烧结机内循环烟气减排系统的制作方法

本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体地说，涉及一种向烧结机内产生的部分烟气中补充含氧气体并重新送至烧结机内作为循环气体，并且使得环冷机工作中产生的高热气体补充到烧结机内产生的余下气体中，使其高于露点温度，以实现节能减排的烧结机内循环烟气减排系统。

背景技术：

钢铁行业的烧结是为高炉冶炼提供“精料”的一种加工方法，其是将准备好的各种原料(精矿、矿粉、燃料、熔剂、返矿及含铁生产废料等)，按一定比例经过配料，混合与制粒，得到符合要求的烧结料，烧结料经点火借助碳的燃烧和铁矿物的氧化而产生高温，使烧结料中的部分组份软化和熔化，发生化学反应生成一定数量的液相，冷却时相互粘结成块，最后得到的成品称为烧结矿。

如今，国家对钢铁工业污染排放的标准不断提高，再加上工业本身的场地、设备、投资以及运行等多个方面的限制，传统的烧结工艺中，尾气直接排放的方式被严格限制。随着工艺的改进和技术的革新，对尾气的处理也从原来的直接排放，向烟气循环回收利用的角度发展。

烟气循环回收利用，主要是将烧结机内产生的部分热烟气进行回收处理，并重新排入烧结机，作为烧结气体循环利用。烧结过程中产生的其他烟气也得到相应处理，例如，烟气中的粉尘被部分吸附于料层中，nox化合物被部分降解，二噁英被高温热解，co和ch等化合物发生二次燃烧。这样，有效控制了烧结过程中产生的各种污染物，同时对产生的低温余热进行回收，实现了节能减排的目的。经过长期的实践发现，当循环烟气温度控制在200℃左右、同时其氧含量控制在18％以上时，烟气循环烧结技术能最大限度地实现提质增产和节能减排的双重效应。

按照选取的烧结烟气的部位不同，现有的循环烧结工艺可以分为内循环和外循环两种。其中，外循环烧结工艺是在抽风机后分流烟气，其不但具有改造简单易行的优点，同时，烟气循环率可以达到50％，但是循环烟气的温度较低，且氧含量也远远达不到18％，最终导致循环后的烧结效果不佳，影响了产品的质量；针对外循环烧结工艺的不足，内循环烧结工艺从烧结机的风箱中直接取风，其可以方便地根据需要向取出的风中补充含氧气体，同时保持其的温度，使循环烟气的氧含量和温度达到要求，但是这样的方式烟气循环率低，对烟气的使用率不够，否则又会导致管道结露。

针对上述的技术问题，现有技术做出了相应的改进。例如，针对循环烟气温度较低的问题，现有技术中，利用烧结机尾部风箱温度较高的特点，引出烧结机风箱尾部温度较高的烟气，但是长期使用后，因为主风箱的温度变低，容易使得主风箱排烟道结露。又例如，在另一现有技术中，对烟气罩改进，使得其覆盖烧结机的50％，将烧结机风箱的头部和尾部烟气进行混合，但是未回收完全，烟气循环率仍然较低。现有技术中的多种尝试，都无法同时满足烟气在循环率和氧含量的两方面要求，并且还存在烟气罩覆盖区域过大，引起烧结烟气的重复循环。

有鉴于此，应当对现有的内循环烧结工艺进行进一步改进，以解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述技术问题而做出的，其目的是提供一种能够满足烟气在循环率和氧含量两方面的要求，使得烧结工艺最大限度地同时实现提质增产及节能减排的效果。

为了实现上述目的，本发明提供了一种烧结机内循环烟气减排系统，该系统包括烧结机，所述烧结机包括主烟道、循环烟道、头部风箱、中部风箱以及尾部风箱，所述主烟道与烟囱底部连通，所述主烟道还与所述烧结机的所述中部风箱连通，所述循环烟道与所述烧结机的所述头部风箱和尾部风箱连通，该系统还包括：气体混合装置，通过含氧气体供应端向该气体混合装置输入含氧气体，该气体混合装置于所述循环烟道连通，出气口与烧结机连通；环冷机，该环冷机分别与所述主烟道和所述气体混合装置连通，其顶部设置有高温段烟气出口和中温段烟气出口，所述高温段烟气出口与所述主烟道连通，所述高温段烟气出口排出的高温烟气与所述主烟道内的烟气进行热交换，使其温度高于露点温度，所述中温段烟气出口与所述气体混合装置连通，所述中温段烟气出口中排出的中温烟气在所述气体混合装置内与所述含氧气体、以及循环烟道内的烟气混合后，送回至所述烧结机循环利用。

优选地，风量调节装置，该装置包括第一信号监控反馈装置、第二信号监控反馈装置以及第一三通阀、第二三通阀，所述第一信号监控反馈装置设置于所述气体混合装置与所述烧结机连通的管路上，所述第二信号监控反馈装置设置于所述主烟道与所述烟囱连通的管路上，所述第一三通阀设置于所述环冷机的高温段烟气出口与所述主烟道之间，所述第二三通阀设置于所述环冷机的中温段烟气出口与所述气体混合装置之间，所述第二信号监控反馈装置控制所述第一三通阀和所述第二三通阀的通断。

优选地，所述头部风箱占所述烧结机整体风箱长度的10％至20％，所述中部风箱，占所述烧结机整体风箱长度的45％至55％，所述尾部风箱，占所述烧结机整体风箱长度的30％至40％，所述中部风箱上方设置有烟气罩，所述烟气罩完整覆盖所述中部风箱。

优选地，所述主烟道与所述烟囱之间依次设置有第一除尘器、脱硫脱硝装置以及抽风机，所述气体混合装置与所述循环烟道之间还依次设置有第一循环风机和第二除尘器，所述含氧气体供应端与所述气体混合装置之间依次设置有电动阀和补氧风机。

优选地，所述第二信号监控反馈装置监控所述主烟道内的烟气的温度，并根据该温度控制所述第一三通阀，改变所述环冷机的高温段烟气出口的补风量，并监控所述循环烟道内的烟气的温度，并根据该温度控制所述第二三通阀，改变所述环冷机的中温段烟气出口的补风量。

优选地，所述系统中，所述环冷机上的高温段烟气出口处的补风量符合公式：(1-a)·t1+b·t2≥(1-a+b)·t3，其中，a为烟气循环率，b为所述环冷机上的高温段烟气出口处的补风量与烧结机总烟气量的比值，t1为烧结机所述主烟道中烟气的平均温度，t2为所述高温段出风口处的烟气的平均温度，t3为烧结烟气的露点温度，即在所述环冷机的高温段烟气出口处，满足主烟道内的烟气加上补入的烟气的混合温度大于等于露点温度。

又进一步优选地，所述系统中，所述环冷机上的中温段烟气出口处的补风量符合公式：a·x+c1·0.21+c2·y≥(1-a)·0.21，所述气体混合装置中含氧气体的含量符合公式：(a·x+c1·0.21+c2·y)≥(a+c1+c2)·0.18，其中c1为所述环冷机中中温段烟气出口与烧结机总烟气量的比值，c2为所述气体混合装置中含氧气体与烧结机总烟气量的比值，x为循环烟气中的氧含量，y为所述含氧气体中的氧含量，0.21为空气中的氧含量，即在所述环冷机的中温段烟气出口处，满足循环烟气的氧通量加上从所述环冷机的中温段烟气出口处补入的气体的氧通量，再加上补入的含氧气体的氧通量大于等于与所述主烟道中排出气体等量的空气的氧通量，且在所述气体混合装置中满足循环烟气加上从所述环冷机的中温段烟气出口处补入的气体，再加上补入的含氧气体，其混合气体中的氧含量大于等于0.18。

优选地，所述系统中，所述环冷机的高温段烟气出口与所述主烟道之间可以设置有环冷机余热发电装置，所述环冷机余热发电装置的进气口与所述高温段烟气出口相连，其出气口与所述第一三通阀的进气口连通，所述第一三通阀的第一出气口与所述主烟道连通，第二出气口通过第二循环风机与所述环冷机连通。

优选地，与所述中部风箱末端相邻的尾部风箱的一个或多个管路上设置有第三三通阀，所述第三三通阀一端与所述主烟道连通，另一端与所述循环烟道连通。

优选地，与所述中部风箱首端相邻的头部风箱的一个或多个管路上设置有第四三通阀，所述第四三通阀一端与所述主烟道连通，另一端与所述循环烟道连通。

根据上面的描述和实践可知，本发明所述的烧结机内循环减排系统，将烧结机风箱分为头部风箱、中部风箱和尾部风箱，因烧结机头部和尾部的烟气氧含量较高，因此将头部风箱和尾部风箱的烟气进行回收，并且只需要补入少量含氧气体后重新排入烧结机内作为烧结气体循环利用，另一方面，因为烧结机中部风箱的温度较低，直接排放容易在主烟道、除尘器等内部形成结露，所以将环冷机前端的高温烟气导入主烟道内，使主烟道内的烟气温度升高到高于其露点温度，这样使得循环烟气的温度高于200℃，同时保证其氧含量大于18％并提高烟气循环率，解决了现有技术中烟气循环率低、循环烟气温度低、容易结露的问题，以使得该系统能最大限度地实现提质增产和节能减排的双重效应。

附图说明

图1为示意图，示出了本发明实施例1中所述的烧结机内循环烟气减排系统的结构；

图2为示意图，示出了本发明实施例3中所述的烧结机内循环烟气减排系统的结构；

图3为示意图，示出了本发明实施例4中所述的内循环烟气减排系统的结构。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的烧结机内循环烟气减排系统的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

实施例1

图1为示意图，示出了本发明实施例1中所述的烧结机内循环烟气减排系统的结构。如图1所示，在本发明的该实施例中，所述的烧结机内循环烟气减排系统包括烧结机1、环冷机2、气体混合装置3、风量调节装置、脱硫脱硝装置4以及烟囱5。烧结机1包括主烟道11和循环烟道12，其风箱分为头部风箱13、中部风箱14以及尾部风箱15，头部风箱13占烧结机整体风箱长度的10％至20％，中部风箱14占烧结机1整体风箱长度的45％至55％，尾部风箱15占烧结机1整体风箱长度的30％至40％，中部风箱14上方设置有烟气罩16，烟气罩16完整覆盖中部风箱14。在本发明的该实施例中，头部风箱13占整体长度的15％，中部风箱14占整体长度的50％，尾部风箱15占整体长度的35％。头部风箱13和尾部风箱15与循环烟道12连通，中部风箱14与主烟道11连通。主烟道11的出风口通向烟囱5的底部，主烟道11用于将中部风箱14产生的烟气引至烟囱5后从烟囱排出，循环烟道12用于将头部风箱13和尾部风箱15产生的烟气回收利用，风量调节装置调节主烟道11和循环烟道12的风量。

具体地说，烧结机1顶部设置有混合料槽17和点火炉18，从混合料槽17中将烧结所需的混合料导入烧结机1内，后通过点火炉18点火开始烧结。循环烟道12的出风口通向气体混合装置3，气体混合装置3通过含氧气体供应端31向该气体混合装置3输入含氧气体，含氧气体供应端31与气体混合装置3之间依次设置有电动阀32和补氧风机33，且气体混合装置3的出风口通过三个及以上的出气口与烧结机1上的烟气罩16连通，循环烟道12与气体混合装置3连通的管路上依次设置有第二除尘器6和循环抽风机7，循环抽风机7工作，使得从循环烟道12的出风口排出的烟气经过第二除尘器6除尘后，排入气体混合装置3内，通过含氧气体供应端31向气体混合装置3内补入含氧气体，循环烟气与含氧气体在气体混合装置3内混合后，通过三个及以上的烟气出口与烧结机的烟气罩16的进气口连通，通入烧结机1内作为烧结气体使用。在本发明的该实施例中，含氧气体可以为空气，或者工业纯氧。

主烟道11通向烟囱5底部的管路上，沿烟气流动方向，依次设置有第一除尘器8、主抽风机9以及脱硫脱硝装置4。从中部风箱14中排出的烟气排至主烟道11内，而后，主抽风机9工作，使主烟道11内的烟气经过第一除尘器8除尘后，进入脱硫脱硝装置4进行脱硫脱硝处理，最后从烟囱5底部进入烟囱5内，最后排出。

环冷机2分别与主烟道11和气体混合装置3连通，具体地说，环冷机2内部对烧结矿进行冷却，其内部前端产生的气体温度较高，中部及尾部产生的气体温度较低，则在环冷机2顶部对应设置有高温段烟气出口21和中温段烟气出口22，高温段烟气出口21设置于环冷机2的前端，中温段烟气出口22设置于环冷机2的中部。高温段烟气出口21与主烟道11连通，高温段烟气出口21内排出的高温烟气与主烟道11内的烟气进行热交换，使得主烟道11内的烟气温度上升，并高于其露点温度，可以有效地避免主烟道及烟囱管道内的结露现象发生。中温段烟气出口22与气体混合装置3连通，从中温段烟气出口22排出的气体进入到气体混合装置3内，与其中的循环烟气以及含氧气体混合。在本发明的该实施例中，环冷机2上的中温段烟气出口22与气体混合装置3连通的管路上也可以设置有辅助抽风机23。

风量调节装置调节主烟道11和循环烟道12的风量。具体地说，风量调节装置包括第一信号监控反馈装置100和第二信号监控反馈装置200，以及第一三通阀300和第二三通阀400。第一信号监控反馈装置100设置于气体混合装置3与烧结机1连通的管路上，用于监控和调节气体混合装置3出风口的风量。第二信号监控反馈装置200设置于主烟道11与烟囱5连通的管路上，所述第一三通阀300设置于高温段烟气出口21与主烟道11之间，第一三通阀300的进气口与高温段烟气出口21连接，第一出气口与主烟道11连接，第二出气口与外部环境或余热回收装置连通，第二三通阀400设置于中温段烟气出口22与气体混合装置3之间，第二三通阀400的进气口与中温段烟气出口22连接，第一出气口通过辅助抽风机23与气体混合装置3连接，第二出气口与外部环境或余热回收装置连通。第二信号监控反馈装置200用于监控和调节第一三通阀300和第二三通阀400的通断，以控制主烟道11内的风量。

第二信号监控反馈装置200监控高温段烟气出口21处和中温段烟气出口22处的温度，而高温段烟气出口21的补风量应该符合公式：(1-a)·t1+b·t2≥(1-a+b)·t3，其中，a为烟气循环率，b为所述环冷机上的高温段烟气出口处的补风量与烧结机总烟气量的比值，t1为烧结机主烟道11中烟气的平均温度，t2为高温段烟气出口21处的烟气的平均温度，t3为烧结烟气的露点温度，即在环冷机2的高温段烟气出口21处，满足主烟道11内的烟气加上补入的烟气的混合温度大于等于烟气的露点温度。同时，环冷机2上的中温段烟气出口22处的补风量符合公式：a·x+c1·0.21+c2·y≥(1-a)·0.21，气体混合装置3中含氧气体的含量符合公式：(a·x+c1·0.21+c2·y)≥(a+c1+c2)·0.18，其中c1为环冷机2中中温段烟气出口22与烧结机1总烟气量的比值，c2为气体混合装置3中含氧气体与烧结机1总烟气量的比值，x为循环烟气中的氧含量，y为含氧气体中的氧含量，0.21为空气中的氧含量，即在中温段烟气出口处，满足循环烟气的氧通量加上从中温段烟气出口22处补入的气体的氧通量，再加上补入的含氧气体的氧通量大于等于与主烟道11中排出气体等量的空气的氧通量，且在气体混合装置3中满足循环烟气加上从中温段烟气出口22处补入的气体加上补入的含氧气体，其混合气体中的氧含量大于等于0.18。第二信号监控反馈装置200监控相应管路内的温度，并控制第一三通阀300和第二三通阀400的通断。

实际生产中，以按照460㎡的内循环烟气减排系统为例进行生产为例，烧结机1头部风箱13的烟气平均氧含量约为16％，平均温度约为80℃，尾部风箱15内的烟气平均氧含量约为18％，平均温度约为300℃，头部风箱13和尾部风箱15的烟气混合后，平均温度高于200℃，但是氧含量明显低于18％。中部风箱14内的烟气平均温度约为70℃，表1为在本发明的实施例1中，分别以常温空气或者工业纯氧作为循环烟气和主烟道内烟气的补充气体时的相关数据，其中假设含氧气体温度为30℃，环冷机2的高温段烟气出口21处的烟气温度为400℃，中温段烟气出口22处的烟气温度为300℃。

表1循环烟气和外排烟气补风参数

从表1可以看出，以空气或者环冷机中温烟气作为循环烟气的补风时，补风量(8.57％)远大于工业纯氧(1.8％)，混合后的烟气氧含量(18.13％)则低于工业纯氧(20.27％)约2％；以环冷机中温烟气作为循环烟气的补风时的混合烟气温度最高，以工业纯氧时次之；以不同补风源对循环烟气进行补风后，外排烟气的补风量均接近10％，其中仅采用工业纯氧时略低，也就是说，当本发明的烟气循环率达到50％时，实际外排烟气减排率约为40％。

表2为环冷机高温段烟气出口21烟气温度对主烟道外排烟气减排率的影响数据。

表2环冷机高温烟气温度对外排烟气减排率的影响

结合表1和表2得出，当环冷机2中温段烟气出口22处的烟气温度高于350℃时，循环烟气补风后的混合温度达到250℃，第二信号监控反馈装置200监控中温段烟气出口22处的烟气温度，并控制第二三通阀400的通断。另外，循环烟气的混合温度随着常温空气补风比例的增加而降低，在243.66℃到204.15℃之间变化；循环烟气的补风量随着工业纯氧补风比例的增加而降低，在1.8％到8.57％的范围内波动。以不同的补风来源对循环烟气进行补风时，在环冷机2高温段烟气出口的温度不变情况下，主烟道11的外排烟气的补风量随着环冷机2高温段烟气出口21的温度升高而降低，主烟道的外排烟气的减排率则随着环冷机2高温段烟气出口21的温度升高而升高。具体地说：

(1)当环冷机2中温段烟气出口处的烟气温度波动时，对循环烟气的补风量无影响，对循环烟气补风后的混合氧含量也无影响，而循环烟气补风后的混合温度随着环冷机2中温段烟气出口处的烟气温度的降低而降低；当环冷机2中温段烟气出口处的烟气温度超过350℃时，循环烟气补风后的混合温度达到250℃，即环冷机2中温段烟气出口处的烟气的峰值温度以350℃为宜；

(2)若采用常温空气和环冷机2中温段烟气作为循环烟气补风来源，当两者补风比例波动时，对循环烟气的补风量无影响，对循环烟气补风后的混合氧含量也无影响，而循环烟气补风后的混合温度在204.15℃～243.66℃之间波动，且随着常温空气补风比例的增加而降低；

(3)若采用常温空气和工业纯氧作为循环烟气补风来源，当两者补风比例波动时，循环烟气的补风量在1.8％～8.57％之间波动，且随着工业纯氧补风比例的增加而降低；循环烟气补风后的混合氧含量和温度分别在18.13％～20.27％和204.15℃～226.91℃之间波动，且随着工业纯氧补风比例的增加而增加；

(4)若采用工业纯氧和环冷机中温烟气作为循环烟气补风来源，当两者补风比例波动时，循环烟气的补风量在1.8％～8.57％之间波动，且随着工业纯氧补风比例的增加而降低；循环烟气补风后的混合氧含量在18.13％～20.27％之间波动，且随着工业纯氧补风比例的增加而增加；循环烟气补风后的混合温度在226.91℃～243.66℃之间波动，且随着工业纯氧补风比例的增加而降低；

(5)若采用常温空气、工业纯氧和环冷机中温烟气作为循环烟气补风来源，当三者补风比例波动时，循环烟气的补风量在1.8％～8.57％之间波动，且随着工业纯氧补风比例的增加而降低，与常温空气和环冷机中温烟气的相对补风比例无关；循环烟气补风后的混合氧含量在18.13％～20.27％之间波动，且随着工业纯氧补风比例的增加而增加，与常温空气和环冷机中温烟气的相对补风比例无关；循环烟气补风后的混合温度在204.15℃～243.66℃之间波动，且随着常温空气补风比例的增加而降低。

实施例2

参看图1，在实施例1中，头部风箱13占整体长度的15％，中部风箱14占整体长度的50％，尾部风箱15占整体长度的35％。在实施例2中，可以保持中部风箱14不变，头部风箱13的长度占整体长度的比例不低于10％，相应的，尾部风箱15的长度占整体长度的比例不高于40％，此时，随着头部风箱14的长度降低，烧结机1循环烟气的温度逐渐升高，氧含量略微降低，此时采用实施例1中所述的系统条件生产时，环冷机2的中温段烟气出口22的补风量降低，而含氧气体供应端31的含氧气体的补风量增加。

实施例3

为了实现余热资源的充分利用，还可以在高温段烟气出口21与主烟道11连通的管路上设置环冷机余热发电装置24。图2为示意图，示出了本发明实施例2中所述的烧结机内循环烟气减排系统的结构。具体地说，如图2所示，环冷机余热发电装置24的进气口与高温段烟气出口21相连，其出气口与第一三通阀300的进气口连通，第一三通阀300的第一出气口与主烟道11连通，第二出气口通过循环风机301与环冷机2连通。高温段烟气出口21处排出的高温气体，先进入环冷机余热发电装置24进行热交换，交换后的低温气体一部分通过第一三通阀300的第二出气口排回到环冷机2作为冷却气体循环利用，另一部分通过第一三通阀300的第一出气口排入主烟道11与主烟道11内的烟气混合。实施例2中与实施例1相同的部分在此不再赘述。

实施例4

图3为示意图，示出了本发明实施例3中所述的内循环烟气减排系统的结构。具体地说，如图3所示，尾部风箱15上与烧结机中部风箱14末端相邻的一个或者多个支管上设置第三三通阀500和第四三通阀600，第三三通阀一端与烧结机循环烟道12的入口侧连通、另一端与烧结机1主烟道11的入口侧连通，第四三通阀600一端与主烟道11连通，另一端与循环烟道12连通。此外，近似地，在本发明的其他实施例中，在头部风箱13上与烧结机1中部风箱14首端相邻的一个或者多个支管上也可以设置第三三通阀500，其一端与烧结机循环烟道12的入口侧连通、另一端与烧结机1主烟道11的入口侧连通。本实施例所述的高比例烧结烟气内循环系统，可以使烟气循环工艺可根据生产工况的波动实现合理控制。实施例4中与实施例3相同的部分在此不再赘述。

根据上面的描述和实践可知，本发明所述的烧结机内循环减排系统，将烧结机风箱分为头部风箱、中部风箱和尾部风箱，因烧结机头部和尾部的烟气氧含量较高，因此将头部风箱和尾部风箱的烟气进行回收，并且只需要补入少量含氧气体后重新排入烧结机内作为烧结气体循环利用，另一方面，因为烧结机中部风箱的温度较低，直接排放容易在主烟道、除尘器、抽风机等内部形成结露，所以将环冷机前端的高温烟气导入主烟道内，使主烟道内的烟气温度升高到高于其露点温度，这样使得循环烟气的温度高于200℃，同时保证其氧含量大于18％并提高烟气循环率，解决了现有技术中烟气循环率低、循环烟气温度低、容易结露的问题，以使得该系统能最大限度地实现提质增产和节能减排的双重效应。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明所述的烧结机内循环烟气减排系统。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的烧结机内循环烟气减排系统，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。