一種燒結(jié)煙氣余熱分級(jí)循環(huán)利用和污染物減排工藝及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于冶金行業(yè)燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種燒結(jié)煙氣余熱分級(jí)循環(huán)利用工 藝系統(tǒng)，具體涉及一種燒結(jié)煙氣余熱分級(jí)循環(huán)利用和污染物減排工藝及系統(tǒng)，更具體涉及 一種基于煙氣不同溫度、氧氣濃度和濕度排放特征的燒結(jié)煙氣余熱分級(jí)循環(huán)利用和污染物 減排工藝及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼鐵產(chǎn)業(yè)屬于高污染產(chǎn)業(yè)，鐵礦石燒結(jié)生產(chǎn)過程中要產(chǎn)生大量煙氣，如一臺(tái)495m2 燒結(jié)機(jī)正常生產(chǎn)時(shí)，排放的煙氣量高達(dá)每小時(shí)120萬標(biāo)準(zhǔn)立方米（NmVh)以上，此外由于國 內(nèi)燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率高（40%~50%)和固體料循環(huán)率高，有相當(dāng)一部分空氣沒有通過燒結(jié)料 層，每生產(chǎn)1噸燒結(jié)礦大約產(chǎn)生4000~6000m 3煙氣。燒結(jié)煙氣主要有煙氣量大、溫度較高、 攜帶粉塵多、CO含量較高、二氧化硫（SO2)濃度較低、含濕量大、含腐蝕性氣體及二噁英類物 質(zhì)等特點(diǎn)，由于燒結(jié)煙氣排放源集中、總量較大，因此對(duì)局部地區(qū)大氣質(zhì)量的影響較大，會(huì) 造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此有必要對(duì)燒結(jié)煙氣進(jìn)行污染物凈化，達(dá)到環(huán)保減排效果。
[0003] 鋼鐵燒結(jié)的能耗約占鋼鐵生產(chǎn)總能耗的8%~10%，僅次于煉鐵，是鋼鐵生產(chǎn)的 第二大能耗大戶，其中有52%的熱量從燒結(jié)機(jī)主煙道（24% )和冷卻機(jī)（28% )作為顯熱 排入大氣層，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國燒結(jié)工序余熱利用率不足30%，燒結(jié)煙氣利用率基本為零。燒結(jié) 過程的熱量來源中約80%來自固體燃料燃燒，而我國目前燒結(jié)工序較國外先進(jìn)水平平均高 出20千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸（kgce/t)，中小型鋼鐵廠的差距更大，高出約25kgce/t，國內(nèi)外各廠 之間的差距也比較大。因此，我國燒結(jié)節(jié)能潛力巨大，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)工序節(jié)能降耗，對(duì)降低鋼鐵 生產(chǎn)的噸鋼能耗，節(jié)約生產(chǎn)成本具有重要意義。因此，降低固體燃料消耗和利用煙氣顯熱成 為降低燒結(jié)工序能耗的主要方向。
[0004] 燒結(jié)過程整體上是一個(gè)氧化過程，氧氣除了要提供燃料燃燒之外，還要支持燒結(jié) 礦的成礦，當(dāng)循環(huán)煙氣含氧量低于18%時(shí)，燒結(jié)礦各項(xiàng)理化指標(biāo)急劇下降，因此，必須確保 循環(huán)煙氣中含氧量。而在燒結(jié)混合料燃燒過程中，其含有的水分會(huì)完全脫除并以水蒸氣的 形式進(jìn)入燒結(jié)煙氣中，水蒸氣的含量會(huì)對(duì)燒結(jié)礦的各項(xiàng)理化指標(biāo)帶來影響，當(dāng)水蒸氣含量 高于8%時(shí)，燒結(jié)礦各項(xiàng)指標(biāo)都會(huì)下降。
[0005] 燒結(jié)煙氣余熱利用主要分為以下利用方式：1.回收燒結(jié)煙氣，用作點(diǎn)火、保溫爐 燃燒用空氣，以節(jié)省燃?xì)庀模?.進(jìn)行熱風(fēng)燒結(jié)，改善燒結(jié)礦質(zhì)量；3.采用余熱鍋爐回收煙 氣余熱生產(chǎn)蒸氣：所產(chǎn)蒸氣一方面可以用于預(yù)熱混合料，不僅可以降低固體燃料消耗，還可 以減輕燒結(jié)過程中的過濕現(xiàn)象；另一方面，蒸汽可以通過汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。
[0006] CN 101893384A通過煙氣分段收集燒結(jié)礦中的高溫空氣，并與冷卻機(jī)廢氣混合，弓丨 入到燒結(jié)機(jī)中的熱風(fēng)罩內(nèi)，參與熱風(fēng)燒結(jié)。此發(fā)明有利于燒結(jié)礦中的燃料充分燃燒，而且能 夠提高燒結(jié)礦的質(zhì)量，節(jié)約固體燃料。但是對(duì)于燒結(jié)煙氣沒有分級(jí)利用，燒結(jié)煙氣余熱的利 用率低，未考慮循環(huán)煙氣中氧氣含量、濕度對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量及產(chǎn)量的影響。CN 101024143通過 從燒結(jié)機(jī)主煙道中取一部分煙氣返回到燒結(jié)機(jī)上部的密封罩內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，同時(shí)補(bǔ)充燒結(jié)機(jī) 燃燒所需要的氧氣，剩余部分煙氣經(jīng)脫硫處理后外排。此發(fā)明循環(huán)煙氣含氧量高，有利于燒 結(jié)礦中燃料的充分燃燒。但是燒結(jié)煙氣余熱資源利用率低，未考慮煙氣中濕度對(duì)燒結(jié)礦的 影響。CN 101832572B通過從燒結(jié)機(jī)主煙道尾部風(fēng)箱抽出煙氣經(jīng)余熱鍋爐后換熱后經(jīng)脫硫 除塵后外排，此發(fā)明節(jié)省了引風(fēng)機(jī)，通過壓強(qiáng)差引入煙氣換熱，但是未達(dá)到污染物減排的作 用。CN 104132550A通過將燒結(jié)機(jī)主煙道分為三段，抽取高溫中硫段煙氣返回?zé)Y(jié)機(jī)臺(tái)車 密封罩內(nèi)循環(huán)，同時(shí)補(bǔ)充燒結(jié)機(jī)燃燒所需要的氧氣，此發(fā)明通過煙氣循環(huán)達(dá)到節(jié)能減排的 目的，便于燒結(jié)煙氣脫硫，但是廢氣循環(huán)量小、節(jié)能減排效果較低，且未能考慮煙氣濕度對(duì) 燒結(jié)礦生產(chǎn)的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 鑒于上述問題，本發(fā)明研宄了燒結(jié)工序熱量分布，考慮到燒結(jié)煙氣中氧氣含量和 濕度對(duì)燒結(jié)礦的影響，對(duì)燒結(jié)煙氣余熱進(jìn)行分級(jí)回收，并結(jié)合部分冷卻機(jī)廢氣循環(huán)利用，進(jìn) 而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的鋼鐵廠余熱利用工藝。
[0008] 因此，本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在保證燒結(jié)礦質(zhì)量和產(chǎn) 量前提下，既能增加余熱分級(jí)利用又能減少污染物總量及濃度控制的燒結(jié)煙氣余熱利用和 污染物減排工藝及系統(tǒng)。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：
[0010] 一種燒結(jié)煙氣余熱分級(jí)循環(huán)利用和污染物減排工藝，將燒結(jié)機(jī)主煙道各風(fēng)箱燒結(jié) 煙氣根據(jù)燒結(jié)煙氣溫度和含氧量、濕度的排放特征，分為低溫高氧低濕段燒結(jié)煙氣、中溫低 氧高濕段燒結(jié)煙氣和高溫高氧低濕段燒結(jié)煙氣，其中，低溫高氧低濕段燒結(jié)煙氣引入燒結(jié) 機(jī)，用于熱風(fēng)點(diǎn)火和熱風(fēng)燒結(jié)，中溫低氧高濕段燒結(jié)煙氣經(jīng)脫硫處理后排放，高溫高氧低濕 段燒結(jié)煙氣與冷卻機(jī)廢氣混合后引入燒結(jié)機(jī)，用于熱風(fēng)燒結(jié)。
[0011] 本發(fā)明通過計(jì)算燒結(jié)過程各項(xiàng)熱收入及熱支出量、建立燒結(jié)機(jī)CFD動(dòng)態(tài)傳熱模 型，調(diào)節(jié)燒結(jié)原料配比、布料厚度、抽風(fēng)機(jī)風(fēng)門開合度和燒結(jié)機(jī)運(yùn)行速度，調(diào)控?zé)Y(jié)機(jī)中燒 結(jié)煙氣溫度和氧氣、濕度的分布，從而對(duì)低溫高氧低濕段燒結(jié)煙氣、中溫低氧高濕段燒結(jié) 煙氣和高溫高氧低濕段燒結(jié)煙氣進(jìn)行具體調(diào)節(jié)，從風(fēng)箱引出，進(jìn)行燒結(jié)機(jī)燒結(jié)煙氣區(qū)域耦 合排放，達(dá)到節(jié)能減排的目的。具體實(shí)現(xiàn)起來，本發(fā)明通過改變燒結(jié)原料配比、布料厚度、抽 風(fēng)機(jī)風(fēng)門開合度和燒結(jié)機(jī)運(yùn)行速度，改變燒結(jié)層的透氣性和高溫保持時(shí)間，對(duì)燒結(jié)層利用 余熱進(jìn)行熱量補(bǔ)充并使熱量分布發(fā)生變化，從而調(diào)整燒結(jié)煙氣溫度、氧氣及濕度的分布，使 燒結(jié)煙氣分為低溫高氧低濕、中溫低氧高濕、高溫高氧低濕三個(gè)排出段，根據(jù)其溫度、含氧 量和濕度分布特點(diǎn)，進(jìn)行分級(jí)處理。通過對(duì)燒結(jié)煙氣的循環(huán)使用，既對(duì)燒結(jié)礦補(bǔ)充了熱量， 也使未燃燒的一氧化碳再次燃燒，而且進(jìn)入燒結(jié)機(jī)的燒結(jié)煙氣在高溫下使二噁英裂解，實(shí) 現(xiàn)污染物凈化。同時(shí)，高溫也可以使氮氧化物的排放量降低。燒結(jié)煙氣余熱分級(jí)利用，節(jié)省 了燃料，而且在煙氣循環(huán)中，還能減少單位燒結(jié)礦燒結(jié)過程中污染物的排放量。
[0012] 優(yōu)選地，低溫高氧低濕段燒結(jié)煙氣經(jīng)除塵后引入燒結(jié)機(jī)，用于熱風(fēng)點(diǎn)火和熱風(fēng)燒 結(jié)。
[0013] 優(yōu)選地，中溫低氧高濕段燒結(jié)煙氣經(jīng)除塵和脫硫處理后，SO2達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)后 外排。
[0014] 優(yōu)選地，高溫高氧低濕段燒結(jié)煙氣經(jīng)除塵處理后再與冷卻機(jī)廢氣混合。
[0015] 本發(fā)明將燒結(jié)機(jī)主煙道頭部和尾部風(fēng)箱（即燒透點(diǎn)位置左右風(fēng)箱）煙氣抽出，經(jīng) 除塵后，與燒結(jié)冷卻機(jī)引出的冷卻煙氣經(jīng)混合室混合后，循環(huán)回?zé)Y(jié)臺(tái)車燒結(jié)料層循環(huán)利 用，實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)煙氣余熱的充分利用。
[0016] 此外，通過上述工藝可以調(diào)控?zé)Y(jié)機(jī)煙氣中氧氣濃度和濕度，保證燒結(jié)礦質(zhì)量和 產(chǎn)量。
[0017] 優(yōu)選地，使低溫高氧低濕段燒結(jié)煙氣溫度為50~100°C，例如55°C、60°C、65°C、 70°C、75°C、80°C、85°C、90°C或95°C，中溫低氧高濕段燒結(jié)煙氣溫度為100~250°C，例如 110°C、120°C、130°C、140°C、150°C、160°C、170°C、180°C、190°C、200°C、210°C、220°C、230°C 或240°C，高溫高氧低濕段燒結(jié)煙氣溫度250~350°C，例如260°C、270°C、280°C、290°C、 300。〇、310。〇、320。〇、330。〇或 340。〇。
[0018] 優(yōu)選地，低溫高氧低濕段燒結(jié)煙氣含氧量為18~21%，例如18. 2%、18. 4%、 18. 6 %、18· 8 %、19 %、19· 2 %、19· 4 %、19· 6 %、19· 8 %、20 %、20· 2 %、20· 4 %、20· 6 %、 20. 8%、21%、21. 2%、21. 4%、21. 6%或21. 8%，中溫低氧高濕段燒結(jié)煙氣含氧量為11~ 15%，例如 11. 2%、11· 4%、11· 6%、11· 8%、12%、12· 2%、12· 4%、12· 6%、12· 8%、13%、 13. 2%、13· 4%、13· 6%、13· 8%、14%、14· 2%、14· 4%、14· 6%或 14. 8%，高溫高氧低濕段 燒結(jié)煙氣含氧量為 18 ~21%，例如 18. 2%、18. 4%、18. 6%、18. 8%、19%、19. 2%、19. 4%、 19. 6 %、19· 8 %、20 %、20· 2 %、20· 4 %、20· 6 %、20· 8 %、21 %、21· 2 %、21· 4 %、21· 6 % 或 21. 8%〇
[0019] 優(yōu)選地，低溫高氧低濕段燒結(jié)煙氣濕度為0~4%，例如0. 3%、0. 6%、0. 9%、 L 2%、1· 5%、1· 8%、2· 1%、2· 4%、2· 7%、3%、3· 3%、3· 6%或 3. 9%，中溫低氧高濕段燒 結(jié)煙氣濕度為 4 ~10%，例如 4· 5%、5%、5· 5%、6%、6· 5%、7%、7· 5%、8%、8· 5%、9%或 9. 5%，高溫高氧低濕段燒結(jié)煙氣濕度為0~4%，例如0. 3%、0. 6%、0. 9%、1. 2%、1. 5%、 1. 8%、2· 1%、2· 4%、2· 7%、3%、3· 3%、3· 6%或 3. 9%。
[0020] 優(yōu)選地，為了最大限度利用余熱資源，與高溫高氧低濕段燒結(jié)煙氣混合的冷卻機(jī) 廢氣（即冷卻機(jī)廢氣中溫段（煙溫約250°C))占冷卻機(jī)廢氣總量的體積百分比為25~ 35%，例如可選擇 25. 2 ~29%，26 ~31 %，29. 5 ~32. 4%，30. 0%等。
[0021] 優(yōu)選地，為了最大限度利用余熱資源，引入燒結(jié)機(jī)的高溫高氧低濕段燒結(jié)煙氣占 總的燒結(jié)煙氣量的體積百分比為15~25%，例如可選擇15. 3~18. 5%，17~23%，20. 5~ 22%，23.0%等。高溫高氧低濕段燒結(jié)煙氣位于燒結(jié)機(jī)燒透點(diǎn)左右風(fēng)箱，約占總風(fēng)箱個(gè)數(shù) 的1/6~1/4煙氣。
[0022] 優(yōu)選地，為了最大限度利用余熱資源、節(jié)約污控設(shè)施運(yùn)行成本，引入燒結(jié)機(jī)的低溫 高氧低濕段燒結(jié)煙氣占總燒結(jié)煙氣量的15%~25%，例如可選擇15. 3~18. 5%，17~ 23%，20. 5~22%，23. 0 %等。低溫高氧低濕段煙氣位于燒結(jié)機(jī)機(jī)頭點(diǎn)火和保溫段，約占總 風(fēng)箱個(gè)數(shù)的1/5。
[0023] 所述總燒結(jié)煙氣量即指，燒結(jié)機(jī)主煙道各風(fēng)箱燒結(jié)煙氣體積的總和。
[0024] 本發(fā)明還提供了一種實(shí)現(xiàn)如上所述工藝的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包