CN114413641B - 一种球团烟气循环及余热利用工艺及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种球团烟气循环及余热利用工艺及其系统，涉及烟气治理技术领域。该系统包括链篦机、回转窑和环冷机以及连接各部分的管道，本发明在不改变现有工艺的基础上，增设烟气循环装置和智能调控设备，工艺简单，既能够保证生产系统温度、风量、风压等参数稳定，又能充分利用中低温烟气组分和余热，实现废气零外排，节能减排。

Description

一种球团烟气循环及余热利用工艺及其系统
技术领域
本发明涉及烟气治理技术领域，特别是涉及一种球团烟气循环及余热利用工艺及其系统。
背景技术
球团矿作为高炉炼铁的重要炉料，具有强度高、冶金性能好等诸多优点，且球团工艺相比于烧结工艺，其能耗和污染负荷更低，而且球团更适宜于以精矿为主的铁矿资源状况，因此，球团是一种鼓励发展的铁矿造块技术。随着钢铁行业的发展，球团矿的产量也呈逐年增加的趋势。
球团的生产工艺有多种，目前主要的几种球团焙烧方法包括竖炉焙烧球团、带式焙烧机焙烧球团、链箅机-回转窑焙烧球团。竖炉球团的技术采用最早，但由于这种方法本身固有球团质量不均匀、对原料适应性差、难于大规模生产的缺点而发展缓慢。目前我国球团生产以链篦机-回转窑工艺为主，其产量占球团总产量的60％以上。链篦机-回转窑球团技术是采用链篦机干燥、预热生球，回转窑固结、焙烧球团，环冷机上冷却成品球团的一种球团工艺。该技术生产的球团矿是一种优质的高炉原料，含铁品位高，冶金性能好，适合较长时间贮存和远距离运输等商品化优势。
但是球团生产过程中会排出颗粒物、SO2、NOx、CO2、CO、二噁英、氟化物、氯化物及重金属等污染物，烟气成分复杂，且污染物浓度波动大，烟气温度变化范围大，含氧量和含湿量都较高。采用链箅机-回转窑球团生过程产生的废气量较大，致使废气的治理成本较高，干燥段和预热一段的废气未被循环利用，且外排热废气的余热利用程度不够，鼓风干燥段和第四冷却段废气直接由烟囱排入大气，每生产1t球团矿预热一段带走的热量占外排废气的60％以上，同时每吨球团的废气排放量高达1500m3以上。造成烟气热量浪费，影响环境，导致浪费。目前对于烧结球团烟气的处理并不能达到预期理想，随着大气污染物排放标准及钢铁行业污染物超低排放标准的愈加严格，亟需对球团焙烧烟气进行治理。为节能减排，必须从链篦机-回转窑球团生产工艺流程出发，同时利用系统自身的特点，实现球团生产的废气和余热利用。
CN101592443B公开一种球团生产装备余热内外循环综合回用方法及其热风流系统，主要用于链篦机-回转窑-环冷机球团生产工艺。通过环冷机高温球团余热内循环高效回收、链篦机高温篦床余热内循环高效回收、各装备之间余热外循环利用、链篦机预热干燥段热量循环回用和回转窑燃烧的煤粉预热，提高球团生产余热回收效率和余热利用效率。
C213747933U公开了一种链箅机-回转窑-环冷机球团烟气循环耦合处理系统，通过将链箅机过渡预热段特定的烟气进行循环，即根据过渡预热段后多个风箱内烟气中NOx的含量的不同，将多个风箱划分成前段风箱和后段风箱(根据物料的走向)，将NOx的含量高的后段风箱烟气循环至环冷一段。同时对预热段出来的废气进行非加温SCR脱硝处理。
CN213335588U公开了一种基于回转窑一次循环进风的球团烟气处理系统，通过将链箅机过渡预热段特定的烟气进行循环，同时对预热段出来的废气进行非加温SCR脱硝处理。还建立SNCR-SCR耦合脱硝数学模型的控制方法，通过在SNCR脱硝催化剂中添加复合添加剂或提供一种新的SNCR复合氨剂进行球团烟气的处理。
CN208742297U公开了一种链篦机—回转窑球团烟气脱硝装置，回转窑与链篦机连接，多管除尘器，脱硝反应器和耐热风机各两套，连接后分别位于链篦机的两侧。使用时将多管除尘器，脱硝反应器和耐热风机串联布置，集中对链篦机的预热2段风箱出口烟气进行脱硝处理。
CN112728954A公开了一种烧结-球团系统及的烧结-球团工艺的废气再利用系统,设置引风管将烧结工艺与球团工艺结合，对烟气进行综合利用。但该专利是将球团和烧结两个工序间的废气进行循环利用，需要跨工序，造成设备设置复杂。
CN101624647B公开了一种余热循环利用的球团焙烧生产工艺及其系统，该工艺包括生球干燥和预热、生球焙烧以及高温球团冷却三个阶段，其中高温球团冷却阶段中的第三冷却段排出的气流被引入生球干燥和预热阶段中的鼓风干燥段作为热源；其系统包括依次连接的链篦机、回转窑和环冷机，其中环冷机包括第一冷却段、第二冷却段和第三冷却段，第三冷却段的烟罩通过多管除尘器和抽风机与鼓风干燥段的风箱气路连接。此工艺及其系统，充分利用热能，并减小废气对环境的影响。
CN207991270U公开了一种链箅机热风系统，将预热Ⅱ段分为前预热Ⅱ段和后预热Ⅱ段，前预热Ⅱ段内的混合热烟气通过热风管道Ⅰ送至抽风干燥段，后预热Ⅱ段内的混合热烟气通过热风管道Ⅱ送至所述的预热Ⅰ段，环冷机Ⅲ段通过热风管道Ⅲ与鼓风干燥段的风箱相连接，环冷机Ⅲ段通过热风管道Ⅳ与鼓风干燥段的上罩相连接，在环冷机Ⅱ段和环冷机Ⅲ段之间的隔墙上设有两个导流孔。合理利用链箅机自身的热量加以循环利用，即减少了系统兑冷风量，又可以对预热Ⅰ段进行有效的补热，既减少了管道加热炉燃料的消耗量又减低了由于燃烧而产生的有害气体的排放。
综合来看，目前在链篦机-回转窑-环冷机球团工艺过程中，已出现各种的废气排放和NOx净化装置，但是链篦机-回转窑-环冷机球团自身工艺中链篦机的抽风干燥和预热干燥段的废气进行利用时均需要对现有工艺或设备进行改动，成本高且较为复杂。同时，鼓风干燥段、环冷四段的废气等中低温段废气未被利用，进行无组织排放，既有污染风险，又浪费能源。
发明内容
本发明的目的是提供一种球团烟气循环及余热利用工艺及其系统，以解决上述现有技术存在的问题，在不改变现有工艺的基础上，增设烟气循环装置和智能调控设备，工艺简单，既能够保证生产系统温度、风量、风压等参数稳定，又能充分利用中低温烟气组分和余热，实现废气零外排，节能减排。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种球团烟气循环及余热利用系统，包括链篦机、回转窑和环冷机；根据球团进料方向，所述链篦机依次包括鼓风干燥段、抽风干燥段、预热一段和预热二段，所述环冷机依次包括环冷一段、环冷二段、环冷三段和环冷四段，所述回转窑的首端连接所述链篦机的预热二段，所述回转窑的尾端连接所述环冷机的环冷一段；
所述环冷机的环冷一段的出风口经由管道连接至回转窑的进风口，所述回转窑的出风口经由管道连接至链篦机的预热二段的进风口，所述链篦机的预热二段的出风口经过管道连接至链篦机的抽风干燥段的进风口；
所述环冷机的环冷二段的出风口经由管道连接至链篦机的预热一段的进风口；
所述环冷机的环冷三段的出风口经由管道分别连接至链篦机的鼓风干燥段和抽风干燥段的进风口；
所述链篦机的抽风干燥段和预热一段的出风口经由管道连接至环冷机的环冷三段的进风口；
所述链篦机鼓风干燥段的出风口经由管道连接至环冷机的环冷四段的进风口；
所述环冷机的环冷四段的出风口经由管道分别连接至环冷机的环冷一段和环冷二段的进风口。
进一步地，所述鼓风干燥段与所述环冷四段的管道中、所述抽风干燥段和预热一段与所述环冷三段的管道中、所述环冷四段与环冷一段和环冷二段的管道中设置有烟气排放连续监测系统CEMS和风量调节阀。
烟气排放连续监测系统CEMS可检测气体温度，流量、风压、浓度组成等参数信息，并将检测信号直接连入电脑控制程序，可根据工况条件进行判断，智能调节阀门开度，确保工艺运行时各段气体温度、流量、风压稳定。如环冷二段温度高于正常数值，则程序会自动减小环冷四段循环风的阀门开度，增加冷风输入量以达到温度控制的目的。工况变化时可随时通过风箱和阀门调节至较稳定的状态后进行循环。
排烟气通过风量调节阀，智能调控循环风量和比例，可维持根据球团生产工艺各工段所需气体风量温度浓度的稳定。
所述环冷三段与鼓风干燥段和抽风干燥段的管道中设置有风量调节阀。
进一步地，所述鼓风干燥段与所述环冷四段之间还设置有除尘设备。
所述抽风干燥段、预热一段与所述环冷三段之间还设置有除尘设备。
所述除尘设备为旋风除尘器、布袋除尘器或电袋除尘器中的一种或至少两种的组合。
进一步地，所述抽风干燥段、预热一段通入所述环冷三段的管道中还设置有脱硫及脱硝装置。
所述脱硫装置为循环流化床半干法脱硫装置、SDA脱硫装置或湿法脱硫装置中的一种或至少两种的组合；所述脱硝系统可采用SCR脱硝、低温臭氧氧化脱硝等多种方式进行灵活配置。
进一步地，所述预热二段的顶部或进气管道中还设置有SNCR处理系统。
进一步地，所述抽风干燥段和环冷三段中设置有SCR装置处理系统，可不添加催化剂利用球团矿中的Fe物种进行NOx的部分去除。
本发明还提供一种球团烟气循环及余热利用工艺，利用所述的球团烟气循环及余热利用系统进行。
进一步地，所述鼓风干燥段50％-100％的烟气经除尘后，引入所述环冷四段；所述环冷四段烟气通入所述环冷一段和环冷二段的比例为0:1-1:0。
环冷段一般是将空气分别抽送至环冷段对球团矿进行冷却，鼓风干燥段烟气污染物较少，温度较低，可经除尘后引入环冷四段作为冷风冷却球团矿，引入比例可优选为50％-100％，减少了空气的使用；而环冷四段这部分烟气由于温度较低，一般是直接外排入大气，热量也直接耗散。本发明中，将环冷四段的废气分别引入至环冷一段和环冷二段作为冷却风，引入比例可在0:1-1:0之间，可减少该工艺系统的废气排放和能量耗散，而且能提高环冷一段和环冷二段的烟气温度，由于环冷一段烟气会进入回转窑，有利于球团矿的焙烧结晶，可提高球团强度。而环冷二段烟气会进入预热一段提高预热温度，有利于生球团的预热，可提高球团强度。抽风干燥段和预热一段烟气占总烟气的60％以上，其净化后的烟气可引入环冷三段作为冷却风，环冷三段出气进入鼓风干燥和抽风干燥段进气的比例可根据工况需要进行调节；抽风干燥段的气源来自于预热二段，但是由于预热二段温度较高，一般需兑入冷风进行调节；本发明中将环冷三段的出气代替冷风引入抽风干燥段，节约了冷风使用并充分利用环冷三段气体的热量，适当提高了抽风干燥段的温度，利于生球团中水分的蒸发，同时提高抽风干燥段和预热一段混合烟气温度，减少后续SCR脱硝系统的补热。
进一步地，所述鼓风干燥段除尘后的烟气温度为80-150℃，如110℃、120℃、130℃、150℃；所述抽风干燥段和预热一段硫脱硝后的烟气温度为100-200℃，如120℃、130℃、150℃、160℃、180℃；所述环冷四段引入所述环冷一段和环冷二段的烟气温度为100-200℃，如120℃、130℃、150℃、160℃；所述环冷三段进入所述鼓风干燥和抽风干燥段的烟气温度为250-350℃，如250℃、280℃、300℃、320℃、350℃。
进一步地，所述鼓风干燥段除尘后的烟气中氧气含量为17-20％，可为17％、17.5％、17.8％、18％、19％等；所述抽风干燥段和预热一段硫脱硝后的烟气中氧气含量为12-18％，可为17％、17.5％、17.8％、18％等；所述环冷三段进入所述鼓风干燥和抽风干燥段的烟气中氧气含量为17-20％；所述环冷四段引入所述环冷一段和环冷二段的烟气中氧气含量为17-20％，可为17％、17.5％、17.8％、18％、19％等。
当循环烟气的温度高于目标温度时，可在链篦机和环冷机单元设置余热回收装置，将多余热量回收后再进行处理或循环。
本发明公开了以下技术效果：
本发明将鼓风干燥段烟气经除尘后引入环冷四段；抽风干燥段和预热一段的脱硫脱硝后的净烟气(氧含量高)输送至环冷三段，环冷三段的出气分别引入鼓风干燥段和抽风干燥段进行循环利用，环冷四段的烟气引入环冷一段或环冷二段作为兑风进行循环利用。烟气管路中设置烟气排放连续监测系统CEMS和风量调节阀，可根据实际工况智能调节循环烟气流量，保持系统风量风压的稳定。采用该系统可实现球团生产过程烟气量减排，并提升干燥预热段温度，提高球团质量和烟气温度，减少后续脱硫脱硝过程能量输入，烟气在其生产过程中的循环利用，充分利用其余热及气体组成，大幅减小环冷段空气输入和废气对环境的影响排放，提高球团质量并降低能耗。
本发明充分考虑了球团生产工艺特征，对现有工艺抽风干燥段和预热一段的外排烟气在环冷三段进行充分有效地循环利用，替代冷风对球团进行冷却，减少了该工艺的冷风输入量和能耗，同时对应的球团废气外排处理系统的处理量降低50％以上。
对鼓风干燥段和环冷四温段废气进行环冷段内部循环利用，可提高进入回转窑的热风气体温度和流量，降低回转窑火焰温度，减少热力型NOx的产生量；同时可提高预热段和焙烧段的温度，进而提高生球团干燥程度和干燥强度，避免热量浪费，减少了废气排放和环境污染；抽风干燥段和预热一段烟气温度提高，若在抽风干燥段加设SCR装置则无需提供额外热量对其加热，即可达到SCR脱硝适合的温度范围，节省能耗。
环冷三段烟气部分进入抽风干燥段减少了冷风的兑入量，可减少工艺系统的能量输入。
本发明在目前现有工艺设备的基础上，增设烟气循环装置和智能调控设备，实现球团工艺内部的废气和热量循环利用，实现了外排烟气的全利用并大幅降低系统所需冷风量。本发明工艺简单、投资小，同时避免了设备改造或跨工序导致的设备浪费、管线浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1球团烟气循环及余热利用系统的结构示意图；
其中：1.1鼓风干燥段，1.2抽风干燥段，1.3预热一段，1.4预热二段，2回转窑，3.1环冷一段，3.2环冷二段，3.3环冷三段，3.4环冷四段。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
本发明实施例的一种球团烟气循环及余热利用系统结构示意图如图1所示。该系统包括链篦机、回转窑和环冷机；根据球团进料方向，链篦机依次包括鼓风干燥段1.1、抽风干燥段1.2、预热一段1.3和预热二段1.4，环冷机依次包括环冷一段3.1、环冷二段3.2、环冷三段3.3和环冷四段3.4，回转窑2的首端连接链篦机的预热二段1.4，回转窑2的尾端连接环冷机的环冷一段3.1；
环冷机的环冷一段3.1的出风口经由管道连接至回转窑2的进风口，回转窑2的出风口经由管道连接至链篦机的预热二段1.4的进风口，链篦机的预热二段1.4的出风口经过管道连接至链篦机的抽风干燥段1.2的进风口；
环冷机的环冷二段3.2的出风口经由管道连接至链篦机的预热一段1.3的进风口；
环冷机的环冷三段3.3的出风口经由管道分别连接至链篦机的鼓风干燥段1.1和抽风干燥段1.2的进风口；
链篦机的抽风干燥段1.2和预热一段1.3的出风口经由管道连接至环冷机的环冷三段3.3的进风口；
链篦机鼓风干燥段1.1的出风口经由管道连接至环冷机的环冷四段3.4的进风口；
环冷机的环冷四段3.4的出风口经由管道分别连接至环冷机的环冷一段3.1和环冷二段3.2的进风口。
鼓风干燥段1.1与环冷四段3.4的管道中、抽风干燥段1.2和预热一段1.3与环冷三段3.3的管道中、环冷四段3.4与环冷一段3.1和环冷二段3.2的管道中设置有烟气排放连续监测系统CEMS和风量调节阀。
鼓风干燥段1.1与环冷四段3.4之间还设置有除尘设备。除尘设备为旋风除尘器。
抽风干燥段1.2、预热一段1.3通入环冷三段3.3的管道中还设置有脱硫及脱硝装置。脱硫装置为循环流化床半干法脱硫装置；脱硝系统为SCR脱硝。
预热二段1.4的顶部设置有SNCR处理系统。
球团烟气循环及余热利用工艺基于上述系统进行，鼓风干燥段1.1烟气经除尘后引入环冷四段3.4；抽风干燥段1.2和预热一段1.3硫脱硝后的净烟气(氧含量高)作为环冷三段3.3进气，环冷三段3.3出气作为鼓风干燥段1.1和抽风干燥段1.2进气，环冷四段3.4的烟气引入环冷一段3.1和环冷二段3.2作为兑风。
链篦机工作时鼓风干燥段的烟气温度范围为200-300℃，抽风干燥的烟气温度范围为300-400℃，预热一段烟气温度范围为550-650℃，预热二段烟气温度范围为900-1000℃，回转窑焙烧温度为1250-1350℃，环冷一段1100℃，环冷二段850℃，环冷三段350℃，环冷四段180℃以下，根据工况条件，可有波动。氧含量在14-21％范围内。
鼓风干燥段1.1的50％-100％烟气经除尘后，引入环冷四段3.4；抽风干燥段1.2和预热一段1.3脱硫脱硝后的净烟气的比例为10-100％，即0.1:1-1:0；环冷四段3.4引入环冷一段3.1和环冷二段3.2的风量比例为0-100％，即0:1-1:0。
鼓风干燥段1.1烟气经除尘后温度为80-150℃；抽风干燥段1.2和预热一段1.3硫脱硝后的净烟气温度为100-200℃；环冷三段3.3出气进入鼓风干燥段1.1和抽风干燥段1.2进气温度为250-350℃；环冷四段3.4引入环冷一段3.1和环冷二段3.2的废气温度100-200℃。
鼓风干燥段1.1烟气经除尘后O2含量为17-20％；抽风干燥段1.2和预热一段1.3脱硫脱硝后的净烟气(SO2：35mg/Nm3、NOx：50mg/Nm3、颗粒物：10mg/Nm3)的O2含量为12-18％；环冷三段3.3出气O2含量为17-20％；环冷四段3.4引入环冷一段3.1和环冷二段3.2的废气O2含量为17-20％。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种球团烟气循环及余热利用工艺，其特征在于，利用球团烟气循环及余热利用系统进行；
所述球团烟气循环及余热利用系统包括链篦机、回转窑和环冷机；根据球团进料方向，所述链篦机依次包括鼓风干燥段、抽风干燥段、预热一段和预热二段，所述环冷机依次包括环冷一段、环冷二段、环冷三段和环冷四段，所述回转窑的首端连接所述链篦机的预热二段，所述回转窑的尾端连接所述环冷机的环冷一段；
所述环冷机的环冷一段的出风口经由管道连接至回转窑的进风口，所述回转窑的出风口经由管道连接至链篦机的预热二段的进风口，所述链篦机的预热二段的出风口经过管道连接至链篦机的抽风干燥段的进风口；
所述环冷机的环冷二段的出风口经由管道连接至链篦机的预热一段的进风口；
所述环冷机的环冷三段的出风口经由管道分别连接至链篦机的鼓风干燥段和抽风干燥段的进风口；
所述链篦机的抽风干燥段和预热一段的出风口经由管道连接至环冷机的环冷三段的进风口；
所述链篦机鼓风干燥段的出风口经由管道连接至环冷机的环冷四段的进风口；
所述环冷机的环冷四段的出风口经由管道分别连接至环冷机的环冷一段和环冷二段的进风口；
所述鼓风干燥段与所述环冷四段的管道中、所述抽风干燥段和预热一段与所述环冷三段的管道中、所述环冷四段与环冷一段和环冷二段的管道中设置有烟气排放连续监测系统和调节阀；
所述鼓风干燥段50％-100％的烟气经除尘后，引入所述环冷四段；所述环冷四段烟气通入所述环冷一段和环冷二段的比例为0:1-1:0；
所述鼓风干燥段除尘后的烟气温度为80-150℃；所述抽风干燥段和预热一段硫脱硝后的烟气温度为100-200℃；所述环冷四段引入所述环冷一段和环冷二段的烟气温度为100-200℃；所述环冷三段进入所述鼓风干燥和抽风干燥段的烟气温度为250-350℃；
所述鼓风干燥段除尘后的烟气中氧气含量为17-20％；所述抽风干燥段和预热一段硫脱硝后的烟气中氧气含量为12-18％；所述环冷三段进入所述鼓风干燥和抽风干燥段的烟气中氧气含量为17-20％；所述环冷四段引入所述环冷一段和环冷二段的烟气中氧气含量为17-20％；
所述鼓风干燥段与所述环冷四段之间还设置有除尘设备；
所述抽风干燥段、预热一段通入所述环冷三段的管道中还设置有脱硫及脱硝装置；
所述预热二段的顶部或进气管道中还设置有SNCR处理系统；
所述抽风干燥段和环冷三段中设置有SCR装置处理系统。
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