CN105316480A - 减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加方法和装置，该方法采取两级混合法添加抑制剂，将抑制剂溶液加入溶液输送系统后，通过流量控制装置控制输送量，均匀混入烧结小球系统或者配焦系统，作为一级混合；将混有抑制剂溶液的烧结小球或者焦粉与烧结混合料一起进入烧结料混合机，再次进行混合；最后烧结混合料进入烧结机进行烧结。通过对二恶英生成抑制剂的添加进行精细控制，将抑制剂溶液添加量控制在0.005％～0.01％之间，在减少二恶英生成的同时，避免过量添加尿素对烧结矿质量以及烧结机设备所带来的不利影响。

Description

减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加方法及装置

技术领域

本发明属于烟气净化处理技术领域，涉及从源头减少炼铁厂烧结烟气二恶英生成的方法，具体涉及减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加方法及装置。

背景技术

2004年11月11日《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》对我国正式生效，该公约是旨在全球范围内消除和控制对人类健康和自然环境特别有害的12种持久性有机污染物(含二恶英)的国际公约。对此我国环保部和国家质量监督检验检疫总局联合发布了《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准(GB28662-2012)》，其中对二恶英类污染物的排放标准做出了明确规定。

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。更为重要的是，上述多种治理技术都是末端治理技术，没有从源头减少二恶英的生成，同时忽视了烧结过程中二恶英的无组织排放对生产区域环境所带来的不良影响。因此，通过添加抑制剂，直接减少二恶英的生成成为有效降低二恶英排放浓度的有效手段。但是由于抑制剂的添加量非常少，如何使抑制剂均匀分布到烧结混合料中，成为目前该技术应用的难点。

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。

中国专利201110180658.1公开了一种铁矿石烧结过程二恶英的减排方法，在烧结原料混匀制粒的过程中添加一定量的二噁英生成抑制剂，从而降低烧结工艺二噁英的生成量。专利中二噁英生成抑制剂分别是尿素或碳酰肼，尿素添加量为烧结原料质量的0.01～0.1％，碳酰肼添加量为烧结原料质量的0.01～0.1％。二噁英生成抑制剂的添加方式采用固态粉剂的形式直接添加，或采用将抑制剂先溶于水制成水溶液，然后在烧结造球制粒的过程中喷入的方式。该专利中由于需将抑制剂直接加入混合料中，为达到一定的混匀效果，尿素的添加量范围过宽，同样存在上述问题。此外，过量添加尿素还可能会对烧结生产率造成不利影响，实验证明当尿素添加量超过0.02％时，即可能造成烧结生产率的下降，尿素添加量超过0.05％后可能会造成烧结尾气中氮氧化物浓度的增加。另该专利公开的方法为根据烧结锅实验室的结果提出，当抑制剂添加量为0.01％到0.02％时，二恶英减少率可达53％到67％。然而将该方法应用到实际工程时，添加配比过低会导致大生产中抑制剂与烧结混合料混匀效果不佳，从而降低抑制效果。为提高抑制效果，需将配比适当增加，甚至提高至0.05％。不仅提高了运行成本，也大大增加了烧结尾气中氮氧化物浓度增加的风险。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加方法及装置，通过对二恶英生成抑制剂的添加进行精细控制，采取两级混合法添加抑制剂，将抑制剂溶液添加量控制在烧结原料质量的0.005％～0.01％之间，在减少二恶英生成的同时，避免过量添加尿素对烧结矿质量以及烧结机设备所带来的不利影响。

本发明的技术解决方案如下：

一种减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加方法，包括如下步骤：

(1)一级混合：将抑制剂配制成质量百分比浓度为20％～30％的溶液，所述抑制剂为尿素；所述抑制剂溶液进入溶液输送系统后，通过流量控制装置控制输送量，将所述抑制剂溶液均匀混入烧结小球系统或者配焦系统，所述抑制剂溶液的添加量为烧结原料质量的0.005％～0.01％，在所述烧结小球系统中抑制剂溶液作为添加水进行造球，使抑制剂溶液均匀分布到烧结小球中，该过程为一级混合；

(2)二级混合：将混有抑制剂溶液的烧结小球或者焦粉与烧结混合料一起进入烧结料混合机，再次进行混合，抑制剂被均匀地分布在烧结料混合机里的烧结混合料中；

(3)最后混有抑制剂的烧结混合料进入烧结机进行烧结。

根据本发明提供的减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加方法，优选的是，所述抑制剂溶液的添加量为烧结原料质量的0.005％～0.008％。

根据本发明提供的减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加方法，所述流量控制装置控制抑制剂溶液输送量按照以下公式计算：

$Q=\frac{\mathrm{kW}}{C}$

其中，Q为抑制剂溶液输送量，t/h，

k为抑制剂在混合料中的配比，％，

W为烧结机混合料小时使用量，t/h，

C为抑制剂溶液质量百分比浓度，％。

根据本发明提供的减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加方法，在于所述的抑制剂配制为将工业水加入尿素溶解罐中；尿素溶解罐加热保持溶液温度在30～40℃；尿素固体颗粒经上料装置进入尿素溶解罐内，开启尿素溶解罐内的搅拌器，加速尿素溶解。

根据本发明提供的减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加方法，在一级混合中所述的混入为通过喷洒头喷洒，所述喷洒头的水压小于0.3Mpa。

本发明还提供一种减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加装置，包括工业水储备罐1，所述工业水储备罐1设置工业水储备罐出口，所述工业水储备罐出口连接尿素溶解罐2，所述尿素溶解罐2设置有尿素加料口、工业水进口和尿素溶液出口，所述尿素溶解罐2的尿素加料口与上料装置3连接，所述尿素溶解罐2的尿素溶液出口通过管道与流量控制装置4连接，所述流量控制装置4与分配管5连接，在所述分配管5的端部设置用于喷洒尿素溶液到烧结小球系统或者焦粉配焦系统上的喷洒头6。

本发明所述的减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加装置通过电缆连接控制柜，由控制柜控制所有的电子设备。

根据本发明提供的减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加装置，所述烧结小球系统或者焦粉配焦系统与烧结混合机连接，所述烧结混合机与烧结机连接。

根据本发明提供的减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加装置，优选的是，所述尿素溶解罐2设置加热系统，用于使尿素溶解时的温度为30～40℃。

根据本发明提供的减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加装置，优选的是，所述尿素溶解罐2内部设置有用于加速尿素溶解的搅拌装置。

根据本发明提供的减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加装置，优选的是，所述流量控制装置4为两套，一用一备。

根据本发明提供的减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加装置，优选的是，所述尿素溶解罐2的数量为两个，通过并联或串联连接。

根据本发明提供的减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加装置，优选的是，所述尿素溶解罐2与工业水管道B连接。

本发明所述添加装置流程图如附图1所示，包括1、工业水储备罐，2、尿素溶液溶解罐，3、上料装置，4、流量控制装置，5、分配管，6、喷洒头，7、烧结料混合机，控制柜(图中未标出)。图中A为尿素，B为工业水，C为烧结小球系统，D为焦粉配焦系统，E为烧结料混合机。装置工作流程为：在工业水储备罐1中的工业水进入尿素溶液罐2后，市售尿素固体经上料装置3进入溶解罐2的尿素加料口内，溶解罐配有加热系统，可以保证尿素溶解时温度在30～40℃之间，避免尿素结晶。溶解罐中间还配有搅拌装置，可加速尿素溶液溶解。本发明中设有两套溶解罐，一套制备溶液，一套输送溶液，保证连续作业。制备后的尿素溶液经流量控制装置4后，送入分配管5，并通过喷洒头均匀分布给烧结小球系统C或者焦粉配焦系统D，进行一级混合。喷洒头水压要求小于0.3Mpa，避免过度雾化而引起的损失。混有尿素溶液的烧结小球或者焦粉则再次进入烧结料的混合机，完成二次混合，之后进入正常烧结过程。

本发明所述的一种源头减少烧结过程中二恶英生成的抑制剂添加方法及装置，从工艺角度来说，包括尿素溶液制备系统、输送系统、喷洒系统以及电控系统等。该系统装置流程图如附图1所示，工艺流程图如附图2所示。抑制剂通过尿素溶液制备系统制备后，形成浓度为20％～30％的尿素溶液，再经输送系统以及喷洒系统进入两级混合系统，利用两级混合法以达到抑制剂与烧结混合料的充分混合。两级混合法是指制备好的抑制剂溶液首先被定量输送给烧结小球系统或者焦粉配焦系统。输送给烧结小球系统时，尿素溶液作为造球过程的添加水，一起进入造球系统，在造球过程中，均匀分布到烧结小球中。之后烧结小球再混入烧结混合料，从而达到与烧结混合料充分混匀的目的。同时由于抑制剂混入小球后再参与烧结过程，其高温分解作用得到一定的延时，加强了对烧结过程中二恶英生成的抑制作用，从而确保在较低的抑制剂添加量的前提下，达到抑制二恶英生成的目的。当尿素溶液输送给焦粉配焦系统时，则首先通过喷洒系统，将尿素溶液均匀分布在焦粉中，之后焦粉再混入烧结混合料，进行第二次混匀过程。详细操作步骤如下：

1、首先通过抑制剂溶液配制系统，将抑制剂溶液制成浓度为20％～30％的抑制剂溶液；

1)本发明的抑制剂采用尿素；

2)将一定量的工业水储备罐1中的工业水泵入两套尿素溶液罐2中的其中一套；溶液罐开始加热，并保持溶液温度在30～40℃之间；市售尿素固体颗粒经上料装置3进入溶解罐内，同时开启搅拌器，加速尿素溶解。通过比重计测量溶液密度，以判定尿素是否完全溶解。完全溶解后即可投入使用，质量百分比为20％和30％的尿素溶液在20℃时，密度分别为1.057kg/m³和1.082kg/m³。

2、配置好的溶液通过输送系统，利用阀门调节流量，根据烧结混合料的重量，调节抑制剂溶液的输送量，将其均匀混入烧结小球系统或者配焦系统，此为一级混合；

3、抑制剂溶液输送量的计算可按照以下公式计算：

$Q=\frac{\mathrm{kW}}{C}$ 公式(1)

其中，Q为抑制剂溶液输送量，t/h。

k为抑制剂在混合料中的配比，％，

W为烧结机混合料小时使用量，t/h，

C为抑制剂溶液浓度，％。

4、混有抑制剂溶液的烧结小球或者焦粉与烧结其它配料一起进入烧结机混料机，再次进行混合，此为二级混合；

5、最后抑制剂被均匀的分布在烧结混合料中，进入烧结机进行烧结过程，在烧结料床被加热的过程中，抑制剂逐渐释放出NH₃，与同时产生的HCl发生反应，起到抑制二恶英生成的效果。

本发明的有益技术效果：

本发明所提供的一种减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加方法及装置，通过对二恶英生成抑制剂的添加进行精细控制，采取两级混合法添加抑制剂，将抑制剂溶液添加量控制在0.005％～0.01％之间，确保了在减少二恶英生成的同时，避免过量添加尿素对烧结矿质量以及烧结机设备所带来的不利影响。

利用本发明所提出的抑制剂添加方法，不仅可以使抑制剂在烧结混合料中的混匀效果达到最强，同时大大降低了抑制剂的使用量，节约烟气治理成本。本发明可以在工程应用中，实现在低配比的前提下，达到减少二恶英50％左右生成量的目的。

附图说明

图1：是本发明所述的添加装置流程图。

图2：是本发明所述的抑制剂添加工艺流程图。

图3：是本发明实施例2烧结过程二恶英生成抑制技术的工艺流程图。

图中：工业水储备罐-1，尿素溶解罐-2，上料装置-3，流量控制装置-4，分配管-5，喷洒头-6，烧结料混合机-7。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

某烧结厂混合料小时消耗量为899t/h，其中烧结小球用量为7t/h。根据0.01％的抑制剂添加量计算，每小时抑制剂的添加量为89.9kg，以20％浓度的溶液计算，则每小时混合料中需加入抑制剂溶液449.5kg，如果将抑制剂溶液直接加入混合料，则相当于0.05％的配比。而采用两级混合法，先将449.5kg的抑制剂溶液配入7t烧结小球内，则相当于6.4％的配比。比直接配入混合料，直接放大了128倍，大大增加了抑制剂在烧结混匀料中的混匀效果。此外，配入烧结小球后，减缓了抑制剂的高温分解速度，增强了对二恶英生成的抑制作用。从而实现在低配比的前提下，达到减少二恶英50％左右生成量的目的。该实施例的具体操作步骤如下，参见附图1：

(1)利用尿素溶液制备系统将市售抑制剂——尿素颗粒制成20％的尿素溶液。

(2)通过输送系统以及喷洒系统将尿素溶液送入烧结小球系统，作为烧结小球用水，进行造球，期间通过调整流量，以确定烧结小球中含有6.4％的尿素溶液。

(3)上述各种设备控制以及流量调节通过电控系统进行控制。

(4)烧结小球被制成后，送往烧结混合机，按照0.78％的比例直接配入烧结混合料中进行二次混匀，最终作为烧结混合料中的一部分送往烧结机进行烧结。

(5)烧结过程中尿素在高温下分解，其分解产物可与烧结过程中所产生的HCl反应，以减少二恶英生成所需的氯元素；同时其分解产物还可以和Cu等二恶英生成所必需的催化剂形成铜氮化合物，造成催化剂中毒，进一步降低二恶英的生成可能。最终达到减少二恶英生成的目的。

实施例2

本发明中，还可以通过配焦系统，将抑制剂溶液利用二级混合的原理加入烧结混合料中。如附图2所示，抑制剂溶液通过抑制剂制备系统配置成20％的溶液后，利用公式(1)计算出，当烧结混合料的小时使用量为899t/h时，抑制剂添加配比为0.01％，则抑制剂溶液的添加量为0.4495t/h，首先按照这个比例将抑制剂溶液均匀分布到焦粉表面，进行第一级混合。之后随焦粉一起进入烧结料混合机，进行二级混合，形成烧结混合料后，送入烧结机料床进行烧结过程。此例中，根据焦粉配比，焦粉的小时用量为32.4t/h。则抑制剂溶液占焦粉的1.4％，与直接配入混合料的0.05％的比例相比，放大了28倍，大大增加了抑制剂的混匀效果。同时由于焦粉在烧结混合料中也属于含氯元素较高的组分，抑制剂先与焦粉结合，再混入烧结混合料中，也有利于提高抑制剂热解产生的NH₃与氯离子的结合速度，增强其抑制二恶英生成的效果。

从以上的描述可以看出，本发明的方法主要是通过两级混合法，大大提高了抑制剂与被混物料之间的配比关系，使得抑制剂在烧结混合料中的混匀程度大大增加，提高了抑制剂的利用效率，并增强了其抑制效果。最终实现在低配比情况下，实现50％左右的二恶英源头减排效果。不仅降低二恶英去除成本，还可大大降低由于过量添加尿素对烧结矿质量的影响以及对烧结机设备的影响。

实施例3

根据实施例2的添加方式，以一台烧结面积为450m²的烧结机为实施对象，相对于烧结混合料，尿素溶液的配比分别为0.005％、0.0075、0.01％，则相对于焦粉，尿素溶液的配比扩大28倍后，分别变为0.14％、0.21％、0.28％。通过两级加入法进行试验。此外，进行了将尿素溶液直接加入混合料的对比试验。实验结果表明，在工程应用中，当尿素添加量为0.005％、0.0075、0.01％(wt％烧结混合料)时，将尿素直接加入混合料中，二恶英的去除率分别为10％、21％和25％，而通过本发明的添加方法，二恶英的去除率分别可达到17％、46％和52％左右。说明两极加入法明显优于直接加入混合料的方法。

本发明所提供的一种减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加方法及装置，通过对二恶英生成抑制剂的添加进行精细控制，采取两级混合法添加抑制剂，将抑制剂溶液添加量控制在0.005％～0.01％之间，确保了在减少二恶英生成的同时，避免过量添加尿素对烧结矿质量以及烧结机设备所带来的不利影响。利用本发明所提出的抑制剂添加方法，不仅可以使抑制剂在烧结混合料中的混匀效果达到最强，同时大大降低了抑制剂的使用量，节约烟气治理成本。本发明可以在工程应用中，实现在低配比的前提下，达到减少二恶英50％左右生成量的目的。

Claims (10)

1.一种减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)一级混合：将抑制剂配制成质量百分比浓度为20％～30％的溶液，所述抑制剂为尿素；所述抑制剂溶液进入溶液输送系统后，通过流量控制装置控制输送量，将所述抑制剂溶液均匀混入烧结小球系统或者配焦系统，所述抑制剂溶液的添加量为烧结原料质量的0.005％～0.01％，在所述烧结小球系统中抑制剂溶液作为添加水进行造球，使抑制剂溶液均匀分布到烧结小球中；

(2)二级混合：混有抑制剂溶液的烧结小球或者焦粉与烧结混合料一起进入烧结料混合机，再次混合，抑制剂被均匀地分布在烧结料混合机里的烧结混合料中；

(3)最后混有抑制剂的烧结混合料进入烧结机进行烧结。

2.根据权利要求1所述的减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加方法，其特征在于,所述流量控制装置控制抑制剂溶液输送量按照以下公式计算：

$Q=\frac{\mathrm{kW}}{C}$

其中，Q为抑制剂溶液输送量，t/h，

k为抑制剂在混合料中的配比，％，

W为烧结机混合料小时使用量，t/h，

C为抑制剂溶液浓度，％。

3.根据权利要求1所述的减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加方法，其特征在于所述的抑制剂配制为将工业水加入尿素溶解罐中；尿素溶解罐加热保持溶液温度在30～40℃；尿素固体颗粒经上料装置进入尿素溶解罐内，开启尿素溶解罐内的搅拌器，加速尿素溶解。

4.根据权利要求1所述的减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加方法，其特征在于在一级混合中所述的混入为通过喷洒头喷洒，所述喷洒头的水压为0.1-0.3Mpa。

5.一种应用权利要求1-4任一项所述减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加方法的添加装置，包括工业水储备罐(1)，其特征在于：所述工业水储备罐(1)设置工业水储备罐出口，所述工业水储备罐出口连接尿素溶解罐(2)，所述尿素溶解罐(2)设置有尿素加料口、工业水进口和尿素溶液出口，所述尿素溶解罐(2)的尿素加料口与上料装置(3)连接，所述尿素溶解罐(2)的尿素溶液出口通过管道与流量控制装置(4)连接，所述流量控制装置(4)与分配管(5)连接，在所述分配管(5)的端部设置用于喷洒尿素溶液到烧结小球系统或者焦粉配焦系统上的喷洒头(6)。

6.根据权利要求5所述的减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加装置，其特征在于所述烧结小球系统或者焦粉配焦系统与烧结混合机连接，所述烧结混合机与烧结机连接。

7.根据权利要求5所述的减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加装置，其特征在于所述尿素溶解罐(2)设置加热系统，用于使尿素溶解时的温度为30～40℃。

8.根据权利要求5所述的减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加装置，其特征在于所述尿素溶解罐(2)内部设置有用于加速尿素溶解的搅拌装置。

9.根据权利要求5所述的减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加装置，其特征在于所述尿素溶解罐(2)的数量为两个，通过并联或串联连接。

10.根据权利要求5所述的减少在烧结过程中生成二恶英的抑制剂的添加装置，其特征在于所述尿素溶解罐(2)与工业水管道(B)连接。