CN109092008A - 一种烧结烟气活性炭高效净化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种烧结烟气活性炭高效净化工艺，该工艺是将整个烧结过程产生的烟气分为升温段烟气和非升温段烟气，所述升温段烟气单独进行冷却和布袋除尘预处理，所述非升温段烟气单独进行电除尘预处理；将预处理后的升温段烟气和非升温段烟气汇合进入活性炭吸附塔进行脱硫脱硝处理。该工艺通过调控烟气的温度，使其满足活性炭净化的最佳温度要求，同时减少进入活性炭吸附塔烟气中的超细颗粒物含量，从而降低对活性炭的毒副作用，从而提高了活性炭工艺的净化效率。

Description

一种烧结烟气活性炭高效净化工艺
技术领域
本发明涉及一种烧结烟气净化工艺，特别涉及一种将烧结烟气分段预处理，再进行合并且实现活性炭高效净化的工艺，属于钢铁冶金烟气污染物综合治理技术领域。
背景技术
烧结工艺是钢铁工业烟气污染物的主要污染源，烧结废气量占钢铁工业总废气量的40％，其排放的SOx、NOx、PM10、持久性有机物、重金属等污染物均居钢铁工业首位。2018年国家环保部发布了《钢铁企业超低排放改造工作方案(征求意见稿)》，超低排放标准要求烧结烟气颗粒物浓度低于10mg/Nm3、二氧化硫低于35mg/Nm3、氮氧化物低于50mg/Nm3。因此，排放标准的要求日益严格，对钢铁烧结行业提出了巨大的挑战。
相对而言，活性炭吸附法因具有综合脱除功能、SO2可回收利用、无二次污染等优势，且相比其他方法更适合我国烧结原料复杂、烟气性质波动大、污染物超标种类多的特征，而被广泛认为是极具前景的烧结烟气污染物综合治理技术。
活性炭净化技术代表性的有德国WKV和日本住友、日本J-Power(MET-Mitsui-BF)工艺。我国活性炭法净化烧结烟气的应用始于2010年，太钢从日本引进国内首套活性炭烟气处理装置，通过多年消化、吸收，目前工艺运行稳定，具有较好的脱硫效果和一定的脱硝作用。近年来，国内中冶长天国际工程有限公司也推出了活性炭烟气治理技术，并在宝钢湛江钢铁、安阳钢铁等烧结机上实现了工程化，实践表明，活性炭工艺较传统单一的脱硫、脱硝组合工艺(石灰石-石膏法/循环流化床+SCR)具有较好的性价比优势。
但是现有的活性炭净化工艺对烟气温度、粉尘浓度和粒度有着严格的要求：
1)要求进入活性炭吸附塔的烟气有适宜的温度，如果温度太低，则会降低活性炭脱硝的催化活性，如果温度太高，则运行过程存在着火的隐患。不少厂家烟气除尘后烧结烟气温度高于150℃，超过活性炭工艺的适宜温度范围，在净化过程往往导入冷空气以降低烟气温度，这导致净化的气体量大幅增加，净化效率降低。
2)要求进入活性炭吸附塔的烟气中粉尘浓度较低，尤其是超细颗粒物。超细颗粒物在净化过程被吸附到活性炭中，堵塞活性炭的孔隙，或者占据活性炭的反应表面，对活性炭脱硫脱硝产生负面影响。此外，超细颗粒物中富含K、Na、Pb等碱金属、重金属元素，对活性炭催化脱硝活性有着毒副作用，因此应尽量避免带入到活性炭吸附塔。而现有的常见的用于脱除粉尘的电除尘器，对超细颗粒物的脱除作用弱，且碱金属重金属氯化物比电阻高，电除尘脱除效率更低。因此，对于粉尘对活性炭的负面影响，目前还没有很好的解决措施。
当前的烧结烟气活性炭工艺是将所有烟气导入到吸附塔，由于烟气温度及粉尘浓度等因素的影响，使得净化过程不能高效顺利进行。
发明内容
针对现有技术中烧结烟气利用活性炭脱硫脱硝的工艺，存在温度难控制、烟气中粉尘浓度大、碱金属和重金属含量高等问题，本发明的目的是在于提供一种将温度及成分不同的烧结烟气分段预处理，预处理烟气合并再进行活性炭高效净化的工艺，该工艺利用不同烧结阶段烟气温度和粉尘排放的特征，将温度高、粉尘浓度大的升温段烟气进行降温和除尘预处理，一方面将烟气过剩的热量回收利用的同时，调控烟气的温度，使烟气温度满足活性炭净化的温度范围，另一方面将烟气中的超细颗粒物大幅降低，减少超细颗粒物对活性炭净化的危害作用，而非升温段水分高、超细颗粒物浓度低，直接通过电除尘可以满足活性炭净化要求，从而提高活性炭工艺的净化效率。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种烧结烟气活性炭高效净化工艺，该工艺是将整个烧结过程产生的烟气分为升温段烟气和非升温段烟气，所述升温段烟气单独进行冷却和布袋除尘预处理，所述非升温段烟气单独进行电除尘预处理；将预处理后的升温段烟气和非升温段烟气汇合进入活性炭吸附塔进行脱硫脱硝处理。
本发明技术方案关键在于对整个烧结过程产生的烟气进行分段单独预处理，大量研究表明，升温段烟气具有高温、低水、高粉尘以及高碱金属和重金属的特点，而非升温段烟气具有水分高、超细颗粒物低等特点。现有的工艺将烧结烟气一并导入到活性炭吸附塔内，由于烟气温度很难有效调控，而超细颗粒物难以通过常规的电除尘设备脱除，且烧结烟气中水汽含量较高，一般的布袋除尘工艺也不适应，使得活性炭净化过程不能高效顺利进行。而本发明技术方案将升温段烟气分离出来进行单独预处理，升温段烟气的平均温度较高，可以通过回收一部分热量来降低烟气温度，避免活性炭净化的温度过高，同时克服了现有技术通过兑冷风降温，导致后续活性炭脱硫脱硝效率低的缺陷；另外，升温段烟气几乎没有水蒸气，且通过回收热量后，烟气温度降低至布袋除尘器可以耐受的温度范围，因此可以设计布袋除尘过滤实现深度除尘，将主要排放在升温段的富含K、Na、Pb等碱金属、重金属元素的超细颗粒物通过布袋除尘过滤掉，避免对活性炭的毒副作用。而非升温段烟气水分高、超细颗粒物低，可以直接采用电除尘来实现粉尘捕集，而电除尘后的烟气通过与预处理后的升温段烟气混合调温、调质后，温度可以达到135～145℃范围内，超细颗粒物含量低，是活性炭最佳的净化条件，从而大大提高活性炭的净化效率。
优选的方案，所述升温段烟气为烧结过程中，烟气温度开始上升至烟气温度达到最高点这一温度区间的烟气，所述非升温段烟气为烧结过程中除升温段烟气之外的所有烟气。本发明以烧结过程中烟气温度的最高点作为分界点，主要是基于研究表明，在烧结过程中在烟气温度上升过程中，烧结烟气温度高，且水含量低，而碱金属和重金属等粉尘主要在这一区间段释放。将这一区间段烟气收集，进行单独预处理，进行降温脱尘，有利于后续活性炭净化。而除升温段烟气以外的烟气水分高、温度低，粉尘含量低，可以直接采用电除尘方法来脱除少量粉尘。
优选的方案，所述冷却的过程将升温段烟气冷却至180～240℃。升温段烟气冷却至该温度范围内，可以达到布袋除尘要求。
优选的方案，所述冷却的过程通过逆流式水冷塔实现；所述逆流式冷却塔内设置多组耐热不锈钢管，冷却水从下而上通过耐热不锈钢管内部，烟气从上往下通过逆流式冷却塔内部与耐热不锈钢管的外壁接触，烟气温度冷却至180～240℃，而耐热不锈钢管的内冷却水被加热成温度为150℃以上的蒸汽。通过逆流式水冷塔可以将高温烟气调节至温度满足布袋除尘要求，同时可以回收高温蒸汽。
优选的方案，所述布袋除尘的过程将烟气中粉尘的浓度降低至20mg/Nm3以下。
优选的方案，所述粉尘包含KCl、NaCl和PbCl2在内的超细颗粒物。
优选的方案，将预处理后的升温段烟气和非升温段烟气汇合后，满足进入活性炭吸附塔的烟气温度在135～145℃范围内,且粉尘浓度低于35mg/Nm3的要求。
与现有技术相比，本发明的技术方案优点在于：
1)本发明的技术方案根据整个烧结过程中产生的烟气的温度和组成的不同，而巧妙地对烟气进行分类并进行单独预处理，将温度高，且水含量低，而碱金属和重金属等粉尘含量高的烧结烟气进行回收热量和布袋除尘预处理，而将含水率高和粉尘含量低的烧结烟气直接进行静电除尘处理，两部分预处理后的烟气合并后，烟气温度保持135～145℃范围内，且粉尘浓度低于35mg/Nm3，大大提高后续活性炭净化效率，同时降低粉尘对活性炭孔隙的堵塞以及碱金属氯化物等粉尘对活性炭的毒性，延长活性炭的使用寿命。
2)本发明的技术方案通过将升温段烟气进行余热回收，一方面，温度降低的升温段烟气满足后续的布袋除尘，防止高温下布袋除尘器易于糊袋的技术问题，另一方面，可以有效控制进入活性炭吸附塔的烟气温度，使得烟气温度达到最佳的净化温度要求，解决了现有技术主要通过兑入冷空气降温，导致吸附塔负荷增大，净化效率降低的问题；
3)本发明的技术方案利用了烧结烟气中过剩的余热，可回收得到蒸汽；
4)本发明的技术方案将升温段烟气中的超细颗粒物通过布袋除尘预先脱除，可以降低烟气中的超细颗粒物浓度，从而大幅减少超细颗粒物堵塞活性炭，提高活性炭的净化作用，延长活性炭的循环次数。同时由于K、Na、Pb等碱金属和重金属的预先脱除，可以减轻其对活性炭脱硝的毒化作用，可以提高脱硝效率。
5)本发明的技术方案通过提高活性炭的净化效率，相对现有的活性炭脱硝工艺，可以提高活性炭脱硝效率10％～20％，降低运行费用15％～30％。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求保护的范围。
现有烧结烟气活性炭净化工艺：整个烧结过程中产生的烧结烟气进行电除尘，除尘后烟气中粉尘浓度为50mg/Nm3，粉尘中碱金属、重金属氯化物的含量达到82％，烟气温度为158℃。为将烟气温度降低到140℃，兑入占烟气气体量16％的冷空气。此时，烟气处理量增加了16％，且运行一段时间后，活性炭表面吸附大量的碱金属、重金属氯化物，活性炭的比表面积由330m2/g下降到250m2/g以下，脱硫脱硝效率大幅下降，尤其脱硝效率下降了20％以上。
实施例1
将烧结过程产生的烟气分为升温段烟气和非升温段烟气，两段烟气特性：升温段烟气温度350℃、水蒸气含量0.8％、超细颗粒物(PM2.5)含量165mg/Nm3，非升温段烟气温度110℃、水蒸气含量16.8％、超细颗粒物(PM2.5)含量43mg/Nm3。对升温段烟气进行冷却、布袋除尘预处理：将该段烟气抽出，首先采用逆流式水冷塔对其进行冷却，将该段烟气温度冷却至240℃，而将水加热至150℃的蒸汽；将冷却后的烟气通过布袋除尘器，将烟气中粉尘的浓度降低至18mg/Nm3。对非升温段烟气进行电除尘处理，然后将两部分烟气合并进入活性炭吸附塔，合并后烟气温度为145℃，烟气中粉尘浓度为30mg/Nm3，对烧结烟气进行脱硫脱硝净化。
该实施例相对现有的常规活性炭脱硝工艺可以提高活性炭脱硝效率15％，降低运行费用20％。
实施例2
将烧结过程产生的烟气分为升温段烟气和非升温段烟气，两段烟气特性：升温段烟气温度370℃、水蒸气含量0.5％、超细颗粒物(PM2.5)含量190mg/Nm3，非升温段烟气温度120℃、水蒸气含量20.3％、超细颗粒物(PM2.5)含量66mg/Nm3。对升温段烟气进行冷却、布袋除尘预处理：将该段烟气抽出，首先采用逆流式水冷塔对其进行冷却，将该段烟气温度冷却至180℃，而将水加热至170℃的蒸汽；将冷却后的烟气通过布袋除尘器，将烟气中粉尘的浓度降低至15mg/Nm3。对非升温段烟气进行电除尘处理，然后将两部分烟气合并进入活性炭吸附塔，合并后烟气温度为135℃，烟气中粉尘浓度为25mg/Nm3，对烧结烟气进行脱硫脱硝净化。
上述该实施例相对现有的常规活性炭脱硝工艺可以提高活性炭脱硝效率18％，降低运行费用25％。

Claims (7)

1.一种烧结烟气活性炭高效净化工艺，其特征在于：将整个烧结过程产生的烟气分为升温段烟气和非升温段烟气，所述升温段烟气单独进行冷却和布袋除尘预处理，所述非升温段烟气单独进行电除尘预处理；将预处理后的升温段烟气和非升温段烟气汇合进入活性炭吸附塔进行脱硫脱硝处理。
2.根据权利要求1所述的一种烧结烟气活性炭高效净化工艺，其特征在于：所述升温段烟气为烧结过程中，烟气温度开始上升至烟气温度达到最高点这一温度区间的烟气，所述非升温段烟气为烧结过程中除升温段烟气之外的所有烟气。
3.根据权利要求1所述的一种烧结烟气活性炭高效净化工艺，其特征在于：所述冷却的过程将升温段烟气冷却至180～240℃。
4.根据权利要求1或3所述的一种烧结烟气活性炭高效净化工艺，其特征在于：所述冷却的过程通过逆流式水冷塔实现；所述逆流式冷却塔内设置多组耐热不锈钢管，冷却水从下而上通过耐热不锈钢管内部，烟气从上往下通过逆流式冷却塔内部与耐热不锈钢管的外壁接触，烟气温度冷却至180～240℃，而耐热不锈钢管内的冷却水被加热成温度为150℃以上的蒸汽。
5.根据权利要求1所述的一种烧结烟气活性炭高效净化工艺，其特征在于：所述布袋除尘的过程将烟气中粉尘的浓度降低至20mg/Nm3以下。
6.根据权利要求5所述的一种烧结烟气活性炭高效净化工艺，其特征在于：所述粉尘包含KCl、NaCl和PbCl2在内的超细颗粒物。
7.根据权利要求1所述的一种烧结烟气活性炭高效净化工艺，其特征在于：将预处理后的升温段烟气和非升温段烟气汇合后，满足进入活性炭吸附塔的烟气温度在135～145℃范围内,且包含的粉尘浓度低于35mg/Nm3。
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