燒結煙氣循環的燒結過程脫硝系統的製作方法

2023-05-21 05:47:01

本發明涉及環保領域的煙氣脫硝系統，具體的說是一種燒結煙氣循環的燒結過程脫硝系統。

背景技術：

為了減排燒結過程煙氣汙染物總量，燒結煙氣循環已作為一項重要的減排方案早已受到業界關注。如佐藤羲政等早在上世紀80年代就開展了燒結煙氣循環的研究，將燒結煙氣部分循環再次進入燒結機，可明顯減少了廢氣的排放量,可實現減排25-50％,具有重大的環境和社會效益。

隨著環保要求的日益嚴格，燒結煙氣循環再次成為當前研究的熱點。範振宇等研究了煙氣循環過程的溫度、氧氣體積分數、壓力等指標對燒結過程的影響，得出循環煙氣溫度、氧濃度及壓力平衡等是整個循環工藝成敗的關鍵。採用燒結煙氣循環技術，理論上循環煙氣的比例最高可達到50％，但綜合各方面的影響來看，比較適宜的比例為30％左右。

目前普遍推行的燒結煙氣循環技術方案為：

(1)採用頭尾風箱煙氣循環的模式；

(2)採用尾部風箱煙氣循環的模式；

(3)採用中部風箱煙氣循環的模式。

寧鋼與沙鋼工程中應用的是頭尾風箱煙氣循環方式。

2013年5月，寧鋼燒結煙氣循環系統的順利投運，開創了國內大型燒結機應用煙氣循環技術的先河，可實現燒結煙氣減排30％以上，燒結礦煤耗(全焦)減少2.56kg/t(礦)，每年取得節能效益達869萬元。繼寧鋼燒結之後，煙氣循環技術在國內得到了工業化推廣應用。

但目前開展的煙氣循環並未針對煙氣的性質進行分區、分質循環，節能及減排效果不明顯，以至於國內還未全面推廣應用。

通過對燒結機不同區域的煙氣進行跟蹤分析，燒結機不同區域其煙氣物性及組成區別較大，如圖1-1、圖1－2、圖2-1、圖2-2所示，在煙氣快速升溫段前期，如9、10號風箱以前(風箱編號按兩側連續編號，數字大的對應機頭，小的對應機尾)，煙氣溫度低，nox濃度高；快速升溫段後(9、10號風箱以後)，煙氣溫度高，nox濃度低。

另一方面，busca等以活性炭纖維為載體，研究了附著氧化鐵催化劑後，具有明顯的脫硝效果；larrubia等研究了γ-fe2o3和α-fe2o3的scr脫硝反應活性,kureti等研究了以zro2為載體的fe2o3催化劑的scr脫硝特性，研究表明，γ-fe2o3和α-fe2o3均有催化脫硝作用。針對此，本技術利用燒結礦中鐵系氧化物多組分協同催化作用，在燒結機中部的煙氣快速升溫段，向風箱內的噴入氨氣，利用煙氣中的粉塵富含鐵系氧化物多組分具有的脫硝催化作用，且溫度在300℃以上，實現了燒結粉塵及煙氣的高溫(脫硝溫度窗口)餘熱充分利用並同步脫硝的目的。同時，將快速升溫段前期的煙氣循環引到燒結機快速升溫段後段，再次進入燒結過程，既節省了脫硝設備的投資，還省去了外購脫硝催化劑。

技術實現要素：

本發明目的是為了解決上述技術問題，針對燒結機不同區域產生的煙氣汙染物濃度不同以及不同區域的燒結礦或燒結混合料層內不同的反應特性，提供一種系統簡單、不外購催化劑實現有效脫硝、可控性好、對環境友好、設備投資省、運行成本低，並能有效減排nox的燒結煙氣循環的燒結過程脫硝系統。

本發明系統包括燒結機，所述燒結機的臺車下方設有風箱，風箱底部的出口連通煙道管道，沿臺車行進方向燒結機依次分為點火段、機頭段、煙氣快速升溫段和機尾段4個區域；所述機尾段至煙氣快速升溫段區域下方的風箱內均裝有液氨噴嘴；所述煙氣管道包括主煙道和循環煙氣主煙道，所述機尾段和煙氣快速升溫段下方的風箱出口連通主煙道；所述機頭段下方的風箱出口經循環煙氣主煙道連通燒結機臺車上方的循環煙氣罩。

所述循環煙氣罩安裝在燒結機正上方，覆蓋燒結機機尾段和煙氣快速升溫段。

所述燒結機機尾段和煙氣快速升溫段區域風箱側壁上沿周向安裝至少一層液氨噴嘴。

所述機尾段和煙氣快速升溫段下方的風箱側壁上的液氨噴嘴噴出口傾斜向上，使液氨噴向臺車底部篦子上，使液氨噴出方向與煙氣流動方向相反，或兩方向的夾角大於90度。

所述主煙道經循環煙氣換熱器的管程或殼程連接靜電/布袋除塵器。

所述煙氣管道還包括有機頭點火段煙道，所述點火段下方的風箱經機頭點火段煙道連接靜電/布袋除塵器。

所述循環煙氣主煙道經循環煙氣除塵器、循環煙氣換熱器的殼程或管程連接循環煙氣罩。

發明人分析發現，燒結機不同區域產生的燒結煙氣溫度及煙氣中汙染物濃度均不同，機尾段燒結煙氣溫度＞200℃，nox濃度＜100mg/nm3；煙氣快速升溫段燒結煙氣溫度80－200℃，nox濃度＞100mg/nm3；機頭段燒結煙氣溫度＜80℃，nox濃度300mg/nm3以上；點火段燒結煙氣溫度＜80℃，nox濃度＜100mg/nm3，如果直接不經區別將所有燒結煙氣都送入煙氣管道內混合，存在以下不足：1)混合後主煙道內的煙塵溫度下降，影響較高溫度的燒結煙氣在主煙道行進中進一步還原脫硝反應；2)較高溫度的燒結煙氣餘熱未能回收利用，餘熱浪費；3)不利於煙氣的循環。據此將所述煙氣管道分為主煙道、循環煙氣主煙道和機頭點火段煙道，來自機尾段和煙氣快速升溫段的燒結煙氣溫度較高，因此可在下方的風箱中與液氨混合，創造出滿足脫硝反應的溫度、原料和催化劑條件，這部分煙氣不混入其它低溫煙氣直接送入主煙道，在後續主煙道內還可進一步發生脫硝反應；來自所述機頭段的燒結煙氣溫度低而nox濃度高，這部分煙氣脫硝處理時，需加熱升溫到脫硝溫度窗口，能耗高，還需外購脫硝催化劑，處理成本大，將這部分煙氣經對應的風箱收集後單獨通過循環煙氣主煙道引出，發明人巧妙地送入燒結機臺車上方的循環煙氣罩內，在高壓風機的抽力作用下再次進入燒結料層，參與燒結過程並還原脫硝後穿過臺車篦子再次進入風箱內；通過將循環煙氣罩安裝在燒結機正上方，覆蓋燒結機機尾段和煙氣快速升溫段，使這部分煙氣回送到產生的煙氣溫度最高的燒結機機尾段和煙氣快速升溫段區域，這樣的技術效果主要為：①機頭段高nox濃度的煙氣循環進入機尾段及煙氣快速升溫段，在穿過燒結料層時，該區域燒結料層富含有鐵系多氧化物，同時循環煙氣中氧氣濃度偏低(低於空氣中的氧氣濃度)，燒結過程形成的煙氣含有一定的還原氣體，循環煙氣穿過燒結料層時，在鐵系多氧化物的催化作用下對nox進行了脫除；②機頭段引出的循環煙氣的溼度比空氣的溼度大，循環煙氣穿過燒結料層時的阻力較空氣低，減少了氣體穿過燒結料層的阻力損失；③通過換熱器將機尾段和煙氣快速升溫段的煙氣與循環煙氣換熱，回收了煙氣的餘熱，降低了進後續靜電/布袋除塵器的煙氣溫度，節省了原煙氣處理系統中進入除塵器前需對燒結煙氣降溫所採用的補充室溫所增加的能耗；④燒結煙氣的部分循環減少了煙氣的外排量，降低了後續煙氣淨化系統的負荷；⑤向機尾段和煙氣快速升溫段區域對應的風箱內噴入液氨，充分利用該區域煙氣脫硝溫度窗口，在煙氣中顆粒物富含鐵系多氧化物的催化作用下進一步脫硝，節省脫硝的設備投資及脫硝催化劑的投入；⑥點火段燒結煙氣溫度較低，若直接混入主煙道的煙氣中會降低主煙道中煙氣溫度，不利於創造有利的脫硝環境，因此考慮將這部分燒結煙氣經下方的風箱收集後經機頭點火段煙道再和主煙道中的燒結煙氣混合後一起送入靜電/布袋除塵器除塵。通過將不同區域的煙氣根據其特點不同，進行煙氣分質處理正是本申請重要的發明點。

機尾段至煙氣快速升溫段區域下方的風箱內煙氣溫度較高(滿足脫硝的溫度反應條件)，且在風箱中的燒結煙氣含塵濃度也最高(含有大量鐵系氧化物)，燒結煙氣在風箱被收集時停留時間也較長，此時向風箱中噴入液氨，利用煙氣中的粉塵富含鐵系氧化物多組分具有的脫硝催化作用，且溫度在300℃左右，實現了燒結粉塵及煙氣的(脫硝溫度窗口)餘熱充分利用並同步脫硝的目的。並且由於風箱中的燒結煙氣是煙氣處理的第一步，在此處噴入液氨，即使不能完全消耗，還可以在後續主煙道輸送、後續除塵等過程中同步發生脫硝反應。

進一步的，風箱內的氨水噴嘴噴口出傾斜向上，其目的有三：(1)使液氨以及其汽化形成的氨氣與燒結煙氣逆向接觸，提高了氨氣與燒結煙氣的混合效果；(2)大部分液氨會噴向臺車底面的篦子上，而該區域燒結煙氣中含塵濃度高，且溫度正好在scr脫硝溫度窗口，脫硝效果最佳；(3)小部分液氨會穿過篦子間隙進入臺車底部的燒結礦底料中，直接在底料所含的鐵系氧化物的催化作用下與煙塵中的nox發生催化還原脫硝反應，進一步提高了脫硝效果。因此，優選所述氨水噴嘴位於所述風箱的上段，所述氨水噴嘴可以設一層或多層，每層均布多個，以保證氨液與燒結煙氣均勻混合。

有益效果：

(1)將燒結機不同區域的煙氣分別引入到不同的煙道進行不同處理，充分利用了燒結機機尾段及煙氣快速升溫段區域下方對應風箱內的煙塵溫度高，煙塵含塵量大，富含鐵系多氧化物，向風箱內噴入液氨，實現煙氣的在線脫硝，節省了scr脫硝時升溫室需補充的外界熱源和催化劑；

(2)機頭段高nox濃度的煙氣循環進入機尾段及煙氣快速升溫段，在穿過燒結料層時，該區域燒結料層富含有鐵系多氧化物，同時循環煙氣中氧氣濃度偏低(低於空氣中的氧氣濃度)，含有一定的還原氣體，循環煙氣穿過燒結料層時，在鐵系多氧化物的催化作用下對nox進行了脫除；

(3)機頭段引出的循環煙氣的溼度比空氣的溼度大，循環煙氣穿過燒結料層時的阻力較空氣低，減少了氣體穿過燒結料層的阻力損失；

(4)通過換熱器將機尾段和煙氣快速升溫段的煙氣與循環煙氣換熱，回收了較高溫度的煙氣餘熱，降低了後續靜電/布袋除塵器的煙氣溫度，節省了原系統採用補充空氣對燒結煙氣降溫所增加的動力消耗；

(5)燒結煙氣的部分循環再次進入燒結料層，減少了煙氣的外排量，降低了後續煙氣淨化系統的負荷；

(6)本發明系統在不外添催化劑的前提下達到有效脫硝的目的，充分利用系統餘熱，nox減排量70％，與傳統scr脫硝工藝相比，降低脫硝成本70％，脫硝設備投資可降低40％，具有廣闊的市場應用前景。

附圖說明

圖1－1：10-23號風箱煙氣中nox濃度分析表；

圖1－2：24-46號風箱煙氣中nox濃度分析表；

圖2－1：10-23號風箱煙氣中煙氣溫度分析表；

圖2－2：24-46號風箱煙氣中煙氣溫度分析表；

圖3為本發明系統圖。

其中，1－循環煙氣罩、2－燒結機、2.1－1臺車、3－燒結料層、3.1-底料、4－液氨噴嘴、5－液氨、6－風箱、7－主煙道、8－循環煙氣管道、9-循環煙氣風機、10-機頭點火段煙道、11-循環煙氣換熱器、12-循環煙氣除塵器、13－循環煙氣主煙道、14-靜電/布袋除塵器、15-高壓風機。

具體實施方式

參見圖1，本發明系統包括燒結機2，所述燒結機2的臺車2.1下方設有風箱6，風箱6底部的出口連通煙道管道，沿臺車行進方向燒結機依次分為點火段、機頭段、煙氣快速升溫段和機尾段4個區域，所述機尾段至煙氣快速升溫段區域下方的風箱6內均裝有液氨噴嘴4；所述煙氣管道包括主煙道7、循環煙氣主煙道13和機頭點火段煙道10，所述機尾段和煙氣快速升溫段下方的風箱6出口連通主煙道13，主煙道13的出口經循環煙氣換熱器11的管程或殼程連接靜電/布袋除塵器14；所述機頭段下方的風箱6出口經循環煙氣主煙道13經循環煙氣除塵器12、循環煙氣換熱器11的殼程或管程、循環煙氣管道8連通燒結機臺車2.1上方的循環煙氣罩1，所述循環煙氣罩1安裝在燒結機1正上方，覆蓋燒結機機尾段和煙氣快速升溫段。所述燒結機2的機尾段和煙氣快速升溫段區域下方風箱6側壁上沿周向安裝至少一層液氨噴嘴4，優選液氨噴嘴4噴出口傾斜向上，使液氨5噴向臺車2.1底部篦子上，使液氨噴出方向與煙氣流動方向相反，或兩方向的夾角大於90度。

以某鋼廠燒結機產生的燒結煙氣處理為例，混合煙氣(含點火段、機頭段、煙氣快速升溫段和機尾段4個區域)的nox含量為264mg/m3，煙氣溫度120－200℃，，採用本發明方法的步驟如下：

燒結煙氣在高壓風機的抽力作用下穿過燒結料層3、底料3.1、燒結機臺車2.1底部篦子、臺車2.1下方的風箱6進入煙氣管道，沿臺車2.1行進方向將燒結機1依次分為點火段、機頭段、煙氣快速升溫段和機尾段4個區域，點火段位於燒結機最前端，該區域佔1－2個風箱；機頭段位於點火段之後的燒結機前半部並延伸至燒結機中部，該區域佔燒結機總長度的35－45％；煙氣快速升溫段位於燒結機中部偏機尾方向，該區域佔2－4個風箱；機尾段位於燒結機的後半部，該區域佔燒結機總長度的35－45％；機尾段燒結煙氣溫度＞200℃，nox濃度＜100mg/nm3；煙氣快速升溫段燒結煙氣溫度80－200℃，nox濃度＞100mg/nm3；機頭段燒結煙氣溫度＜80℃，nox濃度300mg/nm3以上；點火段燒結煙氣溫度＜80℃，nox濃度＜100mg/nm3，，所述煙氣管道包括主煙道7、循環煙氣主煙道13和機頭點火段煙道10，來自所述機尾段和煙氣快速升溫段區域的燒結煙氣在風箱5內與經液氨噴嘴4噴入的液氨、以及液氨在高溫下汽化形成的氨氣混合，在燒結煙氣富含的鐵系多氧化物催化作用下發生脫硝還原反應後進入主煙道7，再經循環煙氣換熱器11換熱降溫後送入靜電/布袋除塵器14除塵，然後送入下一工序；來自所述機頭段的燒結煙氣經對應的風箱6收集後通過循環煙氣主煙道13送入循環煙氣除塵器12除塵，再經循環煙氣換熱器11與主煙道7的燒結煙氣間接換熱升溫後經循環煙氣管道8送入循環煙氣罩1，由於循環煙氣罩1安裝在燒結機2正上方，覆蓋燒結機機尾段和煙氣快速升溫段，因此該部分燒結煙氣會對應進入燒結機1的機尾段和煙氣快速升溫段，在該區域的燒結料層中富含的鐵系多氧化物的催化還原脫硝作用下，循環煙氣在穿過燒結料層時，其中的nox被還原；所述點火段的燒結煙氣被對應的風箱6收集後直接引出經機頭點火段煙道10和主煙道7內的煙氣一起進入後續靜電/布袋除塵器14內。

所述燒結機機尾段和煙氣快速升溫段區域下方的風箱6側壁上沿周向安裝至少一層傾斜向上的液氨噴嘴4，通過噴嘴噴入液氨進入風箱並汽化成氨氣與燒結煙氣混合，在燒結煙氣中富含鐵系多氧化物的催化作用下與煙氣中的nox發生脫硝反應。傾斜向上的液氨噴嘴4能使使液氨噴向臺車底部篦子上，使液氨噴出方向與燒結煙氣流動方向相反，或兩方向的夾角大於90度。優選噴入的液氨量按煙塵中的nox∶nh3＝1∶(1.0－1.05)的摩爾比噴入。

經處理後的燒結煙氣nox排放量減少70％。

採用上述脫硝工藝全程不使用催化劑，利用燒結料層及燒結煙氣中的顆粒物中含有鐵系多氧化物的脫硝催化活性，使氨與nox反應脫硝，減少脫硝設備投資，充分利用了系統餘熱，與傳統scr脫硝工藝相比，降低脫硝成本70％，降低脫硝設備投資40％。