CN106610230B

CN106610230B - 一种烧结烟气减量和余热综合利用方法和装置

Info

Publication number: CN106610230B
Application number: CN201510705706.2A
Authority: CN
Inventors: 石磊; 李咸伟; 胡子国
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2015-10-27
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2019-07-23
Anticipated expiration: 2035-10-27
Also published as: CN106610230A

Abstract

一种烧结烟气减量和余热综合利用工艺，由烟气循环烧结、烧结矿竖式冷却、循环风冷却、余热发电等组成。具体步骤如下：部分烧结烟气自烧结台车头、尾风箱支管引出，经除尘增压后，再循环至烧结台车中部料层表面；烧结机台车中部的烧结废气引出除尘净化后大部排放，少部分参与高温烧结矿竖式冷却；烧结台车尾端的烧结矿破碎后进入竖式冷却炉，并与底部鼓入的循环风逆流冷却排出；循环冷风经热交换一次除尘后进入余热发电系统；经余热发电系统的循环风经二次除尘，与部分净化后的烧结废气混合，增压后进竖炉进行热矿循环风冷却。本发明可有效利用烧结烟气及烧结矿显热，削减烟气排放量，可同时脱除粉尘、SO₂、NOx、二噁英等污染物、占地小、投资低。

Description

一种烧结烟气减量和余热综合利用方法和装置

技术领域

本发明涉及节能减排和污染综合治理领域，特别是，本发明涉及一种钢铁冶金烧结过程的烧结废气减量、污染物减排和废气余热利用，以及烧结矿显热高效利用和烧结矿冷却过程中的扬尘治理等的新工艺。

背景技术

钢铁冶金产业是一个高耗能、高污染的产业。2014年我国粗钢产量约8.23亿吨，超过全球产量的一半。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，2014年全国烧结矿产量超过7亿吨。

在烧结混合料点火后、随台车运行至台车末端生成烧结矿的过程中，会产生大量烧结废气，此部分废气具有如下特点：

烟气量大且波动范围宽(一台450m²的烧结机，产生的烧结烟气量一般在140～180×104Nm³/h)、烟气成分复杂且污染物浓度高(SO2波动范围一般为300～2000mg/m³，NOx波动范围一般为100～700mg/m³，并含有CO、HCl、HF以及二恶英、PAHs、PCDF、VOCs等有机污染物)、烟气温度变化范围大(通常在80～250℃，烧结台车前部风箱烟温约80～150℃，后部风箱烟温约180～350℃，)、烧结烟尘浓度高(4～10g/m³)、烟气流速(10～20m/s)和负压(-15000Pa以上)高且波动量大等。

另据统计，烧结工序能耗约占整个钢铁冶金企业能耗的10％。钢铁冶金生产消耗的有效能量仅占28.3％，而余热余能的利用占71.7％，达到14.34GJ/t。

在钢铁冶金烧结工序中，烧结过程余热资源主要由两部分组成：

一部分是来自于烧结机尾部、温度约为650～800℃，烧结矿所携带的显热，这部分显热约占烧结过程余热资源总量的70％；另一部分来自于烧结机主排烟管道的烧结烟气的余热，这部分约占余热资源总量的30％。当前，我国钢铁冶金企业烧结工序单位吨烧结矿的能源消耗指标比国外先进同行能耗指标要高出20％以上，而我国钢铁冶金企业的烧结废气余热回收利用比例较低，是其中的一个主要因素。

目前，烧结废气传统的处理方式为：烧结废气经各风箱支管引至主抽烟道混合后，由主抽风机送至静电除尘器，然后经烟气脱硫设施处理后烟囱排放。

该工艺带来的缺点是：(1)烧结主抽烟道外排废气量大，导致后续除尘、脱硫设施一次性投资和运行成本居高不下；(2)烧结机后部风箱烟温高，余热未经利用直接外排，造成余热损失；(3)烧结废气中NOx、CO、二噁英等污染物在后续烟气脱硫设施内去除率低，烟囱排放可能超标。

另一方面，高温红热的烧结矿经烧结台车尾端落入矿仓，一般经单辊破碎后，进入环式或带式冷却机，在冷却风机的作用下，热矿由600～800℃降至150℃以下，经输送皮带送往高炉利用。与此同时，以往烧结矿冷却过程产生的废气主要利用方式有：

一是直接用于预热混合料、烧结热风点火、热风烧结等；二是将收集的高温段废气引至热管装置或余热锅炉，生产低压蒸汽并网回用；三是将高温段废气产生蒸汽驱动汽轮机组发电。但由于冷却机废气的温度不高，且波动范围较大，造成余热利用效率低、浪费严重，发电装置运行工况不稳。

实践表明，烧结矿传统的鼓风式环冷或带冷工艺存在如下缺点：

(1)台车在移动过程中进行鼓风或抽风，台车与风箱之间的密封问题难以解决，一般漏风率达20％以上，甚至高达50％；

(2)冷却机两端由于不能密封而掺入了大量野风，由于野风是不经过烧结料层的，因此不仅加大了风机的功率和耗电量，而且大大降低了加热后的烟气温度，在烧结矿温度750℃的条件下，烟气温度一般只有250～350℃，而且冷却机只有前部三分之一的风箱抽的烟气能达到250～350℃，后部风箱抽出的烟气由于温度太低而无法利用。

为此，目前每吨烧结矿冷却时从烟气中回收的热量只占烟气中总热量的20～30％。此外，无论带式冷却机还是环形冷却机，其均体积庞大、投资高、能耗大、区域扬尘大、设备维护工作量大等缺点。因此，烧结矿的冷却工艺及由此带来区域性扬尘和余热利用问题，也一直是钢铁生产余热利用和环境治理的难点。

针对烧结废气污染治理及烧结烟气/烧结矿显热综合利用，CN103954139A专利文献提出了一种烧结余能发电系统，其技术特征在于将低温烧结废气用作高温烧结矿的冷却气体，换热后的获得的高温气体用于余热发电。该技术路线难以工程应用的原因在于：

(1)烧结废气量大，气料比(气体量与烧结矿质量之比)过大后，换热后气体升温有限，难以满足后续余热发电系统对烟温的要求；

(2)来自主抽烟道的烧结废气负压高达15000Pa，再升压克服竖炉内料层阻力，对风机提出了非常苛刻的要求，造成风机功率剧增；

(3)烧结废气中SO2浓度高，并含有SO3、HCl、HF等腐蚀性成分，未经处理直接进入余热锅炉，会带来严重的设备腐蚀。

CN102588933A专利文献公开了一种在一体化炉膛内，直接利用高温烧结矿料的显热产生蒸汽的系统及方法。该发明的缺点是：烧结矿颗粒粗大、密度大、温度高，对一体化装置承重、材质、磨损要求高，同时固液间接换热效率低，难以满足烧结矿快速冷却的生产要求。

CN103424001A专利文献公开了一种高温物料竖式冷却机及余热利用系统，其圆筒状机体下部为冷风输入段，中部为冷却段，上部为物料输入段，在冷却段内，通过抽风和鼓风相结合的方式冷却物料。其缺点在于机体内设置复杂结构件，阻碍高温烧结矿物流，而热矿未经破碎直接冷却，换热时间长，同时机体内冷却采取水冷壁的间接换热结构，换热效率低，所产生的蒸汽难以满足余热发电的要求。

在新环保法实施的背景下，烧结区域的节能减排，已成为钢铁企业低温余热利用和废气治理的重点和难点。因此，立足烧结机整体，开展烟气减量、污染物减排、粉尘治理和废气/烧结矿显热高附加值利用等节能减排技术开发，对于钢铁企业，具有重要意义。

为此，本领域迫切需要针对烧结过程的污染排放和余热利用，尤其是烧结废气减量、污染物减排、粉尘治理和废气/烧结矿显热高附加值利用等一系列行业难点问题，突破传统工艺的局限，提供一套完整的工艺技术，以彻底消除烧结区域的环境污染、实现烧结全流程的节能减排，满足日益严格的烧结工序节能减排和达标排放要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明目的在于：提供一种烧结烟气减量和余热综合利用方法及装置，本发明一种烧结烟气减量和余热综合利用方法技术方案如下：

一种烧结烟气减量和余热综合利用方法，其特征在于，所述方法包括烟气循环烧结、烧结矿竖式冷却、循环风冷却、余热发电阶段；

(1)烟气循环烧结阶段

烟气循环过程如下：部分烧结烟气自烧结台车头、尾风箱支管引出，经除尘、增压后，再次循环至烧结台车中部料层表面，实现循环烧结，

烧结机台车中部风箱支管的烧结废气引出后，经除尘、增压和烟气净化后大部分由烟囱排放，少部分参与高温烧结矿竖式冷却；

(2)烧结矿竖式冷却阶段

从烧结台车尾端落下的高温烧结矿，经破碎后进入热矿储仓，通过炉顶布料装置进入竖式冷却炉，控制烧结矿在竖炉内的停留时间与气料比，并保持炉料缓慢下移，炉料在下移过程中，与底部鼓入的循环风逆流冷却至排矿温度后通过炉底出料装置排出竖炉；

(3)循环风冷却阶段

从竖炉底部鼓入的冷风经布风装置后向上流动，与由上而下的热矿进行换热，换热后升温的热风由竖炉上部引出，经一次除尘后，进入余热回收系统，出风再经第二次除尘后，与部分净化后的烧结废气在混合器中混合，经增压后进入竖炉进行热矿循环冷却；

(4)余热发电阶段

循环冷却风经竖炉内换热后变热风后，经炉顶一次除尘，进入余热锅炉，与锅炉内给水系统进行换热，热蒸汽经汽轮机驱动发电装置发电，锅炉内换热后冷却的废气再排出，经过余热发电系统的循环风经第二次除尘后，与部分净化后的烧结废气混合，经增压后进入竖炉进行热矿循环风冷却。

根据本发明，所述部分烧结烟气进入循环系统之后，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。

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。

根据本发明，除尘器可选择旋风除尘器、多管除尘器、重力除尘器、惯性除尘器中的一种及其组合，优选多管除尘器，除尘后出口粉尘浓度应在400mg/m³以下。

根据本发明所述一种烧结烟气减量和余热综合利用方法，其特征在于，在(1)烟气循环烧结阶段，所述部分烧结烟气，为取自烧结机头部、尾部若干风箱支管的烟气，烟气量占原主抽大烟道烟气排放总量的20％～60％；头、尾风箱支管取气数量的比例为1:6。

根据本发明所述一种烧结烟气减量和余热综合利用方法，其特征在于，在(1)烟气循环烧结阶段，所述烟气量占原主抽大烟道烟气排放总量的30～50％；头、尾风箱支管取气数量的比例为1：3～5。

按照烧结过程的特点，烧结台车由头至尾，其风箱支管的烟气温度逐步升高，含氧量逐渐降低。本技术取头部、尾部若干风箱支管的烟气进行混合，既确保循环烧结烟气的烟温较高(200℃以上)，含氧量满足循环烧结要求(18.5％以上)，又节省了增设补氧风机的投资和占地。

根据本发明，烧结烟气循环烧结系统由烧结机台车、烧结机头尾风箱支管、烧结烟气主抽烟道、循环烟气混合烟道、除尘器、烟气循环风机、循环烟气罩、静电除尘器、烟气净化增压风机、烟气净化装置、烟囱等设备及相应阀门、控制系统组成。

根据本发明，烧结烟气循环烧结的原理如下：

烧结机部分热废气被再次引入到烧结工艺过程中，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CO重新燃烧，达到余热利用、节省烧结工艺能耗的效果。另外，热烟气中的二恶英、PAHs、VOC等有机污染物在通过烧结料层中高达1300℃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、SO₂和重金属、卤化物(HCl、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。

根据本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，发现上述循环烧结对NOx的脱除效果如下：

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。

根据本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，发现上述循环烧结对二恶英的脱除效果：

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，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℃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。

根据本发明，循环烧结的烟气减量和SO2富集效果如下：

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20％～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SO₂富集程度高(浓度提高了20～100％)，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。

根据本发明所述一种烧结烟气减量和余热综合利用方法，其特征在于，在(2)烧结矿竖式冷却阶段，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。

根据本发明所述一种烧结烟气减量和余热综合利用方法，其特征在于，在(2)烧结矿竖式冷却阶段，所述破碎机为双齿辊破碎机、颚式破碎机、单辊破碎机、复合式破碎机、圆锥式破碎机的一种，优选双齿辊破碎机，两个齿辊的间隙为50～150mm。

烧结矿竖式冷却系统由烧结机台车、破碎机、热矿储仓、炉顶布料装置、竖式冷却炉、炉底布风装置，炉底出料装置、冷矿输料皮带等组成。

从台车落下的烧结矿，块度较大且粒径范围较宽，直接入炉后，会对料层冷却阻力和气固传热效率(热矿冷却效果)造成不利影响，因此，需进行预破碎。所述破碎机，为双齿辊破碎机、颚式破碎机、单辊破碎机、复合式破碎机、圆锥式破碎机的一种，优选双齿辊破碎机，两个齿辊的间隙为50～150mm，破碎的粒度不宜过细，以免增加竖炉内的料层阻力。

根据本发明，所述热矿储仓的作用是储存破碎后的烧结矿，控制后续炉内均匀布料和竖冷的节奏。为减少散热，热矿储仓需进行保温处理。

根据本发明，所述炉顶布料装置，可选取旋转出口布料、料钟式布料等方式，目的是均匀布料，避免底部循环风沿炉内上行时出现短路。

根据本发明所述一种烧结烟气减量和余热综合利用方法，其特征在于，在(2)烧结矿竖式冷却阶段，竖冷过程的关键工艺参数如下：烧结矿料层高度4～15m、高径比：0.2～5:1；热矿在竖炉内的停留时间为1～5h；冷却风与热矿的气料比为500～3000m³/t-烧结矿。

根据本发明所述一种烧结烟气减量和余热综合利用方法，其特征在于，在(2)烧结矿竖式冷却阶段，竖冷过程的关键工艺参数如下：烧结矿料层高度5～8m、高径比：1～2:1；热矿在竖炉内的停留时间为2～3h；冷却风与热矿的气料比为800～1500m³/t。

所述竖式冷却炉，为冷却风和热矿逆向充分换热的封闭式容器，既要确保热矿均匀冷却获得合格的烧结矿，又要控制循环冷风风量以回收较高品位的显热。这就需要炉顶布料装置、炉底布风装置、炉底排料装置和循环风机等设备联锁控制。同时，竖炉本体需进行耐温、耐磨、耐蚀、抗高温变形的特殊设计。

根据本发明，所述炉底出料装置，应确保冷矿温度降至150℃以下，以确保后续输料皮带的安全运行。

根据本发明所述一种烧结烟气减量和余热综合利用方法，其特征在于，在(3)循环风冷却阶段，烧结废气经循环利用后，烟气量可减排20～50％，减排后的烟气经静电除尘、增压后，再经由烟气净化装置后，大部分从烟囱排出，少部分参与竖炉冷却烧结矿的循环冷却风循环，两者比例为20～100:1：优选比例，50:1。

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。

循环风机压升选型的依据是，烟气循环至烧结料层上方时，气压为-200Pa～+100Pa。

根据本发明所述一种烧结烟气减量和余热综合利用方法，其特征在于，在(3)循环风冷却阶段，所述烟量调节装置的作用在于辅助调节冷却风量和竖式冷却的气料比，控制循环冷却风进入竖炉的温度低于200℃，优选的是取150℃。

根据本发明，所述一次除尘，为重力除尘器、惯性除尘器，也可为利用变径烟道突然减缓烟气流速而特殊设计，目的在于去除竖炉顶部出口热风中颗粒较大的粉尘，避免对后续余热回收系统管道、设备的磨损。

根据本发明，所述二次除尘，为多管除尘器、旋风除尘器、静电除尘器中的一种，优选多管除尘器，除尘后出口粉尘浓度应在400mg/m³以下。

根据本发明所述一种烧结烟气减量和余热综合利用方法，在(4)余热发电阶段，余热回收系统由余热锅炉、汽轮机、发电装置、凝汽器、脱氧脱盐装置，给水泵、锅炉汽包等组成。

余热回收过程如下：循环冷却风经竖炉内换热后变热风后，经炉顶一次除尘，进入余热锅炉，与锅炉内给水系统进行换热，热蒸汽经汽轮机驱动发电装置发电，锅炉内换热后冷却的废气再排出，经除尘后循环使用。

本发明的一种烧结烟气减量和余热综合利用系统装置的技术方案如下：

一种烧结烟气减量和余热综合利用系统装置，其特征在于，所述系统装置顺序包括烟气循环烧结、烧结矿竖式冷却、循环风冷却、余热发电系统；

(1)烟气循环烧结系统

烧结烟气循环烧结系统1包括：烧结机台车、用于引出部分烧结烟气的烧结机头尾风箱支管11、连接支管11的烧结烟气主抽烟道12及循环烟气混合烟道13、连接混合烟道13的多管除尘器14及烟气循环风机15，设置于引出部分烧结烟气管道上及静电除尘器17、烟气净化增压风机18、烟气净化装置19，

(2)烧结矿竖式冷却系统

烧结矿竖式冷却系统2包括：连接烧结机台车尾端的烧结矿破碎机21、设置于破碎机21后的热矿储仓22、炉顶设有布料装置23、炉底设有炉底布风装置25和炉底出料装置26及冷矿输料皮带27的竖式冷却炉24，

(3)循环风冷却系统

循环风冷却系统3包括：连接烧结矿竖式冷却系统2的竖炉顶部出口一次除尘器31、通过循环冷却风混合器34、废气循环风机35、连接烧结矿竖式冷却系统2的余热锅炉出口二次除尘器32，连接烟气循环烧结系统1的烟气净化装置19和余热锅炉出口二次除尘器32的烟量调节装置33。

(4)余热发电系统

余热锅炉发电系统4包括：顶部及底部分别连接竖炉顶部出口一次除尘器31和二次除尘器32的余热锅炉41、连接余热锅炉41的汽轮机42及发电装置43、连接余热锅炉41和汽轮机42的凝汽器44、脱氧脱盐装置45及给水泵46。

如何利用稳定高温的热风进行余热发电，其工艺流程及相关设备，为业内通识共性技术，在此毋庸赘述。

本发明的主要优点如下：

(1)本发明开发了一种烧结烟气减量和余热综合利用工艺，既可有效利用烧结烟气及烧结矿显热、节省烧结配焦、削减烟气排放量，还能同时脱除粉尘、SO2、NOx、二噁英等污染物，具有烟气减量明显、污染物削减效果好、余热利用效率高、全过程粉尘排放少、工程占地小、投资低等优点，具有广泛的推广应用前景。

(2)烧结废气经循环烧结后，烟气量可降低20～40％，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。

(3)烧结矿竖式冷却装置为立式封闭系统，可在确保烧结矿产/质量的条件下，将烧结矿显热回收率由环冷余热的30％提升至70％，所回收的400～600℃热风可为余热发电系统提供稳定、高效的余热资源。

(4)循环风冷却系统通过一次除尘、二次除尘系统，并与净化后的来自主抽烟道的烧结废气混合，可有效调节循环风量和成分，实现竖冷系统的冷风闭路循环。

(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，具有工艺节水、集成净化、适用性广、高效低耗等多种优点；

附图说明

图1为一种烧结烟气减量和余热综合利用工艺流程示意图。

图中，1-烟气循环烧结系统，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-多管除尘器，15-烟气循环风机，16-循环烟气罩，17-静电除尘器，18-烟气净化增压风机，19-烟气净化装置，2-热矿破碎冷却系统，21-破碎机，22-热矿储仓，23-炉顶布料装置，24-竖式冷却炉，25-炉底布风装置，26炉底-出料装置，27-冷矿输料皮带，3-循环风系统，31-竖炉顶部出口一次除尘器，32-余热锅炉出口二次除尘器，33-烟量调节装置，34-循环冷却风混合器，35-废气循环风机，4-余热锅炉发电系统，41-余热锅炉，42-汽轮机，43-发电装置，44-凝汽器，45-脱氧脱盐装置，46-给水泵，47锅炉-汽包，5-烟囱。

具体实施方式

实施例

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℃，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。

烧结生产废气治理和余热利用的原有工艺流程为：烧结废气经各风箱支管引至主抽烟道混合后，由主抽风机送至静电除尘器，然后经烟气脱硫设施处理后烟囱排放。同时，红热的烧结矿经烧结台车尾端落入矿仓，进入环式冷却机，在冷却风机的作用下，热矿由600～800℃降至150℃以下，经输送皮带送往高炉利用，从环冷机取得的余热，低温段用于烧结配料热风点火，高温段废气引至余热锅炉生产低压蒸汽并网回用，由于环冷废气温度较低，实际余热回收率仅有20～30％。

为践行节能减排和循环经济理念，从源头削减烧结区域的污染排放，减少烧结烟气产生量、抑制烧结过程扬尘污染，提升和废气/烧结矿显热利用率，采用了本套技术。

结合附图1，将本发明的实施过程说明如下：

(1)烟气循环烧结过程：部分烧结烟气自烧结台车1的头、尾风箱支管11引出，在混合烟道12混合后，经多管除尘器14除尘、循环风机15增压后，循环至烧结台车1中部料层表面进行废气余热利用，烧结机台车中部风箱支管的烧结废气自主抽烟道12引出后，经静电除尘器17除尘、增压风机18增压和烟气净化装置19净化后大部分由烟囱5排放，少部分经烟量调节装置33进入循环冷却风混合器34进而参与高温烧结矿竖式冷却。

所述部分烧结烟气，为取自烧结机台车1头部2个风箱、尾部5个风箱支管的烟气，烟气量占原主抽大烟道烟气排放总量的40％。

所述部分烧结烟气循环烧结系统，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现有主抽烟道混合系统的切换。

所述除尘器为多管除尘器14，除尘后出口粉尘浓度应在300mg/m³以下。

烧结废气经循环利用后，烟气量可减排25％，减排后的烟气经静电除尘、增压后，再经由烟气净化装置后，大部分从烟囱排出，少部分参与竖炉冷却烧结矿的循环冷却风循环，两者比例为50:1，即5％的净化后烟气及经烟量调节装置33进入循环冷却风混合器，参与烧结矿竖式冷却。

(2)烧结矿竖式冷却过程：烧结台车1尾端的烧结矿经破碎机21后进入热矿储仓22，经布料装置23进入竖式冷却炉24，控制烧结矿在竖式冷却炉24内的停留时间与气料比，并保持炉料缓慢下移，炉料在下移过程中，与底部布风装置25鼓入的循环风逆流冷却至排矿温度低于150℃后，通过炉底出料装置26排出竖炉，由输送皮带27运走利用。

所述破碎机21为双齿辊破碎机，两个齿辊的间隙为100mm。

所述热矿储仓22采取耐高温两层钢板内嵌石棉毡进行保温处理。

所述炉顶布料装置23，采取料钟式布料。

所述竖式冷却炉24，采取耐温、耐磨、耐蚀、抗高温变形的特殊设计。其关键结构和工艺参数为：烧结矿料层高度6m、高径比：1:2；热矿在竖炉内的停留时间为2h；冷却风与热矿的气料比为1000m³/t-烧结矿。

所述炉底出料装置25，应确保冷矿温度降至150℃以下，以确保后续输料皮带的安全运行。

(3)循环风冷却系统:从竖式冷却炉24底部鼓入的冷风经热交换后由竖炉上部引出，经一次除尘器31除尘后，进入余热发电系统；余热发电系统换热后的出风经二次除尘器32第二次除尘后，进入烟气混合器34，与来自烟量调节装置33的净化后烧结废气混合，控制冷却风的温度为150±10℃，经废气循环风机35增压，后进入竖式冷却炉24进行热矿循环冷却。

所述一次除尘器31，为重力除尘器，旨在去除可能引起余热锅炉磨损的大颗粒；所述二次除尘器32，为多管除尘除尘器，除尘后出口粉尘浓度在400mg/m³以下。

(4)余热发电系统：由余热锅炉41、汽轮机42、发电装置43、凝汽器44、脱氧脱盐装置45，给水泵46、锅炉汽包47等组成。来自竖式冷却炉的换热后热风经炉顶一次除尘，进入余热锅炉41，与锅炉内给水系统46进行换热，热蒸汽经汽轮机42驱动发电装置43发电，锅炉内换热后冷却的废气再排出，经除尘后循环使用。

利用稳定高温的热风进行余热发电，其工艺流程及相关设备，为业内通识共性技术，在此毋庸赘述。

(5)实施结论：以既有132m²烧结机为传统“烧结废气全量除尘脱硫+烧结矿环式冷却”工艺为例，采用本套“废气循环烧结+烧结矿竖式冷却”工艺后，烧结废气减排量为25％，降低烧结工序能耗5％以上(节约3kgce/t-s)，粉尘、NOx、二噁英减排量分别为80％、30％和70％，SO2富集率提高了40％，因烧结废气量减排和SO2富集，降低了后续除尘和脱硫设施运行成本15％。烧结矿经竖式冷却后，烧结矿质量和产量满足高炉要求，所回收的高温热风温度稳定在500～600℃，可稳定用于发电，余热回收率提升至70％，余热发电获得效益比传统余热锅炉生产蒸汽提高3倍。从整体上看，本发明具有烟气减量明显、污染物削减效果好、余热利用效率高、全过程粉尘排放少、工程占地小、投资低等优点。

Claims

1.一种烧结烟气减量和余热综合利用方法，其特征在于，所述方法包括烟气循环烧结、烧结矿竖式冷却、循环风冷却、余热发电阶段；

（1）烟气循环烧结阶段

烟气循环过程如下：部分烧结烟气自烧结台车头、尾部风箱支管引出，经除尘、增压后，再次循环至烧结台车中部料层表面，实现循环烧结，

（2）烧结矿竖式冷却阶段

（3）循环风冷却阶段

（4）余热发电阶段

循环冷却风经竖炉内换热后变热风后，经炉顶一次除尘，进入余热锅炉，与锅炉内给水系统进行换热，热蒸汽经汽轮机驱动发电装置发电，锅炉内换热后冷却的废气再排出，经过余热发电系统的循环风经第二次除尘后，与部分净化后的烧结废气混合，经增压后进入竖炉进行热矿循环风冷却，

在循环风冷却阶段，烧结废气经循环利用后，烟气量可减排20~50%，减排后的烟气经静电除尘、增压后，再经由烟气净化装置后，大部分从烟囱排出，少部分参与竖炉冷却烧结矿的循环冷却风循环，两者比例为20~100:1。

2.如权利要求1所述一种烧结烟气减量和余热综合利用方法，其特征在于，从烟囱排出的大部分烟气与参与竖炉冷却烧结矿的循环冷却风循环的少部分烟气的比例为50:1。

3.如权利要求1所述一种烧结烟气减量和余热综合利用方法，其特征在于，在烟气循环烧结阶段，所述部分烧结烟气，为取自烧结台车头、尾部若干风箱支管的烟气，烟气量占原主抽大烟道烟气排放总量的20%~60%；烧结台车头、尾部风箱支管取气数量的比例为1:6。

4.如权利要求1所述一种烧结烟气减量和余热综合利用方法，其特征在于，在烟气循环烧结阶段，自烧结台车头、尾部风箱支管引出的烟气量占原主抽大烟道烟气排放总量的30~50%；烧结台车头、尾部风箱支管取气数量的比例为1：3~5。

5.如权利要求1所述一种烧结烟气减量和余热综合利用方法，其特征在于，所述部分烧结烟气循环烧结系统，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。

6.如权利要求1所述一种烧结烟气减量和余热综合利用方法，其特征在于，在烧结矿竖式冷却阶段，竖冷过程的关键工艺参数如下：烧结矿料层高度4~15m、高径比：0.2~5:1；热矿在竖炉内的停留时间为1~5h；冷却风与热矿的气料比为500~3000m³/t-烧结矿。

7.如权利要求1所述一种烧结烟气减量和余热综合利用方法，其特征在于，在烧结矿竖式冷却阶段，竖冷过程的关键工艺参数如下：烧结矿料层高度5~8m、高径比：1~2:1；热矿在竖炉内的停留时间为2~3h；冷却风与热矿的气料比为800~1500m3/t。

8.如权利要求1所述一种烧结烟气减量和余热综合利用方法，其特征在于，在余热发电阶段，

余热回收系统由余热锅炉、汽轮机、发电装置、凝汽器、脱氧脱盐装置、给水泵、锅炉汽包组成。

9.一种用于权利要求1所述方法的烧结烟气减量和余热综合利用系统装置，其特征在于，所述系统装置顺序包括烟气循环烧结、烧结矿竖式冷却、循环风冷却、余热发电系统；

（1）烟气循环烧结系统

烧结烟气循环烧结系统包括：烧结机台车、用于引出部分烧结烟气的烧结机头尾风箱支管（11）、连接支管（11）的烧结烟气主抽烟道（12）及循环烟气混合烟道（13）、连接混合烟道（13）的多管除尘器（14）及烟气循环风机（15），设置于引出部分烧结烟气管道上的静电除尘器（17）、烟气净化增压风机（18）、烟气净化装置（19），

（2）烧结矿竖式冷却系统

烧结矿竖式冷却系统包括：连接烧结机台车尾端的烧结矿破碎机（21）、设置于破碎机（21）后的热矿储仓（22）、炉顶设有布料装置（23）、炉底设有炉底布风装置（25）和炉底出料装置（26）及冷矿输料皮带（27）的竖式冷却炉（24），

（3）循环风冷却系统

循环风冷却系统包括：连接烧结矿竖式冷却系统的竖炉顶部出口一次除尘器（31）、通过循环冷却风混合器（34）、废气循环风机（35）连接烧结矿竖式冷却系统的余热锅炉出口二次除尘器（32），连接烟气净化装置（19）和余热锅炉出口二次除尘器（32）的烟量调节装置（33），

（4）余热发电系统

余热锅炉发电系统包括：顶部及底部分别连接竖炉顶部出口一次除尘器（31）和二次除尘器（32）的余热锅炉（41）、连接余热锅炉（41）的汽轮机（42）及发电装置（43）、连接余热锅炉（41）和汽轮机（42）的凝汽器（44）、脱氧脱盐装置（45）及给水泵（46），

10.如权利要求9所述一种烧结烟气减量和余热综合利用系统装置，其特征在于，在烧结矿竖式冷却阶段，所述破碎机为双齿辊破碎机、颚式破碎机、单辊破碎机、复合式破碎机、圆锥式破碎机的一种。

11.如权利要求10所述一种烧结烟气减量和余热综合利用系统装置，其特征在于，在烧结矿竖式冷却阶段，所述破碎机为双齿辊破碎机，两个齿辊的间隙为50~150mm。

12.如权利要求9所述一种烧结烟气减量和余热综合利用系统装置，其特征在于，

在循环风冷却阶段，所述烟量调节装置的作用在于辅助调节冷却风量和竖式冷却的气料比，控制循环冷却风进入竖炉的温度低于200℃。

13.如权利要求12所述一种烧结烟气减量和余热综合利用系统装置，其特征在于，

在循环风冷却阶段，控制循环冷却风进入竖炉的温度低于150℃。