CN112316591A - 一种烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢铁行业烟气超低排放治理领域，特别涉及一种烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化装置及方法。该装置包括设置于烧结机主烟道上的脱硫除尘脱硝一体化装置以及设置于烧结机循环烟道上的烟气循环系统，所述脱硫除尘脱硝一体化装置包括脱硫系统和除尘脱硝系统，烧结机主烟道上的烟气依次经过脱硫系统、除尘脱硝系统得以净化、排出。本发明通过富氧烧结烟气循环，实现了烧结烟气循环率由20％到30％的提升，能够克服传统烧结机烟气循环技术循环比例较低的不足；本发明将烟气循环、脱硫除尘脱硝一体化技术并可解决传统除尘脱硝装置所面临的一系列难题。

Description

一种烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化装置及方法

技术领域

本发明属于大气污染控制领域，具体涉及钢铁行业烟气超低排放治理领域，特别涉及一种烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化装置及方法。

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(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(m³/h)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(随烧结工艺状况变化)，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)、除尘、SCR(选择性催化还原)脱硝一体化等技术。

活性焦脱硫脱硝一体化技术，主要存在着投资巨大、一般企业难以承受，活性焦损耗大、运行成本高，工艺复杂，烟气通过吸附床压力降大从而增加能耗，喷射氨造成管道堵塞、脱硫速率慢等缺点。

工程中，烟气脱硫除尘脱硝一体化往往直接采用“脱硫+除尘+脱硝”的串联模式，并没有实现真正的脱硫除尘脱硝一体化技术，也没有真正降低项目投资、运行成本，并且占地面积大，工期长，给企业造成很大的压力。

随着《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》(GB 28662-2012)修改单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增大装置规模，增加脱硫剂、氨、催化剂等用量来达到排放限值，必然造成企业很大的压力。

在此背景下，不仅仅局限于烟气末端治理，而着眼于烧结烟气全流程治理，就显得尤为迫切。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化装置及方法，以解决目前的烧结烟气治理过程投资及运行成本高、烟气循环率低、脱硝催化反应速率低等问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化装置，包括设置于烧结机主烟道上的脱硫除尘脱硝一体化装置以及设置于烧结机循环烟道上的烟气循环系统，所述脱硫除尘脱硝一体化装置包括：

脱硫系统，所述脱硫系统包括脱硫反应装置以及设于所述脱硫反应装置上的脱硫剂喷入口、第一喷氨格栅；所述脱硫剂喷入口用于向所述脱硫反应装置内喷入脱硫剂，所述第一喷氨格栅用于为后续的脱硝反应提供氨源；

除尘脱硝系统，所述除尘脱硝系统包括除尘脱硝单元、设于所述除尘脱硝单元下方的粉尘收集装置、设于所述除尘脱硝单元上方的反吹装置，以及依次设于所述反吹装置上方的第二喷氨格栅与第二脱硝单元，所述反吹装置用以吹落除尘脱硝单元外表面附着的粉尘，所述第二喷氨格栅用于为所述第二脱硝单元中的脱硝反应提供氨源；

烧结机主烟道上的烟气依次经过脱硫系统、除尘脱硝系统得以净化、排出。

优选地，所述脱硫系统与所述除尘脱硝系统相邻设置，所述脱硫系统的进口及所述除尘脱硝系统的出口均与所述烧结机主烟道连通，所述脱硫系统的出口与所述除尘脱硝系统的进口相连，所述除尘脱硝系统的进口设置在侧面，所述除尘脱硝系统的进口对应所述除尘脱硝单元的底部设置；所述除尘脱硝系统的出口设置在与所述除尘脱硝系统的进口相对的侧面，所述除尘脱硝系统的出口的位置高于所述第二脱硝单元。

优选地，所述除尘脱硝单元包括除尘滤袋、袋笼、脱硝催化剂层以及净烟气通道，所述催化剂安装在所述袋笼的内部，所述催化剂构成的通道为所述净烟气通道。

优选地，所述除尘滤袋为筒体结构，所述袋笼支撑在所述筒体结构的内部。

优选地，所述除尘滤袋包括1层及以上的除尘层。

优选地，所述除尘层由位于内侧的基布层和位于外侧的除尘层组成。

优选地，所述除尘层由碳纤维、聚苯硫醚纤维制成。

优选地，所述反吹装置为脉冲装置。

优选地，所述脱硝催化剂层为板式或蜂窝式或波纹板式。

优选地，所述脱硝催化剂层为蜂窝状活性炭管。

优选地，在烧结机主烟道的烟气流动方向上，所述脱硫除尘脱硝一体化装置之前设置有臭氧供给装置，所述臭氧供给装置将臭氧喷入烟道，用于将烟气中的氮氧化物进行预氧化处理。

优选地，所述烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化装置还包括循环脱硫剂供给系统，所述脱硫剂喷入口包括第一脱硫剂喷入口、第二脱硫剂喷入口，所述第一脱硫剂喷入口用于喷入循环脱硫剂，所述第二脱硫剂喷入口用于喷入新鲜脱硫剂，其中，所述循环脱硫剂由所述循环脱硫剂供给系统输出；

优选地，所述第一脱硫剂喷入口设置在所述第二脱硫剂喷入口之前；

优选地，所述粉尘收集装置的下方设置有仓泵，所述仓泵的出口通过所述循环脱硫剂管道连接在所述第一脱硫剂喷入口上，所述循环脱硫剂供给系统包括压缩空气储罐、循环脱硫剂取样装置，所述压缩空气储罐中的压缩空气为所述循环脱硫剂供给系统提供动力源。

优选地，所述烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化装置还包括供氨系统，所述供氨系统包括制氨装置、第一供氨管道、第二供氨管道，所述第一供氨管道与所述第一喷氨格栅连接，所述第二供氨管道与所述第二喷氨格栅连接。

优选地，所述烟气循环系统包括循环烟道，所述循环烟道与所述烧结机形成循环回路，所述循环烟道上设有供氧装置，所述供氧装置为循环烟气提供氧气补给。

一种采用如上所述的装置的烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化方法，所述方法包括如下步骤：

(1)脱硫反应，包括：

烧结机主烟道内的烟气在脱硫反应装置中完成脱硫处理；

(2)除尘和第一次脱硝反应、第二次脱硝反应，包括：

脱硫反应后的烟气在除尘脱硝单元中同时完成除尘处理和第一次脱硝处理，在第二脱硝单元中完成第二次脱硝处理；

(3)烟气外排，包括：

经过所述第二次脱硝处理后的烟气降温后，由烟囱排出。

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：

本发明的烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化装置通过富氧烧结烟气循环，实现了烧结烟气循环率由20％到30％的提升，能够克服传统烧结机烟气循环技术循环比例较低的不足；本发明将传统“烟气循环、脱硫、除尘、脱硝”的串联模式，改进为一种烟气循环、脱硫除尘脱硝一体化技术并可解决传统除尘脱硝装置所面临的一系列难题，在脱硫除尘脱硝一体化装置中将除尘与脱硝分体式设计，使用、维护更方便，从根本上解决了除尘功能和脱硝功能使用寿命并不一致的问题，有效延长了使用时间，节省了维护成本。

附图说明

构成本发明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是本发明工艺流程示意图；

图2是本发明中脱硫除尘脱硝一体化装置结构示意图；

图3是本发明中除尘脱硝单元结构示意图；

图4是图3中A-A剖面的结构示意图；

图5是图3中B-B剖面的结构示意图。

图中：1、烧结机，1-1、烧结机主烟道，1-2、循环烟道，2、多管旋风除尘器，3、循环风机，4、氧气缓冲罐，5、氧气均布器，6、烟气调节阀，7、氧气浓度分析仪，8、压力表，9、密封罩，10、第一CEMS分析仪，11、臭氧均布器，12、脱硫除尘脱硝一体化装置，13、烧结主抽风机，14、第四CEMS分析仪，15、烟囱，16、臭氧发生装置，17、气体混合器，18、稀释风机，19、第一脱硫剂喷入口，20、脱硫反应装置，21、第二CEMS分析仪，22、第二脱硫剂喷入口，23、粉尘收集装置，24、除尘脱硝装置，25、除尘脱硝单元，25-1、除尘滤袋，25-2、除尘层，25-3、基布层，25-4、袋笼，25-5、蜂窝状活性炭管，25-6、净烟气通道，26、反吹装置，27、第三CEMS分析仪，28、第二喷氨格栅，29、第二脱硝单元，30、上箱体，31、仓泵，32、压缩空气管道，33、压缩空气储罐，34、脱硫灰取样口，35、阀门一，36、阀门二，37、循环脱硫剂管道，38、控制装置，39、阀门三，40、第一供氨管道，41、制氨装置，42、第一喷氨格栅，43、第二供氨管道。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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，比如管道、设备等，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。

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。

本发明中的“前”和“后”为基于烧结机主烟道1-1及循环烟道1-2中烟气的流动方向所示的位置关系。

本发明的烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化装置，如图1所示，包括烧结机1、烟气循环系统以及烟气净化系统。烧结机料面上方均设置有密封罩9，烧结机1底部均设有风箱，且风箱出口均连接烧结机主烟道1-1。在不影响烧结矿质量的前提下，选择部分特定风箱的烟气汇入循环烟道1-2，然后经循环烟道1-2循环回烧结机台车表面(如图1中的中前段和后段的部分风箱)，用于热风烧结，形成烟气循环系统。其他风箱烟气进入烧结机主烟道1-1，进入下游的烟气净化系统。

在整个装置中，设置有多个CEMS(烟气监测)分析仪用于测试工艺系统中不同位置烟气的温度、压力、流量、SO₂、NO_x、粉尘等污染物浓度。

烟气循环系统，包括多管旋风除尘器2、循环风机3、供氧装置、烟气调节阀6、氧气浓度分析仪7、压力表8和密封罩9。供氧装置包括氧气缓冲罐4和氧气均布器5。

在烟气净化系统中，由风箱进入烧结机主烟道1-1的烟气，依次经过臭氧供给装置、脱硫除尘脱硝一体化装置12、烧结主抽风机13和烟囱15。在臭氧均布器11前，烧结机主烟道1-1上设置第一CEMS分析仪10，在烟囱15的前烟道上设置第四CEMS分析仪14。第一CEMS分析仪10用于测试烧结机主烟道1-1上、净化前的烟气参数，第四CEMS分析仪14用于测试除尘脱硝装置24后的烟气参数。

臭氧供给装置包括臭氧发生装置16、气体混合器17、稀释风机18和臭氧均布器11，其中臭氧均布器11布置在第一CEMS分析仪10与脱硫除尘脱硝一体化装置12之间的烧结机主烟道1-1内。

如图2所示(图中箭头代表烟气流动的方向)，在烟气净化系统中，脱硫除尘脱硝一体化装置12包括脱硫系统、除尘脱硝系统、供氨系统和循环脱硫剂供给系统。脱硫系统与除尘脱硝系统相邻设置，脱硫系统的进口及除尘脱硝系统的出口均与烧结机主烟道连通，脱硫系统的出口与除尘脱硝系统的进口相连，除尘脱硝系统的进口设置在侧面，除尘脱硝系统的进口对应除尘脱硝单元的下部设置。以下是对脱硫除尘脱硝一体化装置12的各个系统的详细介绍。

(1)脱硫系统

脱硫系统包括脱硫反应装置20、第一脱硫剂喷入口19、第二脱硫剂喷入口22、第一喷氨格栅42、第二CEMS分析仪21。

脱硫反应装置20优选干法或半干法脱硫装置，一端连接脱硫前烟道，另一端与除尘脱硝装置24合为一体。

第一脱硫剂喷入口19用于喷入未反应完全的脱硫灰(即循环使用的脱硫剂)，第二脱硫剂喷入口22用于喷入新鲜脱硫剂。

第一喷氨格栅42，布置在第二脱硫剂喷入口22与除尘脱硝装置24入口之间，为除尘脱硝装置24提供SCR脱硝反应用氨源。本发明中的氨源可以是氨气或氨水等，在本实施例中氨源选用氨气。

第二CEMS分析仪21用于测试脱硫中烟气参数。

(2)除尘脱硝系统

除尘脱硝系统包括除尘脱硝单元25、粉尘收集装置23、仓泵31、反吹装置26、第二喷氨格栅28、第二脱硝单元29、上箱体30和第三CEMS分析仪27。除尘脱硝装置24包括多个除尘脱硝单元25。除尘脱硝系统的出口设置在与除尘脱硝系统的进口相对的侧面，即上箱体30的侧面，除尘脱硝系统的出口的位置高于第二脱硝单元29。其中，第三CEMS分析仪27用于测试除尘脱硝单元25后的烟气参数。

除尘脱硝单元25，包括除尘单元和脱硝单元，如图3-图5所示(图5中箭头代表烟气流动的方向)，具体包括除尘滤袋25-1、袋笼25-4、催化剂和净烟气通道25-6。除尘滤袋25-1为筒体结构，袋笼25-4支撑在筒体结构内壁上，催化剂安装在袋笼25-4的内部，催化剂构成的通道为净烟气通道25-6。

除尘脱硝单元25的上方设置有装配板，装配板上面开孔，开孔尺寸与除尘脱硝单元25匹配，开孔位置和除尘脱硝单元25的布置相匹配。装配板主要起两方面作用：(1)除尘脱硝单元25有一定的重量，装配板可用于承受一部分重量；(2)在运行中，烟气穿过除尘脱硝单元25时，会引起除尘脱硝单元25晃动，若长时间晃动，会导致除尘脱硝单元25破损，效率下降，因此，需要用装配板限定除尘脱硝单元25的位置，起限位作用。

除尘滤袋25-1和催化剂为分体结构，可根据使用情况，单独更换除尘滤袋25-1或催化剂，有效解决了除尘功能和脱硝功能使用寿命不一致的难题。

除尘滤袋25-1由1～4层组成，仅设置1层时，为除尘层，设置2层及以上时，为1层基本层和若干除尘层组成的复合层，优选为2层，除尘滤袋层数太少、太薄，使用中容易磨损、折断；层数太多，会造成压损过大，不利于系统节能。对于2层的除尘滤袋25-1，外层为除尘层25-2，内层为基布层25-3，除尘层25-2由碳纤维、聚苯硫醚纤维制成，并且掺杂超细碳纤维，比较致密，用以除尘及PM2.5；基布层25-3由碳纤维织造，致密性低于除尘层25-2，用于支撑与保持透气性。碳纤维具有密度小、重量轻，耐化学腐蚀性好，耐疲劳、使用寿命长，高强度、高模量，热膨胀系数好，自润滑、耐磨性等众多优点。在除尘滤袋25-1的制作材料中添加碳纤维，可以增强滤袋的耐磨性、韧性及强度，减轻滤袋重量从而减轻除尘器荷载，延长滤袋使用寿命。

粉尘收集装置23包括灰斗及其附属设备。

仓泵31布置在粉尘收集装置23下方(图中仅示出其中之一)，并与之连接，用于储存、输送脱硫灰。

反吹装置26布置在除尘脱硝装置24内部上方，如图2所示，反吹装置26设于除尘脱硝单元25的上方，反吹装置26为脉冲反吹装置，脉冲反吹装置安装在装配板上方，其吹风口正对除尘滤袋25-1的连接口，反吹装置26用于按既定控制程序，有规律地在极短的时间内向除尘脱硝单元25内喷吹压缩空气，除尘滤袋25-1瞬间急剧膨胀，使积附在除尘滤袋25-1表面的大部分粉尘脱落，除尘滤袋25-1得到清理，少部分粉尘积附在除尘滤袋25-1表面继续辅助过滤。经除尘滤袋25-1清理下来的粉尘落进下方配置的灰斗内，经阀门排出或进入循环脱硫剂供给系统。如此周而复始，使积附在除尘滤袋25-1上的粉尘周期性的被清理，从而使粉尘气体不断被净化，实现烟气净化或者粉尘收集。

第二喷氨格栅28布置在第二脱硝单元29与反吹装置26之间，可均布喷入的氨气，为在第二脱硝单元29内进行的脱硝反应提供还原剂。

在反吹装置26上方，设置有SCR脱硝催化剂层，称为第二脱硝单元29，脱硝催化剂层可采用板式、蜂窝式和波纹板式，烧结烟气NO_x脱硝优选为蜂窝式催化剂。

脱硝催化剂层为蜂窝状活性炭管25-5，负载SCR脱硝催化剂，蜂窝状活性炭管25-5为第一脱硝单元。蜂窝状活性炭来源广泛、价格低廉；比表面积大、微孔多孔结构、高吸附容量、催化剂分散性和附着度好；导热性能优良、化学稳定性好和吸附性能优异，是极好的催化剂载体；蜂窝状活性炭由于其独特的平行孔道结构，具有孔隙率高、几何表面积大、床层压降小、能避免烟尘堵塞等优点，具有很好的工业应用价值。除尘脱硝单元25报废后，除尘滤袋25-1可按正常废弃物处理；由于脱硝催化剂层其主要成分是活性炭，可燃，报废后可通过燃烧的方式处理，一方面燃烧放热，另一方面可从燃烧灰中提取V、W、Ti等高价值金属元素，重新用于SCR脱硝催化剂的制造，实现元素的资源化循环利用，一举两得。

(3)供氨系统

供氨系统包括控制装置38、阀门三39、制氨装置41、第一供氨管道40和第二供氨管道43。第一供氨管道40和第二供氨管道43均与制氨装置41连接，阀门三39设置在第一供氨管道40上，控制装置38用以控制制氨装置41的运行，根据烟气条件和出口浓度要求，调节控制装置38，以达到最佳氨/氮摩尔比，第一喷氨格栅42安装在由烟气和脱硫剂构成的混合烟道内，氨气经第一喷氨格栅42后进入混合烟道，为了促使烟气与还原剂(即氨气)的充分混合，在混合烟道中设置一定形状的混合器，以优化烟气与还原剂的混合效果，本发明中对混合器的具体形状不做限定，只要能够起到优化烟气与还原剂混合效果作用的混合器均可。

(4)循环脱硫剂供给系统

循环脱硫剂供给系统包括压缩空气管道32、压缩空气储罐33、脱硫灰取样口34、阀门一35、阀门二36、循环脱硫剂管道37。

泵仓31连接在粉尘收集装置23的下方，泵仓31的出口连接循环脱硫剂管道37的一端，循环脱硫剂管道37的另一端连接第一脱硫剂喷入口19，循环脱硫剂管道37上设置用于控制其通断的阀门二36，在阀门36之前的循环脱硫剂管道37上通过第一支路管线连接脱硫灰取样口34，在阀门36与脱硫灰取样口34之间的循环脱硫剂管道37上通过第二支路管线连接灰库，在第二支路管道上设置有控制其通断的阀门一35。

泵仓31通过压缩空气管道32与压缩空气储罐33连接。压缩空气储罐33通过管道32向仓泵31内输送压缩空气，仓泵31中的脱硫灰通过压缩空气输送至仓泵31的后续管道中，最终输送至第一脱硫剂喷入口19。

本发明的烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化方法，通过上述装置进行，具体如下。

烧结机1，根据烧结机风箱烟气排放特征的差异，在不影响烧结矿质量的前提下，选择特定风箱段烟气循环回烧结台车表面，用于热风烧结。循环烟气由烧结机风箱引出，经多管旋风除尘器2、循环风机3后，分4路分支管道(不限于4路，根据烟气情况确定)引入密封罩9，烟气在烧结主抽风机13的负压下，被吸入料层，参与二次烧结过程，烧结后烟气进入烧结机主烟道1-1，排入后续烟气净化系统。通过纯氧气补氧，可通过设置烧结烟气循环系统减少烧结机30％以上的外排烟气总量。

其中，为保证密封罩9内烟气含氧量＞18％(含氧量＞18％时，不影响烧结生产)，设置供氧装置，包括氧气缓冲罐4，氧气分布器5等。依据密封罩9上设置的氧气浓度分析仪7的数据，通过PID调节氧气喷入量。

其中，在4路分支管道上分别安装烟气调节阀6，根据不同区域料层透气性及需气量差异，调节烟气调节阀6的阀门开度，使烟气压力在密封罩9内保持稳定，并维持微负压状态，防止烟气外泄。为保证实时监测烟气压力，在密封罩9上设置4个压力检测装置(不限于4个，与分支管道数量一致)，即图1中的压力表8。

从烧结机排出的烟气，通过烧结机主烟道1-1，引入下游。为了提高脱硫除尘脱硝一体化装置12中脱硝效率，减少催化剂用量，延长催化剂使用寿命，通过臭氧供给装置向脱硫除尘脱硝一体化装置12的前烟道内喷入臭氧，喷入的臭氧将烟气中NO部分氧化为NO₂，将进入脱硫除尘脱硝一体化装置12中烟气的NO/NO₂摩尔比调整为0.95～1.05左右，该烟气与催化剂接触，利于发生快速SCR反应，相比标准SCR反应，能大大提高脱硝反应速率。

混有臭氧的烟气引入脱硫反应器的顶部，然后进入脱硫反应器20的左侧烟道。脱硫反应器是一种特殊结构的夹带烟气反应器，该反应器经过特殊的分布流场设计并保障烟气足够的停留时间，增强小苏打脱硫剂与烟气中如HCl、HF以及SO₂之间的强烈反应。

脱硫剂分两路进入脱硫反应器中，分别为第一脱硫剂喷入口19和第二脱硫剂喷入口22，由第一脱硫剂喷入口19喷入脱硫灰，由第二脱硫剂喷入口22喷入新鲜脱硫剂。第一脱硫剂喷入口19即脱硫灰喷入口设置在第二脱硫剂喷入口22即新鲜脱硫剂入口前，目的是使原烟气中高浓度的SO₂首先与脱硫灰接触，脱除一部分SO₂，然后经初步脱硫的烟气再与新鲜脱硫剂接触，有利于提高SO₂脱除效率。其中，脱硫灰中含有效脱硫成分主要为Na₂CO₃，质量百分数约20-30％左右；新鲜脱硫剂有效脱硫成分主要为NaHCO₃，质量百分数约99.8％以上。根据第一CEMS分析仪10、第二CEMS分析仪21和第四CEMS分析仪14测试数据及时调整脱硫灰和脱硫剂喷入量。

脱硫灰和新鲜脱硫剂被喷入烟气中，NaHCO₃瞬间被分解为无数的高活性、高孔隙率Na₂CO₃颗粒，这些Na₂CO₃颗粒与烟气中SO₂，发生迅速的脱硫化学反应，75～80％的脱硫反应在此阶段完成。以上脱硫反应在脱硫反应装置20中完成，为第一步脱硫反应。

在除尘脱硝装置24前烟道中，第一步脱硫反应后烟气与第一喷氨格栅42喷入的氨气充分混合，一起进入除尘脱硝装置24。在该装置内，烟气依次通过除尘滤袋25-1的除尘层25-2，由于除尘层25-2较致密，因此除尘滤袋25-1可脱除大部分的粉尘，通过反吹装置26，落入下方灰斗(即粉尘收集装置23)中。在除尘滤袋25-1表面形成的滤饼，主要由脱硫反应产物，未反应的脱硫剂以及飞灰组成，烟气中残留的SO₂吸附在滤饼上发生脱硫反应，称为第二步脱硫反应，通常15～20％的污染物会在布袋除尘滤袋25-1器中发生反应。通过使原烟气中高浓度的SO₂首先与脱硫灰反应，脱除一部分SO₂，然后未反应的低浓度SO₂再与新鲜脱硫剂反应，有利于提高SO₂总脱除效率。

除尘脱硝装置24下部设置若干灰斗(即粉尘收集装置23)，配套输灰装置。为充分利用脱硫灰中未反应的Na₂CO₃，将除尘脱硝装置24尾部对应的2～4个灰斗脱硫灰循环回脱硫反应装置20，重复使用。循环脱硫剂供给系统包括压缩空气储罐33、压缩空气管道32、脱硫灰取样口34、阀门一35和阀门二36等组成。

在脱硫灰取样口34处取得脱硫灰，检测Na₂CO₃含量，若Na₂CO₃含量高于20～25％，那么关闭阀门一35、打开阀门二36，将这些脱硫灰循环回第二脱硫剂喷入口，重复利用。如果Na₂CO₃含量低于20～25％，那么打开阀门一35、关闭阀门二36，这些脱硫灰不能循环利用，被送往灰库。需要说明的是，理论上来讲，Na₂CO₃含量较低的脱硫灰仍可以用于循环利用，但是，相比于Na₂CO₃含量较高的脱硫灰，Na₂CO₃含量较低的脱硫灰循环利用时需要在第一脱硫剂喷入口19中喷入更大量的脱硫灰，这对后续系统运行，如除尘滤袋25-1的除尘是不利的，更严重的，可能会导致烟囱出口污染物排放不达标。压缩空气储罐中的压缩空气为循环脱硫剂供给系统提供动力源，即循环脱硫剂供给系统的动力源为压缩空气。

烟气通过除尘层25-2和基布层25-3后，进入蜂窝状活性炭管25-5，由于蜂窝状活性炭具有比表面积大、微孔多孔结构、高吸附容量、催化剂分散性、化学稳定性好和吸附性能优异等特点，因此烟气中的NO_x、NH₃比较容易在脱硝催化剂表面充分吸附并发生第一次脱硝反应(即第一级脱硝反应)。第一次脱硝后的烟气，通过催化剂中心通道，进入到上箱体30。为防止烟气中NO_x在第一脱硝单元中反应不完全，因此在上箱体30中自下而上依次设置第二喷氨格栅28和脱硝催化剂层，称为第二脱硝单元，在此处发生第二级脱硝反应。

相对于仅通过一次脱硝反应进行的脱硝处理，通过设置两级脱硝反应，设置分级喷氨，分别在除尘脱硝装置24入口前烟道内第一级喷氨，在SCR脱硝催化剂层前第二级喷氨，根据第一CEMS分析仪10、第三CEMS分析仪27和第四CEMS分析仪14测试数据调整并精准控制氨喷入量，减少氨逃逸。经过两级脱硝反应后的烟气，通过烧结主抽风机13，引入系统，降温后由烟囱15外排。

本发明的烧结烟气循环、臭氧预氧化联合脱硫除尘脱硝一体化装置及方法，与传统烧结烟气循环、脱硫、除尘、脱硝串联的技术相比，具有明显优势，主要包括：

(1)相比传统烧结烟气循环、脱硫、除尘、脱硝串联的技术，实现了烧结烟气循环技术与脱硫除尘脱硝一体化技术的有机结合，节省了投资、运行成本，减小占地面积，缩短工期；

(2)相比传统烟气循环技术，通过富氧烧结烟气循环，采用纯O₂补充循环烟气氧含量，可大幅度提高烟气减排量，并且可根据实际情况自动调节，实现了烧结烟气循环率由20％到30％的提升；

(3)通过臭氧预氧化技术精准调控NO/NO₂摩尔比，促进发生快速SCR反应，明显提高脱硝反应速率、减少催化剂用量，延长催化剂使用寿命。

(4)解决了传统除尘脱硝一体化装置所面临的一系列难题，比如：

1)除尘单元与脱硝单元分体式设计，使用、维护更方便，从根本上解决了除尘功能和脱硝功能使用寿命并不一致的问题，有效延长了使用时间，节省了维护成本；

2)碳纤维掺入除尘滤袋的除尘层，提高除尘滤袋的耐磨性、韧性及强度，延长使用寿命，节约成本；

3)脱硫灰与新鲜脱硫剂分级喷入脱硫反应装置，有利于提高脱硫灰利用率和脱硫效率；

4)在系统中设置两级喷氨、两级脱硝反应，精准控制喷氨量，保证脱硝效率，减少氨逃逸；

5)除尘脱硝单元采用蜂窝状活性炭管负载低温脱硝催化剂的方式，有利于提高载体比表面积，使得催化剂负载均匀程度，并且方便危废处理，除尘脱硝单元废弃后，可直接燃烧放热，燃烧灰可回收V、W、Ti金属，通过合理方式可资源化重复利用，避免污染和浪费。

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)

1.一种烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化装置，其特征在于，包括设置于烧结机主烟道上的脱硫除尘脱硝一体化装置以及设置于烧结机循环烟道上的烟气循环系统，所述脱硫除尘脱硝一体化装置包括：

脱硫系统，所述脱硫系统包括脱硫反应装置以及设于所述脱硫反应装置上的脱硫剂喷入口、第一喷氨格栅；所述脱硫剂喷入口用于向所述脱硫反应装置内喷入脱硫剂，所述第一喷氨格栅用于为后续的脱硝反应提供氨源；

除尘脱硝系统，所述除尘脱硝系统包括除尘脱硝单元、设于所述除尘脱硝单元下方的粉尘收集装置、设于所述除尘脱硝单元上方的反吹装置，以及依次设于所述反吹装置上方的第二喷氨格栅与第二脱硝单元，所述反吹装置用以吹落除尘脱硝单元外表面附着的粉尘，所述第二喷氨格栅用于为所述第二脱硝单元中的脱硝反应提供氨源；

烧结机主烟道上的烟气依次经过脱硫系统、除尘脱硝系统得以净化、排出。

2.根据权利要求1所述的烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化装置，其特征在于，所述脱硫系统与所述除尘脱硝系统相邻设置，所述脱硫系统的进口及所述除尘脱硝系统的出口均与所述烧结机主烟道连通，所述脱硫系统的出口与所述除尘脱硝系统的进口相连，所述除尘脱硝系统的进口设置在侧面，所述除尘脱硝系统的进口对应所述除尘脱硝单元的底部设置；

所述除尘脱硝系统的出口设置在与所述除尘脱硝系统的进口相对的侧面，所述除尘脱硝系统的出口的位置高于所述第二脱硝单元。

3.根据权利要求1所述的烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化装置，其特征在于，所述除尘脱硝单元包括除尘滤袋、袋笼、脱硝催化剂层以及净烟气通道，所述催化剂安装在所述袋笼的内部，所述催化剂构成的通道为所述净烟气通道。

4.根据权利要求3所述的烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化装置，其特征在于，所述除尘滤袋为筒体结构，所述袋笼支撑在所述筒体结构的内部。

5.根据权利要求3所述的烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化装置，其特征在于，所述除尘滤袋包括1层及以上的除尘层；

优选地，所述除尘层由位于内侧的基布层和位于外侧的除尘层组成；

优选地，所述除尘层由碳纤维、聚苯硫醚纤维制成；

优选地，所述反吹装置为脉冲装置。

6.根据权利要求3所述的烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化装置，其特征在于，所述脱硝催化剂层为板式或蜂窝式或波纹板式；

优选地，所述脱硝催化剂层为蜂窝状活性炭管。

7.根据权利要求1所述的烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化装置，其特征在于，在烧结机主烟道的烟气流动方向上，所述脱硫除尘脱硝一体化装置之前设置有臭氧供给装置，所述臭氧供给装置将臭氧喷入烟道，用于将烟气中的氮氧化物进行预氧化处理。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化装置，其特征在于，所述烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化装置还包括循环脱硫剂供给系统，所述脱硫剂喷入口包括第一脱硫剂喷入口、第二脱硫剂喷入口，所述第一脱硫剂喷入口用于喷入循环脱硫剂，所述第二脱硫剂喷入口用于喷入新鲜脱硫剂，其中，所述循环脱硫剂由所述循环脱硫剂供给系统输出；

优选地，所述第一脱硫剂喷入口设置在所述第二脱硫剂喷入口之前；

优选地，所述粉尘收集装置的下方设置有仓泵，所述仓泵的出口通过所述循环脱硫剂管道连接在所述第一脱硫剂喷入口上，所述循环脱硫剂供给系统包括压缩空气储罐、循环脱硫剂取样装置，所述压缩空气储罐中的压缩空气为所述循环脱硫剂供给系统提供动力源。

9.根据权利要求8所述的烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化装置，其特征在于，所述烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化装置还包括供氨系统，所述供氨系统包括制氨装置、第一供氨管道、第二供氨管道，所述第一供氨管道与所述第一喷氨格栅连接，所述第二供氨管道与所述第二喷氨格栅连接；

优选地，所述烟气循环系统包括循环烟道，所述循环烟道与所述烧结机形成循环回路，所述循环烟道上设有供氧装置，所述供氧装置为循环烟气提供氧气补给。

10.一种采用如权利要求1～9中任一项所述装置的烧结烟气循环联合脱硫除尘脱硝一体化方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)脱硫反应，包括：

烧结机主烟道内的烟气在脱硫反应装置中完成脱硫处理；

(2)除尘和第一次脱硝反应、第二次脱硝反应，包括：

脱硫反应后的烟气在除尘脱硝单元中同时完成除尘处理和第一次脱硝处理，在第二脱硝单元中完成第二次脱硝处理；

(3)烟气外排，包括：

经过所述第二次脱硝处理后的烟气降温后，由烟囱排出。

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