一种基于烧结烟气循环及烟尘催化的烧结烟气脱硝工艺的制作方法

本发明涉及环保领域的烟气脱硝工艺，具体的说是一种基于烧结烟气循环及烟尘催化的烧结烟气脱硝工艺。

背景技术：

烧结烟气循环工艺是将部分风箱支管的烧结烟气或大烟道总管上一部分烧结烟气循环到烧结机台车上部密封罩中，在主抽风机的作用下，循环废气重新参与烧结。其目的是回收烧结烟气中的显热和潜热，降低燃料消耗，减少烟气污染物排放；烟气循环到烧结料层时，其中的粉尘部分会被吸附并滞留于烧结料层中，nox被部分降解,二噁英在高温下会被热解,co和ch化合物等在烧结过程中会发生二次燃烧，可降低固体燃耗，进一步降低nox和so2等的排放。因此，烧结烟气循环具有以下几项明显的节能减排优势。

(1)烧结大烟道烟气温度约为150℃，烧结机后部风箱烟气温度可达到350－400℃，循环烟气中的显热可以得到利用。

(2)烧结烟气中co体积浓度约为0.4－1.0％，此外还有一定数量的其它可燃有机物，这些物质的潜热可以得到利用。

(3)由于烧结烟气循环，使得最终排放到大气的烟气量可减少20－30％，脱硫设施的投资和运行能耗可显著降低。

(4)烟气循环使用的风机电机将消耗部分电能，这部分烟气如果不循环就要通过脱硫设施烟囱排放，将消耗更多的电能。

沙钢将烧结机头部5个风箱和尾部1个风箱的烟气循环使用，循环烟气经过多管除尘器除尘后，由循环风机送至烧结机台车上方的循环烟气罩内重新参与烧结过程。采用头尾风箱循环既能充分利用高含氧量烟气，也便于循环烟气温度控制。

尽管烧结烟气循环具有节能、减排效果，但烧结机实际运行中，进行烧结烟气循环时，其节能与减排基本上是不相融的，烟气循环的目的不同，效果差异也很大。

如图1所示，在烧结机不同区域产生的烟气，其温度及污染物浓度是不同的。若注重节能，希望将烧结机后段的烟气进行循环使用，虽然回收了烟气余热，但减排的效果只体现在烟气量的减少上，其主要污染物(nox和so2等)减排量并不明显；若注重减排，应将烧结机前段的烟气进行循环使用，由于该区域的烟气温度较低，基本体现不出节能效果。若采用外循环的方式，节能和减排效果均不显著。另外在现有的循环方案中，烟气回送到烧结机的前半部，在该区域的烧结过程中，氧气的消耗量高于后段，由于烟气中的氧含量明显低于空气的氧含量，这对烧结过程是不利的。同时，在该区域，对nox及二恶英的降解效果较差。

结合现有的国家排放标准，采用烟气循环后，虽然烟气中的nox基本可保证达标排放，但若对烧结烟气不进一步实施脱硝处理，很难满足日益严格的环保趋势以及不同地区的环保要求。所以即使采取了烟气循环，还必须实施后续的烟气脱硝。

现有脱硝技术主要集中在活性炭(焦)吸附和选择性催化还原(selectivecatalyticreduction,scr)工艺。活性炭(焦)吸附so2，并用nh3还原nox，可以实现同时脱硫脱硝脱二噁英功能，但其投资大，运行成本高，脱硝效率较低，难以大规模推广。scr具有较高的脱硝效率，已广泛应用于火电厂燃煤烟气nox的脱除，而且在钢铁烧结烟气nox的净化中已得到应用。但scr法脱硝技术一次性投资成本高(其中催化剂成本占投资总成本的30－40％)，同时现有的scr烟气脱硝技术一般在350－450℃下进行，需要消耗大量热能给脱硫后烟气加热，额外增加了scr脱硝的运行成本。低温脱硝催化剂多半为贵金属，其成本更高，而且易发生氧抑制和硫中毒。因此，开发新的脱硝工艺或开发来源广泛，价格低廉的脱硝催化剂成为当务之急。

即使开发出新的脱硝工艺或廉价的脱硝催化剂，在实施脱硝工程时，明显存在以下问题：

(1)需单独设置脱硝系统，导致烧结烟气净化处理工艺路线长，占地面积大；

(2)由于烧结烟气温度低于200℃，即使使用低温催化剂，scr脱硝工艺需外加热源，提高烟气温度；

(3)废弃的scr脱硝催化剂，特别是低温的催化剂处置难。

所以如何有效实施烟气循环并开发廉价易得的脱硝催化剂，是烧结生产可持续进行的关键技术问题。本项发明就是针对烧结过程中不同区域烟气特性及烧结矿富含铁系多氧化物的特点，利用烧结矿的不同温度区域具有不同的脱硝效果及铁系多氧化物催化脱硝作用，通过烟气的分区循环，实现烧结烟气过程脱硝。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有烧结系统烧结烟气余热浪费，烟气脱硝投资大、成本高等问题，提供一种工艺流程简单、不外购脱硝催化剂进行烟尘自催化脱硝、烧结烟尘余热回收率高、占地面积小、对环境友好、脱硝设备投资省和脱硝运行成本低的基于烧结烟气循环及烟尘催化的烧结烟气脱硝工艺。

本发明工艺包括烧结烟气在高压风机的抽力作用下穿过烧结料层、底料、烧结机台车底部篦子、台车下方的风箱进入烟气管道；沿台车行进方向将烧结机依次分为点火段、机头段、烟气快速升温段和机尾段4个区域，点火段位于烧结机最前端，该区域占1－2个风箱；机头段位于点火段之后的烧结机前半部并延伸至烧结机中部，该区域占烧结机总长度的35－45％；烟气快速升温段位于烧结机中部偏机尾方向，该区域占2－4个风箱；机尾段位于烧结机的后半部，该区域占烧结机总长度的35-45％，所述机尾段及烟气快速升温段的烧结烟气在风箱及烟气管道中沉积下来的颗粒物进入主烟道粉料斗内，所述主烟道粉料斗内颗粒物通过气力输送经粉尘气力输送管送到颗粒物料仓收集，再送到流化床脱硝反应器内作为脱硝催化剂。

所述烟气管道由主烟道和循环烟气主烟道组成，所述烧结机的机尾段、烟气快速升温段以及点火段区域下方风箱收集的烧结烟气进入主烟道，机头段区域下方风箱收集的烧结烟气进入循环烟气主烟道。

所述烧结机机尾段和烟气快速升温段区域下方风箱侧壁上沿周向安装至少一层液氨喷嘴，通过喷嘴喷入的液氨进入风箱内汽化成氨气并与烟尘混合，在烟尘中富含铁系多氧化物的催化作用下与烟气中的nox发生脱硝反应。

所述液氨喷嘴喷出口倾斜向上，使喷嘴喷出的液氨直接喷射到台车篦子及篦子间隙的底料中，或液氨喷出方向与烟气流动方向的夹角大于90度。

经所述主烟道引出的烧结烟气依次经过脱硝烟气换热器、烟气加热器加热升温到250－390℃，再进入流化床脱硝反应器内。

定期向所述流化床脱硝反应器内补充新鲜的烧结返矿或热烧结返矿，以提高脱硝效率。

所述烟气加热器的烟气出口管道上，沿管道周向安装至少一层液氨喷嘴，通过液氨喷嘴向管道内喷入液氨与烧结烟气混合后进入流化床脱硝反应器内，然后在床内烧结返矿及烟尘颗粒物富含的铁系多氧化物催化作用下进一步发生脱硝反应。

所述从流化床脱硝反应器引出的脱硝烟气经脱硝烟气除尘器除尘后再进入脱硝烟气换热器与主烟道内的烧结烟气间接换热，再进入余热锅炉进一步回收余热后送入静电/布袋除尘器除尘。

所述循环烟气主烟道内的烟尘经循环烟气除尘器除尘后送入布置在烧结机台车上方的循环烟气罩内，再次进入烧结料层参与烧结过程，并在烧结料层中铁系氧化物的催化及烟气中含有的还原组分还原作用下，循环烟气中的nox被还原为氮气。

所述循环烟气罩安装在烧结机正上方，覆盖烧结机机尾段和烟气快速升温段。

所述气力输送的载气为余热锅炉或静电/布袋除尘器的烟气出口引出的脱硝后烧结烟气。

均匀排出所述流化床脱硝反应器内的烧结返矿及烟尘颗粒物，控制流化床脱硝反应器床层阻力在2600－3000pa之间，所述排出的烧结返矿及颗粒物配入烧结混合料中。

所述烟气快速升温段为烧结生产过程中进入风箱的烧结烟气温度从80℃上升到200℃的区域。

发明人分析发现，烧结机不同区域产生的烧结烟气温度及组成均不同，机尾段烧结烟气温度＞200℃，nox浓度＜100mg/nm³；烟气快速升温段烧结烟气温度80－200℃，nox浓度＞100mg/nm³；机头段烧结烟气温度＜80℃，nox浓度300mg/nm³以上；点火段烧结烟气温度＜80℃，nox浓度＜100mg/nm³，如果直接不经区别将所有烧结烟气送入烟气管道内混合后进行脱硝，存在以下不足：1)由于混合后烟气温度较低(150℃左右)，低于传统的scr脱硝温度窗口，对其脱硝时需加热到脱硝温度窗口，加热能耗高，脱硝成本大；2)随机尾段和烟气快速升温段区域烧结烟气带出的颗粒物温度较高，该部分颗粒物最后沉积在烟气管道下方粉料斗内，其余热也未能充分利用，在后续皮带输送过程中，还对皮带造成一定的热侵蚀。据此将所述烟气管道分为主烟道和循环烟气主烟道，来自机尾段、烟气快速升温段和点火段烧结烟气送入主烟道中，随烟气带出的沉积在主烟道下方粉料斗内的颗粒物通过气力输送到颗粒物料仓收集，再送到流化床脱硝反应器内作为脱硝催化剂。如此处理的效果为：①巧妙回收利用了随机尾段和烟气快速升温段烧结烟气带出的颗粒物的余热；②充分利用了颗粒物中富含的铁系多氧化物所具有的催化脱硝活性，以此取代传统的scr脱硝中的昂贵的催化剂，节省的脱硝设备投资、降低了脱硝运行成本；③采用脱硝后的烧结烟气作为气源，通过气力输送将颗粒物送入流化床脱硝反应器内，既增加的部分脱硝后烟气的循环，进一步提高的脱硝效率，还彻底改善了原颗粒物皮带输送系统的环境，减少了岗位扬尘；④从流化床脱硝反应器固相出口均匀排出的颗粒物温度恒定，配入烧结混合料中，有利于控制入烧结机的混合料温度波动幅度。

在机尾段、烟气快速升温段下方的风箱中喷入液氨，创造出满足脱硝反应的温度、原料和催化剂条件，使这部分烟气在风箱中先进行脱硝反应，然后再与较低nox浓度的点火段烟气一起进入主烟道；而来自所述机头段烧结烟气温度低，nox浓度高，将这部分烟气经对应的风箱收集后通过循环烟气主烟道引出，发明人巧妙的送入烧结机台车上方的循环烟气罩内，在高压风机的抽力作用下再次进入烧结料层，参与烧结过程并对其所含的nox脱除后，穿过台车篦子再次进入风箱内；循环烟气罩安装在烧结机正上方，覆盖烧结机机尾段和烟气快速升温段，循环烟气回送到产生的烟气温度最高的烧结机机尾段和烟气快速升温段区域，这样的技术效果主要有以下几个方面：①机头段高nox浓度的烟气循环进入机尾段及烟气快速升温段，在穿过烧结料层时，该区域烧结料层富含有铁系多氧化物，同时循环烟气中氧气浓度偏低(低于空气中的氧气浓度)，烧结过程形成的烟气含有一定的还原气体，循环烟气穿过烧结料层时，在铁系多氧化物的催化作用下对nox进行了脱除；②机头段引出的循环烟气的湿度比空气的湿度大，循环烟气穿过烧结料层时的阻力较空气低，减少了气体穿过烧结料层的阻力损失；③烧结烟气的部分循环再次送入烧结料层，减少了烟气的外排量，降低了后续烟气净化系统的负荷；④向机尾段和烟气快速升温段区域对应的风箱内喷入液氨，充分利用该区域烟气脱硝温度窗口，在烟气中颗粒物富含铁系多氧化物的催化作用下进一步脱硝，节省脱硝的设备投资及脱硝催化剂的投入；⑤点火段烧结烟气温度较低，若直接混入主烟道的烟气中会降低主烟道中烟气温度，不利于创造有利的脱硝环境，因此考虑将这部分烧结烟气经下方的风箱收集后经机头点火段烟道再和主烟道中的烧结烟气混合后一起送入静电/布袋除尘器除尘。

所述机尾段至烟气快速升温段区域下方的风箱内烟气温度较高(满足scr脱硝的温度窗口)，漏风率低，且在风箱中的烧结烟气含尘浓度也最高(含有大量铁系氧化物)，烧结烟气在风箱内停留时间也较长，此时向风箱中喷入液氨，利用烟气中的颗粒物富含铁系多氧化物具有的脱硝催化作用，且温度在300℃左右，实现了烧结烟尘的高温(脱硝温度窗口)余热充分利用并同步脱硝的目的。同时，由于风箱中的烧结烟气是烟气处理的第一步，在此处喷入液氨，即使氨不能完全消耗，还可以在后续输送、换热、除尘等过程中继续发生脱硝反应。

进一步的，风箱内的氨水喷嘴喷出口倾斜向上，其目的有三：(1)使液氨以及其汽化形成的氨气与烧结烟气逆向接触，提高了氨气与烧结烟气的混合效果，有利于提高脱硝效率；(2)大部分液氨会喷向台车底面的篦子上，而该区域烧结烟气含尘浓度最高，温度也正好在scr脱硝温度窗口，此时的脱硝效果最佳；(3)小部分液氨会穿过篦子间隙进入台车底部的烧结矿底料中，直接在底料所含的铁系氧化物的催化作用下与烟尘中的nox发生催化还原脱硝反应，提一步提高了脱硝效果。因此，优选所述液氨喷嘴位于所述风箱的上段，所述液氨喷嘴可以设一层或多层，每层均布多个，以保证氨液汽化后的氨气与烧结烟气均匀混合。

烧结烟气在风箱及主烟道脱硝反应后温度会下降，将离开主烟道的烧结烟气送入脱硝烟气换热器中与除尘后的脱硝烟气间接换热升温，再送入烟气加热器进一步升温至脱硝反应温度后，送入流化床脱硝反应器中，在床内烧结返矿及烟尘颗粒物富含的铁系多氧化物的催化作用下进行脱硝反应，所述流化床脱硝反应器内不使用外购催化剂，而是使用主烟道中沉积下来的颗粒物和随烟气带入的颗粒物作为催化剂，若催化剂活性不足还可补入烧结返矿或热返矿，特别是热返矿和烟尘带出的颗粒物，一方面自身温度高，能够为脱硝提供热能，另一方面这些返矿和颗粒物含有的铁系多氧化物对脱硝有协同催化作用，如γ-fe2o3对nh3-scr脱硝有较强的活性等特性，可作为催化剂使用；同时这些催化剂不怕硫中毒(因热返矿量大，在流化床内的作为催化剂的停留时间远低于现有scr脱硝催化剂的停留时间，若中毒可及时替换)；脱硝后的烟气经脱硝烟气除尘后再经烟气换热器与主烟道中的烟气间接换热降温后，再经余热锅炉送入静电/布袋除尘器。

设置流化床脱硝反应器的主要作用：一是富集烟尘中的颗粒物；二是催化脱硝，当烧结烟尘通过流化床时，在此停留时间较长，并在密相颗粒物中所含的铁系氧化物的催化作用下发生高效还原脱硝反应；三是还可接收补充的烧结返矿，并均匀排出恒定温度的颗粒物和烧结返矿。

有益效果：

(1)采用脱硝后的烧结烟气作为气源，通过气力输送将机尾段和烟气快速升温段区域的烧结烟气带出的颗粒物送入流化床脱硝反应器内，巧妙回收利用了颗粒物的余热、改善了原颗粒物皮带输送系统的环境，减少了岗位扬尘；

(2)将烧结机不同区域的烟气分别引入到不同的烟道进行不同处理，充分利用了烧结机机尾段及烟气快速升温段区域烧结烟尘温度高，烟尘含尘量大，富含铁系多氧化物的特性，向风箱内喷入液氨，实现烟气的在线脱硝，节省了scr脱硝时升温需补充的外界热源和催化剂；

(3)机头段高nox浓度的烟气循环进入机尾段及烟气快速升温段，在穿过烧结料层时，该区域烧结料层富含有铁系多氧化物，同时循环烟气中氧气浓度偏低(低于空气中的氧气浓度)，烧结过程形成的烟气含有一定的还原气体，循环烟气穿过烧结料层时，在铁系多氧化物的催化作用下对循环烟气的nox进行了脱除；

(4)机头段引出的循环烟气的湿度比空气的湿度大，循环烟气穿过烧结料层时的摩擦力较空气低，减少了气体穿过烧结料层的阻力损失；

(5)烧结烟气的部分循环再次进入烧结料层，减少了烟气的外排量，降低了后续烟气净化系统的负荷；

(6)本发明工艺在不外购脱硝催化剂的前提下达到有效脱硝的目的，充分利用系统余热，nox排放量减少75％，与传统scr脱硝工艺相比，降低脱硝成本60％，降低脱硝设备投资40％，具有广阔的市场应用前景。

附图说明

图1为烧结烟气中co、o2、nox等浓度在烧结过程中的变化曲线图。

图2为本发明工艺流程图。

其中，1－循环烟气罩、2－烧结机、2.1－台车、3－烧结料层、3.1-底料、4－液氨喷嘴、5－液氨、6－风箱、7－主烟道、8－循环烟气管道、9-循环烟气风机、10-循环烟气除尘器、11-循环烟气主烟道、12-脱硝烟气换热器、13－颗粒物料仓、14-烟气加热器、15-脱硝烟气除尘器、16-硫化床脱硝反应器、16.1-固相出口、17-余热锅炉、18-静电/布袋除尘器、19-高压风机、20-气力输送风机、21-主烟道粉料斗、22-粉尘气力输送管。

具体实施方式

参见图2，包括烧结机，所述烧结机2的台车2.1下方设有风箱6，风箱6底部的出口连通烟气管道，沿台车行进方向烧结机2依次分为点火段、机头段、烟气快速升温段和机尾段4个区域，所述烟气管道由主烟道7和循环烟气主烟道11组成，所述烧结机2的机尾段、烟气快速升温段和点火段区域下方的风箱6连通主烟道7，机头段区域下方风箱6连通循环烟气主烟道11；其中，所述主烟道7底部设主烟道粉料斗21，所述主烟道粉料斗21底部连通粉尘气力输送管22，所述粉尘气力输送管22出口经颗粒物料仓13连接所述流化床脱硝反应器16。所述烧结机1的机尾段和烟气快速升温段区域下方风箱6侧壁上沿周向安装至少一层液氨喷嘴4,所述液氨喷嘴4位于所述风箱6的上部且喷嘴喷出口倾斜向上。所述主烟道7依次连接脱硝烟气换热器12、烟气加热器14的壳程或管程和流化床脱硝反应器16,所述流化床脱硝反应器16的烟气出口经脱硝烟气除尘器15、脱硝烟气换热器12的管程或壳程、余热锅炉17连接静电/布袋除尘器18，所述流化床脱硝反应器16的固相出口16.1连通烧结配料系统(图中未标出)。所述烟气加热器14的烟气出口管道上，沿管道周向安装至少一层液氨喷嘴4。所述循环烟气主烟道11经循环烟气除尘器10、循环烟气风机9、循环烟气管道8连通烧结机台车上方的循环烟气罩1。

所述循环烟气罩1安装在烧结机尾部正上方，覆盖烧结机机尾段和烟气快速升温段。所述粉尘气力输送管22的载气进口经气力输送风机20与余热锅炉17或静电/布袋除尘器18的烟气出口相连接。

所述烧结机的各段区域定义如下：

点火段位于烧结机2最前端，该区域占1－2个风箱6；机头段位于点火段之后的烧结机前半部并延伸至烧结机中部，该区域占烧结机总长度的35－45％；烟气快速升温段位于烧结机中部偏机尾方向，该区域占2－4个风箱；机尾段位于烧结机的后半部，该区域占烧结机总长度的35－45％；机尾段烧结烟气温度＞200℃，nox浓度＜100mg/nm³；烟气快速升温段烧结烟气温度80－200℃，nox浓度＞100mg/nm³；机头段烧结烟气温度＜80℃，nox浓度300mg/nm³以上；点火段烧结烟气温度＜80℃，nox浓度＜100mg/nm³。

工艺实施例：

本发明工艺包括烧结烟气在高压风机19的抽力作用下穿过烧结料层3、底料3.1、烧结机2的台车2.1底部篦子、台车2.1下方的风箱6进入烟气管道；沿台车2.1行进方向将烧结机2依次分为点火段、机头段、烟气快速升温段和机尾段4个区域，点火段位于烧结机2最前端，该区域占1－2个风箱；机头段位于点火段之后的烧结机前半部并延伸至烧结机中部，该区域占烧结机总长度的35－45％；烟气快速升温段位于烧结机2中部偏机尾方向，该区域占2－4个风箱；机尾段位于烧结机的后半部，该区域占烧结机总长度的35-45％。

所述烟气管道由主烟道7和循环烟气主烟道11组成，所述烧结机2的机尾段、烟气快速升温段以及点火段区域下方风箱5收集的烧结烟气进入主烟道7，机头段区域下方风箱6收集的烧结烟气进入循环烟气主烟道11；其中，经所述主烟道7引出的烧结烟气依次经过脱硝烟气换热器12、烟气加热器14加热升温到250－390℃，再进入流化床脱硝反应器16内进行脱硝反应，从流化床脱硝反应器16引出的脱硝烟气经脱硝烟气除尘器15除尘后进入脱硝烟气换热器12与主烟道7内的烧结烟气间接换热，再进入余热锅炉17进一步回收余热后送入静电/布袋除尘器除尘18，最后经由高压风机19引出。所述机尾段及烟气快速升温段的烧结烟气在风箱6及主烟道7中沉积下来的颗粒物进入主烟道粉料斗21内，所述主烟道粉料斗21内颗粒物通过气力输送经粉尘气力输送管22送到颗粒物料仓13收集，再送到流化床脱硝反应器16内作为脱硝催化剂。

定期向所述流化床脱硝反应器16内补充新鲜的烧结返矿或热烧结返矿，以提高脱硝效率。从所述硫化床脱硝反应器16的固相出口16.1均匀排出烧结返矿及颗粒物，以控制所述流化床脱硝反应器16的床层阻力为2600－3000pa；所述均匀排出的烧结返矿及颗粒物配入烧结混合料中。

所述烧结机2的机尾段和烟气快速升温段区域下方风箱6侧壁上沿周向安装至少一层液氨喷嘴4，通过喷嘴喷入的液氨5进入风箱6内汽化成氨气并与烧结烟气混合，在烧结烟气中富含铁系多氧化物的催化作用下与烟气中的nox发生脱硝反应。所述液氨喷嘴4喷出口倾斜向上，使喷出的液氨直接喷射到台车篦子及篦子间隙的底料中，或液氨喷出方向与烟气流动方向的夹角大于90度。

所述烟气加热器14的烟气出口管道上，沿管道周向安装至少一层液氨喷嘴4，通过液氨喷嘴4向管道内喷入液氨与烧结烟气混合后进入流化床脱硝反应器16内，然后在床内烧结返矿及烟尘颗粒物富含的铁系多氧化物催化作用下进一步发生脱硝反应。

所述循环烟气主烟道11内的烟尘经循环烟气除尘器10除尘后，再经循环烟气风机9、循环烟气管道8送入布置在烧结机2台车2.1上方的循环烟气罩1内，再次进入烧结料层3参与烧结过程，并在烧结料层3中铁系氧化物的催化及烟气中含有的还原组分还原作用，循环烟气中的nox被还原为氮气。所述循环烟气罩1安装在烧结机2正上方，覆盖烧结机2机尾段和烟气快速升温段。所述气力输送的载气为余热锅炉17或静电/布袋除尘器18的烟气出口引出的脱硝后烧结烟气。

经处理后的烧结烟气nox排放量减少75％。

采用上述脱硝工艺全程不使用外购催化剂，减少脱硝设备投资，简化了脱硝工艺，充分利用了工艺过程中的余热，节能降耗效果明显，与传统scr脱硝工艺相比，降低脱硝成本60％，降低脱硝设备投资40％。