CN101893384A - 烧结低温余热循环及排放废气减量的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烧结低温余热循环及排放废气减量的方法及其装置。该方法为将烧结机主烟道尾部风箱温度较高的烟气抽出，经除尘后，与从烧结冷却机引出的热废气进入混合器混合形成混合热废气，然后将混合热废气送至烧结机料层表面进行循环烧结。该装置包括与烧结机高温烟道相连的烧结机高温烟气循环管路、与烧结冷却机相连的烧结冷却机热废气循环管路和与烧结机风罩相连的总循环管路。采用本发明，不但可以显著减少烧结工艺产生的废气排放总量以及污染物排放量，而且能够回收烟气中的低温余热、节省烧结工艺能耗，具有较重大的节能减排价值。

Description

烧结低温余热循环及排放废气减量的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种烧结低温余热循环及排放废气减量的方法及其装置。

背景技术

铁矿石烧结生产过程中要产生大量废气，如一台495m²的烧结机正常生产时，排放的废气量高达每小时120万标准立方米(Nm³/h)以上。此外，烧结废气中含有多种复杂的环境污染物，如粉尘、SO₂、NO_X、重金属(如Cd、Hg、As、Pb等)、HCl、HF、挥发性有机污染物(VOC)、多环芳烃(PAHs)、二恶英类持久性有机污染物(POPs)等等。除提高粉尘排放控制标准外，新的《钢铁工业大气污染物排放标准》已经明确增加了烧结烟气中SO₂、NO_X及二恶英等污染物的排放控制标准。

烧结工序的能耗约占钢铁生产总能耗的10％，仅次于炼铁，是钢铁生产的第二耗能大户。烧结工序的能量消耗成为吨钢成本中重要组成部分，而我国目前烧结工序较国外先进水平平均高出约20千克标准煤/吨(kgce/t)，中小型钢铁厂的差距更大，高出约25kgce/t，国内各厂之间的差距也比较大。因此，我国烧结节能潜力巨大，实现烧结工序节能降耗，对降低钢铁生产的吨钢能耗，节约生产成本，具有深远的意义。烧结工序能耗包括固体燃料消耗、电力消耗、点火煤气消耗、动力(压缩空气、蒸汽、水等)消耗，其中，固体燃料消耗占75％～80％，电力消耗占13％～20％，点火消耗占5％～10％。因此降低固体燃料消耗，成为降低烧结工序能耗的主攻方向。

尚未得到有效利用的余热资源中，烧结低温余热是其中主要的一种。据烧结热平衡分析研究，烧结主排风机废气带走的物理热近占整个烧结工艺能耗的20～30％左右，冷却机(环式冷却机或带式冷却机)废气余热占烧结工序能耗的25％～36％。据统计，我国烧结工序余热利用率还不足30％。我国烧结工序余热利用仅限于冷却机废气余热，主要用于热风烧结、热风点火、热风保温、蒸汽锅炉、余热发电，而对于烧结机主烟道烟气余热回收利用国内还没有先例。对于烧结矿冷却机产生的热废气而言，除去热风烧结、热风点火、热风保温、蒸汽锅炉、余热发电等所用热风之外，热风还有大量剩余，还有大量100～200℃的冷却废气没能得到利用。

公开日为2007年8月29日的中国发明专利CN101024143C公开了一种烧结烟气循环富集脱硫的方法及装置。该方法是从烧结机烟道中取一部分烟气返回到烧结机上部的密封罩内进行循环，同时补充烧结机燃烧所需要的氧气，剩余部分烟气经脱硫处理后排放。该专利的目的在于通过烧结烟气循环使烟气中的SO₂达到富集，以便于烧结烟气脱硫，该专利未涉及废气余热利用，尤其是冷却机的低温废气余热利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是提供一种烧结低温余热循环及排放废气减量的方法，使得烧结低温余热得以循环利用，并能够减少烧结废气和污染物排放总量。

本发明所要解决的技术问题之二是提供一种烧结低温余热循环及排放废气减量的装置。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：

一种烧结低温余热循环及排放废气减量的方法是：将烧结机主烟道尾部风箱的烟气抽出，经除尘后，与从烧结冷却机引出的热废气进入混合器混合形成混合热废气，然后将混合热废气送至烧结机料层表面进行循环烧结。所述烧结冷却机为环式冷却机或带式冷却机。

进一步的，上述烧结低温余热循环及排放废气减量的方法，还包括通过补氧风机抽取氧气和/或空气送入混合器。

再进一步的，上述烧结低温余热循环及排放废气减量的方法，还包括通过辅助循环风机从烧结机与烟囱相连的排风烟道中抽取一部分烟气，进入烧结机的烧结机风罩，送至烧结机料层表面。

将烧结机尾部风箱(即烧透点位置前后风箱)的热废气(100～500℃)配合部分没有被利用的烧结冷却机低温废气(100～450℃)，循环回用到烧结机料床表面作为烧结工艺过程燃料燃烧、传热及传质所需的气体，实现低温余热利用和废气循环减量化烧结的目的。

因主烟道尾部几个温度较高的风箱的烟气含氧量12％～18％，温度100～500℃，含氧量较低，如果将其单独直接返回台车料面进行循环烧结，会因含氧量不足会对料层中的燃料(焦粉或煤粉)的燃烧造成不利影响，从而导致烧结生产率下降。为达到回收利用烧结主烟道废气余热和减少含多种污染物的主烟道废气排放总量的目的，同时减少冷却机热废气排放，本发明在采取主烟道烟气循环利用时，必须配合冷却机热废气(含氧量21％，温度100～450℃)，并在条件许可下配入氧气和/或空气，即对循环烟气进行富氧和/或补充氧气，使得循环烟气中的氧含量达到18％以上(18％～25％)。

上述烧结低温余热循环及排放废气减量的装置，包括与烧结机高温烟道相连的烧结机高温烟气循环管路、与烧结冷却机相连的烧结冷却机热废气循环管路和与烧结机风罩相连的总循环管路，所述烧结冷却机热废气循环管路上设置有废气风机，所述总循环管路上设置有混合器，所述烧结机高温烟气循环管路和所述烧结机高温烟气循环管路均与所述混合器相连。

进一步的，所述烧结机高温烟气循环管路上设置有除尘器和烟气风机。

进一步的，上述烧结低温余热循环及排放废气减量的装置，还包括与所述混合器相连的补氧风机。

再进一步的，上述烧结低温余热循环及排放废气减量的装置，还包括连接在烧结机排风烟道和烧结机风罩之间的辅助循环管路，所述辅助循环管路上设置有辅助循环风机。

烧结低温余热循环利用及排放废气减量的技术特点是基于一部分热废气被再次引入到烧结工艺过程的原理。热废气再次通过烧结料层时，因热交换和烧结料层的自动蓄热作用可以将废气的低温显热全部供给烧结混合料，与此同时热废气中的二恶英、PAHs、VOC等有机污染物在通过烧结料层中高达1300℃以上的烧结带时被激烈分解，NOx在通过高温烧结带时亦能够通过热分解被部分破坏，尽管二恶英、PAHs、VOC等有机污染物在烧结预热带又可能重新合成，但废气循环烧结仍然可以显著减少有机污染物的排放以及大幅度削减废气排放总量。

本发明可达到如下有益效果：

(1)显著节能，可降低工序能耗5％以上(约3kgce/t-s以上)；

(2)显著减少烧结排放的废气总量，可减少废气总量20％以上，十分有利于环境保护；

(3)应用于没有装备余热锅炉的烧结机，节能效果将更为显著，并可节省余热锅炉设备投资；

(4)废气总量的大幅度减少，可显著减轻烧结电除尘器的负荷，从而可显著改善烧结环境；

(5)废气循环可显著减少烟气中二恶英(PCDD/PCDF)、PAHs、VOC等有机污染物的排放；

(6)本废气/热风循环设备***，可实施富氧烧结技术，从而可以显著提高烧结生产率。

采用本发明不仅可以利用废气的低温余热，减少烧结过程的固体燃耗，还可以大幅度降低烧结烟气排放总量以及污染物排放总量，降低机头电除尘器和主抽风机负荷和温度，并有利于减少主抽风机磨损。

烧结废气循环利用不但可以显著减少烧结工艺产生的废气排放总量以及污染物排放量，而且能够回收烟气中的低温余热、节省烧结工艺能耗，具有较重大的节能减排价值。

附图说明

图1本发明实施例1烧结低温余热循环及排放废气减量的装置示意图；

图2本发明实施例2烧结低温余热循环及排放废气减量的装置示意图；

图3本发明实施例3烧结低温余热循环及排放废气减量的装置示意图；

图4本发明烧结废气温度与二恶英(PCDD/F)沿烧结机长度的变化规律图；

图5本发明烧结废气温度、NOx、SO₂等沿烧结机长度的变化规律图。

其中，图1、2、3中各附图标记的具体含义如下：

混料机101、烧结混合料槽102、点火炉103、烧结机台车104、烧结机风罩105、电除尘器106、排风烟道107、烧结机主排风机108、烧结机尾部风箱109、三通阀110、回引管道111、余热锅炉201、环冷机风罩202、环冷机风箱203、环冷机鼓风机204、环冷机台车205、烟囱3、高温烟道4、除尘器5、烟气风机6、废气风机7、混合器8、补氧风机9、辅助循环风机10。

具体实施方式

如图1、2或3所示，烧结机***包括混料机101、烧结混合料槽102、点火炉103、烧结机台车104、烧结机风罩105、电除尘器106、排风烟道107、烧结机主排风机108、烧结机尾部风箱109。

如图1、2或3所示，环冷机***包括余热锅炉201、环冷机风罩202、环冷机风箱203、环冷机鼓风机204、环冷机台车205。

实施例1：

如图1所示，在一台面积为132m²的烧结机上，(该烧结机配备1台主排风机，主排烟气量为469390Nm³/h)，将烧结机尾部风箱109中的较高温度烟气(100～450℃，100000Nm³/h)从高温烟道4抽取出，通过除尘器5和烟气风机6回引，与通过废气风机7抽取的来自环式冷却机的热废气(300000Nm³/h，150℃以上)进入混合器8进行混合后，进入烧结机的烧结机风罩105内，送至烧结机料层表面，实现废气循环烧结。

抽取烧结机尾部的烧结机风箱的烟气量为尾部风箱中烟气温度超过100℃以上的所有烟气，即将烟气温度大于100℃的废气全部循环，其烟气量约占烧结机主排风机总烟气量的10％～20％左右。

冷却机引出的热废气量与烧结机尾部风箱的烟气量之比，由混合废气中的含氧量和温度来确定，最终达到循环混合烟气中的氧含量18％以上，温度在100℃以上。

该实施例可以使烧结主排风机排放的废气总量减少10％～20％、环冷机废气排放量减少30％，每吨烧结矿可节能3.0～4.5kgce/t-s。

实施例2：

如图2所示，在一台面积为450m²的烧结机上，(该烧结机配备2台主排风机，每台风机烟气量为21000m³/min)，将烧结机尾部风箱109中温度较高的烟气集中到一个大烟道中，即从高温烟道4抽取出，通过电除尘器106和烧结机主排风机108回引，经过三通阀110后，再通过回引管道111，与通过补氧风机9抽取氧气、通过废气风机7抽取的来自环式冷却机的热废气三股气体共同进入混合器8进行混合后，进入烧结机的烧结机风罩105内，送至烧结机料层表面，实现废气循环烧结。利用三通阀110可以实现非常态时循环烟气向烟囱3的直接排放。

本发明中，利用2台主排风机中的1台作为回引风机，并利用原有的电除尘器，可充分利用原有的***设备，减少设备投资。通过补氧风机引入氧气，使循环烟气中富氧。富氧有利于提高烧结生产率。本实施例的情况是该钢铁厂的制氧机能力富余，氧气有富余，用于循环烧结既可以提高烧结生产率又可以解决氧气富余的问题。

该实施例可以使烧结主排风机排放的废气总量减少20％～50％、环冷机废气排放量减少30％，每吨烧结矿可节能3.5～5.0kgce/t-s，烧结生产率提高6％以上。

实施例3：

如图3所示，在一台面积为132m²的烧结机上(***配备1台主排风机)，从烧结机与烟囱3相连的排风烟道107通过辅助循环风机10抽取一部分烟气，进入烧结机的烧结机风罩105内，送至烧结机料层表面，形成辅助循环管路。

将烧结机风箱109尾部的较高温度烟气从高温烟道4抽取出，通过除尘器5和烟气风机6回引，与通过补氧风机9抽取氧气、通过废气风机7抽取的来自环式冷却机的热废气三股气体共同进入混合器8进行混合后，进入烧结机的烧结机风罩105内，送至烧结机料层表面，实现废气循环烧结。

该实施例可以使烧结主排风机排放的废气总量减少20％～40％，每吨烧结矿可节能3.0～4.5kgce/t-s。

在本发明中，烧结机尾部风箱(即烧透点位置前后)的烟气温度较高，超过100℃，其余风箱的烟气温度均低于80℃。烧结风箱废气中二恶英(PCDD/F)与废气温度沿烧结机长度的变化规律如图4所示，在烧透点位置附近，风箱废气温度达到最高点，与此同时PCDD/F的含量也最高，两者的变化规律一致。

NOx、SO₂与废气温度等沿烧结机长度的变化规律如图5所示。SO₂与废气温度沿烧结机长度的变化规律相类似，即在烧结尾部烧透点风箱达到最高。而NOx的变化则无此规律。

因此，本发明的烟气的抽取选择烧结机尾部风箱的烟气。

毫无疑问，本发明，还可以具有多种变换及改型，并不限于上述实施方式的具体实施例。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改形。

Claims (7)

1.烧结低温余热循环及排放废气减量的方法，其特征在于：将烧结机主烟道尾部风箱的烟气抽出，经除尘后，与从烧结冷却机引出的热废气进入混合器混合形成混合热废气，然后将混合热废气送至烧结机料层表面进行循环烧结。

2.如权利要求1所述的烧结低温余热循环及排放废气减量的方法，其特征在于：还包括通过补氧风机抽取氧气或/和空气送入混合器。

3.如权利要求2所述的烧结低温余热循环及排放废气减量的方法，其特征在于：还包括通过辅助循环风机从烧结机与烟囱相连的排风烟道中抽取一部分烟气，进入烧结机的烧结机风罩，送至烧结机料层表面。

4.烧结低温余热循环及排放废气减量的装置，其特征在于：包括与烧结机高温烟道相连的烧结机高温烟气循环管路、与烧结冷却机相连的烧结冷却机热废气循环管路和与烧结机风罩相连的总循环管路，所述烧结冷却机热废气循环管路上设置有废气风机，所述总循环管路上设置有混合器，所述烧结机高温烟气循环管路和所述烧结机高温烟气循环管路均与所述混合器相连。

5.如权利要求4所述的烧结低温余热循环及排放废气减量的装置，其特征在于：所述烧结机高温烟气循环管路上设置有除尘器和烟气风机。

6.如权利要求5所述的烧结低温余热循环及排放废气减量的装置，其特征在于：还包括与所述混合器相连的补氧风机。

7.如权利要求6所述的烧结低温余热循环及排放废气减量的装置，其特征在于：还包括连接在烧结机排风烟道和烧结机风罩之间的辅助循环管路，所述辅助循环管路上设置有辅助循环风机。

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