CN105727662B - 一种铁矿烧结烟气pm10和pm2.5的减排方法 - Google Patents

一种铁矿烧结烟气pm10和pm2.5的减排方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铁矿烧结烟气PM10和PM2.5的减排方法，属于铁矿烧结过程污染物减排技术领域。本发明的一种铁矿烧结烟气PM10和PM2.5的减排方法，铁矿烧结过程中，在烧结烟气的烟气通道中喷入团聚液，烧结烟气中的微细颗粒物在团聚液的作用下团聚长大，并采用除尘装置除去团聚长大的微细颗粒物，所述的团聚剂包括聚合氯化铝、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺和固体添加剂。本发明的一种铁矿烧结烟气PM10和PM2.5的减排方法，使得吸附有微细颗粒物的团聚液雾滴在低压情况下成核、碰撞、长大，形成的大颗粒团聚物，并采用除尘装置除去团聚长大的微细颗粒物，实现微细颗粒物的高效减排，为铁矿烧结过程微细颗粒物的减排提供了全新的减排途径。

Description

一种铁矿烧结烟气PM10和PM2.5的减排方法
技术领域
本发明涉及铁矿烧结过程污染物减排技术领域，更具体地说，涉及一种铁矿烧结烟气PM10和PM2.5的减排方法。
背景技术
可吸入颗粒物是指可通过鼻和嘴进入人体呼吸道的颗粒物的总称，用PM10表示(环境空气中空气动力学直径小于10微米的颗粒)。PM2.5指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质(例如，重金属、微生物等)，且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大，而且，它能够进入人体肺泡甚至血液循环系统，直接导致心血管病等疾病。当前可吸入颗粒物污染己经成为突出的大气环境问题，引起世界各国的高度重视。它对人体健康有严重危害，也是导致大气能见度降低、酸沉降、全球气候变化、光化学烟雾等重大环境问题的重要因素。美国、欧盟、英国等的空气质量标准先后均对中PM2.5进行了明确的要求；2012年2月，中国环境保护部颁布了新的《环境空气质量标准》(GB3095-2012)，增设了PM2.5平均浓度限值。
钢铁工业既是国民经济的重要支柱产业，又是耗能和污染大户。目前我国粗钢年产量已经超过8亿吨，接近全球产量的50％。根据《2012年中国环境统计年报》，黑色金属冶炼及压延加工业烟(粉)尘排放量为181.3万t，占重点调查工业企业排放量的18.9％，位于第三位。PM10(粒径≤10μm的颗粒物)和PM2.5(粒径≤2.5μm的颗粒物)的源解析表明，钢铁冶金工业已经成为我国大气中PM10和PM2.5的主要来源之一。烧结工序是现代钢铁生产流程中必不可少的环节，但又是钢铁工业最大的PM10和PM2.5排放源，占其总排放量的40％左右[1-3]。由于铁矿烧结是抽风过程且烟气湿度大，目前烧结厂主要采用静静电除尘器来净化烧结烟气中的颗粒物，静静电除尘器对烟气中的粗颗粒物去除效果较好，但对于粒径小于10μm的微细颗粒物，由于其比电阻高、荷电能力差，除尘效率显著降低。烧结烟气经过静电除尘后，烟气中90％以上的颗粒物为PM10，80％以上的颗粒物为PM2.5[4]。
铁矿烧结烟气是在抽风烧结过程中空气穿过烧结料层，经过一系列复杂的物理化学变化形成的。由于受到原料条件、混合料配比、工艺参数等因素的影响，使得烧结烟气的化学成分复杂多变，烟气流量、温度及各污染物浓度波动很大。归纳起来，烧结烟气有如下典型的特点[5-7]：
(1)烧结过程漏风率可达40-50％，使得产生烟气量很大，据统计生产1t烧结矿能产生4000-6000m3的烟气量；而且烟气量根据原料成分、工艺参数的差异发生变化，使得烟气量波动较大；
(2)烟气温度波动范围大，随工艺条件、燃料配比而发生变化，烟气温度在：80-160℃波动；
(3)烟气含湿量较大，水分含量为10％左右。烧结混料过程中需要加入适量的水分进行混合、制粒，从而保证料层的透气性；
(4)烟气中含粉尘量大，其中包含大量微细颗粒物，每吨烧结矿产生20-40kg的粉尘；
(5)烟气成分复杂，其包含多种污染物，如：微细颗粒物，SO2，COx，NOx，HCl，HF和二噁英类等。
正是由于烧结烟气成分复杂、流量大以及污染物浓度低等特点，尽管烧结烟气采取了较高净化效率的除尘设备，但对微细颗粒物的去除效果并不理想。
烧结烟气中微细颗粒物由于比表面积大、表面活性强，能富集烧结过程生成的碱金属(K、Na)、重金属(Hg、Pb、Cr、Cu、Cd、As)和有机物污染物(VOCs、PCDD/Fs)等有毒有害物质[8]，具有强致癌、致突变和致畸作用，排放到大气形成的气溶胶，是诱发雾霾、酸雨、臭氧层破坏等的重要因素，其污染问题直接关系到国民的生存环境和生存质量。实现烧结过程的微细颗粒物减排已迫在眉睫。
经检索，已有关于烟气微细颗粒物的减排技术方案。如：发明创造的名称：工业窑炉烟气PM2.5粉尘及重金属治理去除装置[9]，(中国专利号：ZL201220721358.X，申请日：2012-12-24)，通过在烟气通路上设置滤袋，并将袋笼在滤袋内部，对烟气PM2.5粉尘进行减排；该技术对大颗粒的污染物具有较好的就减排效果，但是烟气中的PM2.5的减排效果有限。此外，发明创造的名称为：一种铁矿烧结烟气分段循环的方法[10](中国专利号：ZL201310443223.0，申请日：2013-09-26)、一种铁矿烧结节能减排的方法[11](中国专利号：ZL201510137762.0，申请日：2015-03-27)等，这些技术方案可实现烧结烟气中的多种污染物的协同减排，虽然可以减少烟气中大颗粒粉尘的排放；但是对烧结烟气中的微细颗粒物的减排效果极其有限。再加之烧结烟气相比其他废气，具有成分复杂、烟气流量巨大等特性，使得适用于烧结烟气微细颗粒物的有效减排技术还未开发出来。迫切的需要寻求适宜的减排途径，实现烧结过程的微细颗粒的减排。
参考文献：
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[10]中南大学.一种铁矿烧结烟气分段循环的方法：中国，ZL201310443223.0[P].2014-01-08.
[11]钢铁研究总院，钢研晟华工程技术有限公司.一种铁矿烧结节能减排的方法：中国，ZL201510137762.0[P].2015-07-01.
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中，铁矿烧结过程是微细颗粒物的主要排放源头，现有的减排技术难以有效脱除烧结烟气中的微细颗粒物的不足，提供一种铁矿烧结烟气PM10和PM2.5的减排方法，实现烧结过程微细颗粒物的有效控制。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种铁矿烧结烟气PM10和PM2.5的减排方法，铁矿烧结过程中，在烧结烟气的烟气通道中喷入团聚液，烧结烟气中的微细颗粒物在团聚液的作用下团聚长大，并采用除尘装置除去团聚长大的微细颗粒物。
更进一步地，所述的团聚剂包括聚合氯化铝、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酰胺。
更进一步地，所述的烟气通道为烧结烟气的主烟道，在主烟道上安装有雾化团聚装置，在雾化团聚装置中喷入雾状的团聚液雾滴，烟气中的微细颗粒物与团聚液在团聚成核、碰撞长大，所述的团聚液中团聚剂与水的质量之比为1:2000-10000。
更进一步地，所述的团聚剂还包括添加剂，该添加剂为固体添加剂。
更进一步地，所述的固体添加剂包括活性炭和焦粉。
更进一步地，团聚液的PH值为8-9。
更进一步地，喷入的团聚液的雾滴粒径为30-150μm，每立方米烧结烟气中团聚液的喷入量为10-20ml。
更进一步地，雾化团聚装置包括收缩管、圆柱连接管和扩张管。
更进一步地，团聚液由团聚液加入装置加入雾化团聚装置。
更进一步地，所述的除尘装置为静电除尘器或者布袋除尘器。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
本发明创造性的提出了在团聚剂中添加少量添加剂，显著提高了团聚液的团聚效率，从而省去了微细颗粒物粘附形核的过程，加快了颗粒物的团聚速度，且高速的微细颗粒物难以穿透团聚液雾滴，提高了有效碰撞概率。
由于活性炭和焦炭具有多孔结构，对微细颗粒物有吸附作用，当微细颗粒物与团聚液雾滴碰撞进入团聚液后，会被吸附在活性炭和焦炭上，使得团聚液雾滴表层的液面暴露出来，新的颗粒物能与团聚液雾滴液面充分接触，从而提高了团聚效率。添加了少量的添加剂，就使得PM10和PM2.5减排效率显著提高，PM10减排效率达到了65.9％，PM2.5减排效率达到了53.6％，取得了显著的减排效果。而且，在减排微细颗粒物的同时，烧结烟气中的SO2、NOX也有所降低，实现了多种污染物的协同控制。
附图说明
图1为实施例1-9的整体结构示意图；
图2为实施例1-9的收缩管的团聚液喷头的布置结构示意图；
图3为实施例1-9的烧结机及减排系统示意图；
图4为实施例1-9的团聚液喷头与收缩管管壁的位置关系示意图；
图5为实施例10的整体结构示意图；
图6为实施例10的扩张管的团聚液喷头的布置结构示意图；
图7为实施例11的整体结构示意图；
图8为实施例11的扩张管设置两组团聚液喷头；
图9为实施例12团聚液喷头设置于收缩管内的结构示意图；
图10为本发明微细颗粒物减排方法的流程图；
图11为本发明团聚液制备方法的流程图。
示意图中的标号说明：
1、主烟道；2、雾化团聚装置；21、收缩管；22、圆柱连接管；23、扩张管；3、团聚液加入装置；31、团聚液储存部件；32、空压机；33、团聚液喷头；4、除尘装置；5、风机；6、烧结台车；7、风箱；8、环形管道；9、搅拌装置。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
结合图10和图11所示，本实施例一种铁矿烧结烟气PM10和PM2.5的减排方法：铁矿烧结过程中，在烧结烟气的烟气通道中喷入团聚液，烧结烟气中的微细颗粒物在团聚液的作用下团聚长大，并采用除尘装置4除去团聚长大的微细颗粒物。
烟气微细颗粒物减排复合团聚剂，各组分按照如下质量组成：聚合氯化铝10g，羧甲基纤维素钠30g，聚丙烯酰胺30g，添加剂2g。其添加剂为固体添加剂，所述的添加剂由活性炭和焦粉组成，所述的添加剂按如下质量百分比组成：活性炭90％，焦粉10％，所述的活性炭粒径要求：74μm≤活性炭粒径≤100μm，焦粉粒径要求：74μm≤焦粉粒径≤100μm。
所述的烟气通道为烧结烟气的主烟道1，在主烟道1上安装有雾化团聚装置2，在雾化团聚装置2中喷入雾状的团聚液雾滴，烟气中的微细颗粒物与团聚液在雾化团聚装置2团聚成核、碰撞长大。
本方法具体的减排步骤为：
步骤一：制备团聚液
(A)按质量份称取聚合氯化铝10g，羧甲基纤维素钠30g，聚丙烯酰胺30g，将固体颗粒聚合氯化铝10g，羧甲基纤维素钠30g，聚丙烯酰胺30g混合均匀，得混合物A；
(B)按质量份称取添加剂2g，所述的添加剂为固体添加剂，加入混合物A中，混合均匀，得复合团聚剂；
(C)将步骤(B)中的复合团聚剂与水混合，并搅拌混合均匀，且团聚剂与水的质量之比为1:5000，而后加入Ca(OH)2粉末调节溶液PH为8.5，制备得到团聚液；
步骤二：微细颗粒团聚
铁矿烧结过程中，将团聚液加入团聚液储存部件31中，在主烟道1上安装有雾化团聚装置2，团聚液储存部件31中的团聚液经空压机32输送到团聚液喷头33，团聚液喷头33在雾化团聚装置2的收缩管21中喷入雾状的团聚液，烟气中的颗粒物与团聚液在雾化团聚装置2团聚接触、润湿、粘附、成核、碰撞、长大。其中：喷入的团聚液的雾滴粒径为30-150μm，每立方米烧结烟气中团聚液的喷入量为15ml。
雾化团聚装置2包括收缩管21、圆柱连接管22和扩张管23，烟气由收缩管21入口端进入雾化团聚装置2，再由圆柱连接管22流入扩张管23，主烟道1中的烟气由收缩管21入口端流入收缩管21，由于收缩管21管径迅速变小，使得收缩管21中的烟气流速迅速增大，团聚液喷头33在雾化团聚装置2的收缩管21中喷入雾状的团聚液，使得团聚液与烟气中的微细颗粒和接触、润湿、粘附，由于烟气通过圆柱连接管22时速度增大，在圆柱连接管22和扩张管23产生低压，使得吸附有微细颗粒物的团聚液雾滴在低压情况下成核、碰撞、长大，形成的大颗粒团聚物。
步骤三：除尘装置捕集
采用静电除尘器将团聚长大形成的大颗粒团聚物去除，即利用静电除尘器中的强电场使气体电离，即产生电晕放电，进而使颗粒团聚物从气体中分离出来，从而抑制微细颗粒物的排放，实现烟气中微细颗粒的减排。
检测除尘装置4后烧结烟气中PM2.5和PM10的排放浓度，记录如表1。检测除尘装置4后烧结烟气中SO2、NOX的排放浓度，记录如表2。
对比例1
本对比例是作为基准试验，本对比例的基本过程同实施例1，不同之处在于：主烟道上没有安装雾化团聚装置2，也没有在主烟道1中喷入团聚液，检测除尘装置4后烧结烟气中PM2.5和PM10的排放浓度，记录如表1。检测除尘装置4后烧结烟气中SO2、NOX的排放浓度，记录如表2。
对比例2
本对比例的减排过程同实施例1，不同之处在于：主烟道上没有安装雾化团聚装置2，但在主烟道1中喷入团聚液，团聚剂仅仅由聚合氯化铝、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酰胺组成，团聚剂中不含固体添加剂，检测除尘装置4后烧结烟气中PM2.5和PM10的排放浓度，记录如表1。
对比例3
本对比例的减排过程同实施例1，聚合氯化铝、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酰胺的质量百分含量与实施例1相同，不同之处在于：团聚剂仅仅由聚合氯化铝、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酰胺组成，团聚剂中不含固体添加剂，检测除尘装置4后烧结烟气中PM2.5和PM10的排放浓度，记录如表1。
实验以团聚效率评价PM10(PM2.5)的团聚效果，将其定义为烟气中PM10(PM2.5)经过团聚后其浓度减少的百分比，即：
η＝(1-N1/N0)×100％
其中N0为初始烟气中PM10(PM2.5)浓度(mg/m3)，N1为团聚后烟气中PM10(PM2.5)浓度(mg/m3)。
表1烧结试验的烟气中PM10、PM2.5排放浓度
PM10(mg/m3) PM10减排效率(％) PM2.5(mg/m3) PM2.5减排效率(％)
对比例1 12.6 —— 6.9 ——
对比例2 9.2 27.0％ 5.8 15.9％
对比例3 6.9 45.2％ 4.8 30.4％
实施例1 4.3 65.9％ 3.2 53.6％
(1)通过对比例1、对比例2、对比例3和实施例1对比可知，无论团聚液以何种方式加入到烟气中，都可以减少烟气中的微细颗粒物的排放。
(2)对比例2相比对比例1，PM10减排效率为27.0％，PM2.5减排效率为15.9％，微细颗粒物的减排效率较差，其原因在于烧结过程烟气流量大，采用一般的方式加入团聚液，使得团聚液难以与烟气中的颗粒物充分接触、润湿，也难以实现颗粒物的形核长大，再加之烧结烟气成分复杂，烟气流量和成分波动大，使得微细颗粒物的减排效果非常有限。
(3)对比例3的PM10减排效率为45.2％，PM2.5减排效率为30.4％，相比对比例2，PM10和PM2.5减排效率均显著提高，雾化团聚装置2显著的提高了团聚液的团聚效率。机理分析其原因在于：雾化团聚装置2包括收缩管21、圆柱连接管22和扩张管23，烟气由收缩管21入口端进入雾化团聚装置2，由于收缩管21管径迅速变小，使得收缩管21中的烟气流速迅速增大，团聚液喷头33在雾化团聚装置2的收缩管21中喷入雾状的团聚液，使得团聚液与烟气中的微细颗粒和接触、润湿、粘附，由于烟气通过圆柱连接管22时速度增大，在圆柱连接管22和扩张管23产生低压，使得吸附有微细颗粒物的团聚液雾滴在低压情况下成核、碰撞、长大，形成的大颗粒团聚物。采用静电除尘器将团聚长大形成的大颗粒团聚物去除，使得烟气中微细颗粒物的排放浓度显著降低。
此处需要明确说明的是，现有的研究人员普遍认为文氏管对微细颗粒物的减排效果较差，而且由于文氏管的阻力损失较大，使文氏管应用于烧结烟气微细颗粒物减排的研究鲜有报道，本申请人采用文丘里效应设计了雾化团聚装置2，使得烟气中微细颗粒物的排放浓度显著降低。打破了现有技术的技术偏见。
(4)相比对比例3，实施例1的PM10减排效率达到了65.9％，PM2.5减排效率为53.6％，团聚剂中的固体添加剂显著提高了团聚液的团聚效率，采用静电除尘器将团聚长大形成的大颗粒团聚物去除，使得烟气中微细颗粒物的排放浓度显著降低，这使得申请人非常诧异；但是其动力学碰撞、粘附机理尚不明确。通过数次研讨会讨论其反应机理，并认为其原因可能是：
1)烟气通过圆柱连接管22时速度增大，形成低压环境，使得团聚液在低压情况下与微细颗粒物碰撞、长大，当团聚液雾滴中包含有固体添加剂时，使得固体添加剂在团聚液雾滴内部形成一个稳定的形核母体，微细颗粒物与团聚液雾滴表面接触后，直接形成的大颗粒团聚物，省去了微细颗粒物粘附形核的过程，从而加快了颗粒物的团聚速度。
2)微细颗粒物团聚主要是依靠团聚液雾滴与微细颗粒物接触、碰撞而长大，但是在收缩管21中的烟气流速迅速增大，虽然提高了团聚液雾滴与微细颗粒物碰撞的概率，但是由于烟气中微细颗粒物和团聚液雾滴的速度较大，在接触碰撞的过程中，有部分微细颗粒物直接穿透团聚液雾滴，使得团聚液难以有效吸附微细颗粒物，形成大量无效碰撞；当团聚液雾滴中包含有固体添加剂时，高速的微细颗粒物难以穿透团聚液雾滴，提高了有效碰撞概率。
3)当微细颗粒物与团聚液雾滴碰撞进入团聚液后，由于受到团聚液雾滴中的黏性阻力的影响，微细颗粒物会再次停留在团聚液雾滴表层，而不会在团聚液雾滴内部；而团聚液雾滴对颗粒物的黏附主要依靠团聚液雾滴的表面层，当聚液雾滴表层不断被占满，新的颗粒物与团聚液雾滴碰撞时由于接触不到雾滴的液面而不能被黏附；当团聚液雾滴中包含有固体添加剂时，由于固体添加剂具有多孔结构，对微细颗粒物有吸附作用，当微细颗粒物与团聚液雾滴碰撞进入团聚液后，会被吸附在活性炭和焦炭上，使得团聚液雾滴表层的液面暴露出来，新的颗粒物能与团聚液雾滴液面充分接触，从而提高了团聚效率。
本发明的雾化团聚装置2包括收缩管21、圆柱连接管22和扩张管23，烟气由收缩管21入口端进入雾化团聚装置2，再由圆柱连接管22流入扩张管23，主烟道1中的烟气由收缩管21入口端流入收缩管21，由于收缩管21管径迅速变小，使得收缩管21中的烟气流速迅速增大，团聚液喷头33在雾化团聚装置2的收缩管21中喷入雾状的团聚液，使得团聚液与烟气中的微细颗粒和接触、润湿、粘附，由于烟气通过圆柱连接管22时速度增大，在圆柱连接管22和扩张管23产生低压，使得吸附有微细颗粒物的团聚液雾滴在低压情况下成核、碰撞、长大，形成的大颗粒团聚物。并采用除尘装置除去团聚长大的微细颗粒物，实现了微细颗粒物的高效减排，为铁矿烧结过程微细颗粒物的减排提供了全新的减排途径。
本发明创造性的提出了在团聚剂中添加少量添加剂，显著提高了团聚液的团聚效率，从而省去了微细颗粒物粘附形核的过程，加快了颗粒物的团聚速度，且高速的微细颗粒物难以穿透团聚液雾滴，提高了有效碰撞概率。
由于活性炭和焦炭具有多孔结构，对微细颗粒物有吸附作用，当微细颗粒物与团聚液雾滴碰撞进入团聚液后，会被吸附在活性炭和焦炭上，使得团聚液雾滴表层的液面暴露出来，新的颗粒物能与团聚液雾滴液面充分接触，从而提高了团聚效率。添加了少量的添加剂，就使得PM10和PM2.5减排效率显著提高，PM10减排效率达到了65.9％，PM2.5减排效率达到了53.6％，取得了显著的减排效果。
SO2、NOX的减排效率采用以下公式进行计算：
其中C0为初始烟气中PM10(PM2.5)浓度(mg/m3)，C1为团聚后烟气中PM10(PM2.5)浓度(mg/m3)。
表2烧结试验的烟气中SO2、NOX的排放浓度
SO2(mg/m3) SO2减排效率(％) NOX(mg/m3) NOX减排效率(％)
对比例1 659 —— 322 ——
实施例1 378 42.6％ 256 20.5％
由表2可知，喷入本发明的团聚剂后，烟气中的SO2的排放浓度由659mg/m3下降到378mg/m3，NOX的排放浓度由322mg/m3下降到256mg/m3，不仅对微细颗粒物有吸附作用，还对烟气中的SO2，NOx，二噁英具有吸附作用，从而实现多种污染物的协同控制。其原因在于：喷入的团聚剂溶液中包含有活性炭和焦炭具有多孔结构，不仅对微细颗粒物有吸附作用，还对烟气中的SO2，NOx，二噁英具有吸附作用，且团聚液中加入Ca(OH)2粉末，可以吸附烟气中的SO2，NOx等酸性气体；并促进微细颗粒物与团聚液雾滴接触、润湿、粘附，从而提高团聚效率。
结合图1、2、3和4所示，本方法应用的的减排系统，包括微细颗粒物雾化团聚装置2、团聚液加入装置3和除尘装置4，烧结混合料经混合、制粒后由布料装置，装铺在烧结烧结台车6上，烧结混合料经点火后进行抽风烧结，烧结烟气穿过烧结料层，烧结台车6底部通过风箱7与主烟道1相连，抽风烟气由烧结台车6底部经风箱7汇入主烟道1中，主烟道1上设置雾化团聚装置2、团聚液加入装置3和除尘装置4，烟气由主烟道1流入雾化团聚装置2，经除尘装置4除尘后由风机5排入烟囱；烟气中的微细颗粒物在雾化团聚装置2中团聚形核，成核长大，并在后部的除尘装置4中除去团聚长大的微细颗粒物。
上述的雾化团聚装置2包括收缩管21、圆柱连接管22和扩张管23；其中：收缩管21和扩张管23是两端内径不同的锥形管，所述的收缩管21与主烟道1相连的一端为收缩管21入口端，收缩管21入口端的内径与主烟道1的内径相同，收缩管21靠近扩张管23的一端为收缩管21出口端，收缩管21出口端与扩张管23入口端内径相同；收缩管21出口端与扩张管23入口端通过圆柱连接管22相连，所述的扩张管23远离收缩管21的一端为扩张管23出口端，扩张管23出口端内径与主烟道1的内径相同，并与主烟道1相连；上述的收缩管21、圆柱连接管22和扩张管23的中心线在同一条直线上；烟气由收缩管21入口端进入雾化团聚装置2，再由圆柱连接管22流入扩张管23，并由扩张管23出口端流出雾化团聚装置2。主烟道1中的烟气由收缩管21入口端流入收缩管21，由于收缩管21管径迅速变小，使得收缩管21中的烟气流速迅速增大，烟气通过圆柱连接管22时速度增大，在其附近产生低压，使得烟气中的颗粒物碰撞更加剧烈。
所述的团聚液加入装置3包括团聚液储存部件31、空压机32和团聚液喷头33，其中团聚液储存部件31中设置有搅拌装置9，使得团聚液储存部件31中的团聚液成分均一稳定，防止配成的团聚液发生成分偏析，从而影响微细颗粒物的减排效果。团聚液储存部件31通过管道与空压机32的进口端相连，空压机32出口端通过管道与团聚液喷头33相连，其中：团聚液储存部件31用于储存团聚液，空压机32为团聚液进入团聚液喷头33提供动力，团聚液喷头33用于将团聚液雾化，并喷入雾化团聚装置2，所述的团聚液喷头33设置在收缩管21上。含有团聚剂的团聚液在空压机32的驱动下，由团聚液储存部件31中流入团聚液喷头33，团聚液喷头33将雾化团聚液喷入雾化团聚装置2，雾化后的雾滴粒径为30-150μm；雾化团聚装置2的收缩管21管径迅速变小，使得烟气通过圆柱连接管22时速度增大，在其附近产生低压，从而使得团聚液对微细颗粒产生吸附作用，烟气中的颗粒物与雾化后的团聚液充分接触、润湿、粘附、成核，不断团聚碰撞长大，使得微细颗粒不断团聚长大。
团聚液喷头33均匀的布置于收缩管21横截面的圆周切线上，收缩管21中的烟气流速不断增大，团聚液喷头33雾化后的团聚液雾滴可在收缩管21中与烟气充分、均匀混合；该横截面为垂直于收缩管21的中心线的竖直切面，团聚液喷头33所在平面与收缩管21入口端的水平距离为L1，团聚液喷头33所在平面与收缩管21出口端的水平距离为L2，L2＝0.5L1，即团聚液喷头33所在平面与收缩管21入口端的水平距离大于团聚液喷头33所在平面与收缩管21出口端的水平距离，使得烟气在进入收缩管21后，烟气流速增大的过程中与雾化后的团聚液雾滴混合、接触。
团聚液喷头33中心线与收缩管21管壁之间的夹角为a，a＝45°，在收缩管21边缘气流呈现与收缩管21管壁平行状态，当a＝45°时，若团聚液喷头33喷入的团聚液雾滴的速度为v，则其沿收缩管21管壁的速度为vcos a，增大了团聚液雾滴与烟气中颗粒的碰撞几率；此外，团聚液雾滴不断向收缩管21中心运动，使得与收缩管21中心处的烟气也充分接触。收缩管21横截面上均匀的布置有16个团聚液喷头33，促进团聚液雾滴与收缩管21中的微细颗粒物接触、润湿、粘附。
收缩管21的外部布置有环形管道8，环形管道8进口端与空压机32出口端相连，环形管道8上设置有16个出口，且环形管道8的出口与团聚液喷头33相连，团聚液由环形管道8流入团聚液喷头33；环形管道8上设置有16个出口，可将团聚液均匀稳定的从团聚液储存部件31输送到团聚液喷头33中，使得团聚液喷头33均匀、稳定的喷入团聚液。
所述的除尘装置4为静电除尘器，烟气中的微细颗粒物在雾化团聚装置2与团聚液雾滴润湿、粘附，进一步形核、长大后，通过静电除尘器将长大后的颗粒物去除，即可实现烧结过程微细颗粒物的团聚减排。
实施例2
本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于：所述的添加剂由活性炭和沸石组成，添加剂按如下质量百分比组成：活性炭85％，沸石15％，所述的活性炭粒径要求：74μm≤活性炭粒径≤100μm，沸石粒径要求：74μm≤沸石粒径≤100μm。
检测除尘装置4后烧结烟气中PM2.5和PM10的排放浓度，并计算PM2.5和PM10的减排效率，PM2.5的减排效率为56.4％，PM10的减排效率为49.0％。
实施例3
本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于：所述的添加剂由活性炭和沸石组成，添加剂按如下质量百分比组成：活性炭95％，沸石5％。
检测除尘装置4后烧结烟气中PM2.5和PM10的排放浓度，并计算PM2.5和PM10的减排效率，PM2.5的减排效率为60.2％，PM10的减排效率为48.8％。
实施例4
本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于：所述的添加剂由活性炭和沸石组成，添加剂按如下质量百分比组成：活性炭90％，沸石10％。
检测除尘装置4后烧结烟气中PM2.5和PM10的排放浓度，并计算PM2.5和PM10的减排效率，PM2.5的减排效率为55.9％，PM10的减排效率为48.6％。
实施例5
本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于：所述的添加剂由活性炭、焦粉、膨润土和苏州土组成，所述的添加剂按如下质量百分比组成：活性炭90％，焦粉8％，膨润土1％，苏州土1％，所述膨润土粒径要求：74μm≤膨润土粒径≤100μm，苏州土粒径要求：74μm≤苏州土粒径≤100μm。
检测除尘装置4后烧结烟气中PM2.5和PM10的排放浓度，并计算PM2.5和PM10的减排效率，PM2.5的减排效率为63.8％，PM10的减排效率为54.2％。
实施例6
本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于：所述的添加剂由活性炭、焦粉和高岭土组成，所述的添加剂按如下质量百分比组成：活性炭90％，焦粉7％，高岭土3％，所述高岭土粒径要求：74μm≤高岭土粒径≤100μm。
检测除尘装置4后烧结烟气中PM2.5和PM10的排放浓度，并计算PM2.5和PM10的减排效率，PM2.5的减排效率为64.2％，PM10的减排效率为51.1％。
实施例7
本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于：所述的添加剂由活性炭、焦粉、高岭土和沸石组成，所述的添加剂按如下质量百分比组成：活性炭90％，焦粉7％，高岭土2％，沸石1％。
检测除尘装置4后烧结烟气中PM2.5和PM10的排放浓度，并计算PM2.5和PM10的减排效率，PM2.5的减排效率为62.6％，PM10的减排效率为51.7％。
实施例8
本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于：
团聚液喷头33所在平面与收缩管21入口端的水平距离为L1，团聚液喷头33所在平面与收缩管21出口端的水平距离为L2，L2＝L1，即团聚液喷头33所在平面与收缩管21入口端的水平距离等于团聚液喷头33所在平面与收缩管21出口端的水平距离，使得烟气在收缩管21后，烟气流速增大的过程中与雾化后的团聚液雾滴混合、接触。
团聚液喷头33中心线与收缩管21管壁之间的夹角为a，a＝30°，在收缩管21边缘气流呈现与收缩管21管壁平行状态，当a＝30°时，团聚液喷头33喷入的团聚液雾滴的速度为v，则其沿收缩管21管壁的速度为vcos a，增大了团聚液雾滴与烟气中颗粒的碰撞几率；此外，团聚液雾滴不断向收缩管21中心运动，使得与收缩管21中心处的烟气也充分接触。收缩管21横截面上均匀的布置有8个团聚液喷头33，促进团聚液雾滴与收缩管21中的烟气颗粒接触、润湿、粘附。
收缩管21的外部布置有环形管道8，环形管道8进口端与空压机32出口端相连，环形管道8上设置有8个出口，且环形管道8的出口与团聚液喷头33相连，团聚液由环形管道8流入团聚液喷头33；环形管道8上设置有8个出口，可将团聚液均匀稳定的从团聚液储存部件31输送到团聚液喷头33中，使得团聚液喷头33均匀、稳定的喷入团聚液。
本实施例的烧结烟气PM10和PM2.5的减排方法：
步骤一：制备团聚液
(A)按质量份称取羧甲基纤维素钠20g，聚丙烯酰胺20g，将固体颗粒羧甲基纤维素钠20g，聚丙烯酰胺20g混合均匀，得混合物A；
(B)按质量份称取添加剂4g，加入混合物A中，混合均匀，得复合团聚剂；
(C)将步骤(B)中的复合团聚剂与水混合，并搅拌混合均匀，且团聚剂与水的质量之比为1:2000，而后加入Ca(OH)2粉末调节溶液PH为8，制备得到团聚液；
步骤二：微细颗粒团聚
铁矿烧结过程中，将团聚液加入团聚液储存部件31中，在主烟道1上安装有雾化团聚装置2，团聚液储存部件31中的团聚液经空压机32输送到团聚液喷头33，团聚液喷头33在雾化团聚装置2的收缩管21中喷入雾状的团聚液，烟气中的颗粒物与团聚液在雾化团聚装置2团聚接触、润湿、粘附、成核、碰撞、长大。其中：喷入的团聚液的雾滴粒径为30-150μm，每立方米烧结烟气中团聚液的喷入量为20ml。
雾化团聚装置2包括收缩管21、圆柱连接管22和扩张管23，烟气由收缩管21入口端进入雾化团聚装置2，再由圆柱连接管22流入扩张管23，主烟道1中的烟气由收缩管21入口端流入收缩管21，由于收缩管21管径迅速变小，使得收缩管21中的烟气流速迅速增大，团聚液喷头33在雾化团聚装置2的收缩管21中喷入雾状的团聚液，使得团聚液与烟气中的微细颗粒和接触、润湿、粘附，由于烟气通过圆柱连接管22时速度增大，在圆柱连接管22和扩张管23产生低压，使得吸附有微细颗粒物的团聚液雾滴在低压情况下成核、碰撞、长大，形成的大颗粒团聚物。
步骤三：除尘装置捕集
采用布袋除尘器将团聚长大形成的大颗粒团聚物去除，即利用布袋除尘器，进而使颗粒团聚物从气体中分离出来，实现烟气中微细颗粒的减排。
添加剂按如下质量百分比组成：活性炭70％，焦粉30％。
检测除尘装置4后烧结烟气中PM2.5和PM10的排放浓度，并计算PM2.5和PM10的减排效率，PM2.5的减排效率为60.7％，PM10的减排效率为43.5％。
实施例9
本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于：
团聚液喷头33所在平面与收缩管21入口端的水平距离为L1，团聚液喷头33所在平面与收缩管21出口端的水平距离为L2，L2＝0.8L1，即团聚液喷头33所在平面与收缩管21入口端的水平距离大于团聚液喷头33所在平面与收缩管21出口端的水平距离，使得烟气在收缩管21后，烟气流速增大的过程中与雾化后的团聚液雾滴混合、接触。
团聚液喷头33中心线与收缩管21管壁之间的夹角为a，a＝35°，在收缩管21边缘气流呈现与收缩管21管壁平行状态，当a＝35°时，团聚液喷头33喷入的团聚液雾滴的速度为v，则其沿收缩管21管壁的速度为vcos a，增大了团聚液雾滴与烟气中颗粒的碰撞几率；此外，团聚液雾滴不断向收缩管21中心运动，使得与收缩管21中心处的烟气也充分接触。收缩管21横截面上均匀的布置有2个团聚液喷头33，促进团聚液雾滴与收缩管21中的烟气颗粒接触、润湿、粘附。
收缩管21的外部布置有环形管道8，环形管道8进口端与空压机32出口端相连，环形管道8上设置有2个出口，且环形管道8的出口与团聚液喷头33相连，团聚液由环形管道8流入团聚液喷头33；环形管道8上设置有2个出口，可将团聚液均匀稳定的从团聚液储存部件31输送到团聚液喷头33中，使得团聚液喷头33为均匀、稳定的喷入团聚液。
本实施例的烧结烟气PM10和PM2.5的减排方法：
步骤一：制备团聚液
(A)按质量份称取聚合氯化铝20g，羧甲基纤维素钠40g，聚丙烯酰胺40g，将固体颗粒聚合氯化铝20g，羧甲基纤维素钠40g，聚丙烯酰胺40g混合均匀，得混合物A；
(B)按质量份称取添加剂5g，加入混合物A中，混合均匀，得复合团聚剂；
(C)将步骤(B)中的复合团聚剂与水混合，并搅拌混合均匀，且团聚剂与水的质量之比为1:10000，而后加入Ca(OH)2粉末调节溶液PH为9，制备得到团聚液；
步骤二：微细颗粒团聚
铁矿烧结过程中，将团聚液加入团聚液储存部件31中，在主烟道1上安装有雾化团聚装置2，团聚液储存部件31中的团聚液经空压机32输送到团聚液喷头33，团聚液喷头33在雾化团聚装置2收缩管21中喷入雾状的团聚液，烟气中的颗粒物与团聚液在雾化团聚装置2团聚接触、润湿、粘附、成核、碰撞、长大。其中：喷入的团聚液的雾滴粒径为30-150μm，每立方米烧结烟气中团聚液的喷入量为10ml。
雾化团聚装置2包括收缩管21、圆柱连接管22和扩张管23，烟气由收缩管21入口端进入雾化团聚装置2，再由圆柱连接管22流入扩张管23，主烟道1中的烟气由收缩管21入口端流入收缩管21，由于收缩管21管径迅速变小，使得收缩管21中的烟气流速迅速增大，团聚液喷头33在雾化团聚装置2的收缩管21中喷入雾状的团聚液，使得团聚液与烟气中的微细颗粒和接触、润湿、粘附，由于烟气通过圆柱连接管22时速度增大，在圆柱连接管22和扩张管23产生低压，使得吸附有微细颗粒物的团聚液雾滴在低压情况下成核、碰撞、长大，形成的大颗粒团聚物。
步骤三：除尘装置捕集
采用布袋除尘器将团聚长大形成的大颗粒团聚物去除，即利用布袋除尘器，进而使颗粒团聚物从气体中分离出来，实现烟气中微细颗粒的减排。
添加剂按如下质量百分比组成：活性炭85％，焦粉15％。
检测除尘装置4后烧结烟气中PM2.5和PM10的排放浓度，并计算PM2.5和PM10的减排效率，PM2.5的减排效率为61.9％，PM10的减排效率为52.6％。
实施例10
本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于：
如图5和图6所示，收缩管21上设置有团聚液喷头33，且团聚液喷头33均匀的布置于收缩管21横截面的圆周切线上。扩张管23上也设置有团聚液喷头33，且团聚液喷头33均匀的布置于扩张管23横截面的圆周切线上。且收缩管21和扩张管23上的团聚液喷头33与同一个团聚液储存部件31相连，收缩管21中每立方米烧结烟气中团聚液的喷入量为14ml，扩张管23中每立方米烧结烟气中团聚液的喷入量为1ml。
扩张管23的外部布置有环形管道8，环形管道8进口端与空压机32出口端相连，环形管道8上设置有16个出口，且环形管道8的出口与团聚液喷头33相连，团聚液由环形管道8流入团聚液喷头33；环形管道8上设置有16个出口，可将团聚液均匀稳定的从团聚液储存部件31输送到团聚液喷头33中，使得团聚液喷头33均匀、稳定的喷入团聚液。
上述的团聚液喷头33也通过管道与空压机32相连，空压机32与团聚液储存部件31相连，其中：团聚液储存部件31用于储存团聚液，空压机32为团聚液进入团聚液喷头33提供动力，团聚液喷头33用于将团聚液雾化，并喷入雾化团聚装置2。含有团聚剂的团聚液在空压机32的驱动下，由团聚液储存部件31中流入团聚液喷头33，团聚液喷头33将雾化团聚液喷入雾化团聚装置2，雾化后的雾滴粒径为30-150μm。
检测除尘装置4后烧结烟气中PM2.5和PM10的排放浓度，并计算PM2.5和PM10的减排效率，PM2.5的减排效率为67.7％，PM10的减排效率为54.5％。
其原因在于：收缩管21与扩张管23上均设置有团聚液喷头33。收缩管21中的微细颗粒物已与团聚液充分接触，被团聚液雾滴润湿、粘附，并形成团聚核心；扩张管23上也设置有团聚液喷头33，并喷入团聚液雾滴后，团聚液雾滴再将微细颗粒物形成的团聚核心润湿，当微细颗粒物与团聚核心碰撞时，易被团聚核心粘附，并在不断的碰撞中逐渐长大。
实施例11
本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于：
如图7所示，收缩管21上设置有团聚液喷头33，且团聚液喷头33均匀的布置于收缩管21横截面的圆周切线上。扩张管23上也设置有团聚液喷头33，且团聚液喷头33均匀的布置于扩张管23横截面的圆周切线上。且收缩管21和扩张管23上分别设置有相互独立的团聚液加入装置3。即收缩管21上的团聚液喷头33与一组团聚液储存部件31和空压机32相连，而扩张管23上的团聚液喷头33与另一组团聚液储存部件31和空压机32相连，使得收缩管21和扩张管23中可以喷入不同浓度和种类的团聚液。其中收缩管21喷入的团聚液中的团聚剂与水的质量之比为1:5000，扩张管23喷入的团聚液中的团聚剂与水的质量之比为1:10000，收缩管21中每立方米烧结烟气中团聚液的喷入量为14ml，扩张管23中每立方米烧结烟气中团聚液的喷入量为0.5ml。扩张管23的外部布置有环形管道8，环形管道8进口端与空压机32出口端相连，环形管道8上设置有16个出口，且环形管道8的出口与团聚液喷头33相连，团聚液由环形管道8流入团聚液喷头33；环形管道8上设置有16个出口，可将团聚液均匀稳定的从团聚液储存部件31输送到团聚液喷头33中，使得团聚液喷头33均匀、稳定的喷入团聚液。
上述的团聚液喷头33也通过管道与空压机32相连，空压机32与团聚液储存部件31相连，其中：团聚液储存部件31用于储存团聚液，空压机32为团聚液进入团聚液喷头33提供动力，团聚液喷头33用于将团聚液雾化，并喷入雾化团聚装置2。含有团聚剂的团聚液在空压机32的驱动下，由团聚液储存部件31中流入团聚液喷头33，团聚液喷头33将雾化团聚液喷入雾化团聚装置2，雾化后的雾滴粒径为30-150μm。
检测除尘装置4后烧结烟气中PM2.5和PM10的排放浓度，并计算PM2.5和PM10的减排效率，PM2.5的减排效率为67.3％，PM10的减排效率为54.2％。
减排效率高于实施例1，机理分析其原因在于：收缩管21与扩张管23上均设置有团聚液喷头33。收缩管21中的微细颗粒物已与团聚液充分接触，被团聚液雾滴润湿、粘附，并形成团聚核心；扩张管23上也设置有团聚液喷头33，并喷入团聚液雾滴后，团聚液雾滴再将微细颗粒物形成的团聚核心润湿，当微细颗粒物与团聚核心碰撞时，易被团聚核心粘附，并在不断的碰撞中逐渐长大。
此外，如图8所示，扩张管23有两个横截面的圆周切线上均匀设置团聚液喷头33，即扩张管23设置有两组团聚液喷头33，从而实现在扩张管23中分级喷入团聚液雾滴，提高团聚液的使用效率。原因在于：团聚液雾滴对颗粒物的黏附主要依靠团聚液雾滴的表面层，当聚液雾滴表层不断被占满，新的颗粒物与团聚液雾滴碰撞时由于接触不到雾滴的液面而不能被黏附；团聚液分级加入时，可以团聚液不断与微细颗粒结合，使得团聚液雾滴始终暴露在颗粒表层，新的颗粒物能与团聚液雾滴液面充分接触，从而提高了团聚效率。
实施例12
本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于：
如图9所示，所述的团聚液喷头33设置于收缩管21管内，团聚液喷头33与主烟道1中的气流方向相反，即团聚液雾滴由团聚液喷头33喷入收缩管21中央部位，且团聚液喷头33喷出的雾滴方向与主烟道1中气流方向相反，增大了团聚液雾滴与烟气中颗粒的碰撞几率；此外，团聚液雾滴不断向收缩管21中心运动，使得与收缩管21中心处的烟气也充分接触。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种铁矿烧结烟气PM10和PM2.5的减排方法，其特征在于：铁矿烧结过程中，在烧结烟气的烟气通道中喷入团聚液，烧结烟气中的微细颗粒物在团聚液的作用下团聚长大，并采用除尘装置(4)除去团聚长大的微细颗粒物，团聚液的团聚剂包括羧甲基纤维素钠和添加剂，添加剂为固体添加剂，固体添加剂具有多孔结构；所述的烟气通道为烧结烟气的主烟道(1)，在主烟道(1)上安装有雾化团聚装置(2)，在雾化团聚装置(2)中喷入雾状的团聚液雾滴，烟气中的微细颗粒物与团聚液在雾化团聚装置(2)团聚成核、碰撞长大，所述的团聚液中团聚剂与水的质量之比为1:2000-10000。
2.根据权利要求1所述的一种铁矿烧结烟气PM10和PM2.5的减排方法，其特征在于：所述的团聚剂包括聚合氯化铝、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺和固体添加剂；所述添加剂由活性炭和焦粉组成，或者所述添加剂由活性炭和沸石组成，或者由活性炭、焦粉、膨润土和苏州土组成。
3.根据权利要求2所述的一种铁矿烧结烟气PM10和PM2.5的减排方法，其特征在于：活性炭粒径要求：74μm≤活性炭粒径≤100μm，焦粉粒径要求：74μm≤焦粉粒径≤100μm；沸石粒径要求：74μm≤沸石粒径≤100μm，膨润土粒径要求：74μm≤膨润土粒径≤100μm。
4.根据权利要求2所述的一种铁矿烧结烟气PM10和PM2.5的减排方法，其特征在于：所述的添加剂由活性炭和焦粉组成，按如下质量百分比组成：活性炭90％，焦粉10％；
或者添加剂由活性炭和沸石组成，按如下质量百分比组成：活性炭85％或90％或95％，沸石15％或10％或5％；
或者添加剂由活性炭、焦粉、膨润土和苏州土组成，按如下质量百分比组成：活性炭90％，焦粉8％，膨润土1％，苏州土1％。
5.根据权利要求2所述的一种铁矿烧结烟气PM10和PM2.5的减排方法，其特征在于：团聚液的PH值为8-9。
6.根据权利要求2所述的一种铁矿烧结烟气PM10和PM2.5的减排方法，其特征在于：喷入的团聚液的雾滴粒径为30-150μm，每立方米烧结烟气中团聚液的喷入量为10-20ml。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种铁矿烧结烟气PM10和PM2.5的减排方法，其特征在于：雾化团聚装置(2)包括收缩管(21)、圆柱连接管(22)和扩张管(23)。
8.根据权利要求1-6任一项所述的一种铁矿烧结烟气PM10和PM2.5的减排方法，其特征在于：团聚液由团聚液加入装置(3)加入雾化团聚装置(2)。
9.根据权利要求1-6任一项所述的一种铁矿烧结烟气PM10和PM2.5的减排方法，其特征在于：所述的除尘装置(4)为静电除尘器或者布袋除尘器。
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