CN114262763B - 基于热能回收的炼钢转炉烟气净化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及烟气净化技术领域，具体为一种基于热能回收的炼钢转炉烟气净化系统，包括依次通过管道连通的换热锅炉、布袋除尘器、电除尘器、第一生物膜填料塔、第二生物膜填料塔；所述第一生物膜填料塔内装填有第一生物膜填料；所述第二生物膜填料塔内装填有第二生物膜填料，本发明炼钢转炉烟气净化系统对于转炉烟气具有良好的净化效果，SO2净化效率接近100％，NOx净化效率最高达到87％，净化后转炉烟气中SO2、NOx含量均小于100mg/m3，达到排放标准。

Description

基于热能回收的炼钢转炉烟气净化系统
技术领域
本发明涉及烟气净化技术领域，具体为一种基于热能回收的炼钢转炉烟气净化系统。
背景技术
铁矿石是炼钢的主要原料。炼钢生产时利用铁矿石、燃料(焦炭，有时辅以喷吹重油、煤粉、天然气等)及其他辅助原料，经过加热、分解、还原、造渣、脱硫等反应，生产出成品铁水和炉渣、煤气两种副产品。
炼钢转炉吹炼过程中会排出大量的烟气，主要是炉气和烟尘的混合物，主要成分是二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及微量的其他高温气体和烟尘，烟气的温度较高，直接排放污染危害比较大，会对大气造成严重污染，目前虽然钢厂排放时都会对转炉烟气进行净化处理，但是效果并不太理想。
发明内容
发明目的：针对上述技术问题，本发明提供了一种基于热能回收的炼钢转炉烟气净化系统。
所采用的技术方案如下：
一种基于热能回收的炼钢转炉烟气净化系统，包括依次通过管道连通的换热锅炉、布袋除尘器、电除尘器、第一生物膜填料塔、第二生物膜填料塔；
所述第一生物膜填料塔内装填有第一生物膜填料；
所述第二生物膜填料塔内装填有第二生物膜填料；
所述第一生物膜填料塔顶部设有第一喷头，所述第一喷头通过管道与第一循环泵、第一储液罐连通，所述第一储液罐通过管道与所述第一生物膜填料塔底部相连通；
所述第二生物膜填料塔顶部设有第二喷头，所述第二喷头通过管道与第二循环泵、第二储液罐连通，所述第二储液罐通过管道与所述第二生物膜填料塔底部相连通。
进一步地，所述第一生物膜填料的制备方法如下：
将第一填料载体装填入所述第一生物膜填料塔内，将活性污泥混合液装入所述第一储液罐中，开启第一循环泵，活性污泥混合液经所述第一喷头喷洒与第一填料载体接触，活性污泥混合液喷淋量为8-10L/h，10-15d后将活性污泥混合液替换为营养液继续喷洒，营养液喷淋量为1.5-2L/h，温度为25-30℃，并将炼钢转炉烟气用空气稀释20-30倍后通入，3-5d后将炼钢转炉烟气用空气稀释5-8倍后通入，3-5d后直接通入炼钢转炉烟气3-5d即可。
进一步地，所述活性污泥混合液由以下成分组成：
Na2SO4 1-1.5g/L、K2HPO4 2-2.5g/L、Ca(NO3)2 0.01-0.05g/L、NaCl 0.2-0.5g/L、NaHCO3 0.2-0.5g/L、MgSO4·7H2O 0.2-0.5g/L、NaAc·3H20 2-2.5g/L、活性污泥2-4g/L、余量为水。
进一步地，所述第二生物膜填料的制备方法如下：
将第二填料载体装填入所述第二生物膜填料塔内，将复合菌液装入所述第二储液罐中，开启第二循环泵，复合菌液经所述第二喷头喷洒与第二填料载体接触，复合菌液喷淋量为4-5L/h，10-15d后将复合菌液替换为营养液继续喷洒，营养液喷淋量为1.5-2L/h，温度为25-30℃，并将炼钢转炉烟气用空气稀释20-30倍后通入，3-5d后将炼钢转炉烟气用空气稀释5-8倍后通入，3-5d后直接通入炼钢转炉烟气3-5d即可。
进一步地，所述复合菌液由以下成分组成：
Na2SO4 1-1.5g/L、K2HPO4 2-2.5g/L、Ca(NO3)2 0.01-0.05g/L、NaCl 0.2-0.5g/L、NaHCO3 0.2-0.5g/L、MgSO4·7H2O 0.2-0.5g/L、NaAc·3H20 2-2.5g/L、氧化硫硫杆菌7-8×106cfu/L、丛生丝孢酵母菌2-4×108cfu/L、恶臭假单胞菌1-1.5×108cfu/L、余量为水。
进一步地，所述营养液由以下成分组成：
Na2SO4 1-1.5g/L、K2HPO4 2-2.5g/L、Ca(NO3)2 0.01-0.05g/L、NaCl 0.2-0.5g/L、NaHCO3 0.2-0.5g/L、MgSO4·7H2O 0.2-0.5g/L、NaAc·3H20 2-2.5g/L、La(NO3)3 0.01-0.05g/L、Y(NO3)3·6H2O 0.01-0.05g/L、余量为水。
进一步地，所述第一填料载体、第二填料载体相同或不同，为陶粒、活性炭、麦饭石、沸石、矿渣、硅藻土中的任意一种；
所述第一填料载体、第二填料载体均经过活化处理，所述活化处理方法如下：
将第一填料载体或第二填料载体用浓硝酸浸泡后水洗至中性再与瓜尔胶、水混合均匀后，搅拌减压蒸馏除水，再于惰性气体保护下800-1000℃焙烧80-150min后研磨即可。
进一步地，所述换热锅炉与所述布袋除尘器之间还设有预热器，水经过除氧器和预热器后进入换热锅炉内被加热成水蒸汽。
进一步地，所述第一储液罐和第二储液罐上分别设有第一保温套筒和第二保温套筒，水蒸汽通过管道分别进入所述第一保温套筒和第二保温套筒中对所述第一储液罐和第二储液罐进行加热或保温。
进一步地，所述第二生物膜填料塔的顶部设有除雾器。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种基于热能回收的炼钢转炉烟气净化系统，可以将烟气中的热能回收后提供给营养液，使营养液喷洒时保持一定的温度，这既提升了生物膜填料对烟气中SO2和NOx的净化效率，也节省了能源，尤其适合北方地区钢厂使用，而且相对传统的单塔式脱硫脱氮烟气净化系统，本发明采用双塔串联式生物净化，提高了脱硫脱氮的脱氮效率，而且对填料载体进行活化处理，提高了微生物的挂膜效率，也为微生物提供了较好的生长环境，进一步提高了脱硫脱氮的效率，此外，发明人对营养液组分进行调整，既满足了微生物生长的营养成分需求，而且对塔内生物膜中的脱硫细菌和脱氮细菌都存在一定的刺激作用，强化了它们脱硫脱氮的效率，本发明炼钢转炉烟气净化系统对于转炉烟气具有良好的净化效果，SO2净化效率接近100％，NOx净化效率最高达到87％，净化后转炉烟气中SO2、NOx含量均小于100mg/m3，达到排放标准。
附图说明
图1为本发明实施例1中炼钢转炉烟气净化系统的结构示意图；
图中标号分别代表：
1-换热锅炉、2-预热器、3-除氧器、4-布袋除尘器、5-电除尘器、6-第一生物膜填料、7-第一生物膜填料塔、8-第一喷头、9-第一储液罐、10-第一保温套筒、11-第一循环泵、12-第二喷头、13-除雾器、14-第二生物膜填料塔、15-第二生物膜填料、16-第二储液罐、17-第二循环泵、18-第二保温套筒。
具体实施方式
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
参考图1，一种基于热能回收的炼钢转炉烟气净化系统，包括依次通过管道连通的换热锅炉(1)、预热器(2)、布袋除尘器(4)、电除尘器(5)、第一生物膜填料塔(7)、第二生物膜填料塔(14)，第一生物膜填料塔(7)内装填有第一生物膜填料(6)，第一生物膜填料(6)为两层，每层体积为16.36L，两层之间距离为35cm，第二生物膜填料塔(14)内装填有第二生物膜填料(15)，第二生物膜填料(15)也为两层，每层体积为16.36L，两层之间距离为35cm，第一生物膜填料塔(7)顶部设有第一喷头(8)，第一喷头(8)通过管道与第一循环泵(11)、第一储液罐(9)连通，第一储液罐(9)通过管道与第一生物膜填料塔(7)底部相连通，第二生物膜填料塔(14)顶部设有第二喷头(12)，第二喷头(12)通过管道与第二循环泵(17)、第二储液罐(16)连通，第二储液罐(16)通过管道与第二生物膜填料塔(14)底部相连通，水经过除氧器(3)和预热器(2)后进入换热锅炉(1)内被加热成水蒸汽，第一储液罐(9)和第二储液罐(16)上分别设有第一保温套筒(10)和第二保温套筒(18)，水蒸汽通过管道分别进入第一保温套筒(10)和第二保温套筒(18)中对第一储液罐(9)和第二储液罐(16)进行加热或保温，第二生物膜填料塔(14)的顶部设有除雾器(13)对烟气进行除雾后从第二生物膜填料塔(14)的顶部烟道排出。
其中，第一生物膜填料(6)的制备方法如下：
将硅藻土装填入第一生物膜填料塔(7)内，将活性污泥混合液装入第一储液罐(9)中，开启第一循环泵(11)，活性污泥混合液经第一喷头(8)喷洒与硅藻土接触，活性污泥混合液喷淋量为10L/h，15d后将活性污泥混合液替换为营养液继续喷洒，营养液喷淋量为1.8L/h，温度为28℃，并将炼钢转炉烟气用空气稀释30倍后通入，5d后将炼钢转炉烟气用空气稀释5倍后通入，5d后直接通入炼钢转炉烟气5d即可。
活性污泥混合液由以下成分组成：
Na2SO4 1.2g/L、K2HPO4 2.5g/L、Ca(NO3)2 0.05g/L、NaCl 0.4g/L、NaHCO3 0.2g/L、MgSO4·7H2O 0.2g/L、NaAc·3H20 2g/L、活性污泥4g/L、余量为水。
第二生物膜填料(15)的制备方法如下：
将硅藻土装填入第二生物膜填料塔(14)内，将复合菌液装入第二储液罐(16)中，开启第二循环泵(17)，复合菌液经第二喷头(12)喷洒与硅藻土接触，复合菌液喷淋量为4.5L/h，15d后将复合菌液替换为营养液继续喷洒，营养液喷淋量为1.8L/h，温度为28℃，将炼钢转炉烟气用空气稀释30倍后通入，5d后将炼钢转炉烟气用空气稀释8倍后通入，3-5d后直接通入炼钢转炉烟气5d即可。
复合菌液由以下成分组成：
Na2SO4 1.5g/L、K2HPO4 2.5g/L、Ca(NO3)2 0.05g/L、NaCl 0.5g/L、NaHCO3 0.5g/L、MgSO4·7H2O 0.5g/L、NaAc·3H20 2.5g/L、氧化硫硫杆菌7.3×106cfu/L、丛生丝孢酵母菌3.6×108cfu/L、恶臭假单胞菌1.2×108cfu/L、余量为水。
营养液由以下成分组成：
Na2SO4 1.5g/L、K2HPO4 2.5g/L、Ca(NO3)2 0.05g/L、NaCl 0.5g/L、NaHCO3 0.5g/L、MgSO4·7H2O 0.5g/L、NaAc·3H20 2.5g/L、La(NO3)3 0.05g/L、Y(NO3)3·6H2O 0.05g/L、余量为水。
上述硅藻土经过活化处理，活化处理方法如下：
将硅藻土用浓硝酸浸泡20min后滤出水洗至中性再与瓜尔胶、水按质量比30:1:100混合均匀，搅拌减压蒸馏除水，再于氮气保护下980℃焙烧120min后研磨即可。
本实施例中炼钢转炉烟气净化系统的运行流程如下：
炼钢转炉吹炼过程中排出的高温烟气经烟罩收集后通过管道进入换热锅炉(1)中，水经过除氧器(3)除氧后后进入换热锅炉(1)内，管道在换热锅炉(1)中呈螺旋状以便与换热锅炉(1)中的水充分换热，换热后的低温烟气进入预热器(2)，预热器(2)为套壳结构，可以通过延长或缩短预热器(2)的长度控制烟气降温的程度，冷水进入预热器(2)中与低温烟气逆向流动进行预热，同时烟气温度进一步下降后进入串联的布袋除尘器(4)、电除尘器(5)中进行除尘，除尘后的烟气再进入第一生物膜填料塔(7)中，由下而上运动与第一生物膜填料(6)及营养液充分接触进行一次净化，一次净化后的烟气进入第二生物膜填料塔(14)中与第二生物膜填料(15)及营养液充分接触进行二次净化，二次净化后的烟气经除雾器(13)除雾后从第二生物膜填料塔(14)的顶部烟道排出，第一生物膜填料塔(7)和第二生物膜填料塔(14)中的营养液自上而下流动可以被第一储液罐(9)、第二储液罐(16)回收循环使用，但是由于营养液中的营养元素被微生物利用，所以系统运行10-15d后要适当补充营养液，第一储液罐(9)、第二储液罐(16)还带有搅拌设备，可以搅拌使营养液成分均一，换热锅炉(1)生成的水蒸汽通过管道分别进入第一保温套筒(10)和第二保温套筒(18)中对第一储液罐(9)和第二储液罐(16)进行加热或保温，水蒸汽冷凝后的水通过管道再返回换热锅炉(1)中，本实施例中管道均设有阀门，通过控制阀门可以控制水蒸汽流量，从而使第一储液罐(9)、第二储液罐(16)保持恒定温度，烟气管道上设有气体流量计，水管道上设有液体流量计。
实施例2：
与实施例1基本相同，区别在于，将硅藻土用陶粒代替。
实施例3：
与实施例1基本相同，区别在于，将硅藻土用沸石代替。
实施例4：
与实施例1基本相同，区别在于，硅藻土不经过活化处理。
实施例5：
与实施例1基本相同，区别在于，营养液中不加入La(NO3)3、Y(NO3)3·6H2O。
实施例6：
与实施例1基本相同，区别在于，营养液温度为10℃。
性能测试：
使用实施例1-6中系统对炼钢转炉烟气净化进行净化，烟气流量为150L/h，烟气中SO2和NOx浓度分别为3850mg/m3、642mg/m3，烟气经过降温后进入第一生物膜填料塔时温度为23-25℃，在第二生物膜填料塔的顶部烟道处用烟气分析仪KM950对SO2和NOx浓度进行检测，结果如下表1所示：
表1：
Figure BDA0003426761490000081
由上表1可知，本发明炼钢转炉烟气净化系统对于转炉烟气具有良好的净化效果，SO2净化效率接近100％，NOx净化效率最高达到87％，净化后转炉烟气中SO2、NOx含量均小于100mg/m3，达到排放标准。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种基于热能回收的炼钢转炉烟气净化系统，其特征在于，包括依次通过管道连通的换热锅炉、布袋除尘器、电除尘器、第一生物膜填料塔、第二生物膜填料塔；
所述第一生物膜填料塔内装填有第一生物膜填料；
所述第二生物膜填料塔内装填有第二生物膜填料；
所述第一生物膜填料塔顶部设有第一喷头，所述第一喷头通过管道与第一循环泵、第一储液罐连通，所述第一储液罐通过管道与所述第一生物膜填料塔底部相连通；
所述第二生物膜填料塔顶部设有第二喷头，所述第二喷头通过管道与第二循环泵、第二储液罐连通，所述第二储液罐通过管道与所述第二生物膜填料塔底部相连通；
所述第一生物膜填料的制备方法如下：
将第一填料载体装填入所述第一生物膜填料塔内，将活性污泥混合液装入所述第一储液罐中，开启第一循环泵，活性污泥混合液经所述第一喷头喷洒与第一填料载体接触，活性污泥混合液喷淋量为8-10L/h，10-15d后将活性污泥混合液替换为营养液继续喷洒，营养液喷淋量为1.5-2L/h，温度为25-30℃，并将炼钢转炉烟气用空气稀释20-30倍后通入，3-5d后将炼钢转炉烟气用空气稀释5-8倍后通入，3-5d后直接通入炼钢转炉烟气3-5d即可；
所述活性污泥混合液由以下成分组成：
Na2SO4 1-1.5g/L、K2HPO4 2-2.5g/L、Ca(NO3)2 0.01-0.05g/L、NaCl 0.2-0.5g/L、NaHCO30.2-0.5g/L、MgSO4·7H2O 0.2-0.5g/L、NaAc·3H2O 2-2.5g/L、活性污泥2-4g/L、余量为水；
所述第二生物膜填料的制备方法如下：
将第二填料载体装填入所述第二生物膜填料塔内，将复合菌液装入所述第二储液罐中，开启第二循环泵，复合菌液经所述第二喷头喷洒与第二填料载体接触，复合菌液喷淋量为4-5L/h，10-15d后将复合菌液替换为营养液继续喷洒，营养液喷淋量为1.5-2L/h，温度为25-30℃，并将炼钢转炉烟气用空气稀释20-30倍后通入，3-5d后将炼钢转炉烟气用空气稀释5-8倍后通入，3-5d后直接通入炼钢转炉烟气3-5d即可；
所述复合菌液由以下成分组成：
Na2SO4 1-1.5g/L、K2HPO4 2-2.5g/L、Ca(NO3)2 0.01-0.05g/L、NaCl 0.2-0.5g/L、NaHCO30.2-0.5g/L、MgSO4·7H2O 0.2-0.5g/L、NaAc·3H2O 2-2.5g/L、氧化硫硫杆菌7-8×106cfu/L、丛生丝孢酵母菌2-4×108cfu/L、恶臭假单胞菌1-1.5×108cfu/L、余量为水；
所述第一填料载体、第二填料载体相同或不同，为陶粒、活性炭、麦饭石、沸石、矿渣、硅藻土中的任意一种；
所述第一填料载体、第二填料载体均经过活化处理，所述活化处理方法如下：
将第一填料载体或第二填料载体用浓硝酸浸泡后水洗至中性再与瓜尔胶、水混合均匀后，搅拌减压蒸馏除水，再于惰性气体保护下800-1000℃焙烧80-150min后研磨即可；
所述营养液由以下成分组成：
Na2SO4 1-1.5g/L、K2HPO4 2-2.5g/L、Ca(NO3)2 0.01-0.05g/L、NaCl 0.2-0.5g/L、NaHCO30.2-0.5g/L、MgSO4·7H2O 0.2-0.5g/L、NaAc·3H2O 2-2.5g/L、La(NO3)3 0.01-0.05g/L、Y(NO3)3·6H2O 0.01-0.05g/L、余量为水；
所述换热锅炉与所述布袋除尘器之间还设有预热器，水经过除氧器和预热器后进入换热锅炉内被加热成水蒸汽；
所述第一储液罐和第二储液罐上分别设有第一保温套筒和第二保温套筒，水蒸汽通过管道分别进入所述第一保温套筒和第二保温套筒中对所述第一储液罐和第二储液罐进行加热或保温；
所述第二生物膜填料塔的顶部设有除雾器。
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