CN110538560A - 利用烧结烟气循环联合脱硫及臭氧预氧化脱硝系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用烧结烟气循环联合脱硫及臭氧预氧化脱硝系统及方法，包括烧结烟气循环装置、干法/半干法脱硫反应装置、臭氧制备装置、脱硝反应装置，在烧结烟气循环系统中设置有干法/半干法脱硫反应装置，将烧结机中后段风箱的富含高浓度SO2的高温烟气利用干法/半干法脱硫反应装置脱除，节省后续烟气净化程序及成本，循环后的烟气再进行脱硝处理；脱硝处理过程中采用臭氧预氧化方法，精确调节控制脱硝入口烟气中NO/NO2摩尔比，实现SCR快速脱硝反应，提高脱硝反应速率；本发明的系统和方法减少了烧结机烟气外排总量，脱硫系统投资及运行成本，减少烧结过程固体燃料消耗，减少催化剂用量，延长催化剂使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于脱硫脱硝技术领域，具体涉及一种利用烧结烟气循环联合干法/半干法脱硫及臭氧预氧化脱硝系统及方法。
背景技术
钢铁行业属于高污染行业，铁矿石烧结过程中本身要产生大量烟气，另外由于国内烧结机漏风率高达40％以上，有相当一部分空气没有通过烧结料层，直接进入后续烟气处理装置，因此烧结烟气量非常巨大。比如一台360m2烧结机正常生产时，排放的烟气量高达每小时216万立方米以上。除了烧结烟气量大以外，还具有排放源集中、烟气温度波动大(随烧结方法状况变化)，携带粉尘多、CO含量较高、SO2浓度较低、含湿量大、含腐蚀性气体及二噁英类物质等特点，因此对局部大气质量的影响较大，会造成严重的环境污染，因此很有必要对烧结烟气污染物进行净化，达到环保减排的效果。
当前我国钢铁企业，大气污染物治理措施可大致总结为三大类：1.原料控制，烟气减排的基础条件；2.烧结过程控制，烟气减排的有效手段；3.烟气末端治理，烟气治理的终极手段与最终保障。在以上三种治理措施中，人们往往更关注烟气末端治理。目前，烧结烟气末端治理主要有活性焦脱硫脱硝一体化、烟气脱硫(湿法、干法、半干法)+中低温SCR脱硝一体化等技术。SCR(Selective Catalytic Reduction)为选择性催化还原技术，SCR技术脱硝原理为：在催化剂作用下，向温度约280～420℃的烟气中喷入氨，将NOx还原成N2和H2O。
活性焦脱硫脱硝一体化技术，主要存在着投资巨大、活性焦损耗大、运行成本高，方法复杂，烟气通过吸附床后压力降低，增加能耗，喷射氨过程中造成管道堵塞、脱硫速率慢等缺点。
烟气脱硫+中低温SCR脱硝一体化技术也存在着诸多缺陷：1)存在温度窗口，反应温度在220℃以上，低于该温度时，烟气中的SO2会与NH3反应生成易腐蚀和堵塞设备的硫酸氨、硫酸氢氨，同时还会粘附在催化剂表面，导致催化剂的堵塞、硫中毒等，同时降低氨的利用率；2)催化剂消耗量大，寿命短投资成本高；3)废弃催化剂作为固体危废，处理成本高、难度大；4)烟气量大，导致烟气升温所需燃料消耗量大；5)脱硝效率已接近限值。
随着《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》(GB28662-2012)修改等国家和地方标准的不断出台，钢铁行业烟气污染物排放限值愈来愈低，末端脱硫/脱硝治理技术只能通过不断提高装置规模，增加吸收剂、催化剂等物料用量来达到排放限值，但于此同时，会出现企业投资运行压力增大、氨逃逸增加等一系列问题。
因此，需要提供一种着眼于烧结烟气全流程治理的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用烧结烟气循环联合干法/半干法后脱硫及臭氧预氧化脱硝系统及方法，以至少解决目前的常规烧结烟气循环技术的烟气循环率低；烟气脱硫脱硝过程中的催化剂消耗量大，使用寿命短；烟气处理量大，导致消耗大量燃料用于烟气升温，导致脱硫脱硝装置投资及运行成本很高；脱硝效果很难达到超低排放标准的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种利用烧结烟气循环联合脱硫及臭氧预氧化脱硝系统，所述系统包括：
烧结烟气循环装置，所述烧结烟气循环装置包括循环烟道，所述循环烟道与烧结机形成回路，其中一端与所述烧结机的部分风箱出口连通；
脱硫反应装置，所述脱硫反应装置设置在所述循环烟道上，并对所述循环烟道内的烟气进行脱硫处理；
臭氧制备装置，所述臭氧制备装置用于制备臭氧，所述臭氧用于对烧结机主烟道内脱硝反应前的烟气进行臭氧预氧化处理；
脱硝反应装置，设置在所述烧结机主烟道上，经过臭氧预氧化处理后的烟气进入所述脱硝反应装置，所述脱硝反应装置用于对烟气进行脱硝处理。
在如上所述的利用烧结烟气循环联合脱硫及臭氧预氧化脱硝系统，优选，与所述循环烟道一端连通的所述部分风箱为所述烧结机的中后段高硫烟气所对应的风箱；所述烧结机主烟道的一端与所述烧结机的全部风箱连通；优选地，所述中后段高硫烟气是二氧化硫浓度150ppm以上的烟气。
在如上所述的利用烧结烟气循环联合脱硫及臭氧预氧化脱硝系统，优选，所述烧结烟气循环装置还包括氧气补给装置，所述氧气补给装置包括连接在氧气缓冲罐出口的氧气均布器，从所述氧气均布器喷射出的氧气进入所述循环烟道，用于对所述循环烟道中的烟气提供氧气补给；
优选地，所述烧结烟气循环装置还包括第一除尘器和第一风机，沿所述循环烟道的烟气流动方向依次设置于所述脱硫反应装置后方的循环烟道上且位于所述氧气补给装置的前方；更优选地，所述第一除尘器为布袋除尘器。
在如上所述的利用烧结烟气循环联合脱硫及臭氧预氧化脱硝系统，优选，所述烧结烟气循环装置还包括密封罩，所述密封罩与所述烧结机密封连接且内部相通；所述密封罩优选有多个，所述循环烟道的另一端通过多个支管道与多个所述密封罩分别连通，以使经过氧气补给后的烟气通过多个所述分支管道分别进入多个所述密封罩；多个所述分支管道上优选均设有烟气调节阀，用于调节进入所述密封罩内的烟气；
优选地，所述密封罩固定于所述烧结机的产生低硫烟气的料面上方，更优选地，所述密封罩固定于所述烧结机中前段料面上方，所述烧结机主烟道的一端至少与所述烧结机的中前段风箱连接，所述循环烟道内的烟气从所述密封罩进入所述烧结机中前段并由所述中前段风箱进入所述烧结机主烟道；进一步优选地，所述低硫烟气是二氧化硫浓度150ppm以下的烟气；
优选地，所述密封罩上设有压力检测仪和氧气浓度分析仪，所述氧气浓度分析仪与所述氧气补给装置设置连锁控制，根据所述密封罩内氧气浓度自动控制氧气补给过程；所述压力检测仪与所述烟气调节阀设置连锁控制，根据所述密封罩内烟气压力自动控制所述烟气调节阀的开度，以保持所述密封罩内维持微负压状态。
在如上所述的利用烧结烟气循环联合脱硫及臭氧预氧化脱硝系统，优选，所述臭氧制备装置制备的臭氧为与空气稀释混合后的臭氧；
优选地，所述臭氧通过臭氧均布器喷射入所述烧结机主烟道，进行臭氧预氧化处理；所述臭氧均布器设置在所述烧结机主烟道的臭氧喷入部；
再优选地，在所述臭氧制备装置制备的臭氧中，纯臭氧与所述空气的体积比为(7-9)：1。
在如上所述的利用烧结烟气循环联合脱硫及臭氧预氧化脱硝系统，优选，所述烧结机主烟道上还设有第二除尘器，所述第二除尘器设于所述臭氧喷入部前方；所述第二除尘器为机头电除尘器；
优选地，位于所述机头电除尘器前方的所述烧结机主烟道上设有第一NOx浓度分析仪；位于所述臭氧喷入部后方的所述烧结机主烟道上设有第二NOx浓度分析仪；
再优选地，所述系统还包括控制装置，至少与所述第一NOx浓度分析仪、所述第二NOx浓度分析仪、所述臭氧喷入部连接，以根据第一NOx浓度分析仪、第二NOx浓度分析仪数据调节臭氧喷入部的臭氧量；
更优选地，在脱硝反应装置后的所述烧结机主烟道上设有第三NOx浓度分析仪和臭氧浓度分析仪；所述控制装置还与第三NOx浓度分析仪和臭氧浓度分析仪连接，根据第一NOx浓度分析仪、第二NOx浓度分析仪、所述第三NOx浓度分析仪和臭氧浓度分析仪的数据自动联锁调节臭氧喷入部的臭氧量。
在如上所述的利用烧结烟气循环联合脱硫及臭氧预氧化脱硝系统，优选，所述脱硝反应装置后方的所述烧结机主烟道上设置有热回收装置；
优选地，所述热回收装置包括气体换热器和余热锅炉，沿烟气传输方向依次设置；
更优选地，所述气体换热器与所述脱硝反应装置烟气入口处的所述烧结机主烟道连通且与所述脱硝反应装置出口处的所述烧结机主烟道连通。
在如上所述的利用烧结烟气循环脱硫及臭氧预氧化脱硝系统，优选，所述脱硫反应装置为干法脱硫反应装置或半干法脱硫反应装置，所述脱硝反应装置为SCR脱硝反应装置；
优选地，所述脱硝反应装置前的烧结机主烟道上沿烟气传输方向依次设有加热炉和氨喷射系统。
一种利用烧结烟气循环联合脱硫及臭氧预氧化脱硝方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一，烧结机烟气循环及脱硫处理
从烧结机风箱引出的高硫烟气进入循环烟道，经过脱硫处理后回到烧结机用于热风烧结；
步骤二，臭氧预氧化处理的脱硝反应
烧结机主烟道的烟气经过臭氧预氧化处理后进行脱硝处理；
优选地，臭氧预氧化处理后的烟气中NO与NO2的摩尔比为(0.95-1.05):1；
步骤三，烟气外排
经过脱硝处理后的烟气经过降温后从烟囱排放。
在如上所述的利用烧结烟气循环联合脱硫及臭氧预氧化脱硝方法，优选，在烧结机烟气循环及脱硫处理后还包括在循环烟道中将烟气与额外补给的氧气混合后再进入烧结机中再利用；
优选地，该方法采用权利要求1-8任一项所述系统完成。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：
1、本发明采用烧结烟气循环新方法，在烟气循环过程中补入纯氧气，提高了烧结烟气循环率，烟气减排率提高至35％以上，相比于不补入纯氧的常规烧结烟气循环系统能更大程度上降低外排烟气总量。
2、在烧结烟气循环过程中设置有干法/半干法脱硫反应装置，将烧结机中后段风箱的富含高浓度SO2的高温烟气利用干法/半干法脱硫反应装置脱除，可省去烟气净化系统中的脱硫反应装置，同时大大降低了后续烟气净化的烟气处理量，节约投资成本、运行成本和占地面积等；与之配合的布袋除尘器去除烟气中大部分颗粒物，有效避免烟气中富含的钾、钠、锌等碱金属和碱土金属元素的颗粒物再次进入烧结料层，导致烧结料层透气性变差影响烧结矿质量，导致烧结机台车篦条堵塞使检修频次增加而影响烧结矿产量。可有效解决目前烧结烟气循环技术普遍面临的问题。
3、本发明采用的臭氧预氧化方法，对脱硝反应前的烟气进行臭氧预氧化处理，精确调节控制脱硝入口烟气中NO/NO2摩尔比，实现SCR脱硝反应装置发生快速脱硝反应，提高脱硝反应速率，减少催化剂用量，延长催化剂使用寿命，使NOx排放达到甚至超过烟气超低排放标准。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明实施例的利用烧结烟气循环干法/半干法后脱硫及臭氧预氧化脱硝系统流程图；
图2为本发明实施例的烧结机各风箱烟气温度特性图；
图3为本发明实施例的烧结机各风箱烟气NOx浓度特性图；
图4为本发明实施例的烧结机各风箱烟气SO2浓度特性图。
图中：1、烧结机；2、布袋除尘器；3、第一风机；4、氧气缓冲罐；5、氧气均布器；6、调节阀；7、氧气浓度分析仪；8、压力检测仪；9、密封罩；10、第一NOx浓度分析仪；11、机头电除尘器；12、脱硫剂喷入口；13、脱硫反应装置；14、气体混合器；15、臭氧发生装置；16、臭氧均布器；17、第二NOx浓度分析仪；18、气体换热器；19、加热炉；20、氨喷射系统；21、脱硝反应装置；22、余热锅炉；23、第二风机；24、第三NOx浓度分析仪；25、第三风机；26、烟囱；27、循环烟道；28、烧结机主烟道；29、稀释风机；30、臭氧浓度分析仪。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，可以是电路连接，也可以是通信连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
烧结料在烧结机1烧结过程中，如图2所示，烧结机1各风箱烟气热量分布不均，其中烧结机1头部、中部烟气温度偏低，一般在150℃以下，机尾烟气温度较高，在300-450℃左右，若将所有风箱烟气全部混合，则烧结机主烟道28内烟气温度在120-180℃左右。高温烟气与低温烟气混合后使高温烟气温度降低，严重制约高温烟气热量利用。
烧结机1烟气中SO2、NOx等污染物的浓度呈现出不同风箱烟气存在不同排放特征的情况，如图3、图4所示。其中，烧结机1头部(前段)、中部靠前(中段靠前)烟气中SO2浓度偏低，低于150ppm；在烧结机1中后部(中段靠后以及后段靠前的部分)，接近烧结终点前，烟气中SO2浓度具有明显的峰值特征，最高浓度达1500ppm；在烧结机1后部(后段靠后的部分)，烧结终点后，烟气中SO2浓度迅速降低到200ppm以下。若将所有高硫风箱(比如SO2浓度高于150ppm对应的风箱)烟气取出，进入烟气循环系统，并经系统内部干法/半干法脱硫后，循环回烧结机台车，则可不必在后续烟气净化系统中配置脱硫设施，省去50-70％的脱硫投资及运行成本。
干法或半干法脱硫，该技术适用烟气温度范围140℃以上，且技术简单，运行可靠，无废水产生，投资、运行成本低，非常适合烧结机循环烟气的脱硫。
本发明中的“前”和“后”为基于烟气传输的方向所示的位置关系。
如图1所示，根据本发明的实施例，提供了一种利用烧结烟气循环联合干法/半干法脱硫及臭氧预氧化脱硝系统，包括：
烧结烟气循环装置，利用烧结烟气循环装置，对烧结机1中烟气余热进行合理循环利用并减排烧结烟气，保证在不影响烧结生产的前提下，综合考量并平衡烧结烟气余热利用率，烧结烟气减排及循环烟气脱硫。
烧结烟气循环装置包括循环烟道27、烧结机主烟道28和密封罩9；循环烟道27的一端与烧结机1的中后段风箱(13#-20#)的出口连通，另一端通过氧气补给装置连接至密封罩9，烟气密封罩9固定于所述烧结机的产生低硫烟气的料面上方(也可以说，烟气密封罩9固定在烧结机1的聚集低硫烟气的风箱所对应的正上方的料面的上方)，优选地，所述密封罩固定于所述烧结机中前段料面(其正下方对应的风箱里面是低硫烟气，低硫烟气优选是二氧化硫浓度150ppm以下的烟气)上方，烧结机主烟道的一端至少与烧结机的中前段风箱连接，以便循环烟道内的烟气从密封罩9进入烧结机1中前段并由中前段风箱进入烧结机主烟道28；在烧结机中前段料面上方，即中前段风箱(4#-12#)所对应料面上，在第二风机23的负压作用下，烟气被吸入烧结料层；氧气补给装置用于对循环烟气提供氧气补给；在本发明的实施例中，烧结机主烟道28的一端可以与烧结机1的所有风箱的出口连接，在烟气循环系统正常运行的情况下，烧结机主烟道28仅仅与中前段风箱连通，烧结机循环烟道27内的烟气从密封罩9进入烧结机1中前段料面上方并由中前段风箱(4#-12#)进入烧结机主烟道28，以便经过氧气补给后的烟气循环一次即进入脱硝处理，避免烟气多次循环容易导致烟气中污染物(SO2、NOx、颗粒物)富集。烧结循环烟气选取的为烧结机1中后段的中高硫、中高温烟气，13#-20#风箱的温度大于140℃以上，同时含硫量高，因此适宜作为循环烟气，此段风箱中所含有的SO2占到烧结烟气中总SO2的95％以上，烟气量占总烧结烟气量的30％左右，可将SO2浓度富集并利用干法/半干法脱硫反应装置脱除。
烧结烟气循环装置包括氧气补给装置，氧气补给装置用于对烧结循环烟气提供氧气补给。根据烧结机1风箱烟气排放特征的差异，在不影响烧结矿质量的前提下，选择特定的风箱段13#-20#风箱，烟气通过循环烟道27进入脱硫反应装置13，脱硫反应装置可以为干法脱硫反应装置或者半干法脱硫反应装置，如SDS干法脱硫反应装置、循环流化床半干法脱硫反应装置或密相干塔半干法脱硫反应装置，脱硫反应装置13设置在循环烟道27上，对循环烟道27内的烟气进行脱硫处理，干法/半干法脱硫反应装置13的上方设置有脱硫剂喷入口12，用于提供脱硫剂；优选地，经过脱硫反应后的循环烟气进入第一除尘器(布袋除尘器2)，当然，在其他实施例中，还可以使用电除尘器或者其他高效除尘效率的除尘器，本发明对此不做限定。布袋除尘器2与干法/半干法脱硫反应装置13配合有效过滤掉99.8％的脱硫反应产物及循环烟气中的颗粒物，避免颗粒物对烧结料层的不利影响，有效提高烧结矿的质量和产量。循环烟气(位于循环烟道27中的烟气称为循环烟气)经过布袋除尘器2后再进入氧气补给装置，用于补给氧气后返回烧结机1台车料面，用于热风烧结。干法/半干法脱硫反应装置13配合布袋除尘器2的烟气除尘率可达到99.8％以上，可有效过滤掉烟气中的颗粒物。
优选地，氧气补给装置包括氧气缓冲罐4和连接在氧气缓冲罐4出口的氧气均布器5，从氧气均布器5喷射出的高纯氧气进入循环烟道27对循环烟气进行补充氧气。氧气均布器5能够使得氧气的喷射与烟气混合的更均匀。
经过氧气补给后的烧结循环烟气通过多个分支管道分别进入多个密封罩9，密封罩9内烟气连通烧结机1，多个分支管道上均设有烟气调节阀6，用于调节进入密封罩9内的烟气量。
本发明的具体实施例中，循环烟气由烧结机1的部分风箱引出后，经干法/半干法脱硫反应装置13、布袋除尘器2、第一风机3后，分四路即四个分支管道，引入密封罩9，当然，根据烟气情况也可以设置其他数量的分支管道，本发明对此不做限定；烟气在第一风机3产生的负压下，被吸入烧结料层，参与二次烧结过程，烧结后的烟气进入烧结机主烟道28，排入烧结机主烟道28进入后续烟气净化系统即脱硝处理。在四个分支管道上分别安装有四个烟气调节阀6，根据不同区域料层透气性及需气量差异，调控调节阀6的开度，使烟气压力在密封罩9内保持稳定，并维持微负压状态，一般维持在-100Pa—0Pa以内，防止烟气外泄。为保证实时监测烟气压力，在每个密封罩9上均设置有压力检测装置压力检测仪8。
优选地，密封罩9上设有氧气浓度分析仪7，氧气浓度分析仪7与氧气补给装置设置连锁，根据密封罩9内氧气浓度自动控制氧气补给过程，通过PID程序控制并调节氧气补给量；保证经过氧气补给后的密封罩9中的烟气含氧量(氧气浓度)大于18％，当达到此含氧量时，不影响烧结生产。密封罩入口处设有电动调节阀(即烟气调节阀)，压力检测仪与电动调节阀设置连锁控制，根据密封罩内烟气压力自动控制电动调节阀的开度，进行PID调节，保持密封罩内维持微负压状态。
常规烧结烟气循环装置，可减少20％的外排烟气总量；本发明中选用纯氧气进行补氧，相比常规烧结烟气循环，可减少35％以上的外排烟气总量，能更大程度上降低烟气净化系统负荷。
烧结机内烟气可流向两个方向，一路是循环烟道27、另一路是烧结机主烟道28；循环烟道27的一端与烧结机中后段的部分风箱分别连接，烧结机主烟道28的一端与烧结机1全部风箱出口连接。在本发明的实施例中，对于同时与循环烟道27和烧结机主烟道28连接的风箱，可通过在连接某一风箱与循环烟道的主管路上设置与烧结机主烟道28连接的支管路，主管路和支管路上均设有烟气流量调控阀门，正常烧结循环情况下，中后段风箱中烟气进入循环烟道27参与一次循环后，循环后的烟气进入中前段风箱接着进入烧结机主烟道28；而在设备维修或调试情况下，中后段风箱中烟气通过支管路上的烟气流量调控阀门的调控从支管路进入烧结机主烟道28，在主管路和支管路上的烟气流量调控阀门的控制下，烧结机内烟气可以向任意一路流动。
在烧结机料面负压的作用下，烧结机料面上方的循环烟气被吸入料面，在烧结料层中发生一系列复杂的物理、化学反应过程，包括CO的二次燃烧放热、二噁英的高温分解等，使污染物排放总量降低的同时，烟气显热全部供给烧结料，降低烧结过程中固体燃料消耗；此外，高温烟气在烧结料层上方对烧结料层均匀加热，能够改善表层烧结矿质量，提高烧结矿料层温度均匀性和破碎强度等理化指标，实现节能、减排、提产的多功能耦合。
臭氧制备装置，臭氧制备装置用于制备臭氧，对脱硝反应前的烟气进行臭氧预氧化处理；臭氧制备装置制备的臭氧为与空气稀释混合后的臭氧；臭氧制备装置包括臭氧发生装置15，臭氧发生装置15用于制备高纯臭氧。优选地，纯臭氧与空气的体积比为(7-9)：1(比如7:1、7.3:1、7.5:1、7.8:1、8:1、8.3:1、8.5:1、8.8:1、9:1)，高纯臭氧对金属材料有很强的氧化性、腐蚀性，稀释臭氧的目的一是降低臭氧浓度，在一定程度上降低对金属烟道的影响；二是用空气稀释臭氧，增大混合气体体积，有利于喷入烟道后，与烟气均匀混合，从而有利于臭氧与NOx的化学反应。
臭氧的具体制备过程为氧气进入臭氧发生装置15，制备的高纯臭氧与稀释风机29送入的空气在气体混合器14中进行混合，形成待用臭氧。
优选地，臭氧经过管道传输并通过臭氧均布器16喷射入烧结机主烟道28，对脱硝反应前的烟气进行臭氧预氧化处理。臭氧均布器16设置在烧结机主烟道28的臭氧喷入部；臭氧均布器16用于将臭氧均匀喷入烧结机主烟道28，与烟气混合均匀，反应充分。
烧结机主烟道28上还设有第二除尘器，本发明的具体实施例中第二除尘器为机头电除尘器11，机头电除尘器11设于臭氧喷入部前方，除尘后的烟气再进行臭氧预氧化处理。
优选地，位于机头电除尘器11前方的烧结机主烟道28上设有第一NOx浓度分析仪10，用于监测原烟气中NOx浓度数据。机头电除尘器11和臭氧喷入部之间设置有第二风机23，用于将烧结烟气由烧结机送入脱硝系统，其中第二风机23为主抽风机。
脱硝反应装置21，经过臭氧预氧化后的烟气进入脱硝反应装置21，脱硝反应装置21用于对烟气进行脱硝处理，烟气在脱硝反应装置21中发生快速SCR反应。位于脱硝反应装置21前的烧结机主烟道28上沿烟气流动方向依次设有加热炉19和氨喷射系统20，对烟气进行加热和喷氨处理，为进入脱硝反应装置21前的烟气做预处理。
本发明的具体实施例中，在加热炉19前设置臭氧喷入部，对烟气进行臭氧预氧化处理的作用是从臭氧均布器16喷入的臭氧可以控制烟气中的NO/NO2摩尔比，NO/NO2摩尔比优选为0.95-1.05，达到该比例的烟气进入脱硝反应装置21，发生快速SCR反应，相比标准SCR反应，能大大提高脱硝反应速率；臭氧氧化NO以及快速SCR反应方程式：
O3+NO→NO2+O2
2NH3+2NO2→NH3NO3+N2+H2O；
NH3NO3+NO→NO2+N2+2H2O；
总反应：2NH3+NO2+NO→2N2+3H2O；
在氨喷射系统20后方且在脱硝反应装置21烟气入口之前的烧结机主烟道28上设有第二NOx浓度分析仪17，用于监测经过臭氧预氧化后的烟气中的NOx浓度。
为了充分节约热源，减少加热炉19煤气耗量，在脱硝反应装置21烟气入口前方的加热炉19前设置一级热回收装置气体换热器18，气体换热器18位于脱硝反应装置21前、后的烧结机主烟道28上，将脱硝反应前的低温烟气与脱硝反应后的高温烟气进行热交换。另外，脱硝处理后的热烟气经过气体换热器18后，排出的烟气温度仍有200℃左右，因此在烧结机主烟道28上还设置有二级热回收装置余热锅炉22，余热锅炉22用于换热，产生蒸汽或热水，烟气温度降至170℃以下，经过第三风机25从烟囱26排放。
从烧结机主烟道28排出的烟气，依次经过机头电除尘器11、第二风机23、气体换热器18、加热炉19、氨喷射系统20、脱硝反应装置21、气体换热器18、余热锅炉22、第三风机25，最后经烟囱26排放。
位于第三风机25后方的烧结机主烟道28上还设有第三NOx浓度分析仪24和臭氧浓度分析仪30，对从烟囱26排放前的烟气检测其NOx浓度和臭氧浓度。
根据监测原烟气的第一NOx浓度分析仪10、脱硝入口处的第二NOx浓度分析仪17、烟囱26入口前的第三NOx浓度分析仪24和臭氧浓度分析仪30的数据反馈，对臭氧喷入部臭氧喷入量进行PID自动控制调节。通过自动调节臭氧喷入量，来调整SCR反应装置入口的NO/NO2摩尔比，使催化剂床层内尽可能多的发生快速SCR反应，从而提高脱硝反应速率、减少催化剂用量，延长催化剂使用寿命。
为了进一步理解本发明的脱硫脱硝系统，本发明还提供了一种利用烧结烟气循环联合干法/半干法脱硫及臭氧预氧化脱硝方法，具体包括如下步骤：
步骤一，烧结机烟气循环及脱硫处理
从烧结机1特定风箱引出的烟气进入循环烟道27，经过干法/半干法脱硫反应装置13、布袋除尘器2、第一风机3、氧气补给装置和密封罩9后重新循环进入烧结机1，补给后的密封罩9内烟气含氧量确保大于18％，用于热风烧结，烧结后的烟气进入烧结机主烟道28进行脱硝反应。
步骤二，臭氧预氧化处理的脱硝反应
烧结机主烟道28的烟气依次经过机头电除尘器11、第二风机23、臭氧预氧化处理、气体换热器18、加热炉19和氨喷射系统20后进入脱硝反应装置21，发生快速SCR脱硝反应。
步骤三，烟气外排
经过脱硝反应后的烟气经过气体换热器18和余热锅炉22的热回收，烟气温度降低，从烟囱26排放。
综上所述，本发明采用烧结烟气循环后联合干法/半干法脱硫方法联合臭氧预氧化处理的脱硝反应系统，在烧结烟气循环过程中补入纯氧气并可实现自动调节喷入量，提高了烧结烟气循环率，烟气循环率提高至35％以上，进而能更大程度上降低外排烟气总量；在烧结烟气循环系统中设置有干法/半干法脱硫反应装置13，将烧结机1中后段的富含高浓度SO2的中高温烟气利用干法/半干法脱硫反应装置13脱除，可省去烟气净化系统中的脱硫反应装置。与之配合的布袋除尘器2去除烟气中大部分颗粒物，有效避免烟气中富含钾、钠、锌等碱金属和碱土金属元素的颗粒物再次进入烧结料层，导致烧结料层透气性变差影响烧结矿质量，导致烧结机台车篦条堵塞使检修频次增加而影响烧结矿产量，可有效解决目前烧结烟气循环技术普遍面临的问题。该方法将烧结机1中后段的中高温烟气进行烟气循环，可很好的利用烟气余热，降低烧结过程固体燃料消耗。
采用的臭氧预氧化方法，对脱硝反应前的烟气进行臭氧预氧化处理，控制烟气的NO/NO2摩尔比，实现快速脱硝反应。本发明的脱硫脱硝系统和方法减少了烧结机烟气外排总量，脱硫系统投资及运行成本；提高了烧结烟气余热利用率，减少烧结过程固体燃料消耗；提高了脱硝反应速率，减少催化剂用量，延长催化剂使用寿命，节约脱硝系统投资及运行成本，使NOx排放达到甚至超过超低排放标准。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用烧结烟气循环联合脱硫及臭氧预氧化脱硝系统，其特征在于，所述系统包括：
烧结烟气循环装置，所述烧结烟气循环装置包括循环烟道，所述循环烟道与烧结机形成回路，其中一端与所述烧结机的部分风箱出口连通；
脱硫反应装置，所述脱硫反应装置设置在所述循环烟道上，并对所述循环烟道内的烟气进行脱硫处理；
臭氧制备装置，所述臭氧制备装置用于制备臭氧，所述臭氧用于对烧结机主烟道内脱硝反应前的烟气进行臭氧预氧化处理；
脱硝反应装置，设置在所述烧结机主烟道上，经过臭氧预氧化处理后的烟气进入所述脱硝反应装置，所述脱硝反应装置用于对烟气进行脱硝处理。
2.如权利要求1所述的利用烧结烟气循环联合脱硫及臭氧预氧化脱硝系统，其特征在于，与所述循环烟道一端连通的所述部分风箱为所述烧结机的中后段高硫烟气所对应的风箱；优选地，所述中后段高硫烟气是二氧化硫浓度为150ppm以上的烟气。
3.如权利要求1或2所述的利用烧结烟气循环联合脱硫及臭氧预氧化脱硝系统，其特征在于，所述烧结烟气循环装置还包括氧气补给装置，所述氧气补给装置包括连接在氧气缓冲罐出口的氧气均布器，从所述氧气均布器喷射出的氧气进入所述循环烟道，用于对所述循环烟道中的烟气提供氧气补给；
优选地，所述烧结烟气循环装置还包括第一除尘器和第一风机，沿所述循环烟道的烟气流动方向依次设置于所述脱硫反应装置后方的循环烟道上且位于所述氧气补给装置的前方；更优选地，所述第一除尘器为布袋除尘器。
4.如权利要求3所述的利用烧结烟气循环联合脱硫及臭氧预氧化脱硝系统，其特征在于，所述烧结烟气循环装置还包括密封罩，所述密封罩与所述烧结机密封连接且内部相通；所述密封罩优选有多个，所述循环烟道的另一端通过多个支管道与多个所述密封罩分别连通，以使经过氧气补给后的烟气通过多个所述分支管道分别进入多个所述密封罩；多个所述分支管道上优选均设有烟气调节阀，用于调节进入所述密封罩内的烟气；
优选地，所述密封罩固定于所述烧结机的产生低硫烟气的料面上方，更优选地，所述密封罩固定于所述烧结机中前段料面上方，所述烧结机主烟道的一端至少与所述烧结机的中前段风箱连接，所述循环烟道内的烟气从所述密封罩进入所述烧结机中前段并由所述中前段风箱进入所述烧结机主烟道；进一步优选地，所述低硫烟气是二氧化硫浓度150ppm以下的烟气；
优选地，所述密封罩上设有压力检测仪和氧气浓度分析仪，所述氧气浓度分析仪与所述氧气补给装置设置连锁控制，根据所述密封罩内氧气浓度自动控制氧气补给过程；所述压力检测仪与所述烟气调节阀设置连锁控制，根据所述密封罩内烟气压力自动控制所述烟气调节阀的开度，以保持所述密封罩内维持微负压状态。
5.如权利要求1-4任一项所述的利用烧结烟气循环联合脱硫及臭氧预氧化脱硝系统，其特征在于，所述臭氧制备装置制备的臭氧为与空气稀释混合后的臭氧；
优选地，所述臭氧通过臭氧均布器喷射入所述烧结机主烟道，进行臭氧预氧化处理；所述臭氧均布器设置在所述烧结机主烟道的臭氧喷入部；
再优选地，在所述臭氧制备装置制备的臭氧中，纯臭氧与所述空气的体积比为(7-9)：1。
6.如权利要求5所述的利用烧结烟气循环联合脱硫及臭氧预氧化脱硝系统，其特征在于，所述烧结机主烟道上还设有第二除尘器，所述第二除尘器设于所述臭氧喷入部前方；所述第二除尘器为机头电除尘器；
优选地，位于所述机头电除尘器前方的所述烧结机主烟道上设有第一NOx浓度分析仪；位于所述臭氧喷入部后方的所述烧结机主烟道上设有第二NOx浓度分析仪；
再优选地，所述系统还包括控制装置，至少与所述第一NOx浓度分析仪、所述第二NOx浓度分析仪、所述臭氧喷入部连接，以根据第一NOx浓度分析仪、第二NOx浓度分析仪数据调节臭氧喷入部的臭氧量；
更优选地，在脱硝反应装置后的所述烧结机主烟道上设有第三NOx浓度分析仪和臭氧浓度分析仪；所述控制装置还与第三NOx浓度分析仪和臭氧浓度分析仪连接，根据第一NOx浓度分析仪、第二NOx浓度分析仪、所述第三NOx浓度分析仪和臭氧浓度分析仪的数据自动联锁调节臭氧喷入部的臭氧量。
7.如权利要求1-6任一项所述的利用烧结烟气循环联合脱硫及臭氧预氧化脱硝系统，其特征在于，所述脱硝反应装置后方的所述烧结机主烟道上设置有热回收装置；
优选地，所述热回收装置包括气体换热器和余热锅炉，沿烟气传输方向依次设置；
更优选地，所述气体换热器与所述脱硝反应装置烟气入口处的所述烧结机主烟道连通且与所述脱硝反应装置出口处的所述烧结机主烟道连通。
8.如权利要求1-7任一项所述的利用烧结烟气循环联合脱硫及臭氧预氧化脱硝系统，其特征在于，所述脱硫反应装置为干法脱硫反应装置或半干法脱硫反应装置，所述脱硝反应装置为SCR脱硝反应装置；
优选地，所述脱硝反应装置前的烧结机主烟道上沿烟气传输方向依次设有加热炉和氨喷射系统。
9.一种利用烧结烟气循环联合脱硫及臭氧预氧化脱硝方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一，烧结机烟气循环及脱硫处理
从烧结机风箱引出的高硫烟气进入循环烟道，经过脱硫处理后回到烧结机用于热风烧结；
步骤二，臭氧预氧化处理的脱硝反应
烧结机主烟道的烟气经过臭氧预氧化处理后进行脱硝处理；
优选地，臭氧预氧化处理后的烟气中NO与NO2的摩尔比为(0.95-1.05):1；
步骤三，烟气外排
经过脱硝处理后的烟气经过降温后从烟囱排放。
10.如权利要求9所述的利用烧结烟气循环联合脱硫及臭氧预氧化脱硝方法，其特征在于，在烧结机烟气循环及脱硫处理后还包括在循环烟道中将烟气与额外补给的氧气混合后再进入烧结机中再利用；
优选地，该方法采用权利要求1-8任一项所述系统完成。
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