CN111366001B - 一种基于立式烧结的烧结烟气循环在线净化同步余热回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明公布了基于立式烧结的烧结烟气循环在线净化同步余热回收系统，包括烧结室、进气室、出气室，进气室和出气室交替间隔布置，立式烧结机从上向下依次分为点火区、低温烟气区、烧结烟气区、冷却区以及位于出气室下方的卸料区；卸料区产生的含尘气体在抽吸作用下从冷却通道进入烧结室，冷却烧结矿并过滤，再由冷却烟道引出并经除尘后送往点火通道和低温通道内，在点火区和低温烟气区对应抽风机的抽吸作用下再次经过烧结通道、烧结室、烧结烟道，在烧结料层中参与助燃烧结。同时本装置还使送入低温烟道的烟气富集SO₂后在低温烟道内湿法脱硫，脱硫烟气再送入高温烟道在线脱硝，本装置解决了现有烧结装置的漏风问题，节能降耗，减少污染物排放。

Description

一种基于立式烧结的烧结烟气循环在线净化同步余热回收 系统

技术领域

本发明属于冶金行业的冶炼装备及节能环保领域，具体涉及到一种基于立式烧结的烧结烟气循环在线净化同步余热回收系统，可以实现烧结过程的烟气余热余能高效回收利用，彻底解决传统的带式抽风烧结存在的漏风问题，显著降低烧结工序能耗，减少污染物排放。

背景技术

为了控制烧结工序烟气污染物的产生量，减少烧结烟气污染物排放，国内外研究者从源头控制、过程管理及末端治理等全过程进行了大量的研究。由于受现有烧结工艺特性及原材料的制约，目前控制污染物减排的研究多专注于过程管理和末端治理。

在对烧结烟气污染物控制的过程管理方面，为了减少烟气污染物的产生和排放，多采用烧结烟气循环和烧结机密封等技术。近30年来，烟气循环烧结技术取得了较广泛的应用，该工艺不但可以减少烧结工艺生产的废气排放总量以及污染物排放量，同时降低末端治理的设备投资和运行费用，而且能够回收烟气中的低温余热、节省烧结工序能耗，具有重大的节能减排价值。目前，国内外具有代表性的烟气循环烧结技术共有五种，即日本新日铁开发的区域性烟气循环工艺、德国Lurgi公司开发的ESO(Emission OptimizedSintering)工艺、德国HKM开发的LEEP(Low Emissiom and Energy Emission OptimizedSinter Process)工艺、德国西门子奥钢联与奥地利林茨的Voestalpine公司联合开发的EPOSINT(Environmental Process Optimized Sintering)工艺以及我国宝钢自主开发的BSFGR(Bao-steel Flue Gas Recirculation)工艺。

日本新日铁的区域性烟气循环工艺特点为：

烧结机头部风箱的高氧、低温、低湿烟气循环至烧结机中部使用；前部风箱的低硫、低氧、低温、高湿烟气经除尘后直接排放；中尾部风箱的高硫、低氧、低温、高湿烟气经除尘和镁法脱硫后排放；尾部风箱的高硫、高氧、高温、低湿烟气循环至烧结机前部使用。区域性烟气循环工艺的采用，使系统在对烧结的生产率和质量不受影响的情况下，大幅度降低了烟气排放量，减轻了后续除尘和脱硫系统的运行负担，有效地控制了环境污染并促进了节能。

德国Lurgi公司的ESO工艺特点为：

从主抽烟道除尘器后直接抽近50％的烟气用于烧结；热风罩覆盖整个烧结机，需兑入大量新鲜空气；烧结气体低氧(14％)、低温(120℃)、高湿(10％)。该工艺的采用不仅显著降低了烧结烟气排放量，利用了烧结烟气的显热及其可燃成分，而且显著提高了废气中粉尘和SO_x的脱除效率，降低了二噁英类和NO_x的生成量。

德国HKM的LEEP工艺特点为：

将烧结机烟气管道一分为二，分别输送烧结机前半段和后半段的烟气；两部分烟气首先进行热交换，使前半段低温烟气加热至露点温度以上后经除尘直接排放，后半段烟气则冷却至150℃后经除尘循环使用，热风罩虽然在烧结机长度方向上完全覆盖，但宽度方向上仍允许漏进新鲜空气以弥补氧浓度的不足。LEEP工艺的实施使烧结烟气减排量达45％，燃料单耗降低5kgce/t-s，而烧结矿的质量并未降低。

德国西门子奥钢联与奥地利林茨的Voestalpine公司联合开发的EPOSINT工艺特点为：

选择烧结机长度约四分之三处的高硫、温度较高的烟气进行循环，烟气循环率为25-28％；烟气循环管路的切换系统使得该工艺可以灵活地应对各种工艺条件的波动；热风罩长度方向上覆盖大部分烧结机，宽度方向上不完全覆盖，允许吸入少量空气；烧结机循环烟气严重不足，混合环冷机的冷却热风，既提高了循环烟气的氧浓度，又利用了环冷机废气显热。该工艺应用前后，在无额外增加环境排放的前提下，产能提高30％，节省燃料2-5kgce/t-s。

宝钢自主开发的BSFGR工艺特点为：

将烧结机头部和尾部的烧结烟气单独抽出循环到烧结机中间靠前部，烟气循环率达35％，将210-230℃的烟气循环利用，实现降低固体燃耗2.5kgce/t-s，外排烟气量降低30％，且烧结矿产质量指标不受影响，产量略有提升。

在对烧结烟气污染物控制的末端治理方面，目前行业内普遍认可的解决方案为活性焦(炭)脱硫脱硝一体化工艺、半干法脱硫+SCR脱硝组合工艺以及对烟气高级氧化后通过化学吸收的脱硫脱硝一体化工艺。

活性焦吸附法最早由德国Bergbau-Forschung公司开发。吸附剂活性焦在移动床吸附塔中自上而下缓慢移动，烟气以错流方式穿过移动床层，烟气中的SO₂被吸附并与O₂生成SO₃，进而与吸附态的H₂O反应生成硫酸储存在吸附剂微孔中。NO_x与SO₂存在竞争吸附，当SO₂吸附完全时，活性焦开始脱硝，这时可向塔内通氨，氨与被吸附的NO_x作用生成氮气，随净化后的烟气排空。吸附饱和的吸附剂经由卸料器排出送至再生塔，经再生循环使用，再生得到的高浓度SO₂气体可进一步的转换成液态SO₂或H₂SO₄。经过近几年改进，目前烧结烟气活性焦吸附法脱硫脱硝工艺在国内很多钢厂得应用。但其投资大、运行成本高、运行的安全稳定性难以保证，已出现多起吸收塔内活性炭的燃烧事故。

半干法脱硫+SCR脱硝组合式工艺中，为保证脱硫效率和脱硝效果，要严格控制近绝热饱和温差(脱硫塔出口烟气干球温度与绝热饱和温度之差)，即要控制脱硫烟气的温度和湿度。近绝热饱和温差是烟气温度和湿度的函数。近绝热饱和温差小，则烟气相对湿度大，相对湿度大有利于提高脱硫率；近绝热饱和温差过低，会引起烟气结露和流化粒子凝聚。一般控制近绝热饱和温差不小于15k。脱硝时需提供最佳的脱硝温度窗口。所以该工艺明显存在先对烟气降温(目前降温方式多采用补充冷空气的方式)，后又要对烟气进行升温的过程，脱硫脱硝过程能耗高。

烟气高温氧化后通过化学吸收的脱硫脱硝一体化工艺，是通过高效氧化剂对烧结烟气中的低价的硫氧化物、氮氧化物进行氧化，生成高价的硫氧化物和氮氧化物，再采用碱性的脱硫脱硝剂对高价的硫氧化物和氮氧化物进行吸收。目前代表性的工艺有中晶环保开发的FOSS工艺，该工艺将初步除尘后的烟气进入离子发生器气态选择性氧化脱硝区域，在此区域完成NO向高价氮氧化物的转变；然后烟气通过强效反应塔，在高效湍流与BMP高分子材料的双重作用下，二氧化硫、高价氮氧化物被吸附的同时发生化学反应，生成硫酸盐、硝酸盐及少量亚硫酸盐；烟气进一步由强效反应塔塔顶进入袋式除尘器，在袋式除尘器中粗颗粒的硫酸盐、硝酸盐、亚硫酸盐与部分在水汽作用下团聚而成的BMP高分子材料抱团形成大颗粒物，从而提高袋式除尘器除尘效率；夹杂着各种成份的颗粒物经过袋式除尘器后被脱除下来进入灰斗，然后排至灰仓，作为建材生产原料运至晶粉仓库备用；烟气达到超低或近零排放指标后经烟囱排至大气中。此工艺争议的焦点主要集中在脱硫脱硝成本及副产物的资源化利用两个方面。

综上所述，通过烧结烟气循环，烧结机密封以及在末端对烧结烟气进行脱硫脱硝治理，可有效解决烧结工序烟气污染物的有效控制，并能回收部分烧结烟气的余热。

但是，由于受钢铁行业现有的带式抽风烧结工艺特性的制约，烧结烟气的循环并不能高效回收烟气中余热余能，烧结机漏风问题仍无法解决，甚至随着烟气循环的实施，漏风现象更严重。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供了新的烧结机结构，采用立式烧结室重力自排料的方式，避免了烧结料需要台车运输，而台车与风箱和风罩之间存在相对运动必然有漏风的问题，同时基于新的烧结机结构，优化改进了烧结机烧结烟气处理系统，旨在降低立式烧结机产生的烧结烟气中的粉尘量，减少排放，回收利用烧结烟气的余热，本发明还有一个目的是使烧结机不同区域产生烧结烟气在立式烧结机中自循环，对烧结烟气进行脱硫处理，降低烧结烟气的SO₂排放，同时对烧结烟气进行脱硝处理，降低烧结烟气的NO_x排放。

以下技术方案：一种基于立式烧结的烧结烟气循环在线净化同步余热回收系统，包括立式烧结机，所述立式烧结机包括n个烧结室、

个进气室、

个出气室，n为偶数且不小于2，所述进气室和出气室交替间隔布置，所述烧结室并立在进气室和出气室之间，该烧结室与所述进气室和出气室通过可透过烟气的篦条隔开，所述的立式烧结机从上向下依次分为点火区、低温烟气区、烧结烟气区、冷却区以及位于出气室下方的卸料区；

所述出气室和进气室自上向下设有相互对应的多个排气区和进气区，包括：点火烟道和点火通道、低温烟道和低温通道、烧结烟道和烧结通道、冷却烟道和冷却通道，相邻的所述排气区及相邻的所述进气区相互隔开，所述点火烟道内安装有点火器，所述冷却通道与大气连通；

所述烧结室内的烧结料在助燃气体的助燃作用下，逐层烧结，形成的烧结矿在卸料机转运下从烧结室底部排出进入卸料区，所述卸料区位于进入排气区正下方，所述卸料区设有皮带输送机、卸料机、卸料导板，所述助燃气体从进气区进入，在对应抽风机的抽吸作用下从排气区抽出，所述卸料区产生的含尘气体在冷却区对应抽风机的抽吸作用下从冷却通道进入烧结室，冷却烧结矿并通过烧结矿层过滤粗颗粒物后，由冷却烟道引出并经除尘后送往点火通道和低温通道内，在点火区和低温烟气区对应抽风机的抽吸作用下再次经过烧结通道、烧结室、烧结烟道，在烧结料层中参与助燃烧结。

优选地，所述烧结烟道和烧结通道自上向下包括以下区域：高SO₂烟道和SO₂浓度升高通道、低NO_x烟道和NO_x浓度降低通道、高温烟道和高温通道，所述烧结烟气区自上向下包括与高SO₂烟道、低NO_x烟道、高温烟道对应的高SO₂烟气区、低NO_x烟气区、高温烟气区；

所述点火烟道、高SO₂烟道、低NO_x烟道的烧结烟气在对应抽风机抽吸下引出经除尘并补充氧气后送往低温通道，再次进入烧结室内参与助燃烧结。

进一步地，所述低温烟道的烧结烟气在对应抽风机抽吸下引出经除尘、脱硫后送往高温通道进入烧结室内烧结矿层参与助燃烧结、冷却烧结矿，并在高温烟道的抽风机抽吸作用下引出后进入脱硝系统、余热回收系统回收热量后再进一步除尘净化外排。

进一步地，所述低温烟道内安装有喷嘴并向低温烟道内喷洒氨水或液氨，使从烧结室内抽出的烧结烟气发生脱硫反应并增加脱硫后烧结烟气的氨含量。

进一步地，所述高温烟道内安装有网状填料层，网状填料层内填充有中温SCR催化剂，所述送往高温通道的烧结烟气在穿过高温烟气区中烧结料和高温烟道中的SCR催化剂时进行换热脱硝反应。

进一步地，所述SO₂浓度升高通道和NO_x浓度降低通道相互分隔，所述高SO₂烟道和低NO_x烟道未分隔，所述点火烟道、低温烟道、低NO_x烟道、冷却烟道底部设有向外排渣的输灰机。

优选地，所述点火区的进气侧、高SO₂烟气区和低NO_x烟气区的排气侧的篦条采用耐高温材质，所述点火区的排气侧、低温烟气区的两侧、高SO₂烟气区和低NO_x烟气区的进气侧、高温烟气区的两侧、冷却区的两侧的篦条均采用非耐高温材质。

进一步地，所述低NO_x烟道和高SO₂烟道对应的进气区还通过调节阀连通助燃气体。

所述进气区与抽风机排出端之间设有气流平衡单向阀，气流平衡单向阀使气体单向向进气区内流入。

优选地，所述的每个抽风机与排气区抽吸端前设有除尘器。

优选地，位于所述的烧结机左右两侧的进气室背离烧结室的一面被壳体密封，该进气室底部安装底部格栅。

本发明是对首次公开的立式抽风烧结机针对烧结烟气循环系统做的改进，立式抽风烧结机避免了带式抽风烧结机存在的台车与风箱及风罩必须相对移动产生的严重漏风问题，相较于带式抽风烧结机减少漏风量100％，同时进气室和出气室交替间隔布置，烧结室并立在进气室和出气室之间，降低了烧结室的散热面，增加了烧结料层的蓄热量，提高了烧结过程的温度-热水平沿料层的火焰峰面移动方向的均匀性。

且由于立式抽风烧结机的竖直卸料方式和烧结室两侧的夹墙结构，使抽风机能从冷却通道抽吸空气经冷却区到冷却烟道，在冷却区形成负压，将冷却区内烧结料间的细小微粒抽吸走，减少了卸料机排料时该细小微粒产生的烟尘，也在卸料机排料口形成负压抽吸卸料时产生的烟尘，烟尘及空气与冷却区冷却烧结料换热，最后循环到点火区和低温烟气区，在点火区和低温烟气区的烧结料主要是过湿层，增加了微细颗粒物烧结料迁移到过湿层的概率，强化了传热效果，减少了烧结烟气中颗粒物浓度，料层中的微细颗粒物除受到水平的气流曵力作用外，还受到垂直向下的重力作用，增加了微细颗粒物逃逸料层的距离，进而增加了被料层拦截下来的可能性，降低了烧结烟气中的颗粒物浓度。利用低温烟道的低温烟气冷却高温烟气区的烧结矿层，减少了烧结冷却风量100％，还避免了卸料时的烧结烟尘外排，减少循环烟气排放量60％。

本发明减少了烟气的排放量80％(其中减少漏风量100％，约占总风量的15％；烟气循环减少烟气量60％，约占总风量的30％；利用烟气冷却热烧结矿，减少热烧结矿冷却风量100％，约占总风量的35％)。

而现有技术中带式烧结机中台车卸料后翻车进入下层空车道，卸料装置上安装密封罩，一方面翻车过程中增加大量的漏风量，台车卸料时需移动车身，车头车尾密封不严以及台车底部离开风箱连通大气也增加了漏风量，从而增加了烟气量；另一方面卸料时产生的大量烟气进入独立的烟尘过滤系统，烟气含有大量显热无法循环利用被回收。

立式烧结机的烧结室分为点火区、低温烟气区、高SO₂烟气区、低NO_x烟气区、高温烟气区、冷却区，烧结室填装烧结料后，点火区内烧结混合料在助燃气体作用下逐层烧结，烧结中的烧结混合料随卸料机排料向下移动，点火区和低温烟气区内烧结料温度较低，因此该区产生的烧结循环烟气温度为70～80℃，烟气相对湿度为100％湿度大，SO₂浓度低约小于100mg/m³，燃烧的烧结混合料产生NO_x浓度大于400mg/m³的烟气。

烧结料一边烧结一边下移，在高SO₂烟气区、低NO_x烟气区烧结矿层变厚，烧结烟气在高SO₂烟气区从100℃以下快速升到400℃，烧结混合料中的SO₂进入烟气中，烟气SO₂浓度从不到100mg/m³快速增加到2000mg/m³以上，随后在低NO_x烟气区时烧结料已全为烧结矿层，继续下排烧结料时烟气温度降低，且由于燃烧的烧结混合料减少，烟气SO₂浓度从2000mg/m³以上快速降低到50mg/m³左右，烟气含NO_x浓度快速下降，由300mg/m³左右快速下降到50mg/m³以下；

当烧结料排至高温烟气区时，因从低温通道引入脱硫后的低温循环烟气，高温烟气区的烧结料进一步被冷却，同时使经过的烧结烟气的温度加热到窗口温度，高温烟气区域产生的烟气，所含SO₂和NO_x浓度均低于50mg/m³。

因此立式烧结机内各区域产生的烧结烟气物理化学性质区别较大，单独进行烟气净化较困难：

(1)高SO₂烟气区、低NO_x烟气区产生的烧结烟气含有的SO₂浓度较高，但其温度和湿度均满足不了吸收法(半干法或湿法)进行脱硫的条件。

(2)点火区域的烧结烟气温度和湿度虽然满足吸收法(半干法或湿法)脱硫的条件，但其SO₂浓度不高，其SO₂浓度波动在50-100mg/m³之间，虽未能满足超净排放指标要求，同时烟气中NO_x浓度较高，不能直接外排，但单独进行脱硫不经济。可将该区域的烧结烟气经除尘后引入低温烟气区域与来自高SO₂烟气区、低NO_x烟气区的烟气一起循环富集烟气中的SO₂。

(3)通过循环富集，烧结烟气中的全部SO₂均从低温通道区域引入到低温烟道，随着上述烟气循环的进行，烧结烟气温度、湿度基本保持不变，但烟气中SO₂浓度明显增加，保持在2000-3000mg/m³。该烟气穿过低温烟气区烧结料层进入低温烟道后，其温度低(不到80℃)、湿度高(饱和湿度状态)，满足湿法或半干法脱硫的条件。通过氨水喷嘴，在低温烟道两端向烟气中喷入过量的氨水(喷入的氨量相对于烟气中SO₂量的摩尔比大于2∶1)，喷入的氨水与烟气中的SO₂反应，达到烟气在线脱硫效果。

(4)由于脱硫时，烟气喷入了过量的氨，这部分残余的氨与烟气中的NO_x在穿过热烧结矿层时，在烧结矿中富含的铁系多氧化物的催化作用下进行还原脱硝反应。反应后的烟气穿过烧结矿层进入高温烟道，在高温烟道内以及高温烟道两端出口设置的中温SCR催化剂网状填料层的催化作用下，烟气中残余的氮氧化物与氨气进一步进行SCR脱硝反应，脱硝效率达90％以上。

低温烟道生成的脱硫副产物硫酸(亚)铵大部分可随粉尘通过输灰机或除尘器除去，可防止烧结矿中毒，提高脱硝效果，在烧结过程中实现污染物的减排，小部分随同烟气进入高温烟气区、冷却区内，被烧结矿层截留下来，从而实现同步脱硫的目的。

附图说明：

图1一种基于立式烧结的烧结烟气循环在线净化同步余热回收系统剖视图；

图2a一种基于立式烧结的烧结烟气循环在线净化同步余热回收系统俯视剖视图；

图2b烟道进风罩示意图；

图2c烟道出风罩示意图；

图3一种基于立式烧结的烧结烟气循环在线净化同步余热回收系统左视示意图；

图4一种基于立式烧结的烧结烟气循环在线净化同步余热回收系统主视示意图；

图5单个烧结室烧结烟气循环系统示意图(不含辅助系统)；

图6单个烧结室烧结烟气循环系统示意图(含脱硫脱硝辅助系统)；

图7一种基于立式烧结的烧结烟气循环在线净化同步余热回收系统底部局部放大图；

图8一种基于立式烧结的烧结烟气循环在线净化同步余热回收系统剖视示意图；

图9一种基于立式烧结的烧结烟气循环在线净化同步余热回收系统中各烧结料层的结构分布图。

1-进气室；2-烧结室；2.1-烧结料层；3-出气室；4-出气室隔板；4.1-出气室底板；4.2-出气室顶板；5-输灰机；6-卸料导板；6.1-导板张紧机构；7-网状填料层；8-底部格栅；9.1-冷却烟气管道；9.2-高温烟气管道；9.3-低NOx烟气管道；9.4-高SO₂烟气管道；9.5-低温烟气管道；9.6-点火烟气管道；10.1-低温烟气循环管道；10.2-含SO₂烟气循环管道；10.3-冷却烟气循环管道；11-篦条；13-壳体；14.1-喷嘴；14.2-氨水输送管；15-点火器；16-反射板；17-布料机；18-闸门；19-烧结混合料仓；20-分料器；21-抽风机；21.1-第一抽风机；21.2-第二抽风机；21.3-第三抽风机；21.4-第四抽风机；21.5-第五抽风机；21.6-第六抽风机；22-除尘器；22.1-第一除尘器；22.2-第二除尘器；22.3-第三除尘器；22.4-第四除尘器；22.5-第五除尘器；22.6-第六除尘器；24-进气室隔板；25-烟道进风罩；26-烟道出风罩；26.1-连接管；27-气流平衡单向阀；28.1-上炉门；28.2-下炉门；28.3-炉墙；29-卸料机；31-余热锅炉；32-超低排放除尘器；33-超低排放除尘风机；35-脱硫系统；36-皮带输送机；37-SCR脱硝反应器；40-加料装置；

A-点火通道；B-低温通道；C-SO₂浓度升高通道；D-NOx浓度降低通道；E-高温通道；F-冷却通道；

I-点火烟道；II-低温烟道；III-高SO₂烟道；IV-低NO_x烟道；V-高温烟道；VI-冷却烟道；

S1-过湿层；S2-干燥层；S3-预热层；S4-燃烧层；S5-烧结矿层；

G1-点火区；G2-低温烟气区；G3-高SO₂烟气区；G4-低NO_x烟气区；G5-高温烟气区；G6-冷却区；G7-卸料区。

具体实施方式：

下面通过实施例将更加详细说明本发明，且以下实施例仅是说明性的，本发明并不受本实施例所述方案的限制。

实施例1：基于立式烧结的烧结烟气循环在线净化同步余热回收系统

如图1、图2、图3所示，本发明的立式烧结机包括4个烧结室2、3个进气室1、2个出气室3，烧结室2并立在进气室1和出气室3之间，烧结室2与进气室1和出气室3通过可透过烟气的篦条11隔开；

出气室3顶端封闭并在底端设有卸料导板6，出气室3自上向下由点火烟道I、低温烟道II、高SO₂烟道III、低NO_x烟道IV、高温烟道V、冷却烟道VI这6个排气区组成，点火烟道I、低温烟道II、低NO_x烟道IV、高温烟道V、冷却烟道VI底部均封闭连接出气室隔板4，每层排气区前后两侧分别设有烟道出风罩26，每层出气室隔板4上安装有输灰机5并向出气室3外排渣；

进气室1顶端封闭并开口向下，该进气室1自上向下被进气室隔板24分隔成与出气室3内各排气区相间并对应的多个相继的进气区，这些进气区包括点火通道A、低温通道B、SO₂浓度升高通道C、NO_x浓度降低通道D、高温通道E、冷却通道F，点火通道A、低温通道B、SO₂浓度升高通道C、NO_x浓度降低通道D、高温通道E前后两侧分别封闭连接烟道进气罩25，所述点火通道A内安装有点火器15；烧结机左右两侧的进气室1底端安装底部格栅8。

如图1和图2，该烧结室2由前后两侧炉墙28.3、左右两侧的篦条11合围组成，烧结室2被分成多个相继的加工区，在这些加工区中具有不同的温度条件，这些加工层包括点火区G1、低温烟气区G2、高SO₂烟气区G3、低NO_x烟气区G4、高温烟气区G5、冷却区G6，分别与点火烟道I、低温烟道II、高SO₂烟道III和低NO_x烟道IV、高温烟道V、冷却烟道VI相对应；参见图5，点火区G1前后侧布置上炉门28.1，冷却区G6前后侧布置下炉门28.2，点火区G1上端布置加料装置40，冷却区G6下部布置卸料机29。

立式烧结机还包括：在冷却通道F底部进气口和低温通道B烟道进气罩25之间串联冷却通道F、冷却区G6、冷却烟道VI、抽风机21的鼓风蓄热气路，或串联冷却通道F、冷却区G6、冷却烟道VI、点火通道A、点火区G1、点火烟道I、多个抽风机21形成的鼓风蓄热气路；

在低温通道B的烟道进气罩25入口和高温烟道V的烟道出风罩26之间串联低温通道B、低温烟气区G2、低温烟道II、高温通道E、高温烟气区G5、高温烟道V和多个抽风机21形成的循环气路；

SO₂浓度升高通道C、NO_x浓度降低通道D的烟道进气罩25还通过调节阀连通大气补入助燃气体。作为优选的方案，如图5，SO₂浓度升高通道C可补入掺有点火烟道I内循环烟气的助燃气体，起到预热助燃作用，NO_x浓度降低通道D可补入未预热的助燃空气，起到冷却作用。

鼓风蓄热气路、循环气路、SO₂浓度升高通道C、NO_x浓度降低通道中的气体在进入烟道进气罩25前还经过气流平衡单向阀27，气流平衡单向阀27使气体单向向烟道进风罩25内流入。每个抽风机21前设有除尘器22。

烧结室内的烧结料在助燃气体的助燃作用下，逐层烧结，形成的烧结矿在卸料机转运下从烧结室底部排出进入卸料区域G7。

如图1、图2、图5、图6所示，烧结室2内烧结混合料点火烧结的步骤：

(1)烧结机开工时，通过从上炉门28.1向烧结室2内装入烧结矿至点火区中部，再封闭上炉门28.1，加料装置40将烧结混合料装入烧结室2内；

(2)向烧结室2内加入烧结混合料，烧结混合料含有化石燃烧，加入的烧结混合料填满整个点火区域时，通入助燃气体，并点火烧结；

(3)点火的同时，烧结室2底部开始卸料，进入烧结室2内的混合料进入烧结室2点火区G1，点火器15对混合料点火烧结，同时点火器15对点火区篦条11进行加热，使点火区域篦条11的温度达1000℃以上，具有对混合料预热的作用，同时还可避免点火器15熄火；

(4)混合料点火后，烧结室内的烧结料在助燃气体的助燃作用下，逐层烧结，形成的烧结矿在卸料机转运下从烧结室底部排出进入卸料区域G7。

烧结矿在低NO_x烟气区IV，烧结矿就已开始冷却，进入冷却区G6后，烧结室2内烧结矿被冷却到150℃以下，并由卸料机29卸出烧结室2，进入下方的皮带输送机36。

如图7，烧结矿从烧结室2通过卸料机29卸出时，通过卸料导板6与卸料机29之间缝隙，在碾压作用下，对烧结矿进行破碎，保证排出的烧结矿粒度控制在300mm以下。卸料导板6还被导板张紧机构6.1顶在烧结室2冷却区面向出气室3的一侧，导板张紧机构6.1内有弹簧。下炉门28.2仅用于烧结机停工时间修，平时封闭。卸料机29下方安装皮带输送机36。经冷却区域冷却后的烧结矿由卸料机29从出气室侧卸出。

出气室隔板4上面沉积的颗粒物通过输灰机5排出出气室。

如图1和图3助燃气体从进气室1底部的冷却通道F经冷却区G6的烧结矿层、冷却烟道VI、烟道出风罩26、抽风机21抽出分别再经冷却烟气循环管道10.3、烟道进风罩25引入点火通道A或再经含SO₂烟气循环管道10.2、烟道进风罩25引入低温通道B，在引入点火通道A和低温通道B前还外接旁路补充氧气，助燃气体加强烧结混合料的燃烧，使烧结室2内自上向下烧结料温度逐渐升高。

助燃气体还包括经点火区G1的烧结料、点火烟道I、烟道出风罩26、点火烟气管道9.6、抽风机21引入含SO₂烟气循环管道10.2的循环烟气；

烧结料在低温烟气区产生的烟气经烟道出风罩26、低温烟气管道9.5、抽风机21抽出送入低温烟气循环管道10.1依次进入高温通道E、高温烟气区G5的烧结矿层、高温烟道V与高温烟气混合降温，在高温烟道V内的烧结料层2.1的催化剂作用下还原反应脱硝，再经烟道出风罩26、高温烟气管道9.2、抽风机21送入余热回收系统及脱硫脱硝系统。

烟道进风罩25与低温烟气循环管道10.1、或含SO₂烟气循环管道10.2、或冷却烟气循环管道10.3之间通过气流平衡单向阀27连通，气流平衡单向阀27使气流单向向烟道进风罩25内流入。冷却烟气管道9.1、高温烟气管道9.2、低温烟气管道9.5、点火烟气管道9.6与抽风机21之间还设有除尘器22。

根据当前热烧结矿环冷工艺冷却时，冷却废气量经验数据：鼓风冷却为2000-2200m³/t-烧结矿，抽风冷却为3500-4800m³/t-烧结矿，本发明的冷却风量为3500-4500m³/t-烧结矿，以保证烧结矿充分冷却。

风量分配如下：

本发明中烧结过程的外部空气引入的进气区为SO₂浓度升高通道C、NO_x浓度降低通道D和冷却通道F，进入的总空气量为1900-2500m³/t-烧结矿。其中冷却通道F进入的空气主要是卸料区域的含尘气体，分配风量为1500-2000m³/t-烧结矿，NO_x浓度降低通道D进风量控制在400-500m³/t-烧结矿，进气室通过调节阀控制进风量。

所有进入的空气助燃烧结后形成的烧结烟气最终从高温烟道V的高温烟气管道9.2出气室排出。进入该高温通道E出气室的烧结烟气温度低(100℃以下)，湿度大(相对饱和湿度100％)，总烟气量为1900-2500m³/t-烧结矿。这部分烟气穿过烧结矿层时，具有冷却热烧结矿的效果。则烧结矿冷却的总冷却风量为3400-4500m³/t-烧结矿即进入冷却通道F的空气量和进入高温通道E的烧结烟气量之和。

而现有的抽风带式烧结机烧结烟气量：4000-6000m³/t-烧结矿，按5000m³/t-烧结矿计。现有的热烧结矿环形冷却机冷却的风量按3000m³/t-烧结矿计，则总风量为：8000m³/t-烧结矿。采用本发明后，烧结烟气量减少68-75％。

另外，采用本发明的方案后，烧结室2上端被上炉门28.1封闭，烧结室2前后被炉墙28.3封闭，烧结机边炉侧的进气室1外周及上部被壳体封闭，而边炉侧的进气室1下部被冷却通道F底部被壳体13封闭，位于烧结机中部的进气室1仅下部冷却通道F连通大气，整个烧结机再没有如现有技术的台车与风箱之间可活动分离的缝隙，不存在漏风问题，减少了现有抽风烧结工艺40％的漏风量。

进气室减少了烟气的排放量80％(其中减少漏风量100％，约占总风量的15％；烟气循环减少烟气量60％，约占总风量的30％；利用烟气冷却热烧结矿，减少热烧结矿冷却风量100％，约占总风量的35％)。点火烟道I、低温烟道II、低NO_x烟道IV、高温烟道V、冷却烟道VI分别在出气室隔板4上设置输灰机5，立式烧结室2排料运行稳定性，杜绝了现有烧结装置局部单元异常导致整机停运的弊端。

实施例2：基于立式烧结的烧结烟气循环回收余热并在线脱硫脱硝系统

如图4，立式烧结机包括16个烧结室2、9个进气室1、8个出气室3，烧结室2并立在进气室1和出气室3之间，烧结室2与进气室1和出气室3通过可透过烟气的篦条11隔开；类似于实施例1的图1所示的结构，如图8本实施例中进气室1、出气室3、烧结室2自上向下分成多个相同的区域：

进气室1包括以下进气区：点火通道A、低温通道B、SO₂浓度升高通道C、NO_x浓度降低通道D、高温通道E、冷却通道F；进气室内1的每个进气区之间被进气室隔板24分隔，点火通道A内安装有点火器15，进气室1底端安装底部格栅8；

出气室3包括以下排气区：点火烟道I、低温烟道II、低NO_x烟道IV、高温烟道V、冷却烟道VI；点火烟道I、低温烟道II、低NO_x烟道IV、高温烟道V、冷却烟道VI底部均封闭连接出气室隔板4，每层出气室隔板4上安装有输灰机5并向出气室3外排渣；

烧结室2具有多个温度区间：点火区G1、低温烟气区G2、高SO₂烟气区G3、低NO_x烟气区G4、高温烟气区G5、冷却区G6；

点火烟道I、低温烟道II、高SO₂烟道III、低NO_x烟道IV、高温烟道V、冷却烟道VI通过烟道出风罩26上的连接管26.1分别连通点火烟气管道9.6、低温烟气管道9.5、高SO₂烟气管道9.4、低NO_x烟气管道9.3、高温烟气管道9.2、冷却烟气管道9.1，点火通道A、低温通道B、高温通道E通过进风罩25上的气体平衡单向阀27、连接管26.1分别连通冷却烟气循环管道10.3、含SO₂烟气循环管道10.2、低温烟气循环管道10.1，SO₂浓度升高通道C、NO_x浓度降低通道D通过进风罩25上的气体平衡单向阀27、连接管26.1分别连通助燃气体补充管道；

抽风机和除尘器包括六组，冷却烟气管道9.1经第一除尘器22.1、第一抽风机21.1分别与冷却烟气循环管道10.3、含SO₂烟气循环管道10.2通过分支管道连通；

点火烟气管道9.6经第二除尘器22.2、第二抽风机21.2与含SO₂烟气循环管道10.2连通；

低温烟气管道9.5经第三除尘器22.3、第三抽风机21.3与低温烟气循环管道10.1连通；

高SO₂烟气管道9.4、低NO_x烟气管道9.3分别经第四除尘器22.4和第四抽风机21.4、第五除尘器22.5和第五抽风机21.5与含SO₂烟气循环管道10.2连通；

助燃气体补充管道还分别连通含SO₂烟气循环管道10.2、冷却烟气循环管道10.3；

高温烟气管道9.2经第六除尘器22.6、第六抽风机21.6与除尘脱硫系统35、余热回收系统31连通；

烧结机开工时，通过从上炉门28.1向烧结室2内装入烧结矿至点火区中部，再封闭上炉门28.1，储存在烧结混合料仓19内的烧结混合料通过位于烧结室2顶部的布料机17将烧结混合料装入烧结室2内，并通过调整反射板16的角度和闸门18的开度，控制下料速度，实现烧结室内烧结料按温度分区。

进入烧结室2内的混合料进入烧结室2点火区，点火器15对混合料点火烧结，同时点火器15对点火区篦条11进行加热，使点火区域篦条11的温度达1000℃以上，具有对烧结混合料预热的作用，同时还可避免点火器15熄火。

烧结混合料点火后，在第一抽风机21.1的抽吸作用下，预热烟气经进气室1和进气室篦条11水平横向进入点火区G1内的烧结混合料层，再从出气室篦条11出来进入出气室3，经烟道出风罩26进入点火烟气管道9.6，经第二除尘器22.2除尘后，由第二抽风机21.2引出。烧结混合料的燃烧火焰峰面从低温烟气区G2的进气室1侧向出气室3侧移动，由进气室篦条11进入低温烟气区G2的助燃气体依次经过烧结矿层S5、燃烧层S4、预热层S3、干燥层S2和过湿层S1。燃烧火焰峰面移动到出气室3侧的出气室篦条11的表面时，烧结混合料到达烧结终点。

低温烟气区G2产生富含SO₂的烧结烟气，在低温烟道II内被氨水或液氨喷淋，提高了烟气湿度和降低了SO₂含量，还改变了烟气中NH₃/NO比例，再循环到高温烟气区G5时对烧结矿冷却并使高温烟道V内烟气温度处于窗口区，适宜进行SCR反应脱硝。

随着成熟的烧结矿通过卸料机29的排出，烧结火焰峰面从上向下移动，相应烧结混合料的烧结矿层S5、燃烧层S4、预热层S3、干燥层S2和过湿层S1各层界面也从上向下移动，最终形成相对稳定的立式抽风烧结过程烧结混合料在烧结室内的分层结构，并自上向下烧结矿层增厚，在出气室3侧的出气室篦条11上，从上到下形成过湿层S1、干燥层S2、预热层S3、燃烧层S4和烧结矿层S5的分布。

根据烧结原理：烧结混合料经高温点火后，烧结料层内的燃料持续燃烧，形成燃烧层S4。烧结料中燃料燃烧放出大量热量，使料层中矿物产生熔融，随着燃烧层下移和冷空气的通过，生成的熔融液相被冷却而再结晶(1000—1100℃)凝固成网孔结构的烧结矿，即烧结矿层S5。在该层的主要变化是熔融物的凝固，伴随着结晶和析出新矿物。随着烧结的进行，气流穿过烧结矿层S5被预热，同时烧结矿被冷却。与空气接触的烧结矿中低价氧化物可能被再氧化。由于燃烧层S4的助燃空气经过了烧结矿层S5的预热，该层温度较高，火焰锋面温度高达1350～1600℃，使矿物软化熔融黏结成块。该层除燃烧反应外，还发生固体物料的熔化、还原、氧化以及石灰石和硫化物的分解等反应产生NO_x。燃烧层S4燃料燃烧后产生的高温烟气穿过烧结料层时，把下游的混合料很快速预热到着火温度，一般为400～800℃，即形成预热层S3。预热层S3内开始进行固相反应，结晶水及部分碳酸盐、硫酸盐分解，磁铁矿局部被氧化，主要产生SO₂。穿过预热层S3的烟气继续向下游穿过烧结料层，快速干燥下游烧结混合料，形成干燥层S2。该层温度很快上升到100℃以上，混合料中的游离水大量蒸发，此层厚度一般为10～30mm。在实际生产中，干燥层S2与预热层S3难以截然分开，一般统称为干燥预热层。该层中料球被急剧加热，迅速干燥，易被破坏，恶化料层透气性。从干燥层S2下来的热废气含有大量水分，料温低于水蒸气的露点温度时，废气中的水蒸气会重新凝结，使混合料中水分大量增加而形成过湿层S1，此层水分过多，使料层透气性变坏，降低烧结速度。

如图9所示，通过控制卸料机29的卸料速度和各抽风机的抽风量，将干燥层S2控制在低温烟道II下部的出气室隔板4下面与出气室侧的篦条11接触；将预热层S3和燃烧层S4控制在高SO₂烟道III和低NO_x烟道IV交界处附近与出气室侧的篦条11接触。点火后五层相继出现，五层共存与出气室侧的篦条11接触一直延续到高SO₂烟道III，低NO_x烟道IV以下后，只剩下烧结矿层S5。低温烟气区G2存在较厚的过湿层S1，使循环富集SO₂后的烟气通过该处时，烟气中的水分在过湿层S1冷凝，导致烧结混合料也处于高湿度状态，混合料中的CaO被冷凝水消解，成为脱硫剂吸收烟气中的二氧化硫；同时处于高度润湿的混合料表层也对烟气中的二氧化硫具有吸收效果。过湿层S1吸收二氧化硫的能力达到饱和时，烟气中剩余的SO₂随烟气一起进入低温烟道II，并在此区域与氨气发生反应，实现烟气的在线脱硫。而低温烟道II内喷洒氨水，由于喷入的氨水雾化挥发吸热，烟气温度进一步降低，烟气相对湿度进一步增加，促进烟气中的二氧化硫与氨气反应，提高烟气的脱硫效率。同时喷入的过量氨水雾滴挥发后形成的氨气与烟气在后续的低温烟气管道9.5及第三除尘器22.3中进一步混合、降温，并发生反应生成亚硫酸铵，脱硫效率达到99％左右。由于脱硫时，烟气喷入了过量的氨，这部分残余的氨与烟气中的NO_x在穿过热烧结矿层S5时，在烧结矿中富含的铁系多氧化物的催化作用下进行还原脱硝反应。反应后的烟气穿过烧结矿层S5进入高温烟道V，在高温烟道V内设置的中温SCR催化剂网状填料层7的催化作用下，烟气中残余的氮氧化物与氨气进一步进行SCR脱硝反应，脱硝效率达90％以上。

高SO₂烟气区两侧的高SO₂烟道III温度高，SO₂浓度升高通道C温度低；低NO_x烟气区两侧的低NO_x烟道IV温度高，NO_x浓度降低通道D温度低；

因此本发明中篦条11按安装位置不同选择不同的材质，点火区G1进气室侧、高SO₂烟气区G3和低NO_x烟气区G4出气室侧的篦条11采用耐高温材料制作，同时高SO₂烟道III和低NO_x烟道IV之间不设置出气室隔板4分隔便于更换出气室侧的篦条11，相对现有技术中车箱底板材质相同，大幅降低了成本。各级抽风机前设置除尘器，避免烧结烟气夹带大颗粒烧结料堵塞篦条11，烧结料沿篦条11内侧下降移动，烧结室侧篦条11可保持通畅，在高温烟道V及以下的冷却烟道VI，烧结室2内全为烧结矿层S5，在低NO_x烟道IV，烧结矿不再燃烧已开始冷却，进入冷却烟道VI后，烧结室2内烧结矿被冷却到150℃以下，并由卸料机29卸出烧结室2，进入下方的皮带输送机36。

如图9，烧结矿从烧结室2通过卸料机29卸出时，通过卸料导板卸6与卸料机29之间缝隙，在碾压作用下，对烧结矿进行破碎，保证排出的烧结矿粒度控制在300mm以下。卸料导板6还被导板张紧机构6.1顶在烧结室2冷却区面向出气室3的一侧，导板张紧机构6.1内有弹簧。下炉门28.2仅用于烧结机停工时检修，平时封闭。

本申请使立式烧结机的各烧结区内的烧结烟气根据其物理化学特性，分配到适宜余热回收利用和烟气净化处理的烧结区内，净化烧结烟气并回收余热，使处理后的烧结烟气达到最佳的处理条件，减少了后续净化烧结烟气和回收余热的困难。本实施例无需新建烧结烟气脱硫脱硝设施，节省脱硫脱硝设备投入。利用低温烟气区域的烧结烟气温度较低、湿度大的特性，向烟气中喷入氨水，与烟气中的二氧化硫反应生成亚硫酸铵，实现烧结烟气在线脱硫。不需要新建脱硫设施，节省了脱硫设备投资；利用高温烟气区域的烧结矿层温度较高，同时烧结矿层孔隙率高，气孔直径大，气体阻力小的特性，将含有NO_x的烟气循环进入烧结矿层与烧结矿换热升温，同时在烧结矿层内富含的铁系多氧化物的催化作用下，烟气中的NO_x与喷入的氨会发生还原脱硝反应。同时，在高温烟道内设置的中温SCR催化剂网状填料层的催化作用下，烟气中残余的氮氧化物与氨气进一步进行SCR脱硝反应，实现烧结烟气在线脱硝。不需要脱硝设备的投资，大大降低了脱硝的投资及运行成本。

Claims (10)

1.一种基于立式烧结的烧结烟气循环在线净化同步余热回收系统，包括立式烧结机， 所述立式烧结机包括n个烧结室、

个进气室、

个出气室，n为偶数不小于2，所述进气室 和出气室交替间隔布置，所述烧结室并立在进气室和出气室之间，该烧结室与所述进气室 和出气室通过可透过烟气的篦条隔开，所述的立式烧结机从上向下依次分为点火区、低温 烟气区、烧结烟气区、冷却区以及位于出气室下方的卸料区；所述出气室和进气室自上向下 设有相互对应的多个排气区和进气区，包括：点火烟道和点火通道、低温烟道和低温通道、 烧结烟道和烧结通道、冷却烟道和冷却通道，相邻的所述排气区及相邻的所述进气区相互 隔开，所述点火烟道内安装有点火器，所述冷却通道与大气连通；

所述烧结室内的烧结料在助燃气体的助燃作用下，逐层烧结，形成的烧结矿在卸料机转运下从烧结室底部排出进入卸料区，所述卸料区位于排气区正下方，所述卸料区设有皮带输送机、卸料机、卸料导板，所述助燃气体从进气区进入，在对应抽风机的抽吸作用下从排气区抽出，其特征在于，所述卸料区产生的含尘气体在冷却区对应抽风机的抽吸作用下从冷却通道进入烧结室，冷却烧结矿并通过烧结矿层过滤粗颗粒物后，由冷却烟道引出并经除尘后送往点火通道和低温通道内，在点火区和低温烟气区对应抽风机的抽吸作用下再次经过烧结通道、烧结室、烧结烟道，在烧结料层中参与助燃烧结。

2.根据权利要求1所述的基于立式烧结的烧结烟气循环在线净化同步余热回收系统，其特征在于，所述烧结烟道和烧结通道自上向下包括以下区域：高SO₂烟道和SO₂浓度升高通道、低NO_x烟道和NO_x浓度降低通道、高温烟道和高温通道；所述烧结烟气区自上向下包括与高SO₂烟道、低NO_x烟道、高温烟道对应的高SO₂烟气区、低NO_x烟气区、高温烟气区；

所述点火烟道、高SO₂烟道、低NO_x烟道的烧结烟气在对应抽风机抽吸下从排气区引出经除尘并补充氧气后送往低温通道，再次进入烧结室内参与助燃烧结。

3.根据权利要求2所述的基于立式烧结的烧结烟气循环在线净化同步余热回收系统，其特征在于，所述低温烟道的烧结烟气在对应抽风机抽吸下引出经除尘和脱硫后送往高温通道进入烧结室内烧结矿层参与助燃烧结、冷却烧结矿，并在高温烟道的抽风机抽吸作用下引出后进入脱硝系统及余热回收系统脱硝并回收热量后再进一步除尘净化外排。

4.根据权利要求3所述的基于立式烧结的烧结烟气循环在线净化同步余热回收系统，其特征在于，所述低温烟道内安装有喷嘴并向低温烟道内喷洒氨水或液氨，使从烧结室内抽出的烧结烟气发生脱硫反应并增加脱硫后烧结烟气的氨含量。

5.根据权利要求3所述的基于立式烧结的烧结烟气循环在线净化同步余热回收系统，其特征在于，所述高温烟道内安装有网状填料层，网状填料层内填充有中温SCR催化剂，所述送往高温通道的烧结烟气在穿过高温烟气区的烧结料和高温烟道中的SCR催化剂时进行换热脱硝反应。

6.根据权利要求2所述的基于立式烧结的烧结烟气循环在线净化同步余热回收系统，其特征在于，所述SO₂浓度升高通道和NO_x浓度降低通道相互分隔，所述高SO₂烟道和低NO_x烟道未分隔，所述点火烟道、低温烟道、低NO_x烟道、冷却烟道底部设有向外排渣的输灰机。

7.根据权利要求1所述的基于立式烧结的烧结烟气循环在线净化同步余热回收系统，其特征在于，所述点火区的进气侧、高SO₂烟气区和低NO_x烟气区的排气侧的篦条采用耐高温材质，所述点火区的排气侧、低温烟气区的两侧、高SO₂烟气区和低NO_x烟气区的进气侧、高温烟气区的两侧、冷却区的两侧的篦条均采用非耐高温材质。

8.根据权利要求2所述的基于立式烧结的烧结烟气循环在线净化同步余热回收系统，其特征在于，所述低NO_x烟道和高SO₂烟气区对应的进气区还通过调节阀连通助燃气体；

所述进气区与抽风机排出端之间设有气流平衡单向阀，气流平衡单向阀使气体单向向进气区内流入。

9.根据权利要求1所述的基于立式烧结的烧结烟气循环在线净化同步余热回收系统，其特征在于，所述的每个抽风机抽吸端前设有除尘器。

10.根据权利要求1所述的基于立式烧结的烧结烟气循环在线净化同步余热回收系统，其特征在于，位于所述的烧结机左右两侧的进气室背离烧结室的一面被壳体密封，该进气室底部安装底部格栅。

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