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申请号：CN201510173251.4 申请日：2015-04-13 申请/专利权人：清华大学
公开/公告号：CN104764340A 发明/设计人：宋蔷;付世龙;姚强 公开/公告日：2015-07-08
主分类号：F27D17/00 分类号：F27D17/00
【说明书】：技术领域
本发明属于钢铁行业大气污染物控制技术领域，特别涉及一种烧结机烟气再循环脱硝的烟气循环系统及方法。
背景技术
烧结矿是钢铁生产过程中的必备原料，烧结过程是钢铁生产中的主要工艺过程之一。随着我国钢铁行业的发展，烧结矿产量大大增加。但是，烧结过程会产生大量的NOx、SO2和粉尘等污染物，对钢铁行业的清洁生产和可持续发展提出了考验。
目前，针对烧结机排放SO2的湿式脱硫设备和粉尘的除尘设备已经大量投入运行，取得了比较好的效果。然而，针对烧结过程产生的主要污染物之一的NOx，还没有适用于烧结机的切实可行的脱除技术。因此，研究针对烧结过程产生NOx的控制技术势在必行。
现有的主流NOx控制技术主要包括烟气脱硝技术和燃烧中脱硝技术。烟气脱硝技术主要有选择性非催化还原(SNCR)技术和选择性催化还原(SCR)技术。选择性非催化还原(SNCR)技术是将还原剂(氨水或尿素)配制成合适的浓度后，喷射入特定的温度区间(900～1100℃)内，在还原剂与烟气混合后发生脱硝反应，将NOx还原成N2的过程。SNCR技术投资少、成本低，但是对反应温度要求较高，只有在特定的温度区间内才能达到比较好的脱硝效果。而烧结机出口的烟气温度较低，SNCR技术难以达到理想的脱硝效果，并且容易造成氨逃逸。选择性催化还原(SCR)技术是在催化剂的作用下利用还原剂(氨水或尿素)将NOx还原成N2。SNCR技术脱硝效率较高，可以达到90％以上。但是SNCR技术成本高，对系统的改动量大，并且烧结机烟气大量的粉尘容易造成催化剂的磨损和中毒。因此，现有的烟气脱硝技术在烧结机中难以适用。
燃烧中脱硝技术主要包括低氮燃烧技术、分级燃烧和烟气再循环等。低氮燃烧技术通过分配燃烧器中燃料和空气的比例，实现燃烧器局部的氧化和还原性气氛；分级燃烧技术则是通过燃料和空气的分配形成贫氧和富氧气氛，达到脱除NOx的目的。低氮燃烧和分级燃烧技术都需要改变燃烧方式。然而，受限于烧结机特殊的燃烧方式以及为了保证烧结矿的质量，低氮燃烧和分级燃烧技术并不适合在烧结机中应用。
发明内容
本发明的目的在于，克服上述现有技术的不足，提供一种烧结机烟气再循环脱硝的烟气循环系统及方法。
采用的技术方案为：
通过在烧结机上设置烟气循环系统，实现烟气的再循环脱硝。其中的烧结机为成熟的现有技术，其由铺底料槽、混合料槽、点火炉、保温炉、台车、前段风箱、中段风箱、后段风箱、大烟道、除尘器、引风机和烟囱组成。运行过程为：铺底料和混合料分别由铺底料槽和混合料槽敷设于台车上，经点火炉点火和保温炉保温后在台车上进行燃烧，产生的烟气分别经前段风箱、中段风箱和后段风箱进入大烟道，然后进入除尘器除尘后，经引风机抽取由烟囱排放入大气。
一种烧结机烟气再循环脱硝的烟气循环系统，由烧结机、支管一、支管二、调节阀、再循环烟道、再循环风机和上悬式烟气罩组成；在烧结机中段风箱和后段风箱与大烟道相连的管路上分别设置支管一和支管二，支管一和支管二上设置调节阀，支管一和支管二分别与再循环烟道相连接，再循环烟道上设置再循环风机，再循环烟道与上悬式烟气罩连接，上悬式烟气罩水平设置于烧结机的台车上沿。
利用上述烟气循环系统的烧结机烟气再循环脱硝方法，利用再循环风机抽取烧结机中段风箱和后段风箱的烟气，通过调节阀控制再循环烟气的流量，再循环烟气经支管一和支管二进入再循环烟道，然后进入上悬式烟气罩，通过上悬式烟气罩从烧结机顶部重新通入台车上的高温燃烧区，烟气中的NOx被焦炭还原为N2，从而脱除NOx。
所述再循环烟气的循环量为占烟气总体积的0～60％。
所述焦炭为由高温燃烧区内的燃煤脱挥发分产生。
所述脱除NOx的烟气进入大烟道后，经引风机抽取由烟囱排放入大气。
本发明的有益效果：
(1)本发明的烟气循环系统在不改变烧结机的燃烧方式和烧结矿质量的前提下，实现NOx的高效脱除。
(2)本发明对系统的改动小，具有运行成本低和操作简便灵活的特点。
(3)本发明可以调节烟气的循环量，并实现烟气的余热利用，降低烧结过程能耗。
(4)本发明的方法脱硝效率高，在烧结机烟气脱硝领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明烧结机烟气再循环脱硝的烟气循环系统示意图。
图中标号：1-铺底料槽；2-混合料槽；3-点火炉；4-保温炉；5-台车；6-前段风箱；7-中段风箱；8-后段风箱；9-支管一；10-支管二；11-调节阀；12-再循环烟道；13-再循环风机；14-上悬式烟气罩；15-大烟道；16-除尘器；17-引风机；18-烟囱。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明。
本发明烧结机烟气再循环脱硝的烟气循环系统如图1所示，由烧结机、支管一9、支管二10、调节阀11、再循环烟道12、再循环风机13和上悬式烟气罩14组成；在烧结机中段风箱7和后段风箱8与大烟道15相连的管路上分别设置支管一9和支管二10，支管一9和支管二10上设置调节阀11，支管一9和支管二10分别与再循环烟道12相连接，再循环烟道12上设置再循环风机13，再循环烟道12与上悬式烟气罩14连接，上悬式烟气罩14水平设置于烧结机的台车5上沿。
上述烟气循环系统的脱硝过程为：铺底料和混合料分别由铺底料槽1和混合料槽2敷设于台车5上，经点火炉3点火和保温炉4保温后在台车5上进行燃烧；产生的烟气分别进入前段风箱6、中段风箱7和后段风箱8；中段风箱7和后段风箱8中的烟气一部分进入大烟道15，一部分经再循环风机13抽取由支管一9和支管二10进入再循环烟道12，再循环烟气的流量由调节阀11控制；再循环烟道12中的烟气经上悬式风罩14重新通入台车5上的高温燃烧区，烟气中的NOx与焦炭发生反应被还原成N2，从而脱除NOx；脱硝后的烟气经前段风箱6、中段风箱7和后段风箱8进入大烟道15，然后进入除尘器16除尘后，经引风机17抽取由烟囱18排放入大气。
本发明的脱硝反应发生于烧结机的高温燃烧区，NOx与焦炭发生反应所需的温度比较高，低温下很难达到脱除NOx的效果。在烧结机机头位置，烧结混匀矿料处于脱水干燥阶段，料层温度相对较低，且燃料未完全脱除脱挥发分，能参与到还原反应中的焦炭比较少；烧结机机尾位置的燃烧已经完全，可以参与还原NOx的焦炭基本耗尽。
本发明同时抽取NOx浓度较高的烧结机中段烟气和含氧量及温度较高的尾部烟气，混合后的烟气一方面氧含量高，再循环时不影响烧结矿粉的正常燃烧冶炼，保证工况运行稳定；另一方面，循环烟气温度的升高，有利于矿粉的预热燃烧，可以有效节约燃料。
本发明再循环烟气的循环量可以根据烧结机的工况以及大烟道的烟气温度，通过调节阀实时调节，变化范围为0～60％。如果烧结机烟气中NOx浓度较低，或大烟道烟气温度降至露点以下，则减少烟气的循环量，防止烟气结露对大烟道和除尘器的腐蚀；如果烧结机烟气中NOx浓度较高，或大烟道烟气温度高于露点时，则增加烟气的循环量。
本发明采用上悬式烟气罩结构，并贴合台车上沿水平布置，由于烧结机的台车始终处于移动状态，所以再循环烟气在通入烧结机中部时，可以在不影响台车行走的同时，保证再循环烟气的最大返还量。
实施例1
一种利用烟气循环系统的烧结机烟气再循环脱硝方法，实施于某360m2带式烧结机。脱硝过程如下：铺底料和混合料分别由铺底料槽1和混合料槽2敷设于台车5上，经点火炉3点火和保温炉4保温后在台车5上进行燃烧；产生的烟气分别进入前段风箱6、中段风箱7和后段风箱8；中段风箱7(烟气温度约为150℃)和后段风箱8(烟气温度约为400℃)中的烟气一部分进入大烟道15，一部分经再循环风机13抽取由支管一9和支管二10进入再循环烟道12，再循环烟气的流量由调节阀11控制，循环量为占烟气总体积的40％，中段风箱7和后段风箱8的烟气于再循环烟道12混合后的烟气温度约为250℃，NOx浓度为300mg/m3，；再循环烟道12中的烟气经上悬式风罩14重新通入台车5上的高温燃烧区，烟气中的NOx与高温燃烧区内的燃煤脱挥发分产生的焦炭发生反应被还原成N2，从而脱除NOx；脱硝后的烟气经前段风箱6、中段风箱7和后段风箱8进入大烟道15，然后进入除尘器16除尘后，经引风机17抽取由烟囱18排放入大气。
上述排入大气的烟气中NOx的浓度为105mg/m3，脱硝效率为65％，该烟气循环系统可以在不改变烧结机的燃烧方式和烧结矿质量的前提下，实现NOx的高效脱除，同时可根据烟气中NOx浓度和大烟道烟气温度，调节烟气的循环量，保证烧结机和除尘系统的稳定运行，还可以充分利用烟气余热，预热物料，节约燃料。
