一种用于烧结烟气高温助燃的流化床反应器及其方法 |
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| 申请号 | CN201710372658.9 | 申请日 | 2017-05-24 | 公开(公告)号 | CN107036452A | 公开(公告)日 | 2017-08-11 |
| 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 | 一种用于 烧结 烟气高温助燃的 流化床 反应器及方法，包括：烧结烟气经预热至300‑800℃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含 碳 固体 燃料 混合燃烧，以提升助燃烧结烟气的 温度 ；所述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。将得到的混合烟气进行分离，分离后的混合烟气对所述烧结烟气进行预热。本 发明 实现了烧结烟气提温、脱硝、 脱硫 一体化，提高了技术路线可靠、一次性投资省、运行成本低、经济效益好。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于烧结烟气高温助燃的方法，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种用于烧结烟气高温助燃的流化床反应器及其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类污染物。一般一吨烧结矿产生烟气4000～6000m3，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 3 3 CO～1％、O2～16％、H2O～10％，粉尘含量～10g/m ，二氧化硫含量一般在800～1500mg/Nm ，高的可达2000～4000mg/Nm3，氮氧化物含量在200～450mg/Nm3。烧结烟气的物理热～195kJ/Nm3，烟气化学热～120kJ/Nm3。 [0003] 现有的流化床燃烧技术，如：流化床锅炉等，以含碳固体为燃料，均以空气为助燃风使用，空气的预热温度都低于500℃。其目的为使含碳燃料燃烧，利用燃料燃烧释放出的热量产生经济效益。例如中国专利文献专利CN103727803A公开了一种烟气脱硝装置，该装置包括：热风炉，与热风炉连接的烟气混合器，与烟气混合器连接的选择性非催化还原SNCR反应炉，与烟气混合器、SNCR反应炉连接的烟气-烟气换热装置；烟气经过烟气-烟气换热装置升温后，与热风炉产生的高温烟气混合，进行脱硝。该装置不需要采用催化剂进行脱硝，降低了成本，但增加了热风炉，用于产生高温烟气，从而增加了热量的消耗，而且温度不容易控制在脱硝反应温度范围内。 [0004] 烧结烟气中含有12～19％的氧气，但由于含氧量低于正常空气中的含氧量，为了采用高温法处理烧结烟气，需要设计一种特殊的处理烧结烟气的流化床反应器，在反应器内将烧结烟气温度提升到850℃～1050℃范围，以烧结烟气为助燃风的流化床反应器。 发明内容[0005] 为了解决上述采用烧结烟气高温助燃的技术问题，本发明提供一种用于烧结烟气高温助燃的的流化床反应器及其方法。 [0006] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案： [0007] 一种用于烧结烟气高温助燃的方法，包括以下步骤： [0009] S2：所述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； [0010] S3：将得到的混合烟气进行分离，分离后的混合烟气对所述烧结烟气进行预热。 [0011] 优选地，步骤S1中，预热至500-800℃。 [0013] 其中，步骤S2中，还包括对所述混合烟气进行脱硝处理。 [0015] 其中，步骤S2中，还包括对所述混合烟气进行脱硫处理，所用脱硫剂为石灰石。 [0016] 本发明还提供一种用于烧结烟气高温助燃的流化床反应器，包括：燃烧室1和分离器4，所述燃烧室1和分离器4通过燃烧室与分离器连接管2相连通； [0017] 所述燃烧室1自上而下依次设置调温烧结烟气进口9、固体燃料进口7和助燃烧结烟气进口8。 [0018] 进一步，还包括烧结烟气换热器12，与所述分离器4的分离器烟气出口5相连通，所述烧结烟气换热器12包括低温烧结烟气入口13和高温烧结烟气出口14，高温烧结烟气出口14分别与调温烧结烟气进口9和助燃烧结烟气进口8相连通。 [0019] 进一步地，燃烧室与分离器连接管2的内部温度为850-1050℃。 [0020] 进一步地，还包括脱硝装置3，设置在燃烧室与分离器连接管2上； [0021] 脱硫剂进口，设置在固体燃料进口7上方。 [0022] 进一步地，所述分离器4设置有返料器6，所述反料器6与所述燃烧室1相连接，用以将经所述分离器4分离后的灰尘输送至燃烧室1。 [0023] 燃烧室1的底部设置有出灰口11。 [0024] 本发明的脱硝装置优选为选择性非催化还原装置(SNCR)，其可以设置在燃烧室与分离器连接管2上，也可以设置在燃烧室1的上部。优选地设置在燃烧室与分离器连接管2上。 [0025] 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。 [0026] 相较流化床锅炉系统，本反应器的燃烧室与分离器连接管2长度确保脱硝剂在窗口温度(850-1050℃)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4，旋转强度远高于传统流化床分离器，分离因子值不低于传统分离器的 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。 [0027] 本发明反应原理为：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，预热到300-800℃，分两路进入燃烧器，在燃烧器底部设有一次烧结烟气进口，在其下部设有含碳固体燃料进口和脱硫剂进口，在其中部设有二次烧结烟气进口，在燃烧器内，含碳固体燃料和一次烧结烟气进入燃烧器下部，燃烧器内气体向上运动，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，为实现燃烧器内一次脱硫、SNCR法脱硝，系统通过控制从燃烧器中部进入的二次烧结烟气量，使燃烧器内温度保持在 850-1050℃左右。 [0028] 在燃烧室内温度850-1050℃左右，脱硫剂石灰石在此温度下分解成CaO，CaO同混合气体中的SO2反应，完成脱硫反应。 [0029] 在燃烧室与分离器连接管上设有SNCR装置，脱硝剂由SNCR装置喷入烟气内，脱硝剂氨水或尿素同烟气充分混合，4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O(氨水)、2NO+CO(NH2)2+1/2O2→2N2+CO2+2H2O(尿素)，完成NOx的还原反应。 [0030] 本发明术语： [0031] 一次烧结烟气，也就是助燃烧结烟气，用于和含碳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。 [0032] 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。 [0033] 含碳固体燃料：包括兰炭、煤粉、煤矸石及其他低热值或难以燃烧的燃料。 [0034] 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燃烧室。 [0035] 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燃烧室。 [0036] 本发明技术方案，具有如下优点： [0037] 1.本发明的流化床反应器，以含碳固体为燃料，用烧结烟气为助燃风使用，生成了高温烧结烟气，实现了低氧的烧结烟气同固体燃料的稳定燃烧，同时降低了固体燃料耗量。 [0038] 2、本发明适用于兰炭等低热值燃料，绿色环保。 [0039] 3、本发明采用高温脱硝脱硫工艺，脱硝效率达到70％，脱硫达到98％。 [0041] 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。 [0042] 图1是本发明实施例1中流化床反应器的示意图。 [0043] 图2是本发明实施例2中流化床反应器的示意图。 [0044] 附图标记： [0045] 1.燃烧室，2.燃烧室与分离器连接管，3.SNCR装置，4.分离器，5.分离器烟气出口，6.返料器，7.固体燃料进口，8.助燃烧结烟气进口(烧结烟气一次进口)，9.调温烧结烟气进口(烧结烟气二次进口)，10.脱硫剂进口，11.出灰口，12.烧结烟气换热器，13.低温烧结烟气入口，14.高温烧结烟气出口。 具体实施方式[0046] 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。 [0047] 在下述实施例中，流化床反应器配置有温度测量器、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。 [0048] 实施例1 [0049] 如图1所示，在燃烧室1下部设有烧结烟气一次进口8，在燃烧室1下部还设有含碳固体燃料进口7和脱硫剂进口10，在燃烧室1底部设有出灰口11，在燃烧室1中部设有烧结烟气二次进口9，燃烧室1同分离器4之间由燃烧室与分离器连接管2连通，在燃烧室与分离器连接管2上设有SNCR装置3，分离器4顶部设有分离器烟气出口5，分离器4底部设有返料器6。 [0050] 一种用于烧结烟气高温助燃的流化床反应器在运行时：褐煤粉由含碳固体燃料进口7进入燃烧室1，经预热至600℃的烧结一次烟气由烧结烟气一次进口8进入燃烧室1，在燃烧室1内物料处于流化状态，含碳固体燃料同烧结一次烟气发生燃烧反应，燃烧室1内温度升高。为了控制燃烧室1内温度在900℃左右，预热至600℃的烧结二次烟气，从烧结烟气二次进口9进入燃烧室1内，通过调节烧结二次烟气量来控制燃烧室1内温度。脱硫剂从脱硫剂进口10进入到燃烧室1内，在燃烧室1内脱硫剂石灰石分解成CaO，CaO同混合气体中的SO2反应，完成脱硫反应。完成脱硫反应的烟气经过燃烧室与分离器连接管2，在燃烧室与分离器连接管2上设有SNCR装置3，脱硝剂尿素由SNCR装置3喷入烟气内，脱硝剂尿素同烟气充分混合，完成NOx的还原反应。脱硝后的烟气进入分离器4，在分离器4内固体同气体被分离开，气体经过分离器烟气出口5引出，固体经过设在分离器4底部的返料器6返回到燃烧室1底部的密相区。燃烧室1内的灰渣由出灰口11排出。 [0051] 实施例2 [0052] 如图2所示，在燃烧室1下部设有烧结烟气一次进口8，在燃烧室1下部还设有含碳固体燃料进口7和脱硫剂进口10，在燃烧室1底部设有出灰口11，在燃烧室1中部设有烧结烟气二次进口9，燃烧室1同分离器4之间由燃烧室与分离器连接管2连通，在燃烧室与分离器连接管2上设有SNCR装置3，分离器4顶部设有分离器烟气出口5，分离器4底部设有返料器6。烧结烟气换热器12的烟气入口与分离器4的分离器烟气出口5相连通，烧结烟气换热器12上还设置有低温烧结烟气入口13和高温烧结烟气出口14，分离后的混合烟气进入烧结烟气换热器12，对低温烧结烟气进行预热。 [0053] 一种用于烧结烟气高温助燃的流化床反应器在运行时：兰炭由含碳固体燃料进口7进入燃烧室1，经预热至500℃的烧结一次烟气由烧结烟气一次进口8进入燃烧室1，在燃烧室1内物料处于流化状态，含碳固体燃料同烧结一次烟气发生燃烧反应，燃烧室1内温度升高。为了控制燃烧室1内温度在950℃左右，预热至500℃的烧结二次烟气，从烧结烟气二次进口9进入燃烧室1内，通过调节烧结二次烟气量来控制燃烧室1内温度。脱硫剂从脱硫剂进口10进入到燃烧室1内，在燃烧室1内脱硫剂石灰石分解成CaO，CaO同混合气体中的SO2反应，完成脱硫反应。完成脱硫反应的烟气经过燃烧室与分离器连接管2上设置的SNCR装置3，脱硝剂氨水由SNCR装置3喷入烟气内，脱硝剂氨水同烟气充分混合，完成NOx的还原反应。完成脱硝反应的烟气进入分离器4，在分离器4内固体同气体被分离开，气体经分离器烟气出口5引出，进入烧结烟气换热器12，对低温烧结烟气进行换热，换热后温度降至500℃；固体经过设在分离器4底部的返料器6返回到燃烧室1底部的密相区。低温烧结烟气经低温烧结烟气入口13进入烧结烟气换热器12后，温度升至500℃，经高温烧结烟气出口14引出，分别进入烧结烟气一次进口8和烧结烟气二次进口9。 [0054] 实施例3 [0055] 一种用于烧结烟气高温助燃的流化床反应器在运行时：煤矸石由含碳固体燃料进口7进入燃烧室1，经预热至800℃的烧结一次烟气由烧结烟气一次进口8进入燃烧室1，在燃烧室1内物料处于流化状态，含碳固体燃料同烧结一次烟气发生燃烧反应，燃烧室1内温度升高。为了控制燃烧室1内温度在1050℃左右，预热至800℃的烧结二次烟气，从烧结烟气二次进口9进入燃烧室1内，通过调节烧结二次烟气量来控制燃烧室1内温度。脱硫剂从脱硫剂进口10进入到燃烧室1内，在燃烧室1内脱硫剂石灰石分解成CaO，CaO同混合气体中的SO2反应，完成脱硫反应。完成脱硫反应的烟气经过燃烧室与分离器连接管2上设置的SNCR装置3，脱硝剂氨水由SNCR装置3喷入烟气内，脱硝剂氨水同烟气充分混合，完成NOx的还原反应。完成脱硝反应的烟气进入分离器4，在分离器4内固体同气体被分离开，气体经分离器烟气出口5引出，进入烧结烟气换热器12，对低温烧结烟气进行换热，换热后温度降至400℃；固体经过设在分离器4底部的返料器6返回到燃烧室1底部的密相区。低温烧结烟气经低温烧结烟气入口13进入烧结烟气换热器12后，温度升至800℃，经高温烧结烟气出口14引出，分别进入烧结烟气一次进口8和烧结烟气二次进口9。 [0056] 实施例4 [0057] 一种用于烧结烟气高温助燃的流化床反应器在运行时：兰炭由含碳固体燃料进口7进入燃烧室1，经预热至300℃的烧结一次烟气由烧结烟气一次进口8进入燃烧室1，在燃烧室1内物料处于流化状态，含碳固体燃料同烧结一次烟气发生燃烧反应，燃烧室1内温度升高。为了控制燃烧室1内温度在850℃之间，预热至300℃的烧结二次烟气，从烧结烟气二次进口9进入燃烧室1内，通过调节烧结二次烟气量来控制燃烧室1内温度。脱硫剂从脱硫剂进口10进入到燃烧室1内，在燃烧室1内脱硫剂石灰石分解成CaO，CaO同混合气体中的SO2反应，完成脱硫反应。完成脱硫反应的烟气经过燃烧室与分离器连接管2上设置的SNCR装置3，脱硝剂尿素由SNCR装置3喷入烟气内，脱硝剂尿素同烟气充分混合，完成NOx的还原反应。完成脱硝反应的烟气进入分离器4，在分离器4内固体同气体被分离开，气体经分离器烟气出口5引出，进入烧结烟气换热器12，对低温烧结烟气进行换热，换热后温度降至700℃；固体经过设在分离器4底部的返料器6返回到燃烧室1底部的密相区。低温烧结烟气经低温烧结烟气入口13进入烧结烟气换热器12后，温度升至300℃，经高温烧结烟气出口14引出，分别进入烧结烟气一次进口8和烧结烟气二次进口9。 [0058] 试验例 [0059] 某600m2烧结机，烟气SO2浓度为800～1500mg/Nm3，NOx浓度为100～450mg/Nm3，温度100～150℃，流量194×104Nm3/h。 [0061] 表1 [0062] 脱硫效率 脱硝效率 消耗标煤/吨烧结矿 实施例1 98.1％ 70％ 8.1kg 实施例2 99.2％ 75％ 8.0kg 实施例3 98.5％ 73％ 8.2kg 实施例4 98.2％ 72％ 8.1kg 对比例1 97％ 80％ 10kg 对比例2 90％ 50％ 12kg [0063] 由此可见，本发明方法燃料消耗低于对比例1和对比例2，而脱硝效率达到70％以上，脱硫达到98％以上。 |
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