CN111482071A - 一种烧结烟气多污染物协同净化及余热利用系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烧结烟气多污染物协同净化及余热利用系统及工艺。烧结机1产生的烟气进入布袋除尘器2，布袋除尘器2连接湿法脱硫装置7，湿法脱硫装置7连接烟气换热器8，烟气换热器8连接催化脱硝脱CO及余热利用一体化装置12；催化脱硝脱CO及余热利用一体化装置12为“∩”形反应器，反应器左边管道内设置喷氨格栅9、烟气扰流器10；反应器左端入口弯头处设置导流叶片11，右端出口弯头截面处设置整流格栅13；反应器右边管道内设置直燃炉14、脱CO催化剂层15、SCR脱硝催化剂层、备用催化剂层18。本发明将长流程治理工艺改为短流程，协同处理多种污染物，能实现烧结烟气超低排放并消除白烟，污染物排放中SO₂≤20mg/Nm³、NOx≤40mg/Nm³、Dust≤10mg/Nm³以及CO转化率95%以上。

Description

一种烧结烟气多污染物协同净化及余热利用系统及工艺

技术领域

本发明属于钢铁冶金行业烧结烟气污染防治技术领域，涉及烧结烟气多污染物协同净化工艺，特别涉及一种烧结烟气多污染物协同净化及余热利用系统及工艺。

背景技术

烧结烟气是钢铁行业排放大户，我国生态环境部于2019年4月正式发布了环大气〔2019〕35号文《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，文中提出到2025年底前，明确要求烧结机机头烟气颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度小时均值分别不高于10、35、50毫克/立方米，烧结烟气排放标准提高。烧结烟气污染物超低排放改造势在必行，研发一体化、节能型、协同净化多污染物的工艺具有重要意义。

现有烧结烟气大部分已建设电除尘装置+湿式脱硫装置的治理工艺，由于烧结烟气负荷波动大，烧结粉尘粒径小难处理，未增加脱硝装置；湿法脱硫装置未考虑脱硫协同除尘的效果，粉尘去除效率仅为50%以下并伴随石膏雨。

现存工艺已无法满足超低排放要求；在超低排放改造中，由于湿法脱硫排烟温度为45~50℃，需在湿法脱硫装置末端增加MGGH、GGH、加热炉等多级加热装置，提高烟温以满足SCR脱硝要求，再在末端增加小苏打脱硫、高效布袋除尘器实现超低排放控制。

这种采用串联多个单一设备治理单一污染物的工艺，未考虑原有装置的升级改造以及装置间的污染物协同净化作用，存在设备占地大、造价高、难实施、运行能耗高的问题。

SCR脱硝提升温度一般需要消耗大量的煤气通过燃气加热炉进行烟气二次再热，燃料消耗巨大。通常全厂煤气有限，额外增加的消耗量将打破厂区供给平衡，对厂区生产和经济造成严重影响。

现有技术对烧结烟气的净化处理存在不足，采用串联多个单一设备治理单一污染物的工艺，存在工艺流程长、占地面积大、造价高、能耗高、运行可靠性差等问题，且无法长期有效的满足超低排放。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种烧结烟气多污染物协同净化及余热利用系统及工艺。

发明人研究发现烧结烟气中残余CO燃烧放热能源，每燃烧1摩尔一氧化碳能产生283千焦热量，烧结机烟气中一氧化碳含量在6000~35000mg/Nm³之间，净化一氧化碳产生的热量能使烟气温度提升至少50℃以上。

本发明的技术解决方案是：一种烧结烟气多污染物协同净化及余热利用系统，烧结机产生的烟气经底部联箱进入布袋除尘器，布袋除尘器通过主抽风机连接湿法脱硫装置，湿法脱硫装置连接烟气换热器，所述烟气换热器连接催化脱硝脱CO及余热利用一体化装置、增压风机，增压风机连接烟囱；所述催化脱硝脱CO及余热利用一体化装置为“∩”形反应器，所述“∩”形反应器左边管道内从下到上设置喷氨格栅、烟气扰流器；所述“∩”形反应器左端入口弯头处设置导流叶片，所述“∩”形反应器右端出口弯头截面处设置整流格栅；所述“∩”形反应器右边管道内从上到下设置内置式直燃炉、脱CO催化剂层、第一级SCR脱硝催化剂层、第二级SCR脱硝催化剂层、备用催化剂层。

喷氨格栅、强制烟气扰流器形成喷氨及烟气扰流系统，导流叶片和整流格栅形成烟气流线矫正系统，内置式直燃炉、脱CO催化剂层、两级SCR脱硝催化剂层、备用催化剂层形成反应系统。

本发明将喷氨及烟气扰流系统、烟气矫正系统、直燃炉、脱CO、脱硝单元有机结合形成一个反应装置，并在实现CO脱除的同时利用CO催化燃烧反应余热加热烟气，能节省直燃炉煤气消耗。反应系统内布置能短距离、直接加热脱硝催化剂，减少热损失，实现脱硝反应温度和NOx的高效去除。同时，一体化装置占地面积小，仅增加设备高度，适合现有烧结烟气超低改造需求，该一体化装置出口可实现NOx≤40mg/Nm³和CO转化率95%以上的有益效果。

所述喷氨格栅在烟道截面上均匀的喷入氨气，喷嘴喷出的气体流速不低于15m/s，与烟气混合后在烟气扰流器的作用下强制混合，能够使烟气中的氨浓度场、CO浓度场的分布离散分布系数小于5%，均匀催化剂截面处的浓度梯度，以使催化剂性能表现最佳。

进一步地，所述布袋除尘器，优先采用顶部垂直进风袋滤器；与传统袋式除尘器相比，该从顶部进风使过滤器气流分布均匀、粉尘去除效率高，结构外形为正方形或圆形，占地面积小、钢材耗量低；所述顶部垂直进风袋滤器的结构由公开号CN 108554075 A，发明名称：顶部垂直进风袋式除尘器的文献公开。

进一步地，所述湿法脱硫装置内设置有喷淋层，所述喷淋层设置至少四层。

每层喷淋层的喷淋覆盖率不易低于300%，这样可降低吸收塔截面烟气逃逸率至1%以下，烟气通过四层喷淋层后，二氧化硫浓度可脱除至20mg/Nm³以下，粉尘的脱除效率不低于95%。

进一步地，所述湿法脱硫装置内设置有强制洗涤筛板，所述强制洗涤筛板设置在烟道入口与喷淋层之间，距烟道入口至少1m，距喷淋层至少2m。

强制洗涤筛板优先设置1层；当烟气携带粉尘进入强制洗涤筛板时，产生向上的高速烟气，烟气速度不低于10m/s；喷淋层喷出的浆液落到筛板上，浆液与高速烟气接触、混合，形成动态喷射状，能去除烟气中二氧化硫和粉尘（尤其是PM2.5颗粒物），此时2.5μm以上的粉尘去除效率可达100%，2.5μm以下的粉尘去除效率85%以上。同时，强制洗涤筛板能均匀烟气流场，使烟气在脱硫塔截面均匀分布，速度场分布值离散系数不大于15%。

进一步地，所述湿法脱硫装置内设置有屋脊式除雾器，设置在喷淋层之上，距喷淋层至少3m，距烟道出口至少2m；所述屋脊式除雾器设有三级除雾器叶片，一级除雾器叶片间距不大于25mm；二级除雾器叶片间距不大于24mm；三级除雾器叶片间距不大于23mm。

烟气携带液滴进入除雾器，除雾器设置的间距有利于减小喷射液滴负荷，均匀流场，可使16μm以上液滴的去除效率达95%以上，此时除雾器出口液滴浓度不大于35mg/Nm³。此时，湿法脱硫装置的粉尘和液滴的综合去除效率不低于90%，装置出口排放的综合粉尘浓度不大于5mg/Nm³，满足超低排放的要求。

进一步地，所述整流格栅由长方形的叶片组成，成网状交错布置，叶片高度不低于300mm，叶片间距不大于300mm，用于矫正、强制均匀烟气偏流流线使烟气垂直、均匀的入射进入催化剂层，满足催化剂的速度场分布离散系数小于15%，入射角偏差小于5°的要求，保证烟气在催化剂的通过停留时间，实现最佳的催化效率，同时能降低高速烟气、粉尘对催化剂的冲刷、磨损；所述整流格栅设置在内置式直燃炉上游，间距至少0.5m，喷出的气体流速不低于15m/s,烟温不低于600℃，能够在1秒内加热烟气，实现短距离、直接加热催化剂的效果。

进一步地，所述导流叶片由长方形的叶片组成，叶片长度或弧长不低于500mm，用于矫正弯头处烟气偏流，使烟气均匀的∩进入到下一个单元，均匀度不低于15%。

采用烧结烟气多污染物协同净化及余热利用系统的工艺，所述工艺步骤包括：

步骤S1：烧结机产生的烟气经底部联箱进入高效布袋除尘器，除尘净化后的烟气经主抽风机增压将烟气送入湿法脱硫装置；

步骤S2：在高效湿法脱硫装置内，烟气由下而上依次通过强制洗涤筛板、喷淋层、高效屋脊式除雾器，经协同除尘、脱硫后的饱和湿烟气进入GGH烟气换热器升温端；

步骤S3：在GGH烟气换热器升温端内，烟气温度提升至不低于150℃；经升温后的烟气进入催化脱硝脱CO及余热利用一体化装置；

步骤S4：烟气经催化脱硝脱CO及余热利用一体化装置出口烟道进入GGH烟气换热器降温端，烟气温度可降至不小于80℃；

步骤S5：烟气经增压风机进行增压，经烟囱排出。

进一步地，所述布袋除尘器优先采用0.8m/s~1.0m/s的过滤风速，微细粉尘净化效率可达80%以上，可将烧结烟气入口粉尘浓度为3~5g/Nm³降低至20mg/Nm³以下，为下游湿法脱硫除尘创造有利条件。

进一步地，所述直燃炉采用内置或外置，管口设置有开发式燃烧室，用于燃烧煤气直接加热烟气，燃烧和散热损失率低；所述直燃炉与脱CO催化剂层间距不小于2m。

优选采用金属氧化物系列催化剂，金属氧化物价格经济、适用性高，CO脱除效率95%以上，反应释放的热量能使烟气温度加热上升至少50℃，为下游脱硝创造有利的温度区间。

进一步地，所述第一级SCR脱硝催化剂层、第二级SCR脱硝催化剂层，两级SCR催化剂层间距不小于1.5m，与脱CO催化剂层间距不小于1.5m；优先采用锰基或钒基催化剂，脱硝效率不低于85%；所述备用催化剂层，与SCR催化剂层间距不小于1.5m；用于性能提升，可选用脱硝催化剂层或脱CO催化剂层。

本发明工艺及系统针对烧结烟气电除尘+湿法脱硫的传统治理工艺，将电除尘器改造为高效布袋除尘器，较电除尘具有适应性高，不受粉尘比电阻影响，微细粉尘（＜PM2.5）净化效率高，总体排放最低可达10mg/Nm³以下，能为下游湿法脱硫除尘提效创造条件。

湿法脱硫采用高效除尘设备，能同时实现粉尘、二氧化硫的超低排放。

脱硝处理中，将长流程脱硝改为一体化反应装置，减少了占地面积，在实现CO脱除的同时利用CO催化燃烧反应的余热加热烟气，即节省煤气消耗，又能短距离、直接加热脱硝催化剂，减少热损失，以实现脱硝反应温度和NOx的高效去除。

本发明工艺及系统，与其他技术相比，创新在于开发了除尘、脱硫、脱硝、脱CO、消白的一体化技术路线，在现有装置改造的基础上改造，增加一体化反应装置，即能实现超低排放，具有占地面积小、节能降耗、运行可靠的特点，适合现有烧结烟气超低排放改造。

本发明的有益技术效果如下。

（1）开发了烧结烟气全新的工艺技术路线，采用高效布袋除尘器+高效除尘湿法脱硫装置+催化脱硝脱CO及余热利用一体化装置的技术方案，将长流程治理工艺改为短流程，协同处理多种污染物，能实现烧结烟气超低排放并消除白烟，污染物排放中SO₂≤20mg/Nm³、NOx≤40mg/Nm³、Dust≤10mg/Nm³以及CO转化率95%以上。

（2）将电除尘器改造为高效布袋除尘器，不受粉尘比电阻影响，适应性高，尤其针对微细粉尘（＜PM2.5）净化效率高，总体排放最低可达10mg/Nm³以下，再配合高效除尘的湿法脱硫装置，能同时实现粉尘、二氧化硫的超低排放，为下游装置脱硝创造有利条件。

（3）利用CO催化燃烧释放的热量加热烟气，能回收能源，减少煤气耗量，以实现脱硝反应温度和NOx的高效去除。将喷氨系统、扰流系统、内置式直燃炉、脱硝以及脱CO进行有机的结合形成一体化反应装置，长流程改短流程，使整个工艺系统布置紧凑、合理，降低了工程成本，具有占地面积小、处理功能齐全、易实施的特点。

附图说明

图1是一种烧结烟气多污染物协同净化及余热利用工艺及系统的工艺流程图。

图2是高效布袋除尘器粉尘分级除尘效率图。

图3是CO温升与内置式直燃炉煤气瞬时使用量的关系曲线。

图中：1—烧结机；2—布袋除尘器；3—主抽风机；4—强制洗涤筛板；5—喷淋层；6—屋脊式除雾器；7—湿法脱硫装置；8—烟气换热器；9—喷氨格栅；10—强制烟气扰流器；11—导流叶片；12—催化脱硝脱CO及余热利用一体化装置；13—整流格栅；14—直燃炉；15—脱CO催化剂层；16—第一级SCR脱硝催化剂层；17—第二级SCR脱硝催化剂层；18—备用催化剂层；19—增压风机；20—烟囱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，一种烧结烟气多污染物协同处理及余热利用系统及工艺，由烧结机1、高效布袋除尘器2、主抽风机3、高效湿法脱硫装置7、GGH烟气换热器8、催化脱硝脱CO及余热利用一体化装置12、增压风机19和烟囱20组成。

烧结机1产生的烟气经底部联箱进入高效布袋除尘器2，在高效布袋除尘器2内，采用0.8m/s~1.0m/s的过滤风速，结合高效滤袋可将烧结烟气入口粉尘浓度为3~5g/Nm³降低至20mg/Nm³以下，同时小于2.5μm的粒径有80%以上的净化效率，进入脱硫塔的微细粉尘较少，为下游湿法脱硫除尘创造有利条件，如图2所示。

除尘净化后的烟气进入湿法脱硫装置7，烟气由下而上依次通过强制洗涤筛板4、喷淋层5、屋脊式除雾器6，经协同除尘、脱硫后的饱和湿烟气进入GGH烟气换热器8升温端。

进一步的，当烟气携带粉尘进入强制洗涤筛板4时，产生向上的高速烟气，烟气速度不低于10m/s；喷淋层5喷出的浆液落到筛板上，浆液与高速烟气接触、混合，形成动态喷射状，使粉尘不断改变方向，增加了粉尘与液气的接触机会，能去除烟气中二氧化硫和粉尘（尤其是PM2.5颗粒物），此时2.5μm以上的粉尘去除效率可达100%，2.5μm以下的粉尘去除效率85%以上。同时，强制洗涤筛板能均匀烟气流场，使烟气在脱硫塔截面均匀分布，速度场分布值离散系数不大于15%。

进一步的，烟气经过四层喷淋层5，每层喷淋层5的喷淋覆盖率不易低于300%，这样可降低吸收塔截面烟气逃逸率至1%以下，二氧化硫浓度可脱除至20mg/Nm³以下，粉尘的脱除效率不低于95%。

进一步的，烟气携带液滴进入屋脊式除雾器6，屋脊式除雾器6设置的间距有利于减小喷射液滴负荷，均匀流场，可使16μm以上液滴的去除效率达95%以上，此时屋脊式除雾器6出口液滴浓度不大于35mg/Nm³。此时，湿法脱硫装置7的粉尘和液滴的综合去除效率不低于90%，装置出口排放的综合粉尘浓度不大于5mg/Nm³，满足超低排放的要求。

湿法脱硫净化后的烟气进入GGH烟气换热器8升温端，烟气温度提升至不低于150℃。该温度有利于后续脱硝反应温度要求，经升温后的烟气进入催化脱硝脱CO及余热利用一体化装置12。

进一步的，所述催化脱硝脱CO及余热利用一体化装置12内，首先与喷氨格栅9喷出的氨/空混合气接触，再经过强制烟气扰流器10使烟气与氨气充分混合；烟气扰流器10由阵列式方形叶片组成，旋转角度为10°~80°；混合后的烟气经导流叶片11、整流格栅13强制均流，此时，进入催化剂层的烟气在反应器截面处，满足速度流场分布离散系数小于15%、浓度流场分布离散系数小于3%。然后，烟气进入脱CO催化剂层15进行净化，一氧化碳催化燃烧反应释放的热量加热烟气，使烟气温度提升至180℃以上；其中，如图3所示，情况1：当烟气温度低于130℃时，直燃炉14全开，喷出热烟气加热烟气直到原烟气温度高于180℃，此时煤气瞬时使用量为100%；情况2：当烟气温度低于180℃时，直燃炉14喷出热烟气与原烟气混合，提升烟气温度至180℃，此时煤气瞬时使用量为10%~100%。情况3：当在烟气温度高于200℃时，直燃炉14停止喷出热烟气，此时加热系统煤气消耗率为0~5%，用以调整脱硝催化剂入口温度。

此方法可有效节省加热系统煤气消耗，降低能耗。然后，烟气经第一级SCR脱硝催化剂层16和第二级SCR脱硝催化剂层17进行脱NOx，净化后的烟气进入备用催化剂层18，净化后的烟气由装置出口烟道排出。

此时，烟气排放的参数为烟温T＞180℃，NOx≤40mg/Nm³、以及CO的转化率95%以上。

烟气经催化脱硝脱CO及余热利用一体化装置12出口烟道进入GGH烟气换热器8降温端，烟气温度可降至不小于80℃；烟气经增压风机19进行增压，满足达标排放的未饱和高温烟气经烟囱20排出。此时，烟气排放的参数为烟温T＞80℃，SO₂≤20mg/Nm³、NOx≤40mg/Nm³、Dust≤10mg/Nm³、一氧化碳转化率不低于95%。

以上结合附图详细的实施方案描述仅为本发明的优选实施方案，但是，本发明并不限于上述方案中的具体实施细节，任何在本发明的思想和原则内所作的任何修改、替换，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种烧结烟气多污染物协同净化及余热利用系统，其特征是烧结机（1）产生的烟气经底部联箱进入布袋除尘器（2），布袋除尘器（2）通过主抽风机（3）连接湿法脱硫装置（7），湿法脱硫装置（7）连接烟气换热器（8），所述烟气换热器（8）连接催化脱硝脱CO及余热利用一体化装置（12）、增压风机（19），增压风机（19）连接烟囱（20）；所述催化脱硝脱CO及余热利用一体化装置（12）为“∩”形反应器，所述“∩”形反应器左边管道内从下到上设置喷氨格栅（9）、烟气扰流器（10）；所述“∩”形反应器左端入口弯头处设置导流叶片（11），所述“∩”形反应器右端出口弯头截面处设置整流格栅（13）；所述“∩”形反应器右边管道内从上到下设置直燃炉（14）、脱CO催化剂层（15）、第一级SCR脱硝催化剂层（16）、第二级SCR脱硝催化剂层（17）、备用催化剂层（18）。

2.根据权利要求1所述的一种烧结烟气多污染物协同净化及余热利用系统，其特征是所述布袋除尘器（2）是顶部垂直进风袋滤器。

3.根据权利要求1所述的一种烧结烟气多污染物协同净化及余热利用系统，其特征是所述湿法脱硫装置（7）内设置有喷淋层（5），所述喷淋层（5）设置至少四层。

4.根据权利要求3所述的一种烧结烟气多污染物协同净化及余热利用系统，其特征是所述湿法脱硫装置（7）内设置有强制洗涤筛板（4），所述强制洗涤筛板（4）设置在烟道入口与喷淋层之间，距烟道入口至少1m，距喷淋层至少2m。

5.根据权利要求3所述的一种烧结烟气多污染物协同净化及余热利用系统，其特征是所述湿法脱硫装置（7）内设置有屋脊式除雾器（6），设置在喷淋层（5）之上，距喷淋层至少3m，距烟道出口至少2m；所述屋脊式除雾器（6）设有三级除雾器叶片，一级除雾器叶片间距不大于25mm；二级除雾器叶片间距不大于24mm；三级除雾器叶片间距不大于23mm。

6.根据权利要求1所述的一种烧结烟气多污染物协同净化及余热利用系统，其特征是所述整流格栅（13）由长方形的叶片组成，成网状交错布置，叶片高度不低于300mm，叶片间距不大于300mm，所述整流格栅（13）设置在内置式直燃炉（14）上游，间距至少0.5m。

7.根据权利要求1所述的一种烧结烟气多污染物协同净化及余热利用系统，其特征是所述导流叶片（11）由长方形的叶片组成，叶片长度或弧长不低于500mm。

8.采用权利要求1-7任一项所述的烧结烟气多污染物协同净化及余热利用系统的工艺，其特征是所述工艺步骤包括：

步骤S1：烧结机（1）产生的烟气经底部联箱进入高效布袋除尘器（2），除尘净化后的烟气经主抽风机（3）增压将烟气送入湿法脱硫装置（7）；

步骤S2：在湿法脱硫装置（7）内，烟气由下而上依次通过强制洗涤筛板（4）、喷淋层（5）、高效屋脊式除雾器（6），经协同除尘、脱硫后的饱和湿烟气进入GGH烟气换热器（8）升温端；

步骤S3：在烟气换热器（8）升温端内，烟气温度提升至不低于150℃；经升温后的烟气进入催化脱硝脱CO及余热利用一体化装置（12）；

步骤S4：烟气经催化脱硝脱CO及余热利用一体化装置（12）出口烟道进入GGH烟气换热器（8）降温端，烟气温度可降至不小于80℃；

步骤S5：烟气经增压风机（19）进行增压，经烟囱（20）排出。

9.根据权利要求8所述的烧结烟气多污染物协同净化及余热利用系统的工艺，其特征是所述布袋除尘器（2）优先采用顶部进风方式，设计过滤风速小于1.2m/s。

10.根据权利要求8所述的烧结烟气多污染物协同净化及余热利用系统的工艺，其特征是所述直燃炉（14）采用内置或外置，管口设置有开发式燃烧室，用于燃烧煤气直接加热烟气；所述直燃炉（14）与脱CO催化剂层（15）间距不小于2m；所述第一级SCR脱硝催化剂层（16）、第二级SCR脱硝催化剂层（17），两级催化剂层间距不小于1.5m，与脱CO催化剂层（6）间距不小于1.5m；所述备用催化剂层（18），与SCR催化剂层（17）间距不小于1.5m。

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