CN102242257A - 烟气循环和生物质能相结合的铁矿烧结方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种烟气循环和生物质能相结合的铁矿烧结方法，将位于烧结机尾、含污染物浓度高的烧结烟气循环到以生物质为燃料的烧结料层.。通过控制循环烟气的成分、温度和循环的方式，控制生物质燃料的性能和用量，使烟气循环和生物质能相结合的烧结传热行为、燃烧行为具有良好的匹配性，从而在保证烧结矿产量、质量指标的前提下，利用烟气循环减排二恶英、NOx、CO等有害气体以及应用生物质降低CO2、SOx、NOx产生，通过两者的协同减排作用，可实现COx零排放，粉尘、二恶英、NOx、SOx等的大幅减量化排放。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域的烧结行业，涉及一种烟气循环和生物质能相结合的铁矿烧结方法。
背景技术
钢铁行业是典型的高耗能、高污染产业，其节能减排对我国国民经济的可持续发展具有非常重要的现实意义。我国钢铁工业的炼铁***以烧结-高炉流程为主，烧结矿是高炉炼铁的主要炉料，在我国占75％左右。烧结生产的工序能耗为钢铁企业总能耗的9％-12％，仅次于炼铁工序而居第二位，而且我国烧结能耗指标比先进国家平均要高20Kgce/ts。且烧结过程排放的烟气含有粉尘、COx、SOx、NOx以及二恶英和呋喃等高致癌物质，还排放酸性气体、重金属和碱金属等多种污染物。由于其废气量大、污染物种类多，是钢铁工业中重要的大气污染源。
目前，我国钢铁企业烧结烟气污染物含量高，大多未能达到排放的标准，大部分污染物都需要减排。我国处理污染物的种类还比较单一，大多是单一的除尘工艺、脱硫工艺、脱硝工艺等，如要处理烟气中所有的污染物，将这些工艺简单叠加，则造成工艺流程冗长，处理技术复杂，设备占地面积大，投资高、运行成本高等诸多问题。虽然近年国家对污染物减排十分重视，但目前还缺乏技术经济效益好的减排技术。特别是随着环境对污染物减排的要求日益严格，不再是单纯要求粉尘、SOx等常规污染物的减排，NOx、二恶英、重金属等污染物减排也提上议事日程，因此，需要更为高效的减排技术。
发明内容
生物质能源有“生物矿”之称，是地球上最广泛存在的可再生绿色能源，由于生物质产生的CO2参与大气碳循环，加之其低氮、低硫的特点，应用生物质能源替代煤炭类化石燃料进行烧结可降低CO2、SOx及NOx产生；而烟气循环烧结可吸附或降解烟气中粉尘和二恶英、NOx和CO等有害气体，降低其排放。
烧结过程燃烧前沿和传热前沿速度协调同步是获得良好烧结效果的前提。以空气为介质和焦粉为燃料的普通烧结，其两个前沿速度具有良好的一致性。烟气循环烧结是抽入含多种成分的烟气替代部分空气，由于烟气中CO2、H2O含量高，其比热容比空气大，导致传热速度加快，而烟气中O2含量低，使得燃烧速度降低，燃烧前沿速度降低而传热前沿速度加快使两者的一致性遭到破坏。而生物质烧结由于燃料燃烧性、反应性好，使燃烧前沿速度远远大于传热前沿速度，两个前沿速度的一致性也遭到破坏。因此，若单独进行烟气循环烧结或生物质能烧结，由于燃烧前沿和传热前沿速度不具备一致性，使得烧结料层温度达不到烧结的高温要求，导致烧结矿产量、质量指标恶化。因此，本发明开发了一种可通过采取适合的烟气循环模式和生物质燃料的应用方法，可将烟气循环和生物质能烧结有机的结合在一起，通过两者的协同作用，使得烟气循环烧结加快了传热前沿速度，生物质烧结加快了燃烧前沿速度；并可使烧结过程的燃烧前沿和传热前沿速度重新达到一致。因此，本发明所研究提供的烟气循环和生物质相结合的烧结方法，在保证烧结矿产量、质量指标的前提下，充分利用两者的减排功效进行多污染物协同减排，可最大化实现COx零排放，粉尘、二恶英、NOx、SOx的大幅减量化排放，满足环境对污染物排放的高标准要求。
本发明所要解决的技术问题是开发烟气循环和生物质燃料相结合的烧结方法，并可使烧结过程的燃烧前沿和传热前沿速度重新达到一致，尽可能的降低铁矿烧结烟气中污染物的排放，实现铁矿烧结的清洁生产。
本发明通过开发烟气适宜的循环方式、烟气成分及温度条件、循环位置及比例等，结合生物质燃料的性能控制及烧结应用技术，使烧结过程的传热前沿速度和燃烧前沿速度达到一致，从而在保证烧结矿产量、质量的前提下，大幅减少烧结过程温室气体和污染气体的排放。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：用生物质炭替代烧结原料中的化石燃料，并通过将烧结机内温度高和有害气体浓度高的烟气作为循环烟气替代部分空气循环至以生物质炭为燃料的烧结料层进行铁矿烧结；所述的生物质炭的密度为1.2～1.4g/cm3、固定碳含量78～95％、挥发份5～12％、热值26～33MJ/kg；所述的循环烟气来自铁矿烧结机长度的3/5～5/5范围内，其循环量占烟气总量的25～50％，所述的循环烟气中O2、CO2的分别占到循环烟气总体积的12～18％、3～8％、，循环烟气中的H2O占到循环烟气质量的3～10％的范围内；所述的循环烟气温度为150～300℃。
优选的生物质炭是平均粒径为2～4mm，粒径小于0.5mm的颗粒质量含量不高于整个生物质炭25％。
循环烟气循环烧结的过程是将循环烟气通过烧结机风箱下设有循环烟道，经除尘后在循环风机的作用下，返回到烧结机上方设置的烟罩，再由烟罩进入到烧结机内进行循环。
本发明优选的方案是：烟罩占烧结机总长的40～60％。
循环烟气之外的其余烟气则是由烧结机风箱下设有的排放烟道经除尘后通过烟囱排放即可。
循环烟气O2的含量及循环温度通过兑入冷空气进行调控。
烧结原料中配入质量分数为3.5～6.0％的生物质炭，将烧结原料中的铁矿石、熔剂、烧结返矿、生物质炭配料后充分混匀并制粒，将制粒后的混合料布到烧结机。
为得到密度为1.2～1.4g/cm3、固定碳含量78～95％、挥发份5～12％、热值26～33MJ/kg生物质炭，本发明优选制备方式是将生物质经炭化处理后得到，所述的炭化处理为：在生物质中加入1～3％的强化剂中温沥青，混匀后采用两段炭化的方法，即先将生物质加热到400～450℃进行低温炭化，然后再加热到500～700℃进行高温炭化。特别优选的是以4～6℃/min的升温速度将生物质加热到400～450℃进行低温炭化，然后以10～20℃/min的升温速度再加热到500～700℃进行高温炭化。
本发明是将位于烧结机尾、含污染物浓度高的烟气循环到以生物质为燃料的烧结料层进行再利用，采用位于烧结机尾、含污染物浓度高的烟气替代部分空气，并采用生物质能为烧结燃料替代焦粉(或无烟煤)，将两者相结合进行烧结。
具体过程包括以下内容：
烟气循环和生物质能相结合进行烧结的生物质燃料性能控制及应用技术。在烧结原料中配入质量分数为3.5～6.0％的生物质炭，将铁矿石、熔剂、烧结返矿、生物质炭配料后充分混匀并制粒，将制粒后的混合料布到烧结机。生物质炭的密度为1.2～1.4g/cm3、固定碳含量78～95％、挥发份5～12％、热值26～33MJ/kg，平均粒径为2～4mm且-0.5mm含量小于25％。
(3)烟气循环和生物质能相结合进行烧结的烟气循环技术。烧结机风箱下设置排放烟道和循环烟道，循环烟道中的烟气经除尘后在循环风机的作用下，返回到烧结机上部的烟罩内进行循环，排放烟道中的烟气经除尘后通过烟囱排放。循环烟气选择温度高和有害气体浓度高的风箱位置，位于烧结机长度的3/5～5/5范围内，循环量占烟气总量的25～50％，烟罩占烧结机长度的40～60％；所述的循环烟气中O2、CO2、H2O的体积分数分别占到循环烟气体积的12～18％、3～8％、3～10％的范围内，循环烟气温度为150～300℃，循环烟气的O2含量和温度可通过兑入冷空气进行调控。
本发明的特征及带来的有益效果：
(1)通过烟气循环方式、烟气成分等的控制，使烟气循环和生物质能相结合的烧结传热前沿速度、燃烧前沿速度具有良好的匹配性，从而获得烧结所需的高温，保证烧结矿强度，且传热前沿和燃烧前沿会在更快的速度下达到同步，将提高烧结的速度，因而有助于提高烧结的产量。
(2)将烟气循环和生物质能结合进行铁矿烧结，可实现CO2零排放，可减少粉尘20～45％、NOx40～70％、二恶英40～80％、SO2 40～70％、CO 30～60％。且生物质燃料低硫的特点使循环烟气中SO2含量低，可避免SO2在烧结矿中富集。
(3)在多污染物协同减排的同时，还利用了烟气中的显热和CO潜热，可减少烧结的固体燃料消耗。
附图说明
图1为本发明的烟气循环和生物质能相结合的烧结方法示意图。
图中：1-烧结机，2-以生物质为燃料的烧结料层，3-烟罩，4-循环管道，5-兑风设施，6-风箱，7-循环烟道，8-排放烟道，9-循环风机，10-电除尘，11-主风机，12-烟囱。
具体实施方式
下面实例是对本发明的进一步说明，而不是限制发明的范围。
实施例1：
按照混匀铁矿60.73％、白云石5.58％、石灰石2.16％、生石灰4.62％、烧结返矿23.08％、生物质炭3.85％的质量比配料(获得烧结矿化学成分为：TFe57.5％、SiO24.82％、R2.0、MgO2.0％)。采用的生物质炭密度为1.2g/cm3、固定碳含量83.74％、挥发份7.55％、热值30.77MJ/kg、平均粒径为2.41mm且-0.5mm含量为23.58％。将生物质炭与其他烧结原料配料后混合、制粒，并布到烧结机上。从烧结机16～22号风箱中(总共24个风箱)引出烟气循环到以生物质为燃料的烧结料层，循环量占烟气总量的30％，烟罩占烧结机的45％，并兑入空气使循环烟气成分为O214％、CO25％、H2O(g)7％，烟气温度为200℃。
采用上述烧结方法的烧结矿产量、质量指标见表1，与采用焦粉为燃料的普通烧结相比，烧结速度从21.23mm/min提高到22.34mm/min，利用系数有所提高，烧结矿转鼓强度变化不大。而烟气排放量减少27％，基本实现CO2零排放(考虑大气碳循环)，可减少粉尘36％、NOx55％、二恶英72％、SO2 58％、CO 42％。
表1实例1的烧结指标与普通烧结对比
实施例2：
按照混匀铁矿61.03％、白云石6.12％、石灰石2.27％、生石灰3.50％、烧结返矿23.08％、生物质炭4.00％的质量比配料(获得烧结矿化学成分为：TFe58.02％、SiO2 5.05％、R1.90、MgO2.20％)。采用的生物质炭密度为1.3g/cm3、固定碳含量86.31％、挥发份5.22％、热值31.89MJ/kg、平均粒径为2.55mm且-0.5mm含量为22.21％。将生物质炭与其他烧结原料配料后混合、制粒，并布到烧结机上。从烧结机15～22号风箱中(总共23个风箱)引出烟气循环到以生物质为燃料的烧结料层，循环量占烟气总量的38％，烟罩占烧结机的50％，并兑入空气使循环烟气成分为O213％、CO26％、H2O(g)8％，烟气温度为180℃。
采用上述烧结方法的烧结矿产量、质量指标见表2，与采用焦粉为燃料的普通烧结相比，烧结速度从22.59mm/min提高到23.60mm/min，利用系数有所提高，烧结矿转鼓强度变化不大。而烟气排放量减少35％，基本实现CO2零排放(考虑大气碳循环)，可减少粉尘41％、NOx 52％、二恶英68％、SO2 65％、CO 46％。
表2实例2的烧结指标与普通烧结对比
Claims (7)
1.烟气循环和生物质能相结合的铁矿烧结方法，其特征在于：用生物质炭替代烧结原料中的化石燃料，并通过将烧结机内温度高和有害气体浓度高的烟气作为循环烟气替代部分空气循环至以生物质炭为燃料的烧结料层进行铁矿烧结；所述的生物质炭的密度为1.2～1.4g/cm3、固定碳含量78～95％、挥发份5～12％、热值26～33MJ/kg；所述的循环烟气来自铁矿烧结机长度的3/5～5/5范围内，其循环量占烟气总量的25～50％，所述的循环烟气中O2、CO2、H2O的体积分数分别占到循环烟气总体积的12～18％、3～8％、3～10％；所述的循环烟气温度为150～300℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的生物质炭中，平均粒径为2～4mm，粒径小于0.5mm的颗粒质量含量不高于整个生物质炭25％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，烧结原料中配入质量分数为3.5～6.0％的生物质炭，将烧结原料中的铁矿石、熔剂、烧结返矿、生物质炭配料后充分混匀并制粒，将制粒后的混合料布到烧结机。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，循环烟气循环烧结的过程是将循环烟气通过烧结机风箱下设有循环烟道，经除尘后在循环风机的作用下，返回到烧结机上方设置的烟罩，再由烟罩进入到烧结机内进行循环。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的烟罩占烧结机总长的40～60％。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，循环烟气之外的其余烟气则是由烧结机风箱下设有的排放烟道经除尘后通过烟囱排放即可。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，循环烟气中O2的含量及循环温度通过兑入冷空气进行调控。
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