CN107504812A - 一种铁矿热风烧结系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铁矿热风烧结系统和方法，包括烧结机(100)，除尘器(400)，烧结矿冷却器(600)和排烟烟囱(800)，还包括送风机(710)和引风机(720)，还包括烟气脱硝装置(200)，废热锅炉(300)和烟气脱硫装置(500)，根据气体流动方向，所述烧结机(100)上游依次连接着烧结矿冷却器(600)和送风机(710)，下游依次连接着烟气脱硝装置(200)，废热锅炉(300)，除尘器(400)，引风机(720)，烟气脱硫装置(500)和排烟烟囱(800)。冷空气经高温烧结矿预热后进入烧结机，产生的尾气依次进入脱硝装置，废热锅炉，除尘器、引风机、烟气脱硫装置，净烟气排出。与现有技术相比，本发明具有能量利用效率高、烧结机出口尾气温度高，脱硝效率高和综合治理成本低等优点。

Description

一种铁矿热风烧结系统和方法
技术领域
本发明属于炼钢和环保技术领域，尤其是涉及一种铁矿热风烧结系统和方法。
背景技术
钢铁工业是我国工业的一个重要组成部分，在生产过程中产生了大量的大气污染物。其中铁矿石烧结是现代钢铁生产中最重要的工艺单元之一，也是能耗最大、污染物排放量最大的一个环节。
烧结过程能耗约占钢铁生产总能耗的10％，针对该过程的废热回收非常重要，是未来钢铁工业节能降耗的主要方向，对降低钢铁生产的吨钢能耗，节约生产成本，具有深远意义。一般一吨钢从烧结工序排放的烟气量为2500–4000Nm3，一个年产100万吨钢的企业，每小时烧结烟气排放量在40万Nm3左右。烧结机烟气的NOx主要由燃料氮产生，且主要集中在机头的烟箱排出的烟气，在100–450mg/Nm3之间变化。另外，烧结机烟气的温度也随风箱而变化，机头处温度较低，不到150℃，机尾的风箱温度较高，可到300℃以上。所有风箱混合后的烟气NOx含量在200–400mg/Nm3，温度小于200℃，一般在160℃以下。
近十来，尤其是华北，京津冀等地连续出现大气雾霾污染问题，大气污染物排放限制的国家和地方标准不断提高。在电力行业已经实现锅炉烟气的超低排放标准，即SO2排放小于35mg/Nm3，NOx排放小于50mg/Nm3，尘排放小于10甚至5mg/Nm3的标准。钢铁烧结行业新的标准即将在2020年生效，NOx排放标准为小于100mg/Nm3。电力行业采用的技术是高效湿式烟气脱硫技术，包括氨法、钙法和镁法等，可以达到二氧化硫排放标准；脱硝普遍采用以氨为脱硝剂的选择性催化还原法(SCR)，可以实现NOx的排放标准；除尘普遍采用湿式电除尘器或高效旋流除尘技术实现尘超低排放。但是，钢铁厂烧结机烟气温度小于200℃，难以采用SCR方法。
现有的技术在钢铁企业烧结机烟气处理和净化方面不能满足新的环保标准和要求。现有的烧结机净化技术主要在于脱硫和除尘，脱硝还处于空白，烟气的加热排放还没有引起注意。烧结机烟气脱硫主要采用钙法，也有较少的氨法，容易产生气溶胶的二次污染，可以采用增加湿式电除尘器的办法，但投资高，能耗高。烧结机烟气脱硝方面，也有文献报道。由于烧结机烟气的温度较低，无法达到SCR的操作温度(300–400℃)要求。
目前国外的烧结烟气脱硝技术主要有活性炭(焦)吸附法、循环流化床法、高能辐射—化学法、半干喷雾法和奥钢联的MEROS烟气净化技术等。目前我国有报道的烧结烟气脱硝方面的技术，一是太钢从日本引进的应用于450m2烧结机上活性焦吸附技术，二是马钢引进的西门子—奥钢联MEROS烟气净化技术。这两种技术都属于烧结烟气综合治理工艺，可同时脱除SO2、NOx和二英/呋喃等多种污染物。活性焦吸附技术工程投资巨大，而MEROS烟气净化技术的缺陷是存在二次污染，即含有脱SO2产生的吸附了二英/呋喃的褐煤炭或活性焦的灰尘，经过多次循环使用后要作废弃处理。
在SCR方面，为了能够利用SCR技术，主要是采用了煤气或天然气的烟气外加热方法，将150℃左右的烟气加热到350℃以上，送入到SCR反应器中，高温烟气再经过气气换热器回收热量，无疑地投资大，能耗高。近期，专利201410409670.9公开了一种烧结节能且多种污染物脱出的工艺和系统，采用两级气气换热器和补燃燃烧器的方法，提高烟气温度，投资也偏大，还消耗额外能源。专利201510573738.1公开了一种烟气脱硝的工艺方法，烟气经过脱硫后采用溴化锂等介质制冷的方式除湿，将湿度降低到相对湿度20-30％，送到烧结矿冷却器加热，再经过高温除尘，再送到SCR反应器，由于烟气量巨大，且含湿量很大，投资和能耗也会很大。因此，现有的技术总是存在这样那样的问题和缺陷，难以工业化推广应用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种脱硝效率高，废气综合治理成本低，能量综合利用效率高的铁矿热风烧结系统和方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种铁矿热风烧结系统，其特征在于，包括烧结机，除尘器，烧结矿冷却器和排烟烟囱，其特征在于，还包括送风机和引风机，还包括烟气脱硝装置，废热锅炉和烟气脱硫装置，根据气体流动方向，所述烧结机上游依次连接着烧结矿冷却器和送风机，下游依次连接着烟气脱硝装置，废热锅炉，除尘器，引风机，烟气脱硫装置和排烟烟囱。
所述烧结机包括进气风罩和出气风箱，所述进气风罩与所述烧结矿冷却器的出口相连接，所述出气风箱与所述脱硝装置的烟气进口相连接；所述烧结机的机头和机尾之间通过台车连接，机尾位于所述烧结矿冷却器的烧结矿入口上方。所述进气风罩用于热空气在台车上的密封和均匀分送；所述出气风箱分为多个并连，可分为机头、中段和机尾风箱，便于抽风的均匀分布；所述机头含有布料装置和点火装置。
所述烧结矿冷却器为环冷式或竖立式结构。所述环冷式为水平移动床式，包括有钢丝刷式柔磁性密封元件，以提高冷却风的密封性，适合于大型烧结机；所述竖立式为立式移动床式，适合于中小型烧结机。(气体密封性较好，但结构复杂)。(这种结构有何对本发明有何好处或贡献)
所述烟气脱硝装置包括有固定床反应器，该固定床反应器内装有脱硝催化剂，该脱销催化剂为氧化钛负载的钒钨催化剂，且为蜂窝状结构。
所述烟气脱硫装置包括有吸收液喷淋器，吸收液循环泵，吸收液氧化循环池，和吸收液烟气分离器，还包括硫酸盐提取设备。
采用上述任一所述系统进行铁矿热风烧结的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)铁矿烧结：经混合配方的原矿，从所述烧结机的机头加入到台车上再经布料形成料层，经点火后开始烧结，同时烧结空气由进气风罩被吸进所述料层，台车移动，使烧结料层从机头移动到机尾，完成整个烧结过程，得到高温烧结矿；同时烧结形成的烟气称为烧结烟气，其中含有二氧化硫、NOx和粉尘；所述烧结空气为热空气，其温度在150-300℃之间；
(2)烟气脱硝：从所述烧结机的出气风箱出来的烧结烟气温度在280-450℃之间，进入所述烟气脱硝装置，与加入的脱硝剂反应，烟气中的NOx被还原为氮气和水气，所述脱硝剂是氨或尿素；
(3)烟气热回收：从步骤(2)来的烟气进入所述废热锅炉回收热量生产蒸汽，同时烟气温度降至80-150℃之间；
(4)烟气除尘：从步骤(3)得到的烟气进入所述除尘器除尘，将粉尘含量降低到小于20mg/Nm3；
(5)烟气脱硫：从步骤(4)得到的烟气经过所述引风机输送到所述烟气脱硫装置，与加入的脱硫剂和工艺水接触反应，其中的二氧化硫被吸收变为亚硫酸盐，并被鼓入的氧化空气氧化为硫酸盐，经过结晶后得到固体硫酸盐脱硫产品；
(6)烧结矿冷却：从步骤(1)得到的所述高温烧结矿进入烧结矿冷却器，被所述送风机鼓入的冷空气冷却，温度降低到150℃以下，同时所述冷空气变为热空气，温度在150-300℃之间，进入所述烧结机的进气风罩进行热风烧结；
(7)烟气排放：从步骤(5)得到的烟气进入所述排烟烟囱，从其出口高空排入大气。
所述烧结矿冷却器的热风出口压力为负压，所述负压在100-1000Pa之间。
所述烟气脱硝装置的烟气进口温度在320-380℃之间。
所述烟气脱硝装置的烟气出口NO含量小于60mg/Nm3。
所述排烟烟囱的进口烟气的二氧化硫含量小于35mg/Nm3，固体含量小于10mg/Nm3，NO的含量小于30mg/Nm3。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.利用烧结矿冷却器的热空气，利用高温烧结矿对烧结空气进行预热，提高了烧结机出口烟气的温度，从而满足脱硝装置的温度要求。同现有技术相比，本发明具有脱硝效率高，不消耗额外能源，成本低，能量综合利用效率高等优点。
2.本发明在常规的烧结机上方设置进气风罩，有利于热风的密封和均匀送风，进一步提高热风的利用高效率。
3.本发明烟气脱硝装置位于烧结机的下游，烟气废热锅炉的上游，有利于充分利用烧结机释放的高温烟气中的热量，不仅解决了现有烧结工艺的烟气难以提供脱硝需要的温度，还可以使脱硝反应器中的催化剂处在较优的操作温度范围，进一步有利于实现较高的脱硝效率，达到90％以上，使NO的含量小于30mg/Nm3。
4.本发明将现有技术的烧结矿冷却废热利用合并在脱硝后的烧结烟气废热利用，提高了废热的品位，也提高了热回收的效率。
5.本发明的烟气脱硫装置采用湿法，可以确保较高的脱硫效率，使其最终排放的烟气二氧化硫含量小于35mg/Nm3，固体含量小于10mg/Nm3，达到电力行业锅炉烟气的超低排放标准。
附图说明
图1为本发明的工艺流程简图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
某钢铁厂有1台360m2的烧结机，正常生产时每小时排放的烟气量为120万Nm3，应用如图1所示铁矿热风烧结系统，包括烧结机100，除尘器400，烧结矿冷却器600和排烟烟囱800，还包括送风机710和引风机720，还包括烟气脱硝装置200，废热锅炉300和烟气脱硫装置500，根据气体流动方向，所述烧结机100上游依次连接着烧结矿冷却器600和送风机710，下游依次连接着烟气脱硝装置200，废热锅炉300，除尘器400，引风机720，烟气脱硫装置500和排烟烟囱800。所述烧结机100包括进气风罩110和出气风箱120，所述进气风罩110与所述烧结矿冷却器600的出口相连接，所述出气风箱120与所述脱硝装置200的烟气进口相连接。所述烧结矿冷却器600为带有钢刷柔磁性密封原件的环冷式结构。所述烟气脱硝装置200包括有固定床反应器，所述反应器内装有脱硝催化剂，所述催化剂为氧化钛负载的钒钨催化剂，且为蜂窝状结构。所述烟气脱硫装置500包括有吸收液喷淋器，吸收液循环泵，吸收液氧化循环池，和吸收液烟气分离器，还包括硫酸盐提取设备。
采用上述系统进行铁矿热风烧结的方法，包括以下步骤：
(1)铁矿烧结：经混合配方的原矿，从所述烧结机100的机头加入到台车上再经布料形成料层，经点火后开始烧结，同时烧结空气由进气风罩110被吸进所述料层，台车移动，使烧结料层从机头移动到机尾，完成整个烧结过程，得到高温烧结矿；同时烧结形成的烟气称为烧结烟气，其中含有二氧化硫、NOx和粉尘；所述烧结空气为热空气，其温度在270-300℃之间；
(2)烟气脱硝：从所述烧结机100的出气风箱120出来的烧结烟气温度在350-380℃之间，进入所述烟气脱硝装置200，与加入的脱硝剂反应，烟气中的NOx被还原为氮气和水气，所述脱硝剂是氨；所述烟气脱硝装置200的烟气出口NO含量小于30mg/Nm3
(3)烟气热回收：从步骤(2)来的烟气进入所述废热锅炉300回收热量生产蒸汽，并得到温度80-150℃之间的烟气；
(4)烟气除尘：从步骤(3)得到的烟气进入所述除尘器400除尘，将粉尘含量降低到18mg/Nm3；
(5)烟气脱硫：从步骤(4)得到的烟气经过所述引风机720输送到所述烟气脱硫装置500，与加入的脱硫剂和工艺水接触反应，其中的二氧化硫被吸收变为亚硫酸盐，并被鼓入的氧化空气氧化为硫酸盐，经过结晶后得到固体硫酸盐脱硫产品；
(6)烧结矿冷却：从步骤(1)得到的所述高温烧结矿进入烧结矿冷却器600，被所述送风机710鼓入的冷空气冷却，温度降低到120℃，同时所述冷空气变为热空气，出口压力为负压，所述负压在100-120Pa之间，温度在270-300℃之间，进入所述烧结机100的进气风罩110进行热风烧结；
(7)烟气排放：从步骤(5)得到的烟气进入所述排烟烟囱800，从其出口高空排入大气，排烟烟囱800的进口烟气的二氧化硫含量小于30mg/Nm3，固体含量小于7mg/Nm3，NO的含量小于27mg/Nm3。
实施例2
某钢铁厂应用如图1所示的一种铁矿烧结系统，有1台210m2的烧结机，正常生产时每小时排放的烟气量为70万Nm3，与实施例1不同的是，所述烧结矿冷却器600为竖立式结构。
实施例3
某钢铁厂应用如图1所示的一种铁矿烧结系统，与实施例1不同的是，所述烟气脱硝装置200使用的脱硝剂为尿素。
实施例4
某钢铁厂应用如图1所示的一种铁矿烧结系统，与实施例1不同的是，采用的铁矿烧结方法包括以下步骤：
(1)铁矿烧结：经混合配方的原矿，从所述烧结机100的机头加入到台车上再经布料形成料层，经点火后开始烧结，同时烧结空气由进气风罩110被吸进所述料层，台车移动，使烧结料层从机头移动到机尾，完成整个烧结过程，得到高温烧结矿；同时烧结形成的烟气称为烧结烟气，其中含有二氧化硫、NOx和粉尘；所述烧结空气为热空气，其温度在250-300℃之间；
(2)烟气脱硝：从所述烧结机100的出气风箱120出来的烧结烟气温度在300-400℃之间，进入所述烟气脱硝装置200，与加入的脱硝剂反应，烟气中的NOx被还原为氮气和水气，所述脱硝剂是氨，所述烟气脱硝装置200的烟气进口温度在320-380℃之间；所述烟气脱硝装置200的烟气出口NO含量小于50mg/Nm3
(3)烟气热回收：从步骤(2)来的烟气进入所述废热锅炉300回收热量生产蒸汽，并得到温度100-120℃之间的烟气；
(4)烟气除尘：从步骤(3)得到的烟气进入所述除尘器400除尘，将粉尘含量降低到小于15mg/Nm3；
(5)烟气脱硫：从步骤(4)得到的烟气经过所述引风机720输送到所述烟气脱硫装置500，与加入的脱硫剂和工艺水接触反应，其中的二氧化硫被吸收变为亚硫酸盐，并被鼓入的氧化空气氧化为硫酸盐，经过结晶后得到固体硫酸盐脱硫产品；
(6)烧结矿冷却：从步骤(1)得到的所述高温烧结矿进入烧结矿冷却器600，被所述送风机710鼓入的冷空气冷却，温度降低到130℃以下，同时所述冷空气变为热空气，出口压力为负压，所述负压在300-500Pa之间，温度在150-200℃之间，进入所述烧结机100的进气风罩110进行热风烧结；
(7)烟气排放：从步骤(5)得到的烟气进入所述排烟烟囱800，从其出口高空排入大气，排烟烟囱800的进口烟气的二氧化硫含量小于25mg/Nm3，固体含量小于10mg/Nm3，NO的含量小于20mg/Nm3。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种铁矿热风烧结系统，其特征在于，包括烧结机(100)，除尘器(400)，烧结矿冷却器(600)和排烟烟囱(800)，其特征在于，还包括送风机(710)和引风机(720)，还包括烟气脱硝装置(200)，废热锅炉(300)和烟气脱硫装置(500)，根据气体流动方向，所述烧结机(100)上游依次连接着烧结矿冷却器(600)和送风机(710)，下游依次连接着烟气脱硝装置(200)，废热锅炉(300)，除尘器(400)，引风机(720)，烟气脱硫装置(500)和排烟烟囱(800)。
2.根据权利要求1所述的一种铁矿热风烧结系统，其特征在于，所述烧结机(100)包括进气风罩(110)和出气风箱(120)，所述进气风罩(110)与所述烧结矿冷却器(600)的出口相连接，所述出气风箱(120)与所述脱硝装置(200)的烟气进口相连接；所述烧结机(100)的机头和机尾之间通过台车连接，机尾位于所述烧结矿冷却器(600)的烧结矿入口上方。
3.根据权利要求1或2所述的一种铁矿热风烧结系统，其特征在于，所述烧结矿冷却器(600)为环冷式或竖立式结构。
4.根据权利要求1所述的一种铁矿热风烧结系统，其特征在于，所述烟气脱硝装置(200)包括有固定床反应器，该固定床反应器内装有脱硝催化剂，该脱销催化剂为氧化钛负载的钒钨催化剂，且为蜂窝状结构。
5.根据权利要求1所述的一种铁矿热风烧结系统，其特征在于，所述烟气脱硫装置(500)包括有吸收液喷淋器，吸收液循环泵，吸收液氧化循环池，和吸收液烟气分离器，还包括硫酸盐提取设备。
6.一种采用权利要求1-5中任一所述系统进行铁矿热风烧结的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)铁矿烧结：经混合配方的原矿，从所述烧结机(100)的机头加入到台车上再经布料形成料层，经点火后开始烧结，同时烧结空气由进气风罩(110)被吸进所述料层，台车移动，使烧结料层从机头移动到机尾，完成整个烧结过程，得到高温烧结矿；同时烧结形成的烟气称为烧结烟气，其中含有二氧化硫、NOx和粉尘；所述烧结空气为热空气，其温度在150-300℃之间；
(2)烟气脱硝：从所述烧结机(100)的出气风箱(120)出来的烧结烟气温度在280-450℃之间，进入所述烟气脱硝装置(200)，与加入的脱硝剂反应，烟气中的NOx被还原为氮气和水气，所述脱硝剂是氨或尿素；
(3)烟气热回收：从步骤(2)来的烟气进入所述废热锅炉(300)回收热量生产蒸汽，同时烟气温度降至80-150℃之间；
(4)烟气除尘：从步骤(3)得到的烟气进入所述除尘器(400)除尘，将粉尘含量降低到小于20mg/Nm3；
(5)烟气脱硫：从步骤(4)得到的烟气经过所述引风机(720)输送到所述烟气脱硫装置(500)，与加入的脱硫剂和工艺水接触反应，其中的二氧化硫被吸收变为亚硫酸盐，并被鼓入的氧化空气氧化为硫酸盐，经过结晶后得到固体硫酸盐脱硫产品；
(6)烧结矿冷却：从步骤(1)得到的所述高温烧结矿进入烧结矿冷却器(600)，被所述送风机(710)鼓入的冷空气冷却，温度降低到150℃以下，同时所述冷空气变为热空气，温度在150-300℃之间，进入所述烧结机(100)的进气风罩(110)进行热风烧结；
(7)烟气排放：从步骤(5)得到的烟气进入所述排烟烟囱(800)，从其出口高空排入大气。
7.根据权利要求6所述的一种铁矿热风烧结的方法，其特征在于，所述烧结矿冷却器(600)的热风出口压力为负压，所述负压在100-1000Pa之间。
8.根据权利要求6所述的一种铁矿热风烧结的方法，其特征在于，所述烟气脱硝装置(200)的烟气进口温度在320-380℃之间。
9.根据权利要求6-8任一项所述的一种铁矿热风烧结的方法，其特征在于，所述烟气脱硝装置(200)的烟气出口NO含量小于60mg/Nm3。
10.根据权利要求9所述的一种铁矿热风烧结的方法，其特征在于，所述排烟烟囱(800)的进口烟气的二氧化硫含量小于35mg/Nm3，固体含量小于10mg/Nm3，NO的含量小于30mg/Nm3。
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