專利名稱：一種燒結同時脫硫脫硝系統(tǒng)及其脫硫脫硝的方法
一種燒結同時脫硫脫硝系統(tǒng)及其脫硫脫硝的方法技術領域
本發(fā)明屬于冶金燒結煙氣脫硫脫硝的環(huán)境保護技術領域，尤其涉及一種燒結過程中同時脫硫脫硝系統(tǒng)及脫硫脫硝的方法。
背景技術：
SO2和NOx對人體健康和人類居住環(huán)境造成巨大傷害，也是形成酸雨的主要成因。 “十二五”規(guī)劃中，強調了堅持對SO2的持續(xù)控制，也明確了對氮氧化物(NOx)進行全面控制。 在“十二五”氮氧化物總量控制基本思路中提出，鋼鐵行業(yè)也是氮氧化物的重要排放源，為拓展氮氧化物減排領域，推進氮氧化物持續(xù)減排，“十二五”期間應加快冶金行業(yè)氮氧化物控制技術的研發(fā)和產業(yè)化進程，推進煙氣脫硝示范工程建設。
鋼鐵冶金燒結煙氣成分復雜，含有SO2和NOx等多種污染物。而且燒結煙氣量大， 煙氣中302和顯!￡濃度較低。目前，國內外對燒結煙氣多采用傳統(tǒng)的單獨脫硫和單獨脫硝工藝。脫硫方面，主要是濕法脫硫技術和半干法脫硫技術，在我國都已經有工業(yè)應用。脫硝方面，應用最多是傳統(tǒng)的選擇性催化還原脫硝工藝(SCR)，其工作溫度區(qū)間在300°C 450°C ； 還有選擇性非催化還原脫硝工藝(SNCR)，其工作溫度區(qū)間在950°C 1150°C。而燒結煙氣溫度通常在100°C 180°C。如果要對燒結煙氣采用單獨的SCR或SNCR裝置進行脫硝，就需要對燒結煙氣進行再熱處理。SNCR工藝的工作溫度區(qū)間遠遠高于燒結煙氣溫度，采用再熱處理是不現(xiàn)實的。而SCR工藝成本較高，難以被我國鋼鐵企業(yè)所接受。因此，更加經濟實用的燒結過程中脫硫和脫硝工藝研究逐漸被國內外所關注。
鋼鐵冶金行業(yè)中的焦化廢水是一種難處理的工業(yè)廢水，偏堿性、氨氮含量較高。 焦化廢水中的氨氮大多以銨離子(NH4+)和游離氨(NH3 · H2O)的形式存在，利用焦化廢水中的氨可以吸收燒結煙氣中的SO2，實現(xiàn)以廢治廢，有效減少燒結煙氣SO2排放量。焦化廢水的排水類型主要有剩余氨水、終冷水、苯分離水和焦油廢水，其中剩余氨水量占焦化廢水總量30% (重量比)左右，通常剩余氨水中的氨氮含量在250 2500mg/L范圍內，PH值為8.O 9. O左右，相對于其它幾種排水更有利于燒結煙氣的脫硫。
通過查新，可以檢索到一些相關專利。如“一種脫除燒結煙氣中氮氧化物的方法” (CN 101053749A)公開一種脫除燒結煙氣中氮氧化物的方法，該方法在燒結混合料中加入含氨化合物，所述的含氨化合物包括尿素、銨鹽、氨水、含氨蒸餾廢水或氰氨基鹽。在燒結過程中含氨化合物釋放出氨氣，將燒結煙氣中的NOx還原為N2。這種方法雖然可以脫除燒結煙氣中的NOx，但未反應的氨氣會隨煙氣排出，而氨氣對環(huán)境和人類的危害更要甚于N0X。“基于添加抑制劑的鐵礦石燒結過程脫硫方法”(CN 102068887A)公開了一種基于添加抑制劑的鐵礦石燒結過程脫硫方法。此發(fā)明在燒結料層底部的鋪底料層中添加尿素，燒結過程中尿素分解出的氨氣與硫氧化物反應生成的硫酸銨鹽吸附與粉塵被煙氣帶走，從而實現(xiàn)燒結過程脫硫的目的?！耙环N在冶金燒結過程中脫除NOx的方法”(CN 101033503A)通過在燒結生產配料過程中添加焦粉或半焦粉取代煤作為燃料，并在燒結過程中引入煤氣，利用焦粉和煤氣中的還原性氣體H2、CH4, CO將燒結煙氣中的NOx還原。該方法中以焦粉取代煤作為燒結燃料，所引入的煤氣量占燒結氣體體積總量的1% 10%，這些措施大大增加了燒結成本。使得該方法難以被接受。
綜上所述，目前燒結過程的脫硫和脫硝方法，有的成本較高，有的會影響燒結正常生產，都難以在燒結中應用。因此，探尋更加實用、有效的燒結過程中的脫硫脫硝工藝是非常迫切和必要的。發(fā)明內容
為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種低成本、 可有效降低燒結煙氣中SO2和NOx排放濃度的燒結過程中同時脫硫脫硝系統(tǒng)及其脫硫脫硝系統(tǒng)的方法，減少燒結煙氣對環(huán)境的污染。
本發(fā)明燒結過程中同時脫硫脫硝系統(tǒng)，包括原有燒結系統(tǒng)中通過煙氣主管路連接的燒結機、風箱、電除塵器、主抽風機和煙囪，本發(fā)明在以上原有燒結系統(tǒng)結構基礎上，在 SO2和NOx高濃度區(qū)風箱的出口管路上，引出一條分支管路作為燒結煙氣循環(huán)管路，在此燒結煙氣循環(huán)管路上依次連接有循環(huán)煙氣擋板閥、除塵器、與外進氣管連接的天然氣入口閥門、循環(huán)風機和循環(huán)煙氣罩，循環(huán)煙氣罩罩在SO2和NOx高濃度區(qū)風箱的正上方燒結料層上； 在燒結機的燒結鋪底料系統(tǒng)與燒結料給料系統(tǒng)之間設有噴灑器，剩余氨水溶液罐與噴灑器連接。
根據燒結機排放煙氣中SO2和NOx濃度的不同，風箱可分為SO2和NOx低濃度區(qū)風箱與SO2和NOx高濃度區(qū)風箱，即SO2和NOx高濃度區(qū)風箱中煙氣體積約占燒結煙氣體積總量的40% 60%，其中SO2含量占燒結煙氣SO2總體積含量的80% 90% ；N0X含量占燒結煙氣NOx總體積含量的70% 80%。SO2和NOx低濃度區(qū)風箱中煙氣約占燒結煙氣體積總量的 40% 60%，其中SO2和NOx含量占燒結煙氣SO2和NOx總體積含量的10% 20%和20% 30% ;根據這一特點本發(fā)明僅對SO2和NOx高濃度區(qū)風箱中的煙氣進行循環(huán)和脫硫脫硝處理。
噴灑器噴口與燒結鋪底料的距離高度為O. I O. 3mO通過剩余氨水溶液罐與噴灑器在燒結機料層底部的鋪底料層上均勻的噴入剩余氨水溶液。相當于在料層中建立燒結過程的二氧化硫排放屏障。
燒結過程中同時脫硫脫硝的方法，燒結煙氣進入高濃度區(qū)風箱后，將部分煙氣引入到煙氣循環(huán)管路中成為燒結循環(huán)煙氣，循環(huán)燒結煙氣通過循環(huán)煙氣擋板閥進行控制，循環(huán)燒結煙氣通過除塵器進行除塵，然后與天然氣入口閥門進入的天然氣和空氣混合，混合后的氣體通過循環(huán)風機被引入到循環(huán)煙氣罩中，在燒結負壓操作條件下，混合的煙氣通過燒結料層。在燒結料層頂部，混合煙氣中天然氣所含的甲烷被激活，在燒結原料鐵礦石和氧化鈣的催化作用下，一部分被激活的甲烷將燒結煙氣中的NOx還原為氮氣，而大部分未參與脫硝反應的甲燒，會氧化燃燒為CO2和H2O,為燒結過程提供熱量。同時，噴灑器向燒結料層底部的鋪底料層中噴入剩余氨水溶液，在燒結料層底部，鋪料層中含氨化合物的剩余氨水溶液會受熱分解產生氨氣，產生的氨氣與燒結煙氣中的SO2反應生成硫酸銨。此時，燒結料層已進入干燥預熱帶和熔融帶，料層透氣性逐步得到改善，氣流逐漸增強，脫硫反應形成的大部分硫酸銨粘附在燒結粉塵表面，隨著至上而下的氣流脫離燒結料層進入風箱中。
其中循環(huán)燒結煙氣量(即從燒結機風箱出口引入到循環(huán)管路中的煙氣)占循環(huán)煙氣總量體積比的20% 50%，天然氣占循環(huán)煙氣總量體積比的O. 3% I. 0%，引入空氣占循環(huán)煙氣總量體積比的50% 80%，要求天然氣中甲烷含量豐富，濃度要高于體積比80%。剩余氨水中的氨氮含量在250 2500mg/L范圍內，PH值為8. O 9. O左右。添加的剩余氨水溶液的質量為燒結鋪底料質量的O. 02% 2. 0%。
本燒結過程中脫硫脫硝的方法不會影響正常的燒結生產，且減少了燒結煙氣排放量，為后續(xù)的電除塵器和脫硫裝置降低了工作負荷。傳統(tǒng)煙氣脫硫脫硝投資費用高，占燒結總投資的70%以上，投資費用高，難以被鋼鐵企業(yè)接受。本專利通過對高SO2和NOx濃度區(qū)風箱中煙氣進行循環(huán)，并在循環(huán)煙氣中引入含有豐富甲烷的天然氣。同時燒結過程前，在燒結料層底部的鋪底料層中噴入含氨化合物的剩余氨水溶液。含有高濃度SO2和NOx循環(huán)煙氣通過燒結料層時，料層中物料催化甲烷還原燒結煙氣中的氮氧化物，而料層底部含氨化合物的剩余氨水溶液分解出的氨氣與SO2反應生成硫酸銨。具有便于操作、投資少、脫硫脫硝效率高的特點。


圖I是本發(fā)明燒結過程中脫硫脫硝系統(tǒng)的結構圖2氧化鐵催化甲烷脫硝的效果圖3氧化鈣催化甲烷脫硝的效果圖4剩余氨水的脫硫效果I燒結機，2燒結料層，3風箱，4循環(huán)煙氣擋板閥，5旋風除塵器，6天然氣入口閥門，7循環(huán)風機，8循環(huán)煙氣罩，9燒結煙氣主管路，10燒結煙氣循環(huán)管路，11剩余氨水溶液罐，12噴灑器，13燒結鋪底料系統(tǒng)，14燒結料給料系統(tǒng)，15電除塵器，16主抽風機，17煙囪。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明
本發(fā)明的燒結系同時脫硫脫硝系統(tǒng)結構包括1燒結機，2燒結料層，3風箱，4 循環(huán)煙氣擋板閥，5旋風除塵器，6天然氣入口閥門，7循環(huán)風機，8循環(huán)煙氣罩，9燒結煙氣主管路，10燒結煙氣循環(huán)管路，11剩余氨水溶液罐，12噴灑器，13燒結鋪底料系統(tǒng)，14燒結料給料系統(tǒng)，15電除塵器，16主抽風機，17煙囪。
燒結過程中燒結機I的燒結料層2中產生大量燒結煙氣，燒結煙氣經由燒結機底部的風箱3被抽走。根據燒結機排放煙氣中SO2和NOx濃度的不同，將風箱3分為SO2和NOx 低濃度區(qū)風箱A與SO2和NOx高濃度區(qū)風箱B兩部分。SO2和NOx高濃度區(qū)風箱B是指煙氣約占燒結煙氣體積總量的50%，但其中SO2和NOx含量占燒結煙氣SO2和NOx總體積含量的 85%和75%的風箱(SO2和NOx高濃度區(qū)風箱B通常是在燒結機下方中間二分之一的風箱位置);S02和NOx低濃度區(qū)風箱A是指，煙氣也是約占燒結煙氣體積總量的50%，其中SO2和NOx 含量占燒結煙氣SO2和NOx總體積含量的15%和25%的風箱(氮氧化物低濃度區(qū)風箱A通常是在燒結機下方前四分之一位置與后四分之一位置的風箱)。
其中剩余氨水溶液罐11位于燒結機I的燒結鋪底料系統(tǒng)13附近，與其連接的噴灑器12的噴灑位置在燒結機I的燒結鋪底料系統(tǒng)13與燒結料給料系統(tǒng)14之間。噴灑器 12噴口與燒結鋪底料的高度為O. 2m。燒結機I的燒結料層2下部裝有風箱3，風箱3下設出口煙氣管路。在氮氧化物高濃度區(qū)風箱B下方的出口煙氣管路上，引出一條燒結煙氣循環(huán)管路10，依次連接有循環(huán)煙氣擋板閥4、旋風除塵器5、與外進氣管連接的天然氣入口閥門6，循環(huán)風機7與循環(huán)煙氣罩8?？諝夂吞烊粴鈴奶烊粴馊肟陂y門6進入燒結煙氣循環(huán)管路10，循環(huán)煙氣罩8直接罩扣在氮氧化物高濃度區(qū)風箱B上方的燒結料層2上。氮氧化物高濃度區(qū)風箱B下方的出口煙氣管路與氮氧化物低濃度區(qū)風箱A下方的出口煙氣管路共同連接燒結煙氣主管路9，燒結煙氣主管路9上接有電除塵器15、主抽風機16和煙囪17。
下面通過實施例進一步具體介紹本發(fā)明
在燒結過程前，剩余氨水溶液罐11通過連接的噴灑器12在燒結機I的燒結鋪底料系統(tǒng)13與燒結料給料系統(tǒng)14之間，向燒結的鋪底料層上均勻的噴入剩余氨水溶液。噴入的剩余氨水溶液的質量為燒結鋪底料質量的2. 0%。剩余氨水中的氨氮含量為500mg/L， PH值為9. O。燒結煙氣循環(huán)管路9通過循環(huán)煙氣擋板閥3的控制，在SO2和NOx高濃度區(qū)風箱B下方的出口管路中抽取體積比50%的燒結煙氣成為循環(huán)燒結煙氣，進入燒結煙氣循環(huán)管路10，然后循環(huán)燒結煙氣通過旋風除塵器5進行重力機械除塵，旋風除塵器的主要目的是將循環(huán)燒結煙氣中較大的塵粒除去，除去的塵?？梢灾匦伦鳛闊Y原料使用。經旋風除塵器除塵后的循環(huán)燒結煙氣與經由天然氣入口閥門6引入的天然氣和空氣混合，其中天然氣占循環(huán)總煙氣量的體積比1.0% ，空氣占循環(huán)煙氣總量體積比的59%，并且天然氣中甲烷濃度要高于80%，這一要求是為了保證燒結脫硝過程中，有充分的甲烷來參與還原NOx的反應。而后循環(huán)燒結煙氣作為燒結脫硝及助燃氣體通過循環(huán)風機7進入循環(huán)煙氣罩8內。燒結煙氣的部分循環(huán)提高了燒結助燃氣體的溫度，也會節(jié)省燒結生產的能耗，降低燒結費用。 在燒結機I負壓操作條件下，混合的循環(huán)煙氣通過燒結料層2。在燒結料層2頂部，天然氣中的甲烷開始被激活，在燒結料層2中鐵礦石和氧化鈣的催化作用下，一少部分被激活的甲烷會將燒結煙氣中的NOx還原為氮氣；而大部分甲烷會氧化燃燒，生成CO2和水，為燒結過程提供了熱量。在燒結料層2底部鋪料層中含氨化合物的剩余氨水溶液受熱分解產生氨氣，與循環(huán)煙氣中的SO2反應生成硫酸銨，脫硫反應形成的大部分硫酸銨粘附在燒結粉塵表面，隨著至上而下的氣流脫離燒結料層進入風箱3中。
圖2和圖3是在一定試驗條件下，氧化鐵和氧化鈣催化甲烷脫除NOx的效果圖?？梢钥闯?，不含氧氣時，在35(T750°C溫度范圍內，NOx基本上沒有發(fā)生轉化，但在850°C時氧化鐵催化甲烷脫除NOx轉化率達到了近100%。氧化鈣作為催化劑時，有氧氣條件下在650°C時 NOx轉化率達到最高值43% ;無氧氣條件下，在850°C時，NOx轉化率更是達到了 91%。此實驗結果表明氧化鐵和氧化鈣都具有較好的催化脫硝效果。圖4是剩余氨水在PH值為9. O時， SO2濃度和脫硫效率隨時間的變化曲線。可以看出，當反應時間超過40秒后，脫硫效率可以達到90%以上。
經過燒結過程脫硫脫硝的燒結尾氣進入B區(qū)風箱，其中一部分重復進入燒結煙氣循環(huán)管路10，未循環(huán)的煙氣與A區(qū)中低SO2和NOx濃度煙氣混合，通過燒結煙氣主管路9進入后續(xù)的電除塵器15進行電除塵，除塵后的燒結煙氣經由主抽風機16從煙囪17排放大氣。由于部分燒結尾氣循環(huán)利用，使得電除塵器15處理的煙氣量減少了 20%，降低了電除塵器15投資運行費用。
權利要求
1.一種燒結同時脫硫脫硝系統(tǒng)，包括通過煙氣主管路(9)連接的燒結機(I)、風箱(3)、 電除塵器(15)、主抽風機(16)和煙囪(17)，其特征在于在SO2和NOx高濃度區(qū)風箱的出口管路上，引出一條分支管路作為燒結煙氣循環(huán)管路(10)，依次連接有循環(huán)煙氣擋板閥(4)、除塵器(5)、與外進氣管連接的天然氣入口閥門(6)、循環(huán)風機(7)和循環(huán)煙氣罩(8)，循環(huán)煙氣罩(8)罩在SO2和NOx高濃度區(qū)風箱的正上方燒結料層(2)上；在燒結機(I)的燒結鋪底料系(13)統(tǒng)與燒結料給料系統(tǒng)(14)之間設有噴灑器(12)，剩余氨水溶液罐(11)與噴灑器(12)連接。
2.根據權利要求I所述的燒結同時脫硫脫硝系統(tǒng)，其特征在于噴灑器(12)噴口與燒結鋪底料的距離高度為O. I O. 3m。
3.一種燒結同時脫硫脫硝的方法，其特征在于燒結煙氣進入高濃度區(qū)風箱后，將部分煙氣引入到煙氣循環(huán)管路(10)中成為循環(huán)燒結煙氣，循環(huán)燒結煙氣通過循環(huán)煙氣擋板閥(4)進行控制，通過除塵器(5)進行除塵，然后與天然氣入口閥門(6)進入的天然氣和空氣混合，混合后的氣體通過循環(huán)風機(7)被引入到循環(huán)煙氣罩(8)中，在燒結負壓操作條件下，混合的煙氣通過燒結料層(2);同時，噴灑器(12)向燒結料層底部的鋪底料層中噴入剩余氨水溶液。
4.根據權利要求3所述的燒結同時脫硫脫硝的方法，其特征在于其中循環(huán)燒結煙氣量占循環(huán)煙氣總量體積比的20% 50%，天然氣占循環(huán)煙氣總量體積比的O. 3% I. 0%，引入空氣占循環(huán)煙氣總量體積比的50% 80%。
5.根據權利要求3所述的燒結同時脫硫脫硝的方法，其特征在于剩余氨水中的氨氮含量在250 2500mg/L，PH值為8. O 9. O，添加的剩余氨水溶液的質量為燒結鋪底料質量的 O. 02% 2. 0%。
6.根據權利要求4所述的燒結同時脫硫脫硝的方法，其特征在于天然氣中甲烷濃度要聞于體積比80%。
全文摘要
本發(fā)明公開一種燒結同時脫硫脫硝系統(tǒng)，包括通過煙氣主管路連接的燒結機、風箱、電除塵器、主抽風機和煙囪，在SO2和NOx高濃度區(qū)風箱的出口管路上，引出一條分支管路作為燒結煙氣循環(huán)管路，依次連接有循環(huán)煙氣擋板閥、除塵器、與外進氣管連接的天然氣入口閥門、循環(huán)風機和循環(huán)煙氣罩，循環(huán)煙氣罩罩在SO2和NOx高濃度區(qū)風箱的正上方燒結料層上；在燒結機的燒結鋪底料系統(tǒng)與燒結料給料系統(tǒng)之間設有噴灑器，剩余氨水溶液罐與噴灑器連接。低成本、可有效降低燒結煙氣中SO2和NOx排放濃度的燒結過程中同時脫硫脫硝系統(tǒng)及其脫硫脫硝系統(tǒng)的方法，減少燒結煙氣對環(huán)境的污染。
文檔編號B01D53/86GK102936651SQ20121041111
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月23日 優(yōu)先權日2012年10月23日
發(fā)明者徐偉, 王永, 陳鵬, 胡紹偉, 王飛, 李叢康, 馬光宇, 黃曉煜 申請人:鞍鋼股份有限公司