CN106996702B - 一种铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法 - Google Patents

一种铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法 Download PDF

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郄俊懋
周和敏
严定鎏
王�锋
高建军
林万舟
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钢研晟华工程技术有限公司
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    • F27D17/004—Systems for reclaiming waste heat

Abstract

本发明涉及一种铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法，特别适用于钢铁行业铁矿烧结的烟气处理工艺。该方法可以作为已有烧结脱硫工艺的企业配套建设，也可选择成熟的烧结烟气脱硫工艺一起新建。该方法包括：低温高NOx低SOx烟气与烧结矿换热及脱除NOx工艺、高温高SOx低NOx回收热量及脱除SOx工艺。本发明的工艺方法充分回收烧结矿和烧结烟气余热，同时减少SOx和NOx排放，具有流程短，适用性强，投资、运行成本低等优点，具有很大的应用价值。

Description

一种铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法
技术领域
本发明涉及铁矿烧结技术领域，尤其涉及一种铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法。
背景技术
我国钢铁生产以高炉-转炉长流程为主，烧结矿约占高炉炉料的 70％～75％，烧结工序SO2排放和NOx排放约占钢铁流程的60％和50％，是主要的大气污染源。目前烧结烟气脱硫在技术上已经成熟，方法也有多种，国内建成投运烧结脱硫设施约有1300台套。而在烧结烟气脱硝的建设方面进展不大，我国有报道的烧结脱硝装置不到10台，其中公认脱除效果比较好的有活性炭法，活性炭技术能够同时脱除SOx、NOx以及二噁英和其他有害挥发物，但该工艺的投资大、运行成本高，难以普及。其他在电力行业成熟应用的SCR法，SNCR法脱硝技术由于烧结尾气的温度低而无法实现，如果将尾气加热到催化反应所需温度消耗的能量巨大，也会造成运行成本高。
在烧结过程余热利用方面，一方面烧结工序能耗仅次于高炉炼铁，约占钢铁企业总能耗的11％，另一方面烧结工序的余热利用比例非常低，只有6％，每吨烧结矿约有0.9GJ的热能没有利用。在利用方式上主要有利用烧结矿余热进行热风烧结、点火助燃、预热烧结矿和余热发电。降低烧结漏风率，提高烧结矿显热利用效率，利用烧结矿本身具有的显热作为加热烧结脱硫尾气至选择性催化还原脱硝(SCR)反应所需温度热源，从能量来源的角度有足够的保证。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法，用以解决现有技术中烧结矿显热利用率低、烟气净化成本较高的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法，该铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法包括：低温高NOx低SOx烟气与烧结矿换热及脱除NOx工艺、高温高SOx低NOx回收热量及脱除SOx工艺。
铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法使用的设备包括：烧结机、烧结风箱、脱硝段烟道、脱硫段烟道、静电除尘器、脱硝引风机、竖式冷却器、重力除尘器、脱硝装置、余热发电装置、脱硝排放前除尘器、脱硝烟囱、破碎机、高温除尘器、脱硫引风机、余热锅炉、发电装置、脱硫装置、脱硫排放前除尘器、脱硫烟囱；
从烧结机的入口至出口依次排列有至少10个烧结风箱，由烧结机入口开始，依次为：脱硝段烟道、脱硫段烟道；脱硝段烟道包括数量为总数量60％的烧结风箱；脱硫段烟道包括余下的烧结风箱；
破碎机设置在烧结机的出口，烧结矿经烧结机烧结后，通过破碎机破碎后，落入竖式冷却器中进行冷却；
脱硝段烟道、静电除尘器、脱硝引风机、竖式冷却器、重力除尘器、脱硝装置、余热发电装置、脱硝排放前除尘器、脱硝烟囱依次相连；脱硫段烟道、高温除尘器、脱硫引风机、余热锅炉、脱硫装置、脱硫排放前除尘器、脱硫烟囱依次相连。
低温高NOx低SOx烟气与烧结矿换热及脱除NOx工艺具体为：
低温高NOx低SOx的烟气通过脱硝引风机，引入脱硝段烟道，开始与烧结矿换热的过程，低温高NOx低SOx的烟气通过静电除尘器进行除尘，进入竖式冷却器，与破碎后的烧结矿进行换热至温度高于350℃；
换热后的烟气通过重力除尘器再次除尘，除尘后通过脱硝装置进行脱硝，脱硝后的烟气通过余热发电装置进行发电，剩余气体通过脱硝排放前除尘器除尘后经脱硝烟囱排放。
低温高NOx低SOx的烟气满足：温度70-100℃，SOx浓度50-150mg/m3， NOx浓度100-300mg/m3。
脱硝装置采用选择性催化还原脱硝原理；
催化剂可以采用V2O5-WO3/TiO2、V2O5-MoO3/TiO2、V2O5/TiO2；还原剂采用氨水蒸汽，通过蒸发器获得高于或等于除尘脱硫尾气温度的氨水蒸汽。
高温高SOx低NOx回收热量及脱除SOx工艺具体为：
高温高SOx低NOx的烟气通过脱硫引风机，引入脱硫段烟道，开始回收热量的过程，高温高SOx低NOx的烟气通过高温除尘器进行除尘，进入余热锅炉，并通过发电装置进行发电至烟气温度降到150℃以下，发电后的低温烟气通过脱硫装置进行脱硫，然后通过脱硫排放前除尘器除尘后经脱硫烟囱排放。
高温高SOx低NOx的烟气：温度200-300℃，SOx浓度300-1500mg/m3， NOx浓度20-100mg/m3；
脱硫装置采用干法或半干法或湿法进行脱硫。
一种实现该铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法的铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx的设备系统，该设备系统包括：烧结机、烧结风箱、脱硝段烟道、脱硫段烟道、静电除尘器、脱硝引风机、竖式冷却器、重力除尘器、脱硝装置、余热发电装置、脱硝排放前除尘器、脱硝烟囱、破碎机、高温除尘器、脱硫引风机、余热锅炉、发电装置、脱硫装置、脱硫排放前除尘器、脱硫烟囱；
从烧结机的入口至出口依次排列有至少10个烧结风箱，由烧结机入口开始，依次为：脱硝段烟道、脱硫段烟道；脱硝段烟道包括数量为总数量60％的烧结风箱；脱硫段烟道包括余下的烧结风箱；
破碎机设置在烧结机的出口，烧结矿经烧结机烧结后，通过破碎机破碎后，落入竖式冷却器中进行冷却；
脱硝段烟道、静电除尘器、脱硝引风机、竖式冷却器、重力除尘器、脱硝装置、余热发电装置、脱硝排放前除尘器、脱硝烟囱依次相连；脱硫段烟道、高温除尘器、脱硫引风机、余热锅炉、脱硫装置、脱硫排放前除尘器、脱硫烟囱依次相连。
本发明有益效果如下：
1、本发明充分利用了烧结矿的显热资源，大幅度降低运行成本实现经济脱硝的目的；
2、本发明的工艺方法适用性强，可针对不同的烧结机设备配置，既可以用于已建成烧结脱硫企业也可在新建企业同时建设脱硫脱硝装置；既适用于环冷机和带式冷却机的烧结矿冷却方式，也适用于新型竖罐式烧结矿冷却方式；
3、本发明在脱硝后尾气余热资源充分利用，脱硝后尾气可接入已有的烟气余热锅炉系统，也可用于烧结机自身进行热风烧结、点火助燃或预热烧结矿。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为一种铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法的设备工艺流程图；
图中：：1-烧结机、2-烧结风箱、3-脱硝段烟道、4-脱硫段烟道、5- 静电除尘器、6-脱硝引风机、7-竖式冷却器、8-重力除尘器、9-脱硝装置、 10-余热发电装置、11-1-脱硝排放前除尘器、11-2-脱硝烟囱、12-破碎机、 13-高温除尘器、14-脱硫引风机、15-余热锅炉、16-发电装置、17-脱硫装置、18-1-脱硫排放前除尘器、18-2-脱硫烟囱。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
如图1所示，图中箭头方向为烧结台车运行方向。一种铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法，该铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法包括：低温高NOx低SOx烟气与烧结矿换热及脱除NOx工艺、高温高SOx低NOx回收热量及脱除SOx工艺。
铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法使用的设备包括：烧结机1、烧结风箱2、脱硝段烟道3、脱硫段烟道4、静电除尘器5、脱硝引风机6、竖式冷却器7、重力除尘器8、脱硝装置9、余热发电装置10、脱硝排放前除尘器11-1、脱硝烟囱11-2、破碎机12、高温除尘器13、脱硫引风机14、余热锅炉15、发电装置16、脱硫装置17、脱硫排放前除尘器、脱硫烟囱18；
从烧结机1的入口至出口依次排列有至少10个烧结风箱2，由烧结机1入口开始，依次为：脱硝段烟道3、脱硫段烟道4、循环烟气段烟道；脱硝段烟道3包括数量为总数量60％的烧结风箱2；脱硫段烟道4 包括余下的烧结风箱2；当以上比例无法得到整数时，缩小结果向下取整；
破碎机12设置在烧结机1的出口，烧结矿经烧结机1烧结后，通过破碎机12破碎后，落入竖式冷却器7中进行冷却；
脱硝段烟道3、静电除尘器5、脱硝引风机6、竖式冷却器7、重力除尘器8、脱硝装置9、余热发电装置10、脱硝排放前除尘器11-1、脱硝烟囱11-2依次相连；脱硫段烟道4、高温除尘器13、脱硫引风机14、余热锅炉15、脱硫装置17、脱硫排放前除尘器、脱硫烟囱18依次相连。
低温高NOx低SOx烟气与烧结矿换热及脱除NOx工艺具体为：
低温高NOx低SOx的烟气通过脱硝引风机6，引入脱硝段烟道3，开始与烧结矿换热的过程，低温高NOx低SOx的烟气通过静电除尘器5进行除尘，进入竖式冷却器7，与破碎后的烧结矿进行换热至温度高于350℃；
换热过程可根据烧结机1不同的烧结矿冷却方式选择适宜的换热方式，也可使用烧结矿环冷机、带式冷却机或竖罐式；
换热后的烟气通过重力除尘器8再次除尘，也可使用其他高温除尘方式，保证热尾气含尘量低于选择性催化还原(SCR)脱硝所需浓度；除尘后通过脱硝装置9进行脱硝，选择性催化还原(SCR)脱硝单元为一独立模块，可以直接选用现有成熟的选择性催化还原(SCR)脱硝模式，也针对烧结脱硫尾气NOx含量特点开发专用催化剂；脱硝后的烟气通过余热发电装置10进行发电，剩余气体通过脱硝排放前除尘器11-1 除尘后经脱硝烟囱11-2排放；脱硝后烟气也可并入已建成烧结余热锅炉 15高温烟气系统加热蒸汽并入蒸汽管网或直接发电，也可用于烧结机1 热风烧结、点火助燃、预热烧结矿。
低温高NOx低SOx的烟气：温度70-100℃，SOx浓度50-150mg/m3， NOx浓度100-300mg/m3；
脱硝装置9采用选择性催化还原脱硝(SCR)原理；催化剂可以采用V2O5-WO3/TiO2、V2O5-MoO3/TiO2、V2O5/TiO2或其他可适用于烧结脱硫尾气NOx含量特点的低温催化剂；还原剂采用氨水蒸汽，通过蒸发器获得高于或等于除尘脱硫尾气温度的氨水蒸汽。
高温高SOx低NOx回收热量及脱除SOx工艺具体为：
高温高SOx低NOx的烟气通过脱硫引风机14，引入脱硫段烟道4，开始回收热量的过程，高温高SOx低NOx的烟气通过高温除尘器13进行除尘，进入余热锅炉15，并通过发电装置16进行发电至烟气温度降到 150℃以下，发电后的低温烟气通过脱硫装置17进行脱硫，然后通过脱硫排放前除尘器除尘后经脱硫烟囱18排放。
高温高SOx低NOx的烟气：温度200-300℃，SOx浓度300-1500mg/m3， NOx浓度20-100mg/m3；
脱硫装置17采用干法或半干法或湿法进行脱硫。
一种实现该铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法的铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx的设备系统，该设备系统包括：烧结机1、烧结风箱2、脱硝段烟道3、脱硫段烟道4、静电除尘器5、脱硝引风机6、竖式冷却器7、重力除尘器8、脱硝装置9、余热发电装置10、脱硝排放前除尘器11-1、脱硝烟囱11-2、破碎机12、高温除尘器13、脱硫引风机14、余热锅炉15、发电装置16、脱硫装置 17、脱硫排放前除尘器、脱硫烟囱18；
从烧结机1的入口至出口依次排列有至少10个烧结风箱2，由烧结机1入口开始，依次为：脱硝段烟道3、脱硫段烟道4；脱硝段烟道3包括数量为总数量60％的烧结风箱2；脱硫段烟道4包括余下的烧结风箱2；
破碎机12设置在烧结机1的出口，烧结矿经烧结机1烧结后，通过破碎机12破碎后，落入竖式冷却器7中进行冷却；
脱硝段烟道3、静电除尘器5、脱硝引风机6、竖式冷却器7、重力除尘器8、脱硝装置9、余热发电装置10、脱硝排放前除尘器11-1、脱硝烟囱11-2依次相连；脱硫段烟道4、高温除尘器13、脱硫引风机14、余热锅炉15、脱硫装置17、脱硫排放前除尘器、脱硫烟囱18依次相连。
实施例
以某钢210m2烧结机为例，共27个风箱，其烟气浓度见表1。
将1-16号烧结风箱2烟气混合为脱硝段烟道3、17-27号烧结风箱2 烟气混合为脱硫段烟道4，脱硝段烟道3烟气量17.7万Nm3/h，温度78℃， SO2浓度83mg/Nm3，NOx浓度183mg/Nm3；脱硫段烟道4的烟气量14.9 万Nm3/h，温度260℃，SO2浓度727mg/Nm3，NOx浓度25mg/Nm3。
将脱硝段烟道3的烟气与烧结矿经竖式冷却器7换热，换热后的脱硫尾气温度在350℃以上，通过电除尘器进行除尘使烟气含尘浓度达到选择性催化还原脱硝的要求；
在内设催化剂的脱硝装置9内通入氨蒸汽进行还原脱硝，烟气中NOx脱出率在85％以上，选择性催化还原脱硝反应方程式如下：
上述两个反应是放热反应，但烟气中NOx含量较低，因此经过脱硝装置9后的烟气温度前后变化不大；
脱硝后烟气直接接入已有高温烟气锅炉进行换热获得高温蒸汽直接发电或并入企业内蒸汽管网使用。
将脱硫段烟道4的烟气利用余热锅炉15发电，发电后烟气温度降至 200℃，利用已有脱硫设备脱硫。
表1烟气浓度表
综上所述，本发明实施例提供了一种铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法，本发明的工艺方法充分回收烧结矿和烧结烟气余热，同时减少SOx和NOx排放，具有流程短，适用性强，投资、运行成本低等优点，具有很大的应用价值。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法，其特征在于，该铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法包括：低温高NOx低SOx烟气与烧结矿换热及脱除NOx工艺、高温高SOx低NOx回收热量及脱除SOx工艺；
所述铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法使用的设备包括：烧结机(1)、烧结风箱(2)、脱硝段烟道(3)、脱硫段烟道(4)、静电除尘器(5)、脱硝引风机(6)、竖式冷却器(7)、重力除尘器(8)、脱硝装置(9)、余热发电装置(10)、脱硝排放前除尘器(11-1)、脱硝烟囱(11-2)、破碎机(12)、高温除尘器(13)、脱硫引风机(14)、余热锅炉(15)、发电装置(16)、脱硫装置(17)、脱硫排放前除尘器、脱硫烟囱(18)；
从所述烧结机(1)的入口至出口依次排列有至少10个烧结风箱(2)，由所述烧结机(1)入口开始，依次为：脱硝段烟道(3)、脱硫段烟道(4)；所述脱硝段烟道(3)包括数量为总数量60％的烧结风箱(2)；所述脱硫段烟道(4)包括余下的烧结风箱(2)；
所述破碎机(12)设置在所述烧结机(1)的出口，烧结矿经所述烧结机(1)烧结后，通过所述破碎机(12)破碎后，落入所述竖式冷却器(7)中进行冷却；
所述脱硝段烟道(3)、静电除尘器(5)、脱硝引风机(6)、竖式冷却器(7)、重力除尘器(8)、脱硝装置(9)、余热发电装置(10)、脱硝排放前除尘器(11-1)、脱硝烟囱(11-2)依次相连；所述脱硫段烟道(4)、高温除尘器(13)、脱硫引风机(14)、余热锅炉(15)、脱硫装置(17)、脱硫排放前除尘器、脱硫烟囱(18)依次相连。
2.根据权利要求1所述的铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法，其特征在于，所述低温高NOx低SOx烟气与烧结矿换热及脱除NOx工艺具体为：
低温高NOx低SOx的烟气通过脱硝引风机(6)，引入脱硝段烟道(3)，开始与烧结矿换热的过程，低温高NOx低SOx的烟气通过静电除尘器(5)进行除尘，进入竖式冷却器(7)，与破碎后的烧结矿进行换热至温度高于350℃；
换热后的烟气通过重力除尘器(8)再次除尘，除尘后通过脱硝装置(9)进行脱硝，脱硝后的烟气通过余热发电装置(10)进行发电，剩余气体通过脱硝排放前除尘器(11-1)除尘后经脱硝烟囱(11-2)排放。
3.根据权利要求2所述的铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法，其特征在于，所述低温高NOx低SOx的烟气满足：温度70-100℃，SOx浓度50-150mg/m3，NOx浓度100-300mg/m3。
4.根据权利要求2所述的铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法，其特征在于，所述脱硝装置(9)采用选择性催化还原脱硝原理；
催化剂可以采用V2O5-WO3/TiO2、V2O5-MoO3/TiO2、V2O5/TiO2；还原剂采用氨水蒸汽，通过蒸发器获得高于或等于除尘脱硫尾气温度的氨水蒸汽。
5.根据权利要求1所述的铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法，其特征在于，所述高温高SOx低NOx回收热量及脱除SOx工艺具体为：
高温高SOx低NOx的烟气通过脱硫引风机(14)，引入脱硫段烟道(4)，开始回收热量的过程，高温高SOx低NOx的烟气通过高温除尘器(13)进行除尘，进入余热锅炉(15)，并通过发电装置(16)进行发电至烟气温度降到150℃以下，发电后的低温烟气通过脱硫装置(17)进行脱硫，然后通过脱硫排放前除尘器除尘后经脱硫烟囱(18)排放。
6.根据权利要求5所述的铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法，其特征在于，所述高温高SOx低NOx的烟气：温度200-300℃，SOx浓度300-1500mg/m3，NOx浓度20-100mg/m3；
所述脱硫装置(17)采用干法或半干法或湿法进行脱硫。
7.一种实现权利要求1至6任一所述的铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx方法的铁矿烧结烟气分段富集及余热利用减排SOx和NOx的设备系统，其特征在于，该设备系统包括：烧结机(1)、烧结风箱(2)、脱硝段烟道(3)、脱硫段烟道(4)、静电除尘器(5)、脱硝引风机(6)、竖式冷却器(7)、重力除尘器(8)、脱硝装置(9)、余热发电装置(10)、脱硝排放前除尘器(11-1)、脱硝烟囱(11-2)、破碎机(12)、高温除尘器(13)、脱硫引风机(14)、余热锅炉(15)、发电装置(16)、脱硫装置(17)、脱硫排放前除尘器、脱硫烟囱(18)；
从所述烧结机(1)的入口至出口依次排列有至少10个烧结风箱(2)，由所述烧结机(1)入口开始，依次为：脱硝段烟道(3)、脱硫段烟道(4)；所述脱硝段烟道(3)包括数量为总数量60％的烧结风箱(2)；所述脱硫段烟道(4)包括余下的烧结风箱(2)；
所述破碎机(12)设置在所述烧结机(1)的出口，烧结矿经所述烧结机(1)烧结后，通过所述破碎机(12)破碎后，落入所述竖式冷却器(7)中进行冷却；
所述脱硝段烟道(3)、静电除尘器(5)、脱硝引风机(6)、竖式冷却器(7)、重力除尘器(8)、脱硝装置(9)、余热发电装置(10)、脱硝排放前除尘器(11-1)、脱硝烟囱(11-2)依次相连；所述脱硫段烟道(4)、高温除尘器(13)、脱硫引风机(14)、余热锅炉(15)、脱硫装置(17)、脱硫排放前除尘器、脱硫烟囱(18)依次相连。
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