一种基于燃料合理分布的低碳低NOx烧结方法与流程

本发明涉及一种铁矿烧结方法，特别涉及一种基于燃料合理分布的低碳低nox烧结方法；属于钢铁冶金领域。
背景技术：
：钢铁行业是典型的高耗能、高污染产业。铁矿烧结是现代钢铁冶炼的第一步高温工序，也是巨大的耗能和污染物排放环节。能耗占钢铁行业总能耗的9～12％，其中75～80％为焦粉、无烟煤等固体燃料消耗，而污染物负荷为钢铁冶炼各工序首位，达39％，其中sox、nox、co2三者的排放量分别占钢铁行业总排放量的10％、70％、48％。国内外研究表明，随烧结烟气排放的sox、nox、co2等污染物或温室气体主要来源于化石燃料的燃烧，因而控制来源于燃料型sox、nox、co2的排放是实现铁矿烧结清洁生产的有效途径。随着社会的发展，生物质能、含能固废等能源逐渐得到开发利用。生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，是一种可再生能源。生物质因s、n含量低，燃烧过程sox、nox排放量少，且co2参与碳循环。我国可开发为能源的生物质资源达3亿吨标煤，但其利用率不足10％，造成了严重的资源浪费。此外，我国现代化发展进程中产生了数量巨大的高有机质含量电子垃圾、循环利用程度低的高有机质污泥等废弃物，将其制备成烧结所需的新型燃料将有助于烧结烟气污染物的有效控制和废弃有价资源的增值化利用。近年来，国家环保部相继出台了系列钢铁烧结球团烟气污染物排放标准，预计2025年全国钢铁企业都将执行nox50mg/m3、so235mg/m3的超低排放标准；依据《巴黎气候协定》，到2030年我国单位gdp的二氧化碳排放比2005下降60％到65％，因而烧结工序正面临史上最为严峻的环保考验。因此，在保证烧结矿产量、质量指标的前提下，耦合烧结过程的特点，开发新型燃料替代化石燃料应用于烧结的方法对于烧结烟气污染物高效减排具有重要的现实意义。技术实现要素：现有的铁矿烧结过程存在以下问题：从烧结点火开始至达到烧结终点，烧结料层阻力逐渐减小，使得烧结速度逐渐加快；上部料层被烟气带走的热量会通过气-固热交换在下部料层蓄积，且越往下，料层蓄积热量越多，使得上部料层热量供应不足，下部料层热量供应过剩。针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于燃料合理分布的低碳低nox烧结方法；该方法耦合了烧结过程烧结速度逐渐加快与化石燃料及新型燃料反应活性不同且存在热值差异等特点，提出了燃料在烧结料层合理分布并利用烧结烟气co潜热实现固体燃料消耗降低、nox排放量减少新思路。为了实现上述技术目的，本发明提供了一种基于燃料合理分布的低碳低nox烧结方法，该方法包括以下步骤：1)布料：将新型燃料与铁矿石、熔剂及返矿进行配料、混合和制粒，得到粒料i；所得粒料i布到烧结机下部料层；将化石燃料与铁矿石、熔剂及返矿进行配料、混合和制粒，得到粒料ii；所得粒料ii布到烧结机上部料层；所述新型燃料包括废弃活性炭、生物质炭、含能固废热解炭中至少一种；2)点火：按常规方法进行点火。3)烧结：将烧结过程中烧结机中部烧结烟气从烧结机底部导入循环烟道返回烧结机中部烧结料面，并覆盖烧结机前部料面。本发明技术方案经过对铁矿烧结过程中热量分布的特点进行大量研究并作出改进，实现以可再生的新型燃料资源来替换部分不可再生的化石燃料，同时改善烧结产量、质量指标，减少co及nox排放量。现有的采用化石燃料烧结过程，主要问题是热量在下部料层蓄积，且越往下，料层蓄积热量越多，出现上部料层热量供应不足，下部料层热量供应过剩等问题。本发明将燃烧速度相对较慢、热值相对较高的化石燃料分布在上部料层，同时将燃烧速度相对较快、热值相对较低的新型燃料分布在下部料层，从而使得上层化石燃料燃烧更为充分、热量释放更为完全，可改善上部料层蓄热量少、热量供应不足的问题，而下部低热值的新型燃料可以均衡下部过多的蓄热量，有利于料层热量均匀分布。同时，本发明还将烧结机中部高co浓度烟气循环回烧结料面，co在料层发生二次燃烧，使烟气中燃料不完全燃烧形成的co潜热得到高效利用；调控循环烟气覆盖烧结机前部料面，可进一步弥补上部料层蓄热量少而导致的热量供应不足，在继续优化料层热量分布的同时还可以降低固体燃耗，实现低碳烧结。在利用新型燃料改善烧结过程中热量分布的同时，从源头上减少nox生成和排放，实现低nox烧结。优选的方案，所述新型燃料的孔隙率为50～60％、比表面积为30～70m2/g、热值为18～25mj/kg、氮含量0～0.2％，燃料平均粒径介于2～5mm，且小于1mm的质量比例不超过30％，配加量占燃料总量的40～70％。优选的新型燃料具有燃烧速度快、热值低、氮含量低等特点。新型燃料为包括生物质炭，如农业废弃物、林业加工废弃物炭化制备的生物质炭，还包括含能固废热解炭，如污泥、电子垃圾等废弃物热解得到的炭粉，还包括废弃活性炭，如筛选废弃炭粉等。这些新型燃料都是现有技术中常见的炭资源。较优选的方案，所述粒料i的质量百分比组成为：铁矿石55～70％，熔剂8～15％，返矿20～30％，新型燃料2～4％。本发明的铁矿石、熔剂及返矿等都是本领域常见的原料，如铁矿石包括赤铁矿、磁铁矿及褐铁矿等中至少一种；熔剂包括白云石、轻烧白云石、石灰石、生石灰等中至少一种；返矿包括烧结返矿、高炉返矿、钢铁厂内含铁二次资源中至少一种。优选的方案，所述化石原料包括焦粉和/或煤粉。优选的方案，所述化石原料的孔隙率为30～40％、比表面积5～15m2/g、热值为27～35mj/kg，配加量占燃料总量的30～60％。优选的化石原料燃烧速度慢、热值高等特点。较优选的方案，所述粒料ii的质量百分比组成为铁矿石55～65％，熔剂7～15％，返矿25～30％，化石燃料3～5％。优选的方案，所述烧结机中部烧结烟气为高浓度co的烟气，co的体积百分浓度为1.5～2.5％。优选的方案，所述烧结机中部烧结烟气导入循环烟道，并通过增压风机返回至烧结机上方的烟罩，再通过烟罩中的多孔喷嘴均匀分散到烧结机前部料面。较优选的方案，所述烟罩占烧结机总长度的20％～50％。较优选的方案，所述烧结中部区域为烧结机运行方向的3/10～7/10区域范围内。相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益效果：(1)本发明的烧结方法将燃烧速度相对较慢、热值相对较高的化石燃料分布在上部料层，耦合上部料层烧结速度慢的特点，且化石燃料燃烧更为充分、热量释放更为完全，可改善上部料层蓄热量少、热量供应不足的问题；将燃烧速度相对较快、热值相对较低的新型燃料分布在下部料层，有效耦合下部料层烧结速度快的特点，且低热值的新型燃料可以均衡下部过多的蓄热量，有利于料层热量均匀分布。(2)本发明的烧结方法将烧结机中部高co浓度烟气循环回烧结料面，co在料层发生二次燃烧，使烟气中燃料不完全燃烧形成的co潜热得到高效利用；调控循环烟气覆盖烧结机前部料面，可进一步弥补上部料层蓄热量少而导致的热量供应不足，在继续优化料层热量分布的同时还可以降低固体燃耗，实现低碳烧结。(3)本发明的烧结方法采用本方法可使低氮含量新型燃料部分替代高氮含量化石燃料成功应用于烧结，从源头上减少nox生成；将烧结机中部烟气循环回烧结料面后，烟气中的no在料层中被部分还原降解，从过程中减少了no排放，实现低nox烧结。(4)采用本发明的烧结方法，烧结矿成品率提高2～4个百分点、转鼓强度提高1～2个百分点，每吨烧结矿固体燃耗减少2～4kgce，co排放量减少30～50％，nox减排40～60％。附图说明图1为烧结原料分流制粒分层布料示意图。具体实施方式为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制的产品。以下实施例中铁矿、熔剂、返矿均是常见的铁矿烧结原料。以赤铁矿、白云石及烧结返矿等原料的烧结为例进行说明。实施例1将铁矿、熔剂、返矿、秸秆炭(理化性质和粒度组成分别见表1、表2)按质量百分比60％、12％、25％、3％进行配料，经过混合、制粒后布在烧结机下部料层，将铁矿、熔剂、返矿、焦粉(理化性质和粒度组成分别见表1、表2)按质量百分比58％、12.5％、25％、4.5％进行配料，经过混合、制粒后布在烧结机下部料层；将烧结机中部风箱co浓度为2.0％的烟气循环回烧结料面，风箱数占风箱总个数的20％，覆盖区域占烧结机长度的30％。物料分流制粒、分层布料以及高co烟气循环回烧结料面的实施示意图如图1所示。烧结物料经过点火、烧结后，烧结矿成品率提高2.5％、转鼓强度提高1.0％，每吨烧结矿固体燃耗减少2.0kgce，co排放量减少20％，nox减排32％。实施例2将铁矿、熔剂、返矿、木炭(理化性质和粒度组成分别见表1、表2)按质量百分比65％、12％、20％、3％进行配料，经过混合、制粒后布在烧结机下部料层，将铁矿、熔剂、返矿、焦粉(理化性质和粒度组成分别见表1、表2)按质量百分比60％、12.5％、23％、4.5％进行配料，经过混合、制粒后布在烧结机下部料层；将烧结机中部风箱co浓度为1.8％的烟气循环回烧结料面，风箱数占风箱总个数的25％，覆盖区域占烧结机长度的35％。物料分流制粒、分层布料以及高co烟气循环回烧结料面的实施示意图如图1所示。烧结物料经过点火、烧结后，烧结矿成品率提高2.7％、转鼓强度提高1.5％，每吨烧结矿固体燃耗减少2.7kgce，co排放量减少25％，nox减排40％。实施例3将铁矿、熔剂、返矿、木炭(理化性质和粒度组成分别见表1、表2)按质量百分比63％、12％、22％、3％进行配料，经过混合、制粒后布在烧结机下部料层，将铁矿、熔剂、返矿、焦粉(理化性质和粒度组成分别见表1、表2)按质量百分比59％、12.5％、24％、4.5％进行配料，经过混合、制粒后布在烧结机下部料层；将烧结机中部风箱co浓度为2.2％的烟气循环回烧结料面，风箱数占风箱总个数的30％，覆盖区域占烧结机长度的45％。物料分流制粒、分层布料以及高co烟气循环回烧结料面的实施示意图如图1所示。烧结物料经过点火、烧结后，烧结矿成品率提高3.2％、转鼓强度提高1.7％，每吨烧结矿固体燃耗减少3.0kgce，co排放量减少28％，nox减排44％。对比实施例1将铁矿、熔剂、返矿、秸秆炭(理化性质和粒度组成分别见表1、表2)按质量百分比60％、12％、25％、3％进行配料，经过混合、制粒后得到粒料ⅰ，将铁矿、熔剂、返矿、焦粉(理化性质和粒度组成分别见表1、表2)按质量百分比58％、12.5％、25％、4.5％进行配料，经过混合、制粒后得到粒料ⅱ；将粒料ⅰ和粒料ⅱ不进行分层布料，而是将两者混匀后再布到烧结机台车上，并将烧结机中部风箱co浓度为2.0％的烟气循环回烧结料面，风箱数占风箱总个数的20％，覆盖区域占烧结机长度的30％。烧结物料经过点火、烧结后，烧结矿成品率降低1.0％、转鼓强度降低0.5％，每吨烧结矿固体燃耗增加0.7kgce，co排放量减少10％，nox减排20％。对比实施例2将铁矿、熔剂、返矿、木炭(理化性质和粒度组成分别见表1、表2)按质量百分比65％、12％、20％、3％进行配料，经过混合、制粒后布在烧结机下部料层，将铁矿、熔剂、返矿、焦粉(理化性质和粒度组成分别见表1、表2)按质量百分比60％、12.5％、23％、4.5％进行配料，经过混合、制粒后布在烧结机下部料层，但烧结过程不将烧结机中部风箱较高co浓度的烟气循环回烧结料面。烧结物料经过点火、烧结后，烧结矿成品率提高0.7％、转鼓强度提高0.5％，每吨烧结矿固体燃耗减少0.7kgce，co排放量减少5％，nox减排20％。对比实施例3将铁矿、熔剂、返矿、木炭(理化性质和粒度组成分别见表1、表2)按质量百分比61％、12％、22％、5％进行配料，此时木炭完全替代焦粉，经过混合、制粒后布在烧结机上，将烧结机中部风箱co浓度为2.2％的烟气循环回烧结料面，风箱数占风箱总个数的30％，覆盖区域占烧结机长度的45％。烧结物料经过点火、烧结后，烧结矿成品率降低3.0％、转鼓强度降低2.5％，每吨烧结矿固体燃耗增加4.0kgce，co排放量减少10％，nox减排66％。表1燃料理化特征燃料种类孔隙率/％比表面积/(m2/g)热值/(mj/kg)n含量/％焦粉35.0010.0032.000.90秸秆炭55.0050.0019.000.19木炭47.0037.0023.000.10电子垃圾炭化燃料52.0053.0020.000.15表2燃料粒度组成当前第1页12