CN109737763A - 一种提高套筒窑烟气co2浓度的方法 - Google Patents

一种提高套筒窑烟气co2浓度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种提高套筒窑烟气CO2浓度的方法，通过引风机将套筒窑废气从烟囱中引出；对废气进行精除尘、降温、脱硫脱硝、脱水；将废气和空气按照一定比例混合引入套筒窑驱动风机入口，通过驱动风机升压后进入套筒窑换热器；混合驱动风通过预热后进入燃烧室与煤气进行燃烧；燃烧后的废气和石灰石分解的废气一起通过废气风机引入烟囱。本发明通过将部分烟气二次循环燃烧，不仅提高了排出烟气中二氧化碳含量降低二氧化碳回收难度及成本，还降低了套筒窑废气的中氧含量进一步降低了污染物排放折算值，实用性强。

Description

一种提高套筒窑烟气CO2浓度的方法
技术领域
本发明属于套筒窑二氧化碳回收利用技术领域，具体涉及一种提高套筒窑烟气CO2浓度的方法。
背景技术
套筒窑为烧制白灰的先进节能窑，被众多需求高质量白灰的企业所采用，特别是众多钢铁企业所采用。套筒窑依旧以煤炭等含碳能源为基础原料，这无疑造成了燃烧后烟气中含有大量的CO2，但目前由于套筒窑排放烟气中CO2浓度较低，当烟气中CO2浓度较低时，回收装置不得不做大，这无形中增加了CO2回收捕集的成本。
另外，随着环保标准的提高，白灰窑污染物排放标准也相应提高了，其中：颗粒物从≤30mg/m3降低到≤10mg/m3，SO2从≤80mg/m3降低到≤50mg/m3，NOX从≤400mg/m3降低到≤150mg/m3，且烟气检测O2含量基准为8％，污染物检测值＝实测值*(21-O2(烟气实测值))％/(21-8)％的折算系数，并且排放标准随着环保形势会进一步提高。
以一座500TPD套筒窑为例，年产生CO2 20多万吨左右，CO2的用途较为广泛，如制碱、冶炼、驱油、食品等领域，但是套筒窑排放的CO2因浓度低(22％左右)，较低CO2浓度的烟气捕集、回收难度大，造成回收利用的投资成本和运行成本偏高。因此，提高套筒窑排放烟气中CO2浓度对降低CO2捕集回收成本有着极其重要的经济效益、社会效益和环境效益。
发明内容
有鉴于此，针对现有技术的不足，本发明根据套筒窑生产工艺和外排烟气的情况特点，提出了一种提高套筒窑烟气CO2浓度的方法，为回收套筒窑烟气CO2创造了便利条件。
本发明提供了一种提高套筒窑烟气CO2浓度的方法，步骤包括：
S1、将套筒窑内除尘后的部分废气从烟囱中引出；
S2、对步骤S1引出的废气进行精除尘、降温；
S3、对降温后的废气进行SO2、氮氧化合物和H2O的脱除；
S4、将经步骤S3处理后的废气与空气混合后，引入套筒窑驱动风机入口，通过风机提升混合气体压力；
S5、将步骤S4所得混合气体预热后引入套筒窑燃烧室与煤气燃烧，燃烧后的废气与石灰石分解气一起排入套筒窑烟囱。
本方法根据外排烟气的二氧化碳、氧含量情况特点，将烟气特点与套筒窑生产工艺结合起来，通过将部分烟气依次经过除尘、降温、脱硫脱硝、脱水后，返回至套筒窑内混合空气，加压预热燃烧实现二次循环利用，提升排出烟气中二氧化碳含量的同时，充分利用烟气中的氧与套筒窑生产燃烧工艺，并且实现了硝硫的脱除，氧含量的降低以及污染物折算系数的降低。
优选的，步骤S1中，所述废气的引出量为2800-3200Nm3/h。由于引出的废气经处理后会返回至套筒窑生产工艺中进行燃烧再利用，废气量将直接影响套筒窑生产燃烧效率，废气返回量过大将影响套筒窑生产工艺的正常运行，废气返回量过小则烟气二氧化碳含量难以提高，该废气引出量可以达到套筒窑生产及烟气循环利用的平衡。
优选的，步骤S2中，精细除尘使所述废气的粉尘含量≤5mg/m3。粉尘将影响废气回窑后套筒窑内燃烧效率，应尽量去除。
优选的，步骤S2中，所述降温为使废气温度降至≤40℃。废气降温利于后续硫、硝的脱除，提升吸附脱除效率。
更加优选的，步骤S2中，所述废气进行精细除尘前的粉尘含量为8-12mg/m3，温度为140-160℃。实现低成本的废气循环利用工艺对于废气指标有所要求，粉尘含量过高，或者温度过高会导致后续精除尘、降温不彻底或难度大，增加处理成本且直接影响循环燃烧过程，无法得到理想的烟气且使套筒窑燃烧效率降低，影响套筒窑生产工艺，进而难以实现烟气处理工艺与套筒窑燃烧工艺的稳定循环和平衡。
优选的，步骤S3中，所述废气进行SO2、氮氧化合物和H2O的脱除使SO2含量≤5mg/m3，氮氧化合物含量≤5mg/m3，H2O体积百分比≤0.02％。对废气中的SO2、氮氧化合物和H2O脱除，避免了废气对套筒窑燃烧的不利影响。
更加优选的，步骤S3中，采用吸附剂实现SO2、氮氧化合物和H2O的脱除，所述吸附剂包括活性炭和硅胶。通过吸附剂来实现硫、硝、水的脱除，吸附剂为复合吸附剂，能够在降温后废气的温度条件下达到最佳的吸附脱除效果。
优选的，步骤S4中，所述废气与空气按体积比3:2混合。由于废气中O2含量一般约为12％，将废气与空气按特定比例混合保证套筒窑正常燃烧耗氧，提高套筒窑燃烧效率，利于实现工艺的循环平衡。
优选的，步骤S4中，所述风机提升混合气体压力是使混合气体压力≥15kPa。
优选的，步骤S5中，所述预热为将混合气体温度预热至450～500℃。预热混合气体温度，避免气体过冷影响燃烧过程的进行，提高燃烧效率，避免燃烧工艺的波动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的提高套筒窑烟气CO2浓度的方法，直接将部分废气经过处理后返回至套筒窑中，实现了废气的二次循环利用，提高了烟气中的二氧化碳浓度，有效降低了烟气中二氧化碳回收难度及回收成本，同时减少了尾气中时SO2、NOX的排放量、降低废气中氧含量以及污染物折算系数，方法简单，无需引入新的设备即可实施烟气的二次循环燃烧，实用性强。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明提供的一种提高套筒窑烟气CO2浓度的方法，步骤包括：
S1、将套筒窑内除尘后的部分废气从烟囱中引出，废气的引出量为2800-3200Nm3/h，废气的粉尘含量为8-12mg/m3，温度为140-160℃。
S2、对步骤S1引出的废气进行精除尘使所述废气的粉尘含量≤5mg/m3，然后将废气温度降温至≤40℃；
S3、对降温后的废气采用活性炭、硅胶等复合吸附剂进行SO2、氮氧化合物和H2O的脱除，使SO2含量≤5mg/m3，氮氧化合物含量≤5mg/m3，H2O体积百分比≤0.02％；
S4、将经步骤S3处理后的废气与空气按体积比3:2混合后，引入套筒窑驱动风机入口，通过风机提升混合气体压力至15kPa以上；
S5、将步骤S4所得混合气体预热至450～500℃，引入套筒窑燃烧室与煤气燃烧，燃烧后的废气与石灰石分解气一起排入套筒窑烟囱。
经过S1-S5步骤循环后产生的废气二氧化碳浓度提高≥2％，氧含量可降低约2％，烟气污染物检测折算系数可相应从(21-8)/(21-12)＝1.4降低到(21-8)/(21-10)＝1.2，颗粒物从8-12mg/m3降低到6-10mg/m3、SO2从20-50mg/m3降低到17-43mg/m3、NOX从50-90mg/m3降低到43-77mg/m3。
下面将结合四个具体实施例对本申请的一种提高套筒窑烟气CO2浓度的方法进行详细说明。
实施例1
本实施例以500TPD的套筒窑为例，提供了一种提高套筒窑烟气CO2浓度的方法，步骤包括：
通过引风机将套筒窑除尘后的部分废气从烟囱中引出，引出废气量为3000Nm3/h；
通过对废气进行精除尘，将粉尘含量从10mg/m3控制在5mg/m3；
使用换热器将废气温度从150℃降低至40℃；
使用活性炭、硅胶等复合吸附剂将烟气中的SO2、NOX、H2O从20mg/m3、50mg/m3、3％(体积百分比)分别脱除到5mg/m3、5mg/m3、0.02％(体积百分比)；
将处理后的废气和空气按照体积比60％:40％的比例引入套筒窑驱动风机入口，通过风机升压，将混合气压力从200Pa提高到15kPa；
混合驱动风通过换热器预热，将混合气从常温提高到450℃；
混合气在套筒窑燃烧室与煤气燃烧后，与石灰石分解气一起排入套筒窑烟囱中。
按上述循环工艺运行稳定，可明显提升烟气中二氧化碳浓度，使烟气中二氧化碳浓度提高≥2％。套筒窑尾气中二氧化碳浓度每提高2％，二氧化碳生产成本可降低10元/吨。按照年回收10万吨二氧化碳计算，可降低生产成本100万元。
并且，循环工艺运行稳定后，烟气中氧气浓度下降了2％，烟气污染物检测折算系数降低至1.2，颗粒物从10mg/m3降低到6mg/m3、SO2从20mg/m3降低到17mg/m3、NOX从50mg/m3降低到43mg/m3。
对比例1
本实施例以500TPD的套筒窑为例，提供了一种常规套筒窑排烟气工艺，步骤包括：
将空气引入套筒窑驱动风机入口，通过风机升压，使空气压力为15kPa；
混合驱动风通过换热器预热，将空气从常温提高到450℃；
空气在套筒窑燃烧室与煤气燃烧后，与石灰石分解气一起排入套筒窑烟囱中。
按上述循环工艺运行稳定，从烟囱中排出的废气中二氧化碳浓度偏低仅为22％，回收利用难度及成本均较高。
实施例2
本实施例以500TPD的套筒窑为例，提供了一种提高套筒窑烟气CO2浓度的方法，步骤包括：
通过引风机将套筒窑除尘后的部分废气从烟囱中引出，引出废气量为2930Nm3/h；
通过对上述引出的废气进行精除尘，将粉尘含量从11mg/m3控制在4mg/m3；
使用换热器将废气温度从147℃降低至38℃；
使用活性炭、硅胶等复合吸附剂将烟气中的SO2、NOX、H2O从23mg/m3、52mg/m3、4％(体积百分比)分别脱除到4mg/m3、5mg/m3、0.02％(体积百分比)；
将处理后的废气和空气按照体积比60％:40％的比例引入套筒窑驱动风机入口，通过风机升压，将混合气压力从200Pa提高到16kPa；
混合驱动风通过换热器预热，将混合气从常温提高到480℃；
混合气在套筒窑燃烧室与煤气燃烧后，与石灰石分解气一起排入套筒窑烟囱中。
按上述循环工艺运行稳定，可明显提升烟气中二氧化碳浓度，使烟气中二氧化碳浓度达24％，烟气中氧气浓度下降了2％，烟气污染物检测折算系数降低至1.2，颗粒物降低到7mg/m3、SO2降低到17mg/m3、NOX降低到44mg/m3。
实施例3
本实施例以500TPD的套筒窑为例，提供了一种提高套筒窑烟气CO2浓度的方法，步骤包括：
通过引风机将套筒窑除尘后的部分废气从烟囱中引出，引出废气量为3090Nm3/h；
通过对上述引出的废气进行精除尘，将粉尘含量从11mg/m3控制在5mg/m3；
使用换热器将废气温度从155℃降低至40℃；
使用活性炭、硅胶等复合吸附剂将烟气中的SO2、NOX、H2O从29mg/m3、51mg/m3、3.5％(体积百分比)分别脱除到5mg/m3、5mg/m3、0.02％(体积百分比)；
将处理后的废气和空气按照体积比60％:40％的比例引入套筒窑驱动风机入口，通过风机升压，将混合气压力从200Pa提高到18kPa；
混合驱动风通过换热器预热，将混合气从常温提高到500℃；
混合气在套筒窑燃烧室与煤气燃烧后，与石灰石分解气一起排入套筒窑烟囱中。
按上述循环工艺运行稳定，可明显提升烟气中二氧化碳浓度，使烟气中二氧化碳浓度达25％，烟气中氧气浓度下降了2％，烟气污染物检测折算系数降低至1.2，颗粒物降低到6mg/m3、SO2降低到17mg/m3、NOX降低到44mg/m3。
实施例4
本实施例以500TPD的套筒窑为例，提供了一种提高套筒窑烟气CO2浓度的方法，步骤包括：
通过引风机将套筒窑除尘后的部分废气从烟囱中引出，引出废气量为3150Nm3/h；
通过对上述引出的废气进行精除尘，将粉尘含量从10mg/m3控制在3mg/m3；
使用换热器将废气温度从140℃降低至35℃；
使用活性炭、硅胶等复合吸附剂将烟气中的SO2、NOX、H2O从21mg/m3、53mg/m3、3.7％(体积百分比)分别脱除到5mg/m3、4mg/m3、0.02％(体积百分比)；
将处理后的废气和空气按照体积比60％:40％的比例引入套筒窑驱动风机入口，通过风机升压，将混合气压力从190Pa提高到15kPa；
混合驱动风通过换热器预热，将混合气从常温提高到450℃；
混合气在套筒窑燃烧室与煤气燃烧后，与石灰石分解气一起排入套筒窑烟囱中。
按上述循环工艺运行稳定，可明显提升烟气中二氧化碳浓度，使烟气中二氧化碳浓度达26％，烟气中氧气浓度下降了2％，烟气污染物检测折算系数降低至1.2，颗粒物降低到6mg/m3、SO2降低到17mg/m3、NOX降低到43mg/m3。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种提高套筒窑烟气CO2浓度的方法，步骤包括：
S1、将套筒窑内除尘后的部分废气从烟囱中引出；
S2、对步骤S1引出的废气进行精除尘、降温；
S3、对降温后的废气进行SO2、氮氧化合物和H2O的脱除；
S4、将经步骤S3处理后的废气与空气混合后，引入到套筒窑驱动风机入口，通过风机提升混合气体压力；
S5、将步骤S4所得混合气体预热后引入套筒窑燃烧室与煤气燃烧，燃烧后的废气与石灰石分解气一起排入套筒窑烟囱。
2.如权利要求1所述的提高套筒窑烟气CO2浓度的方法，其特征在于：步骤S1中，所述废气的引出量为2800-3200Nm3/h。
3.如权利要求1所述的提高套筒窑烟气CO2浓度的方法，其特征在于：步骤S2中，精细除尘使所述废气的粉尘含量≤5mg/m3。
4.如权利要求1的提高套筒窑烟气CO2浓度的方法，其特征在于：步骤S2中，所述降温为使废气温度降至≤40℃。
5.如权利要求1-4任一项权利要求所述的提高套筒窑烟气CO2浓度的方法，其特征在于：步骤S2中，所述废气进行精细除尘前的粉尘含量为8-12mg/m3，温度为140-160℃，SO2含量为20-50mg/m3，NOX含量为50-90mg/m3。
6.如权利要求1所述的提高套筒窑烟气CO2浓度的方法，其特征在于：步骤S3中，所述废气进行SO2、氮氧化合物和H2O的脱除使SO2含量≤5mg/m3，氮氧化合物含量≤5mg/m3，H2O体积百分比≤0.02％。
7.如权利要求6所述的提高套筒窑烟气CO2浓度的方法，其特征在于：步骤S3中，采用吸附剂实现SO2、氮氧化合物和H2O的脱除，所述吸附剂包括活性炭和硅胶。
8.如权利要求1所述的提高套筒窑烟气CO2浓度的方法，其特征在于：步骤S4中，所述废气与空气按体积比3:2混合。
9.如权利要求1所述的提高套筒窑烟气CO2浓度的方法，其特征在于：步骤S4中，所述风机提升混合气体压力是使混合气体压力≥15kPa。
10.如权利要求1所述的提高套筒窑烟气CO2浓度的方法，其特征在于：步骤S5中，所述预热为将混合气体温度预热至450～500℃。
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