CN107281932A - 利用钢渣显热及有效成分进行烧结烟气脱硝的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用钢渣显热及有效成分进行烧结烟气脱硝的工艺方法,包括:步骤1、将烧结脱硫尾气与氨气混合均匀形成混合气体;步骤2、在反应器的顶端向反应器中倒入钢渣一,将混合气体经引风机从反应器的底端引入反应器中,然后再从反应器的顶端倒入钢渣二;步骤3、混合气体在钢渣一、钢渣二的催化下反应并换热;步骤4、在反应器顶端收集反应后的尾气,在反应器底端收集反应后的钢渣一和钢渣二;步骤5、将收集所得到的反应后的尾气、钢渣一和钢渣二进行再利用。本发明的有益效果为:充分利用了钢渣的显热资源和有效成分,可有效降低脱硝成本,实现经济高效脱硝的目的;充分利用钢铁企业自身资源,实现固废资源利用的最优化,投资成本低。
Description
技术领域
本发明涉及钢渣显热及有效成分利用与铁矿烧结工序脱硫尾气的处理技术领域,尤其涉及一种利用钢渣显热及有效成分进行烧结烟气脱硝的工艺方法。
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结构的70%以上。烧结工序排放的SO2和NOx占整个钢铁生产流程的60%和50%以上,同时还排出大量的HF、HCl、重金属和二噁英等有害物质,是钢铁生产的主要大气污染源。目前我国烧结烟气脱硫已取显著成就,平均脱硫率在80%以上,均可实现达标排放。而在烧结烟气脱硝方面进展缓慢,缺乏切实有效的治理措施,在我国有报道的烧结脱硝装置不足10台,其中活性炭法被认为具有较好的烟气综合治理效果,但该工艺的脱硝效率也仅有40%~50%左右,且该工艺的投资大、运行成本高,在钢铁行业整体盈利能力下降的背景下,难以大规模推广使用。
目前,用于烟气脱硝的工艺主要有选择性非催化还原法(SNCR)和选择性催化还原法(SCR)。SNCR工艺是在900~1100℃高温下,还原剂(一般为尿素或氨水)热解生成的NH3有选择地将烟气中的NOx还原为N2和H2O的工艺方法。由于烧结烟气的温度一般在200℃以下,使用SNCR法需要额外热源将烟气加热,增加脱硝成本,这是限制其在烧结烟气脱硝中应用的主要原因。SCR法的原理与SNCR相似,主要差别在于SCR法使用催化剂降低了反应的活化能,使得反应能在相对较低的温度下(200~450℃)进行,而使用SCR法对烧结烟气进行脱硝,仍需额外热源补充少量热量,同时催化剂主要依赖进口,价格很高,这也限制了其在烧结烟气脱硝方面的应用。
发明内容
鉴于上述的分析,本发明旨在提供一种利用钢渣显热及有效成分进行烧结烟气脱硝的工艺方法,用以解决现有钢渣显热和有效成分的利用率低的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的:
一种利用钢渣显热及有效成分进行烧结烟气脱硝的工艺方法,主要包括以下步骤:
步骤1、将烧结脱硫尾气与氨气混合均匀形成混合气体;
步骤2、在反应器的顶端向反应器中倒入钢渣一,将所述混合气体经引风机从反应器的底端引入反应器中,然后再从反应器的顶端倒入钢渣二;
步骤3、所述混合气体在钢渣一、钢渣二的催化下反应并换热;
步骤4、在反应器顶端收集反应后的尾气,在反应器底端收集反应后的钢渣一和钢渣二;
步骤5、将收集所得到的反应后的尾气、钢渣一和钢渣二进行再利用。
本发明将烧结脱硫尾气与氨气混合均匀形成的混合气体与钢渣进行混合换热,并利用钢渣有效成分作为混合气体反应的催化剂,实现了固废资源利用的最优化,降低投资成本。
进一步,所述步骤1中,所述氨气的温度高于或等于所述烧结脱硫尾气的温度。
采用上述进一步方案的有益效果是:氨气作为烧结脱硫尾气反应的还原剂,其温度要高于或等于烧结脱硫尾气,这样更有利于氨气和脱硫尾气之间分子的扩散,促进二者混合均匀。
进一步,所述步骤1中,烧结脱硫尾气的气量范围是3×105~5×105m3/h,温度范围是40~60℃;氨气的气量范围是100~300m3/h,温度范围是40~60℃;
采用上述进一步方案的有益效果是:根据烧结脱硫尾气的流量和温度范围,选择合适的氨气流量和温度范围,能够保证合适的脱硝效率。
进一步的,所述步骤2中,所述钢渣一与钢渣二均为干法粒化的钢渣,所述钢渣一与钢渣二的质量比范围是1~1.5;
采用上述进一步方案的有益效果是:本发明选择干法粒化的钢渣,能够更加充分地利用钢渣显热和获得粒度更加均匀的钢渣,以便后续钢渣循环利用;选择上述质量比范围的钢渣一与钢渣二,能够使混合气体与钢渣更加充分混合接触,增强脱硝反应和气体换热;
进一步的,所述步骤2中,所述钢渣一与钢渣二的倒入速率均为2~4t/min,所述钢渣一与钢渣二的温度范围是1450~1650℃,所述钢渣一与钢渣二倒入反应器的时间间隔范围是30min~40min。
采用上述进一步方案的有益效果是:本发明选择上述参数更有利于钢渣显热的利用和混合气体的脱硝换热。
进一步的,所述步骤2中,所述混合气体进入反应器的气量范围为3×105~5×105m3/h。
进一步的,所述混合气体的气量与钢渣一及钢渣二总量的关系是每10000m3的混合气体需要钢渣3~5吨钢渣。
采用上述进一步方案的有益效果是:本发明选择上述参数更有利于钢渣显热的利用和混合气体的脱硝换热。
进一步的,所述钢渣一与钢渣二中的有效成分及其占钢渣总质量分数为:CaO:40%~60%;Fe2O3:3%~10%;MnO:1%~5%;MgO:2%~10%。
采用上述进一步方案的有益效果是:本发明选择上述有效成分的钢渣,该有效成分范围能够更好地发挥钢渣的催化效果,能够提高钢渣显热和有效成分的利用效率,将钢渣本身具有的显热资源和有效成分作为满足和提高脱硝反应的对烧结脱硫尾气进行加热的热源和催化剂,从能源和固废综合利用的角度有足够的保证。
进一步的,所述步骤4中,收集到的所述反应后的尾气温度范围是500~800℃;收集到的所述反应后的钢渣一和钢渣二的温度在200℃以下。
进一步的,所述步骤5中,所述反应后的尾气作为余热发电、热风烧结、点火助燃或预热烧结料使用;所述反应后的钢渣一和钢渣二用于在烧结生产中替代溶剂并预热烧结料、高炉溶剂、炼钢添加料或钢渣微粉使用。
本发明的有益效果为:
1)本发明充分利用了钢渣的显热资源和有效成分,可有效降低脱硝成本,实现经济高效脱硝的目的;
2)本发明充分利用钢铁企业自身资源,实现固废资源利用的最优化,投资成本低;
3)本发明脱硝换热后的尾气温度高,利用价值增大,利用途径增多;
4)本发明钢渣通过干法粒化和混合气体冲击的双重作用,保证钢渣的粒度较为均匀,有利于钢渣的进一步利用;
5)本发明适用性强,可根据烧结机设备配置情况进行建设,既可用于已建烧结脱硫装置的企业也可用于企业同时新建脱硫脱硝装置;
6)本发明对原有生产流程无较大改变,具有工艺简单,经济实用易实现的特点。
本发明中,上述各技术方案之间还可以相互组合,以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分优点可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为本发明利用钢渣显热及有效成分进行烧结烟气脱硝的工艺方法流程示意图。
图中,1-烧结机,2-烧结矿,3-电除尘器,4-引风机,5-脱硫装置,6-氨气,7-第一引风机,8-钢渣,9-第一控制阀,10-液渣粒化装置兼脱硝换热反应器,11-第二控制阀,12-除尘器,13-第二引风机,14-尾气循环利用,15-钢渣循环利用。
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,并非用于限定本发明的范围。
本发明一种利用钢渣显热及有效成分进行烧结烟气脱硝的工艺方法,主要包括以下步骤:
步骤1、将烧结脱硫尾气与氨气混合均匀形成混合气体;其中,根据脱硫尾气的气量和温度的不同,采用合适的氨气流量,保证合适的脱硝效率;因为氨气作为烧结烟气脱硝反应的还原剂,所以,必须保证氨气的温度高于或等于脱硫尾气;烧结脱硫尾气的气量范围是3×105~5×105m3/h,温度范围是40~60℃;氨气的气量范围是100~300m3/h,温度范围是40~60℃。
步骤2、在反应器的顶端向反应器中倒入钢渣一,将所述混合气体经引风机从反应器的底端引入反应器中,然后再从反应器的顶端倒入钢渣二;烧结脱硫尾气与氨气的混合气体的脱硝和换热,主要通过利用钢渣的显热资源和具有催化特性的有效成分实现;脱硝反应过程中起催化效果的主要是钢渣中的有效成分,主要是指CaO、Fe2O3、MgO和MnO以及由其组成的如铁酸钙等物质;钢渣一与钢渣二均为干法粒化的钢渣,钢渣一与钢渣二的质量比范围是1~1.5,钢渣一与钢渣二的倒入速率均为2~4t/min,钢渣一与钢渣二的温度范围是1450~1650℃,钢渣一与钢渣二倒入反应器的时间间隔范围是30min~40min;混合气体进入反应器的气量范围为3×105~5×105m3/h;所述混合气体的气量与钢渣一及钢渣二总量的关系是每10000m3的混合气需要钢渣3~5吨钢渣。
步骤3、混合气体在钢渣一、钢渣二的催化下反应并换热;
步骤4、在反应器顶端收集反应后的尾气,在反应器底端收集反应后的钢渣一和钢渣二;收集到的所述反应后的尾气温度范围是500~800℃;收集到的所述反应后的钢渣一和钢渣二的温度在200℃以下。
步骤5、将收集所得到的反应后的尾气、钢渣一和钢渣二进行再利用;所述反应后的尾气作为余热发电、热风烧结、点火助燃或预热烧结料使用;所述反应后的钢渣一和钢渣二用于在烧结生产中替代溶剂并预热烧结料、高炉溶剂、炼钢添加料或钢渣微粉使用。
值得注意的,钢渣的温度通常为1450~1650℃,热焓约1670MJ/t,热导率λ为0.1~0.3W/(m2·K),属于高品质余热资源,具有很高的回收利用价值。钢渣产量一般为粗钢产量的12%~20%,2015年,我国钢渣产量达到7200万吨,综合利用率95%以上。而在钢渣余热利用方面,利用率却仅为20%左右,液态钢渣所蕴含的巨大潜热资源遭到浪费。由于许多金属氧化物如CaO、Fe2O3、MnO、MgO等以及由其组成的复合化合物均对NOx的还原反应具有催化作用,而钢渣中这些氧化物的含量相对丰富,典型的钢渣成分为CaO:40%~60%;Fe2O3:3%~10%;MnO:1%~5%;MgO:2%~10%;FeO:6%~20%。在利用方式上,提高钢渣显热和有效成分的利用效率,将钢渣本身具有的显热资源和有效成分作为满足和提高脱硝反应的对烧结脱硫尾气进行加热的热源和催化剂,从能源和固废综合利用的角度有足够的保证。
实施例1
烧结烟气经脱硫后从脱硫塔排出,脱硫尾气温度为40~60℃,其中NOx的浓度为300mg/m3。将烧结脱硫尾气通过引风机引入反应器的同时与40~60℃的氨气进行均匀混合,其中氨气的喷入量为120m3/h。
首先将钢渣一在脱硝换热反应器的顶端倒入,钢渣一的倒渣速度为2t/min,然后,混合均匀的脱硫尾气与氨气由引风机引入脱硝换热反应器,并从反应器的底端进入反应器,经过30min,将钢渣二在脱硝换热反应器的顶端倒入,钢渣二的倒渣速度为2t/min;混合均匀的脱硫尾气与氨气同干法粒化钢渣进行逆流接触脱硝并换热。其中钢渣的温度为1450~1500℃,主要有效成分为:CaO:50%;Fe2O3:10%;MnO:5%;MgO:8%。
在钢渣显热和有效成分共同作用的脱硝换热反应器内进行对混合气体的还原脱硝和换热,混合气体反应器出口NOx为90mg/m3,NOx的脱除率达到70%。脱硝换热反应器内钢渣催化还原脱硝反应的方程式如下:
混合气体经过脱硝换热反应器并除尘后的尾气温度达到700℃,直接接入高温烟气锅炉进行换热获得高温蒸汽进行余热发电。
钢渣经过脱硝换热反应器后的温度为200℃,直接返回烧结配料车间,用于烧结生产替代部分熔剂,同时预热烧结料。
实施例2
烧结烟气经脱硫后从脱硫塔排出,脱硫尾气温度为40~60℃,其中NOx的浓度为400mg/m3。将烧结脱硫尾气通过引风机引入反应器的同时与40~60℃的氨气进行均匀混合,其中氨气的喷入量为175m3/h。
首先将钢渣一在脱硝换热反应器的顶端倒入,钢渣一的倒渣速度为3t/min,然后,混合均匀的脱硫尾气与氨气由引风机引入脱硝换热反应器,并从反应器的底端进入反应器,经过35min,将钢渣二在脱硝换热反应器的顶端倒入,钢渣二的倒渣速度为3t/min;混合均匀的脱硫尾气与氨气由引风机引入脱硝换热反应器,同干法粒化钢渣进行逆流接触脱硝并换热。其中钢渣的温度为1500~1650℃,主要有效成分为:CaO:45%;Fe2O3:8%;MnO:3%;MgO:10%。
在钢渣显热和有效成分共同作用的脱硝换热反应器内进行对混合气体的还原脱硝和换热,混合气体反应器出口NOx为80mg/m3,NOx的脱除率达到80%。脱硝换热反应器内钢渣催化还原脱硝反应的方程式如下:
混合气体经过脱硝换热反应器并除尘后的尾气温度达到600℃,返回烧结生产车间,进行热风烧结,节约部分烧结燃料,提高烧结矿质量。
钢渣经过脱硝换热反应器后的温度为100℃,运往高炉使用,替代部分高炉熔剂。
综上所述,本发明提供了一种利用钢渣显热及有效成分进行烧结烟气脱硝的工艺方法,利用钢渣的显热资源和有效成分,有效降低了脱硝成本,实现经济高效脱脂的目的,同时,经脱硝换热后的尾气温度高,利用价值增大,利用途径增多。
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 (10)
1.一种利用钢渣显热及有效成分进行烧结烟气脱硝的工艺方法,其特征在于,主要包括以下步骤:
步骤1、将烧结脱硫尾气与氨气混合均匀形成混合气体;
步骤2、在反应器的顶端向反应器中倒入钢渣一,将所述混合气体经引风机从反应器的底端引入反应器中,然后再从反应器的顶端倒入钢渣二;
步骤3、所述混合气体在钢渣一、钢渣二的催化下反应并换热;
步骤4、在反应器顶端收集反应后的尾气,在反应器底端收集反应后的钢渣一和钢渣二;
步骤5、将收集所得到的反应后的尾气、钢渣一和钢渣二进行再利用。
2.根据权利要求1所述的一种利用钢渣显热及有效成分进行烧结烟气脱硝的工艺方法,其特征在于,所述步骤1中,所述氨气的温度高于或等于所述烧结脱硫尾气的温度。
3.根据权利要求2所述的一种利用钢渣显热及有效成分进行烧结烟气脱硝的工艺方法,其特征在于,所述步骤1中,烧结脱硫尾气的气量范围是3×105~5×105m3/h,温度范围是40~60℃;氨气的气量范围是100~300m3/h,温度范围是40~60℃。
4.根据权利要求1所述的一种利用钢渣显热及有效成分进行烧结烟气脱硝的工艺方法,其特征在于,所述步骤2中,所述钢渣一与钢渣二均为干法粒化的钢渣,所述钢渣一与钢渣二的质量比范围是1~1.5。
5.根据权利要求1所述的一种利用钢渣显热及有效成分进行烧结烟气脱硝的工艺方法,其特征在于,所述步骤2中,所述钢渣一与钢渣二的倒入速率均为2~4t/min,所述钢渣一与钢渣二的温度范围是1450~1650℃,所述钢渣一与钢渣二倒入反应器的时间间隔范围是30min~40min。
6.根据权利要求1所述的一种利用钢渣显热及有效成分进行烧结烟气脱硝的工艺方法,其特征在于,所述步骤2中,所述混合气体进入反应器的气量范围为3×105~5×105m3/h。
7.根据权利要求4或5或6所述的一种利用钢渣显热及有效成分进行烧结烟气脱硝的工艺方法,其特征在于,所述混合气体的气量与钢渣一及钢渣二总量的关系是每10000m3的混合气体需要钢渣3~5吨钢渣。
8.根据权利要求7所述的一种利用钢渣显热及有效成分进行烧结烟气脱硝的工艺方法,其特征在于,所述钢渣一与钢渣二中的有效成分及其占钢渣总质量分数为:CaO:40%~60%;Fe2O3:3%~10%;MnO:1%~5%;MgO:2%~10%。
9.根据权利要求1所述的一种利用钢渣显热及有效成分进行烧结烟气脱硝的工艺方法,所述步骤4中,收集到的所述反应后的尾气温度范围是500~800℃;收集到的所述反应后的钢渣一和钢渣二的温度在200℃以下。
10.根据权利要求1所述的一种利用钢渣显热及有效成分进行烧结烟气脱硝的工艺方法,所述步骤5中,所述反应后的尾气作为余热发电、热风烧结、点火助燃或预热烧结料使用;所述反应后的钢渣一和钢渣二用于在烧结生产中替代溶剂并预热烧结料、高炉溶剂、炼钢添加料或钢渣微粉使用。
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