骤(2),电凝聚装置中的接地极板分别固定于所述壳体内电极组中的每两个 电极之间,所有接地极板连接一起,并与接地网连接;接地板上均匀密布有通孔,开孔率为 30~80%,所述孔径为20~50mm。
[0071] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于,
[0072] 在步骤(2),电凝聚装置中,同排放电线通有相同极性的高压,相邻两排放电线通 有不同极性的高压,以使相邻接地极板之间形成正、负间隔的放电通道。
[0073] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于,
[0074] 在步骤(2),所述各放电线的针尖方向平行或垂直于接地极板;放电线为管状芒 刺线、锯齿线、角钢芒刺线或针刺线的一种。
[0075] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,电凝聚装置的导流板, 也称为挡板,设置于相应的放电通道的末端,以促进微细颗粒物强制凝聚,并减少气流方向 的阻力。
[0076] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,粉尘捕集装置,用于收 集电凝聚过程落下的粗粒粉尘,位于所述通道的尾端,设置在导流板的下部。
[0077] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,所述供电电源,为正、 负高压电源,分别为正、负40~120kV。
[0078] 本发明的静电除尘,使用三电场或四电场的常规静电除尘器。烧结烟气微细粉尘 经过电凝聚的前处理,再次通过静电除尘器时,更易被脱除,因此,可大幅提高除尘效率。
[0079] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于,
[0080] 在步骤(4),活性炭深度净化,本套活性碳深度净化装置由吸附反应器、脱附再生 器、吸附后活性炭储罐、再生后活性炭储罐、尾气净化装置、副产物转化装置等、喷氨装置、 新鲜活性炭添加装置、废活性炭筛分装置和烧结布料装置等组成,各装置之间通过相应输 送管路和控制部件连接,以实现烧结废气的深度净化功能。
[0081] 在各种烟气净化技术中,活性碳(或称活性焦)烟气净化技术是一种以活性炭为 净化介质,能联合脱除烟气中的S02、NOx、汞、二恶英及粉尘,并能节水与回收硫资源的烟气 净化技术,具有高度环保、深度节水、集成净化和可资源化的特点,是适应我国缺水地区燃 煤火电烟气脱硫和我国多数钢铁厂烧结脱硫以及集成净化的先进烟气净化技术。
[0082] 目前,国内多采用单独脱除技术来控制各种污染物排放,但随着污染物控制种类 的不断增加,污染物控制设备将会不断增设,这样不仅使系统的投资、运行、维护等费用不 断增加,且占地面积大,系统构成复杂,将带来许多新的难题。在此情况下,高效的多种污染 物协同脱除技术将成为一种新的发展趋势。此外,我国又是世界上水资源严重缺乏的国家 之一,国家鼓励水资源匮乏地区的燃煤电站采用节水的干法、半干法烟气净化技术。
[0083] 深度净化机理:污染物的脱除主要是通过烟气中的S02、NOx等组分在活性碳上吸 附、催化氧化和脱附反应实现的。烟气经过活性碳床层时,在110~150°c的适宜条件下, 烟气中的S02、N0x与氧气及水蒸气在活性碳上发生化学吸附,生成硫酸和硫酸铵,贮存在活 性炭的微孔内;同时重金属、挥发性有机物、微细粉尘、二恶英、卤化氢等污染物也一并被吸 附。吸附饱和的活性炭在重力的作用下移出吸附塔,经过物料输送系统输送到脱附再生塔, 经过预热段预热后,在加热段380~480°C的温度下解吸,活性炭所吸附的H2S04、与活性炭 反应被还原为S02,同时硫酸铵受热分解成N2、H20、S02,浓S0 2脱附气被导出,活性炭经过冷 却段冷却再生后,输送到吸附反应塔上部完成一个循环。
[0084] 具体深度净化过程为:
[0085] A,经除尘后的烧结废气从吸附反应器底部通入,与自上而下缓慢运动的活性炭错 流接触,脱除废气中的S02、NOx、二恶英、汞、卤化物、重金属等污染组分,净化后的气体由风 机引至烟囱排放;
[0086] B,吸附反应器中部设有喷氨装置,通过喷氨,在吸附反应器上部强化废气中NOx 的脱除效果;
[0087] C,吸附饱和后的活性炭进入吸附后活性炭储罐,并通过输送管路进入脱附再生 器,再生后的活性炭,经筛分后,大部分通过输送管路、与补充的新鲜活性炭一道进入吸附 反应器,循环使用。
[0088] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于,
[0089] 在步骤(4),活性炭深度净化,所述吸附反应器选自复合层双段错流移动床、一体 化径向移动床、一体化对流移动床中的一种,分为脱硝段和脱硫段,上段以脱硝为主,下部 以脱硫为主,上下段采用段间溜管连接,整个床层兼有脱汞、脱二恶英和脱除微细粉尘的作 用。
[0090] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于,
[0091] 在步骤(4),活性炭深度净化,所述脱附再生器用于对所述吸附反应器排出的活性 炭进行再生;
[0092] 所述脱附再生器为在一密闭壳体四周密布管道的列管式结构,包括预热区、再生 区和冷却区;
[0093] 所述脱附再生器中加热介质为氮气、热蒸汽、热空气或高温熔盐中一种,所述冷却 介质为氮气。
[0094] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于,
[0095] 所述废活性炭筛分装置位于所述再生后活性炭储罐的上方,用于对再生后的活性 炭进行筛分,粒径小于1. 5mm碎活性炭被剔除、进行资源化利用,其余活性炭重新进入到吸 附反应器进行循环使用。
[0096] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于,
[0097] 在步骤(4),所述活性炭深度净化的方法参数为:吸附温度70~140°C,脱附温度 为380~480°C,烟气空速300~600h-l,氨气浓度为烟气中的NOx浓度的1. 0~2. 0倍。
[0098] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,在步骤(5)高浓度S02 回收,脱附后产生的尾气,进入尾气净化装置,经净化后,送至副产物转化装置,生产硫璜、 硫酸、液体S02、硫酸铵等含硫化工产品。
[0099] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,在步骤(6)碎碳粉和除 尘灰再利用,再生后活性炭储罐所排出的少部分活性炭(主要指磨损产生的粉屑、碎粒,粒 径小于1_)筛分后外排,与电除尘器、电凝聚装置产生的除尘灰一道,通过烧结布料装置 返回烧结机机头,作为配料重新利用。
[0100] 本发明又在于提供一种烧结烟气余热利用和深度净化系统,其技术方案如下:
[0101] -种烧结烟气余热利用和深度净化系统,其特征在于,包括下述单元:
[0102] (1)烟气循环烧结单元,部分烧结烟气自风箱支管引出,经除尘、增压后,再次循环 至烧结料层;
[0103] (2)粉尘电凝聚单元和静电除尘单元,循环富集后的烧结烟气依次经过粉尘电凝 聚装置和电除尘器,
[0104] (3)活性炭深度净化单元,烧结烟气进入活性炭深度净化装置进行多种污染物的 同步脱除,
[0105] (4)高浓度S02回收碎碳粉单元,净化后的烧结烟气由烟囱排出,由活性炭深度净 化装置所富集的高浓度S02用于制备硫酸、硫磺等产品,及
[0106] (5)除尘灰再利用单元,
[0107] 所产生的碎碳粉和除尘灰混合后,返回烧结料层循环利用。
[0108] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化系统,其特征在于,
[0109] 所述部分烧结烟气,为取自烧结机头部、中部、尾部风箱支管的烟气,其烟气量占 主抽大烟道总排放量的10 %~100%。
[0110] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化系统,其特征在于,
[0111] 为确保循环风量进入料层均匀以及烧结料层含氧量充足,同时抽取头部和尾部风 箱支管的烟气,循环至位于烧结料层中部上方的循环烟气罩内,循环烟气量为40~60%。
[0112] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化系统,其特征在于,
[0113] 在单元(2),本发明所述的电凝聚装置由电凝聚壳体(含烟气进口、烟气出口)、壳 体内数排彼此平行设置的接地极板、沿相邻两排接地极板长度方向设置的放电线、导流板、 供电电源、粉尘捕集装置等部件组成。
[0114] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化系统,其特征在于,
[0115] 除尘器可选自旋风除尘器、多管除尘器、重力除尘器、惯性除尘器中的一种及其组 合,除尘后出口粉尘浓度在400mg/m3以下。
[0116] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化系统,其特征在于,
[0117] 在单元(2),粉尘电凝聚和静电除尘,所述的电凝聚装置,位于烧结废气主抽烟道 之后,静电除尘器之前。
[0118] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化系统,其特征在于,
[0119] 在单元(2),电凝聚装置中的接地极板分别固定于所述壳体内电极组中的每两个 电极之间,所有接地极板连接一起,并与接地网连接;接地板上均匀密布有通孔,开孔率为 30~80%,所述孔径为20~50mm。
[0120] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化系统,其特征在于,
[0121] 在单元(2),电凝聚装置中,同排放电线通有相同极性的高压,相邻两排放电线通 有不同极性的高压,以使相邻接地极板之间形成正、负间隔的放电通道。
[0122] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化系统,其特征在于,
[0123] 在单元(2),所述各放电线的针尖方向平行或垂直于接地极板;放电线为管状芒 刺线、锯齿线、角钢芒刺线或针刺线的一种。
[0124] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化系统,其特征在于,
[0125] 在单元(4),活性炭深度净化,本套活性碳深度净化装置由吸附反应器、脱附再生 器、吸附后活性炭储罐、再生后活性炭储罐、尾气净化装置、副产物转化装置等、喷氨装置、 新鲜活性炭添加装置、废活性炭筛分装置和烧结布料装置等组成,各装置之间通过相应输 送管路和控制部件连接,以实现烧结废气的深度净化功能。
[0126] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化系统,其特征在于,
[0127] 在单元(4),活性炭深度净化,所述吸附反应器选自复合层双段错流移动床、一体 化径向移动床、一体化对流移动床中的一种,分为脱硝段和脱硫段,上段以脱硝为主,下部 以脱硫为主,上下段采用段间溜管连接,整个床层兼有脱汞、脱二恶英和脱除微细粉尘的作 用。
[0128] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化系统,其特征在于,
[0129] 在单元(4),活性炭深度净化,所述脱附再生器用于对所述吸附反应器排出的活性 炭进行再生;
[0130] 所述脱附再生器为在一密闭壳体四周密布管道的列管式结构,包括预热区、再生 区和冷却区;
[0131] 所述脱附再生器中加热介质为氮气、热蒸汽、热空气或高温熔盐中一种,所述冷却 介质为氮气。
[0132] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化系统,其特征在于,
[0133] 所述废活性炭筛分装置位于所述再生后活性炭储罐的上方,用于对再生后的活性 炭进行筛分,粒径小于1. 5mm碎活性炭被剔除、进行资源化利用,其余活性炭重新进入到吸 附反应器进行循环使用。
[0134] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化系统,其特征在于,
[0135] 在单元(4),所述活性炭深度净化的方法参数为:吸附温度70~140°C,脱附温度 为380~480°C,烟气空速300~600h-l,氨气浓度为烟气中的NOx浓度的1. 0~2. 0倍。
[0136] 根据本发明所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法及其系统,具有如下优 占 ·
[0137] (1)通过循环烧结,不仅有效利用了烧结废气余热、初步脱除NOx、二恶英等污染 物,具有明显的节能减排价值;还可富集烧结废气中的S02,并使其浓度稳定在较高的水平, 有利于活性炭深度净化装置中硫资源的回收;
[0138] 烧结废气经循环烧结后,烟气量大为降低、烟气参数趋于稳定(污染物浓度、烟温 等),由此减少了后续除尘和深度净化装置的建设投资、设备占地和运行费用;
[0139] 前置电凝聚、后置静电除尘的组合方法,有利于烧结烟气中微细粉尘凝聚成大颗 粒,不仅可进一步提高静电除尘器对微细粉尘的去除效率、减少除尘电场数量、节省除尘器 的造价和占地;还延长了活性炭吸附饱和的时间(微细粉尘含量高,会堵塞活性炭的空隙, 影响其吸附性能),降低了活性炭再生成本;
[0140] 本发明将循环烧结、微细粉尘电凝聚、活性炭深度净化装置与传统的静电除尘结 合在一起,既有效利用了烧结废气余热,使烟气中多种污染协同去除;又因微细粉尘有效去 除,降低了活性炭深度净化装置的处理成本;同时,整个方法产生的副产物(碎碳粒、废炭 屑、除尘灰等)可返回烧结,作为燃料得到妥善处置;
[0141] (5)本发明占地小、可结合现有烧结工序的相关设备进行改进,改造费用低,具有 方法节水、集成净化、适用性广、高效低耗等多种优点;
[0142] (6)在本发明中,副产物之一,富含浓S02的脱附再生气可作为生产硫酸、硫磺、液 体S02等产品的原料,副产物之二,碎碳粒和除尘灰,可返作烧结燃料,整个方法过程既高度 环保、又有利于资源回收,实现了环保与经济的双赢。
附图说明
[0143] 图1为本发明一种烧结烟气余热利用和深度净化方法流程示意图。
[0144] 图中,1-烧结机台车,11-烧结机风箱支管,12-烧结烟气主抽烟道,13-循环烟气 混合烟道,14-除尘器,15-烟气循环风机,16-循环烟气罩,2-微细粉尘电凝聚装置,21-接 地极板,22-放电线,23-微细粉尘收集装置,24-导流板,25-供电电源,3-静电除尘器, 4_活性炭深度净化装置,41-吸附反应器,42-脱附反应器,43-吸附饱和后活性炭储罐, 44-筛分装置,45-再生后活性炭储罐,46-喷氨装置,47-新鲜活性炭储罐,48-脱附S02净 化装置,49-S02副产物回收装置,5-烧结配料装置,6-风机,7-烟囱。
具体实施方式
[0145] 实施例1
[0146] 某钢铁企业烧结机面积132m2,烧结机台车下共有18个风箱支管,该烧结机配备1 台主排风机,主排大烟道烟气参数波动较大,烟气量45~55Nm3/h,烟温平均220~260°C, 含湿量9. 5~12. 6% (体积比),含氧量13. 4~17. 3% (体积比),各污染物含量及浓度 变化范围较大,典型参数如表1所示。
[0147] 为践行节能减排和循环经济理念,现采用一种新型方法,进行烧结烟气余热利用 和深度净化。具体方法由烟气循环烧结、粉尘电凝聚、静电除尘、活性炭深度净化、高浓度 so2回收、碎碳粉和除尘灰再利用等步骤组成。现结合附图1,按照烟气净化流程,做出进一 步的说明。
[0148] (1)烟气循环烧结
[0149] 烟气循环烧结子系统由烧结机台车1、烧结机风箱支管11、烧结烟气主抽烟道12、 循环烟气混合烟道13、除尘器14、烟气循环风机15、循环烟气罩16等部件组成。
[0150] 取烧结机台车1下部七个风箱支管11 (分别为机头4个支管、机尾3个支管,烟气 循环量约为39% )的烧结烟气,在循环烟气混合烟道13混合后,经过除尘器14、在烟气循 环风机15的作用下,经循环烟气罩16,被再次引入到烧结机台车1中部,进行余热利用和污 染物循环烧结。循环烧结后的烟气在烧结烟气主抽烟道12混合后,进入微细粉尘电凝聚装 置2。
[0151] 除尘器14为旋风除尘器,出口粉尘浓度在400mg/m3以下。烟气循环至烧结机台 车上部循环烟气罩16时,气压为_200Pa~50Pa。
[0152] 如表1所示,经循环烧结后,烟气量减少30%,因烧结余热利用,每吨烧结矿可节 能3. Okgce/t-s,烧结生产率提高5%,N0x、粉尘量、微细粉尘、二恶英、汞、HCl、HF、C0、Cc^P 1(的排放量分别减少了21%、28%、25%、43%、20%、18%、31%、81%、50%和40%,而502 富集量则增加了 52%。
[0153] (2)粉尘电凝聚
[0154] 部分烧结烟气循环烧结后,所排放的烟气在烧结烟气主抽烟道12混合后,再进入 电凝聚装置2。电凝聚装置2由装置本体,壳体内数排彼此平行设置的接地极板21、沿相邻 两排接地极板长度方向设置的放电线22、粉尘捕集装置23、导流板24、供电电源25等部件 组成。两个相邻接地极板21间构成微细颗粒物的通道,微细颗粒物随着气流被导入间隔布 置的正负放电通道内时,分别被荷上正、负电荷,在继续行进的过程中,受电场力的作用向 相邻通道迁移,通过接地极板细孔时,与相向而来的相邻通道的微细颗粒物发生碰撞凝聚, 形成较大的粗颗粒。
[0155] 电凝聚装置2中的接地极板21,分别固定于所述壳体内电极组中的每两个电极之 间,所有接地极板连接一起,并与接地网连接;接地板上均匀密布有通孔,开孔率为50%, 所述孔径为50mm。
[0156] 电凝聚装置2中,同排放电线22通有相同极性的高压,相邻两排放电线通有不同 极性的高压,以使相邻接地极板之间形成正、负间隔的放电通道。各放电线22的针尖方向 平行于接地极板21 ;放电线22为管状芒刺线。
[0157] 粉尘捕集装置23位于电凝聚装置尾端,收集电凝聚过程落下的粗粒粉尘。导流板 24设置于相应的放电通道的末端。供电电源25为正、负高压电源,分别为正、负120kV。
[0158] 如表1所示,经微细粉尘电凝聚之后,烟气量、S02、N0x、二恶英、汞、HCl、HF、C0、Cd 和K的排放量变化不大,粉尘量和微细粉尘量分别降低了 23. 3%和50%,微细粉尘降幅更 大,这说明电凝聚装置对微细粉尘的去除有效果。
[0159] (3)静电除尘
[0160] 经过微细粉尘电凝聚的烧结烟气,采取三电场静电除尘,除尘器具体结构型式和 除尘方法参数,属于业内通识技术。
[0161] (4)活性炭深度净化
[0162] 经过微细粉尘电凝聚、静电除尘后的烧结烟气进入活性碳深度净化装置4进行深 度净化。活性碳深度净化装置4由吸附反应器41、脱附再生器42、吸附后饱和活性炭储罐 43、筛分装置44、再生后活性炭储罐45、喷氨装置46、新鲜活性炭储罐47、脱附S02净化装 置48、S02副产物回收装置49等等组成,各装置之间通过相应输送管路和控制部件连接,以 实现烧结废气的深度净化功能。
[0163] 具体净化过程为:经除尘后的烧结废气从吸附反应器41底部通入,与自上而下缓 慢运动的活性炭错流接触,废气中S02、NOx、二恶英、汞、卤化物、重金属等污染组分得以同 步脱除,净化后的气体由风机6引至烟囱7排放;吸附反应器41中部设有喷氨装置46,通 过喷氨,在吸附反应器41上部强化废气中NOx的脱除效果;吸附饱和后的活性炭进入吸附 后饱和活性炭储罐43,并通过输送管路进入脱附再生器42,再生后的活性炭,经筛分装置 44筛分后,大部分进入再生后活性炭储罐45,并通过输送管路、与新鲜活性炭储罐47补充 的新鲜活性炭一道进入吸附反应器41,循环使用。
[0164] 吸附反应器41采用复合层双段错流移动床,床层分为脱硝段和脱硫段,上段以脱 硝为主,下部以脱硫为主,上下段采用段间溜管连接,整个床层兼有脱汞、脱二恶英和脱除 微细粉尘的作用。
[0165] 脱附再生器42包括预热区、再生区和冷却区,加热介质为热空气,冷却介质为氮 气。
[0166] 筛分装置44位于再生后活性炭储罐45的上方,用于对再生后的活性炭进行筛分, 粒径小于1. 5_碎活性炭被剔除、进行资源化利用,其余活性炭重新进入到吸附反应器41 进行循环使用。
[0167] 活性炭深度净化的方法参数为:吸附温度120°C,脱附温度为400°C,烟气空速 600h-l,氨气浓度为烟气中的NOx浓度的1. 5倍。
[0168] 如表1所示,为烧结烟气经循环烧结、微细粉尘凝聚、静电除尘之后,再经活性炭 深度净化的最终效果,可见S02、N0x、粉尘量、微细粉尘、二恶英、HC1、HF、和K的脱除率分别 达到了 94. 5%、80· 6%、99%、97· 9%、92· 7%、95· 9%和 89. 5%,而汞、HF、CO、Cd 则已完全 脱除,这说明活性炭深度净化装置对烧结烟气中的各种污染物均有协同去除的效果。
[0169] (5)高浓度S02回收
[0170] 脱附后产生的尾气,进入脱附S02净化装置48,经净化后,送至S02副产物转化装 置49,用于生产工业级硫酸,硫资源综合回收率达90%。
[0171] (6)碎碳粉和除尘灰再利用
[0172] 再生后活性炭储罐45所排出的少部分活性炭(主要指磨损产生的粉屑、碎粒,粒 径小于1_)筛分后外排,与电凝聚装置微细粉尘收集装置23、静电除尘器3、旋风除尘器14 产生的除尘灰一道,通过烧结布料装置5返回烧结机台车1机头,作为配料重新利用,实现 了本方法固体废物的资源化和无害化。
[0173] 表1烧结烟气净化前后的典型参数比较
Figure CN105276999AD00151
[0176] 备注:1、微细粉尘是指,粒径小于1 μ m的粉尘;
[0177] 2、"一"表示烟气中未检测到。
[0178] 根据本发明的烧结烟气余热利用和深度净化方法及其系统,由烟气循环烧结、粉 尘电凝聚、静电除尘、活性炭深度净化、脱附高浓度S02回收、碎碳粉和除尘灰再利用等工 序组成,部分烧结烟气自风箱支管引出,经除尘、增压后,再次循环至烧结料层;循环富集后 的烧结烟气依次经过粉尘电凝聚装置和电除尘器,进入活性炭深度净化装置进行多种污染 物的同步脱除,净化后的烟气由烟囱排出。活性炭深度净化装置所富集的高浓度S02用于 制备硫酸、硫磺等产品,所产生的碎碳粉和除尘灰混合后,返回烧结料层循环利用。本发明 的方法及其系统为一节能、方法可靠、多种污染物可同步脱除的烧结烟气余热利用和深度 净化方法及其系统。

Claims (15)

1. 一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于,包括下述步骤: (1) 烟气循环烧结,部分烧结烟气自风箱支管引出,经除尘、增压后,再次循环至烧结料 层; (2) 粉尘电凝聚和静电除尘,循环富集后的烧结烟气依次经过粉尘电凝聚装置和电除 尘器, (3) 活性炭深度净化,烧结烟气进入活性炭深度净化装置进行多种污染物的同步脱除, (4) 高浓度S02回收碎碳粉,净化后的烧结烟气由烟囱排出,由活性炭深度净化装置所 富集的商浓度S02用于制备硫酸、硫横等广品,及 (5) 除尘灰再利用, 所产生的碎碳粉和除尘灰混合后,返回烧结料层循环利用。
2. 如权利要求1所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于, 所述部分烧结烟气,为取自烧结机头部、中部、尾部风箱支管的烟气,其烟气量占主抽 大烟道总排放量的10 %~100%。
3. 如权利要求1所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于, 为确保循环风量进入料层均匀以及烧结料层含氧量充足,同时抽取头部和尾部风箱支 管的烟气,循环至位于烧结料层中部上方的循环烟气罩内,循环烟气量为40~60%。
4. 如权利要求1所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于, 除尘器可选自旋风除尘器、多管除尘器、重力除尘器、惯性除尘器中的一种及其组合, 除尘后出口粉尘浓度在400mg/m3以下。
5. 如权利要求1所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于, 选择循环风机压升选型,使得烟气循环至烧结料层上方时,气压为_2〇〇Pa~+100Pa。
6. 如权利要求1所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于, 在步骤(2),粉尘电凝聚和静电除尘,本发明所述的电凝聚装置,位于烧结废气主抽烟 道之后,静电除尘器之前, 所述的电凝聚装置由电凝聚壳体(含烟气进口、烟气出口)、壳体内数排彼此平行设置 的接地极板、沿相邻两排接地极板长度方向设置的放电线、导流板、供电电源、粉尘捕集装 置等部件组成。
7. 如权利要求6所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,电凝聚装置的导流板, 也称为挡板,设置于相应的放电通道的末端,以促进微细颗粒物强制凝聚,并减少气流方向 的阻力。
8. 如权利要求1所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于, 在步骤(2),电凝聚装置中的接地极板分别固定于所述壳体内电极组中的每两个电极 之间,所有接地极板连接一起,并与接地网连接;接地板上均匀密布有通孔,开孔率为30~ 80%,所述孔径为20~50mm。
9. 如权利要求1所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于, 在步骤(2),电凝聚装置中,同排放电线通有相同极性的高压,相邻两排放电线通有不 同极性的高压,以使相邻接地极板之间形成正、负间隔的放电通道。
10. 如权利要求1所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于, 在步骤(2),所述各放电线的针尖方向平行或垂直于接地极板;放电线为管状芒刺线、 锯齿线、角钢芒刺线或针刺线的一种。
11. 如权利要求1所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于, 在步骤(4),活性炭深度净化,本套活性碳深度净化装置由吸附反应器、脱附再生器、吸 附后活性炭储罐、再生后活性炭储罐、尾气净化装置、副产物转化装置等、喷氨装置、新鲜活 性炭添加装置、废活性炭筛分装置和烧结布料装置等组成,各装置之间通过相应输送管路 和控制部件连接,以实现烧结废气的深度净化功能。
12. 如权利要求1所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于, 在步骤(4),活性炭深度净化,所述吸附反应器选自复合层双段错流移动床、一体化径 向移动床、一体化对流移动床中的一种,分为脱硝段和脱硫段,上段以脱硝为主,下部以脱 硫为主,上下段采用段间溜管连接,整个床层兼有脱汞、脱二恶英和脱除微细粉尘的作用。
13. 如权利要求1所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于, 在步骤(4),活性炭深度净化,所述脱附再生器用于对所述吸附反应器排出的活性炭进 行再生; 所述脱附再生器为在一密闭壳体四周密布管道的列管式结构,包括预热区、再生区和 冷却区; 所述脱附再生器中加热介质为氮气、热蒸汽、热空气或高温熔盐中一种,所述冷却介质 为氮气。
14. 如权利要求1所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于, 所述废活性炭筛分装置位于所述再生后活性炭储罐的上方,用于对再生后的活性炭进 行筛分,粒径小于1. 5mm碎活性炭被剔除、进行资源化利用,其余活性炭重新进入到吸附反 应器进行循环使用。
15. 如权利要求1所述一种烧结烟气余热利用和深度净化方法,其特征在于, 在步骤(4),所述活性炭深度净化的方法参数为:吸附温度70~140°C,脱附温度为 380~480°C,烟气空速300~600h-l,氨气浓度为烟气中的NOx浓度的1. 0~2. 0倍。
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