一种烧结烟气自助燃分解二噁英脱硫脱硝回收余热系统及方法 |
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| 申请号 | CN201710375835.9 | 申请日 | 2017-05-24 | 公开(公告)号 | CN106969641A | 公开(公告)日 | 2017-07-21 |
| 申请人 | 秦皇岛合达能源科技开发有限公司; | 发明人 | 温向阳; 徐文静; 贾鹏; | ||||
| 摘要 | 一种 烧结 烟气自助燃分解二噁英 脱硫 脱硝回收余热系统，包括：高温助燃 流化床 反应器和分离器，两者相连通，所述高温助燃流化床反应器 自上而下 依次设置 调温 烧结烟气进口、 固体 燃料 进口和助燃烧结烟气进口；烧结烟气换热器，与所述分离器的除尘气出口相连通，其包括低温烧结烟气入口和高温烧结烟气出口，所述高温烧结烟气出口经高温烧结烟气管分别与所述助燃烧结烟气进口和调温烧结烟气进口相连通；脱硝装置，设置在连通高温助燃流化床反应器和分离器的管路上；脱硫装置，与所述烧结烟气换热器相连通。本系统实现了烧结烟气提温、二噁英分解、脱硝、脱硫、余热回收一体化，提高了系统总体热效，一次性投资省、运行成本低。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种烧结烟气自助燃分解二噁英脱硫脱硝回收余热系统，包括： |
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| 说明书全文 | 一种烧结烟气自助燃分解二噁英脱硫脱硝回收余热系统及方法 技术领域背景技术[0002] 烧结生产是现代钢铁生产的重要工艺单元之一，在生产过程中产生大量烟气，是钢铁联合企业第一污染大户，烟气中含大量SO2、NOx、二噁英类污染物。一般一吨烧结矿产生烟气～4000m3，密封完好的大型烧结机吨矿产生的烟气量也有约3000m3。烧结烟气平均温度～150℃，未经处理的烧结烟气含有CO、CO2、N2、O2、SO2、NOx、H2O、二噁英及各种粉尘等，其中CO～1％、O2～16％、H2O～10％，粉尘含量～10g/m3，二氧化硫含量一般在800～1500mg/Nm3，高的可达2000～4000mg/Nm3，氮氧化物含量在100～450mg/Nm3，除尘脱硫后烧结烟气中二噁英的浓度大约为3ng-TEQ/Nm3，烧结烟气产生的二噁英量仅次于垃圾焚烧。烧结烟气的物理3 3 热～195kJ/Nm，烟气化学热～120kJ/Nm。 [0003] 国内多数钢铁公司的烧结厂，其烧结烟气经过除尘后进入脱硫装置，烟气经过脱硫后排入大气。烧结烟气余热回收一般是对大烟道高温段约350℃的烟气余热进行部分回收，烟气中的化学热无回收措施，随烟气直接排放。烧结烟气脱硫技术已经成熟，目前在烧结厂基本都建有烟气脱硫设施，典型的湿法脱硫技术有石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术等。而国内烧结机配置脱硝、脱二噁英设施的不多，只有少数新建的450m2、600m2烧结机配套了活性炭移动床脱硫、脱硝、脱二噁英一体化治理设施，根据我国太钢的使用经验，该装置脱硫效率约90％、脱硝效率约40％、脱二噁英的效率约90％。成熟的脱硝技术很多，燃煤电厂主要使用选择性催化还原技术(SCR)和选择性非催化还原技术(SNCR)对烟气进行脱硝处理。由于烧结烟气的复杂性即温度低、烟气量大、NOx平均浓度低于电厂燃煤锅炉烟气含量等原因，SCR技术、SNCR技术在烧结烟气脱硝领域的应用均处在探讨、论证、实验阶段。从少数新建的450m2、600m2烧结机采用活性炭移动床脱硫、脱硝、脱二噁英一体化治理设施的运营成本核算发现，该系统一次建设投资高，活性炭解吸温度约450℃，系统能耗高，处理一吨烧结矿产生的烟气成本～15元/吨矿，活性炭吸附下来的二噁英需进行填埋处理，存在二次污染可能性。因此，在烧结厂全面推广这项技术目前有一定难度。而且在已经建有脱硫装置的烧结厂建设活性炭移动床脱硫、脱硝、脱二噁英一体化治理设施，原有的脱硫装置必然要废弃，造成投资的巨大浪费。2015年1月1日后烧结烟气排放开始执新标准，重点地区二氧化 3 3 3 硫≤180mg/Nm 、氮氧化物≤300mg/Nm、二噁英≤0.5ng-TEQ/m 。由于多数烧结烟气没有脱硝和减排二噁英设施，烧结厂只能通过多配焦炭的方法减少NOx的排放量，有些烧结厂采用烟气循环利用技术消除部分二噁英。《钢铁工业调整升级规划(2016～2020)》在绿色改造升级重大工程中提出：实施烧结(球团)烟气多种污染物协同治理工程，烟气脱硫效率达98％ 3 以上、脱硝效率达到60％以上，二氧化硫、氮氧化物、二噁英的排放浓度分别≤180mg/Nm 、≤300mg/Nm3、≤0.5ng-TEQ/Nm3；可见烧结烟气脱硫、脱硝、减排二噁英势在必行。 [0004] 空气中NOx物是造成雾霾的主要原因，二噁英对人类健康构成重大威胁，SO2也是大气主要污染物之一，面对空气污染的巨大压力，企业应该承担更多的社会责任，对于已经达到排放标准的企业也应自主不断降低污染物排放量，实现超净排放，造福子孙后代。 [0005] 烧结烟气余热由物理热和化学热组成，目前的余热回收方法是回收烧结机后部大烟道的高温烟气余热，由于这部分烟气温度也只有350℃左右，产生的蒸汽压力低，单位蒸汽发电量少。烟气中含有～1％的CO，如果这部分化学热释放出来，可以提高烟气温度100℃左右，由于烧结烟气温度低，这部分化学热的回收一直是个技术难题。 [0006] 专利CN205216582U公开了一种钢铁烧结烟气综合脱硫、脱硝及去除二噁英的装置。该装置包括：主抽风机、GGH换热器的第一换热区、烟气加热炉、喷氨格栅、SCR反应器、GGH换热器的第二换热区，位于GGH换热器的第二换热区内的烟气-水换热器第一换热区、增压风机、循环水泵、脱硫塔、位于脱硫塔顶部的烟气-水换热器第二换热区、烟囱。该方法采用先脱硝后脱硫的工艺：除尘后的烧结烟气，经主抽风机后先进入SCR烟气脱硝装置，去除NOx和二噁英；然后在进入湿法脱硫塔脱硫，烧结烟气最后经烟囱达标排放。该装置实现了烧结烟气提温、余热回收，脱硝脱硫，去除二噁英，但运行成本高，经济效益不理想。该装置采用SCR进行脱硝，SCR反应器内装有TiO2/V2O5/WO3，催化剂成本高昂，容易失效，催化剂格孔容易堵塞，阻力增大，影响设备运行，并且催化剂属于剧毒物品，再生处理困难，有二次污染的危险；该装置中增加了烟气加热炉，后脱硫需要对烟气进行预热，增加了热量的消耗，而且对化学热的回收效率、二噁英的脱除效率均有待提高。 [0007] 有鉴于上述原因，寻求开发烧结烟气自助燃分解二噁英脱硫脱硝回收余热系统和方法成为该领域技术人员的追求目标。 发明内容[0008] 为了解决现有技术中的脱硝及去除二噁英成本高、余热回收效率低的问题，本发明提供一种烧结烟气自助燃分解二噁英脱硫脱硝回收余热系统和方法。 [0009] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案： [0010] 一种烧结烟气自助燃分解二噁英脱硫脱硝回收余热系统，包括： [0012] 烧结烟气换热器7，与所述分离器6的除尘气出口相连通，其包括低温烧结烟气入口和高温烧结烟气出口，所述高温烧结烟气出口经高温烧结烟气管13分别与所述助燃烧结烟气进口2和调温烧结烟气进口4相连通； [0013] 脱硝装置5，设置在高温助燃流化床反应器1的上部或连通高温助燃流化床反应器1和分离器6的管路上； [0014] 脱硫装置，与所述烧结烟气换热器7相连通。 [0015] 进一步地，所述脱硫装置包括顺次连接的快速降温锅炉8、除尘器9、引风机10和脱硫塔11。 [0016] 所述脱硫装置为二次脱硫装置。 [0017] 进一步地，所述分离器6设置有返料器14，所述反料器14与所述高温助燃流化床反应器1相连接，用以将经所述分离器6分离后的灰尘输送至高温助燃流化床反应器1。 [0018] 其中，所述调温烧结烟气进口4设置为斜进口，斜进口角度为15-75℃。 [0019] 其中，连通高温助燃流化床反应器1和分离器6的管路内部温度为850-1050℃。 [0020] 其中，所述脱硝装置5为选择性非催化还原(SNCR)装置。 [0021] 优选地，所述SNCR装置设置有1-15个脱硝剂喷入口。 [0023] 本发明还提供一种烧结烟气自助燃分解二噁英脱硫脱硝回收余热的方法，包括以下步骤： [0024] S1：烧结烟气经预热后分为助燃烧结烟气和调温烧结烟气两部分，所述助燃烧结烟气与固体燃料混合燃烧，以提升助燃烧结烟气的温度； [0025] S2：调温烧结烟气与升温后的助燃烧结烟气混合，得到850-1050℃的混合烟气，并对所述混合烟气进行先高温脱硫后脱硝处理得到脱硫脱硝烟气； [0026] S3：对脱硫脱硝烟气进行分离得到除尘气，除尘气对步骤S1中的烧结烟气进行预热； [0027] S4：之后除尘气再次降温，进行除尘，二次脱硫处理。 [0028] 其中，步骤S1中，所述烧结烟气预热至300-800℃。 [0029] 其中，步骤S2中，还包括混合烟气在850-1050℃进行二噁英分解反应。 [0031] 其中，步骤S3中，所述除尘气对步骤S1中的烧结烟气进行预热后，温度降至400-700℃。 [0032] 其中，步骤S3中，分离得到的灰尘返回步骤S1与所述固体燃料混合。 [0033] 其中，步骤S4中，所述除尘气再次降温后的温度为150℃。 [0034] 本发明的脱硝装置优选为选择性非催化还原装置，其可以设置在高温助燃流化床反应器的上部或连通高温助燃流化床反应器和分离器的管路上；优选地设置连通高温助燃流化床反应器和分离器的管路上。 [0035] 本发明的脱硫剂进口可以设置在固体燃料进口的上方，也可以与固体燃料进口为同一个进口。优选地设置在固体燃料进口的上方，便于脱硫剂的脱硫效果，并且本反应器助燃烧结烟气温度可以高于500℃，燃料要求较低，燃料选择范围较广(特别是烧环保燃料兰炭)，脱硫剂单独布置利于燃料选择或者更换。 [0036] 相较流化床锅炉系统，本反应器的燃烧室与分离器连接管长度确保脱硝剂在窗口温度(950℃)或者说进入换热系统前反应时间大于2S，以便维持较高的脱硝效率。与此配套的分离器系统，旋转强度远高于传统流化床分离器，分离因子值约为传统分离器的1.5倍，目的是加强气流旋转强度，使烟气达到一个较好的混合效果；同时提高了气流的沿程长度，相对增加了脱硝剂与烟气的反应时间，提高了脱硝效率。 [0037] 本发明反应原理为，在使用本方法的高温助燃流化床反应器内，烧结烟气作为助燃风使用，燃料为固体含碳燃料，含氧12～19％的烧结烟气，通过烧结烟气换热器被加热到300～800℃，分两路进入高温助燃流换床反应器，在高温助燃流化床反应器底部设有一次烧结烟气进口，在其下部设有固体燃料进口、脱硫剂进口，在其中部设有二次烧结烟气进口，在高温助燃流化床反应器内，固体燃料和一次烧结烟气进入反应器下部，反应器内气体向上运动，固体燃料呈现流态化，烧结烟气同固体燃料可以实现稳定的燃烧反应，为实现高温助燃流化床内一次脱硫、SNCR法脱硝，系统通过控制从高温助燃流化床反应器中部进入的二次烧结烟气量，使高温助燃流换床反应器内温度保持在850～1050℃左右。 [0038] 为保证氧含量12～19％烧结机烟气同固体燃料稳定燃烧，同时降低烧结烟气提温用固体燃料耗量，需要对烧结机烟气进行预热，因此，在反应器后设置烧结烟气换热器，烧结烟气经过烧结烟气换热器后，吸收反应器排出的高温混合烟气的热量，温度由～150℃被加热到300～800℃后，分两路进入高温助燃流换床反应器，在反应器内固体燃料作为提温燃料，一次烧结烟气作为助燃风使用，二次烧结烟气用来控制流换床反应器内温度。 [0039] 二次烧结烟气自上而下以一定角度进入，在反应器内形成涡流，烧结烟气带入反应器内的二噁英在高温区停留时间超过2秒，二噁英完全分解。二次烧结烟气进口与反应器侧壁夹角为15-75℃。同时由于采用高温一次脱硫、脱硝后续低温二次脱硫工艺，在850～1050℃温度下混合烟气中的硫化物通过消耗气氛中的Cl2，与飞灰中金属催化剂反应降低催化剂活性，降低了二噁英的生成量；脱硫、脱硝反应向反应器内喷入碱性化合物，也减少了二噁英在炉内的合成浓度。700～400℃混合烟气在经过快速降温锅炉时温度快速降低到～150℃，有效的避免了二噁英的再次生成。 [0040] 进入高温助燃流化床反应器内的石灰石在温度850～1050℃下完成煅烧，对反应器内气体进行一次脱硫反应。 [0041] 在高温助燃流化床反应器气体出口处设有SNCR装置，其可以设置在燃烧室与分离器连接管上，也可以设置在燃烧室的上部。脱硝剂从此处喷入，在温度850～1050℃下对气体进行脱硝反应。 [0042] 出高温助燃流化床反应器的850～1050℃高温混合烟气在经过分离器时，混合烟气中部分灰尘分离落到分离器的底部，这部分灰尘通过设在分离器下部的返料器自动返回到高温助燃流化床反应器中下部的密相区。 [0043] 混合烟气中的气体部分经过烧结烟气换热器时，将热量传递给烧结烟气，烧结烟气由～150℃升温到300～800℃，混合烟气温度降到700～400℃，然后进入快速降温锅炉，混合烟气温度快速降到～150℃，经过除尘器、引风机进入脱硫塔进行二次脱硫。 [0044] 在处理烧结烟气过程中，总的烟气量变化不大，从快速降温锅炉出来的混合烟气经过除尘器后，可以进入烧结厂原来建设的脱硫设施进行二次脱硫，采用成熟的脱硫技术再次脱除混合烟气硫含量98％以上。 [0045] 在烧结烟气同固体燃料燃烧反应时，高温助燃流化床反应器内温度高于850℃且有过剩的氧气，烧结烟气中的CO也随之燃烧，化学反应热进入到混合烟气中，～150℃烧结烟气带入的物理热也随之进入混合烟气中，这两部分烧结烟气带进的热量和高温助燃流换床反应器内固体燃料燃烧放出的热量，都被流化床反应器后设置的烧结烟气换热器、快速降温锅炉大部分回收，快速降温锅炉可以产生高温高压蒸汽，可抵扣其他能耗。 [0046] 本发明术语：一次烧结烟气，也就是助燃烧结烟气，用于和固体燃料进行燃烧反应，以提升流化床反应器内的烧结烟气温度。 [0047] 二次烧结烟气，也就是调温烧结烟气，用于调节流化床反应器内的温度保持在850-1050℃左右。 [0048] 烧结烟气一次进口，也就是助燃烧结烟气进口，一次烧结烟气经此口进入高温助燃流化床反应器。 [0049] 烧结烟气二次进口，也就是调温烧结烟气进口，二次烧结烟气经此口进入高温助燃流化床反应器。 [0051] 本发明技术方案，具有如下优点： [0052] 1、本系统保证了低氧的烧结机烟气同固体燃料稳定燃烧，同时降低系统固体燃料耗量。 [0053] 2、本系统采用高温一次脱硫、脱硝后，低温二次脱硫工艺，反应器内温度保持在850～1050℃，烧结烟气带入的二噁英几乎全部分解，在这一温度下硫化物、碱性的脱硫、脱硝剂会抑制二噁英的再生成，出烧结烟气换热器的混合烟气温度设定为700～400℃，然后通过快速降温锅炉，使混合烟气温度快速降低到～150℃，混合烟气再次生成的二噁英量大幅减少，二噁英去除率达到90％。 [0054] 3、本系统烧结烟气脱硝采用了SNCR技术，还原剂通过SNCR装置喷入高温助燃流化床反应器内混合烟气出口处进行脱硝，以烧结烟气的总量折算可以脱除烧结烟气总量里NOx含量的约70％。 [0055] 4、本系统用高温一次脱硫、脱硝后，低温二次脱硫工艺，可脱除烟气中98％以上的硫。 [0056] 5、本系统高温助燃流换床反应器内固体燃料燃烧放热、烧结烟气中含有的物理热、化学热都进入到混合烟气中，这些热量被后部工序设置的烧结烟气换热器、快速降温锅炉大部分回收，提高了余热回收效率，总体热效率高。 [0058] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。 [0059] 图1是本发明的烧结烟气自助燃分解二噁英脱硫脱硝回收余热系统的示意图。 [0060] 附图标记： [0061] 1.高温助燃流化床反应器，2.助燃烧结烟气进口，3.固体燃料进口，4.调温烧结烟气进口，5.SNCR装置，6.分离器，7.烧结烟气换热器，8.快速降温锅炉，9.除尘器，10.引风机，11.脱硫塔，12.低温烧结烟气管，13.高温烧结烟气管，14.返料器。 具体实施方式[0062] 下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0063] 在下述实施例中，系统配置有温度测量器、风阀，可根据烧结烟气的流量和温度调整烧结烟气换热器换热量、送风量。 [0064] 如图1所示，在高温助燃流化床反应器1底部设有助燃烧结烟气进口2，在高温助燃流化床反应器1下部设有固体燃料进口3和与固体燃料进口3为同一进口的脱硫剂进口，在高温助燃流化床反应器1中部设有调温烧结烟气进口4；高温助燃流化床反应器1的混合烟气出口同分离器6相连通，在连通高温助燃流化床反应器1和分离器6的管路上设有SNCR装置5；分离器6上部除尘气出口经混合烟气引出管道同烧结烟气换热器7相连通，分离器6下部通过返料器14回接至高温助燃流化床反应器1中下部的密相区；烧结烟气换热器7同快速降温锅炉8相连，快速降温锅炉8连通除尘器9，除尘器9的混合烟气出口同引风机10连通，引风机10后连接脱硫塔11。低温烧结烟气管12与烧结烟气换热器7的低温烧结烟气入口相连通，高温烧结烟气管13与烧结烟气换热器7的高温烧结烟气出口相连通，高温烧结烟气出口经高温烧结烟气管13分别与所述助燃烧结烟气进口2和调温烧结烟气进口4相连通。 [0065] 如图1所示，该系统的工作方法是：烧结烟气通过低温烧结烟气管12进入烧结烟气换热器7，烧结烟气经过加热后温度300-800℃，由高温烧结烟气管13引出，分两路进入高温助燃流化床反应器1，助燃烧结机烟气通过助燃烧结烟气进口2从高温助燃流化床反应器1的底部进入，固体燃料和脱硫剂从固体燃料进口3进入高温助燃流化床反应器1的下部，在高温助燃流化床反应器1内，固体燃料作为提温燃料，一次烧结机烟气作为助燃风使用，固体燃料同被鼓进高温助燃流化床反应器1内的温度300-800℃、含氧量12-19％的一次烧结烟气进行燃烧反应，在燃烧反应过程中，固体燃料颗粒以及灰尘被流态化，保证燃烧稳定进行，伴随燃烧反应过程，烧结烟气温度大幅提高，在燃烧反应的同时二次烧结机烟气自上而下通过高温助燃流化床反应器1中部的调温烧结烟气进口4进入反应器，调温烧结烟气进口4与反应器之间的夹角为15-75℃。系统通过调节燃料加入量、调温烧结烟气进口4进入的烟气量和一次风二次风比例，将反应器内的混合烟气温度控制在850-1050℃之间；这一温度范围正是高温助燃流化床反应器1内，使用石灰石脱硫、使用选择性非催化还原(SNCR)法进行脱硝的窗口温度。高温助燃流换床反应器1内，石灰石分解成CaO，CaO同SO2反应生成CaSO4，混合烟气经过SNCR装置5，脱硝剂氨水或尿素通过设在连通高温助燃流化床反应器1和分离器6的管路上的SNCR装置5喷入混合烟气之中，脱硝剂同混合烟气中的NOx进行脱硝反应：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O(氨水)、2NO+CO(NH2)2+1/2O2→2N2+CO2+2H2O(尿素)，经过脱硝还原反应，可以脱除烧结烟气带入和燃烧固体燃料新产生的氮氧化物总量的～70％；混合烟气经过SNCR法脱硝后在分离器6内分离掉部分高温灰尘后，进入烧结烟气换热器7，经过烧结烟气换热器7后混合烟气温度降至700～400℃，然后混合烟气经过快速降温锅炉8温度降至～150℃后，进入除尘器9除尘，然后再经过引风机10进入脱硫塔11进行二次脱硫后排放。 [0066] 烧结烟气带入高温助燃流化床反应器1的二噁英在850～1050℃时几乎全部分解，在这一温度范围内硫化物、碱性的脱硝剂会抑制二噁英的再生成，出烧结烟气换热器7的混合烟气温度设定为700～400℃，在经过快速降温锅炉8时温度快速降低到～150℃，混合烟气再次生成的二噁英量大幅减少。 [0067] 出高温助燃流化床反应器1的850～1050℃高温混合烟气在经过分离器6时，混合烟气中部分灰尘分离落到分离器6的底部，这部分灰尘通过设在分离器6下部的返料器14自动返回到高温助燃流换床反应器1中下部的密相区。 [0068] 烧结烟气同固体燃料在高温助燃流化床反应器1内燃烧反应时，高温助燃流化床反应器1内温度高于850℃且有过剩的氧气，烧结烟气中的CO也随之燃烧，化学反应热进入废气中，同时～150℃烧结烟气带入的物理热也随之进入废气，这两部分烧结烟气带进的热量和高温助燃流化床反应器1内固体燃料燃烧放出的热量，被高温助燃流化床反应器1后设置的烧结烟气换热器7、快速降温锅炉8大部分回收，快速降温锅炉8可以产生高温高压蒸汽。 [0069] 试验例 [0070] 某600m2烧结机烟气，SO2浓度为800～1500mg/Nm3，NOx浓度为100～450mg/Nm3，二噁英浓度为～3ng-TEQ/Nm3，温度100～150℃，流量194×104Nm3/h。 [0072] 并采用现有技术中宝钢S-SCR一体化技术(对比例1)和太钢活性炭吸附处理烧结烟气技术(对比例2)做对比例。结果见表1 [0073] 表1 [0074] [0075] [0076] 由此可见，本发明脱硫效率高达98％以上，脱硝效率高达70％以上，二噁英分解率高达90％以上，每吨烧结矿消耗8Kg标准煤，能耗低，可回收的余热蒸汽0.5-2.5MPa/吨矿，运营成本低。相对于对比例1价格高昂的催化剂不需要频繁更换，运营成本低效益高。相对于对比例2投资低，无二噁英二次污染可能。 [0077] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。如：改变流化床反应器内温度的控制方法、增减处理烧结烟气的量、增加除尘次数、以及对反应添加原料的增减等，均属本发明的保护范围之内。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。 |
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