本发明属于焦炉烟气处理技术领域，涉及到一种焦炉烟气资源处理和利用的方法，充分利用炼铁生产过程对焦炉烟气资源中有价资源进行利用，并对有害物质进行处理，保护环境，节约资源。
背景技术：
随着大气问题变得日益突出，国家对焦化行业烟气排放的要求变得更加严格。焦炉烟气以焦炉加热煤气燃烧后产生的废气为主，其中包含有大量的n2、h2o、o2、温室气体co2和so2、nox、二噁英等污染物。一直以来各企业仅仅将传统的脱硫技术(fgd)和选择性催化还原技术(scr)串联来去除烟气中的so2和nox，而没有利用和处理其中的o2、co2和二噁英，且该方法操作系统复杂、占地面积大、设备投资昂贵和运行费用高等一系列问题难以克服。因此，亟需寻找到行之有效的方法在处理焦炉烟气中污染物的同时，充分利用烟气中的n2、co2、o2资源以降低能耗，减少排放。
近年来，烟气循环利用处理技术不但可以减少废气排放总量以及污染物排放量，同时降低末端治理的设备投资和运行费用，而且能够回收烟气中的低温余热、节省工序能耗，因此逐渐成为研究热点。但是目前应用较多的是利用烧结机循环处理烧结烟气治理技术，对于焦炉烟气治理尚无循环利用技术。
高炉作为炼铁的主要反应器，在炼铁生产过程中，高炉内部不仅产生高温环境，而且还创造了极强的还原性条件。以焦炉烟气替代空气进行高炉鼓风，在高炉高温强还原性条件的作用下不仅能够热解有机物，还可以将烟气中富含的氧化性污染物还原到铁水和炉渣中，并利用烟气中的o2和co2与炉料中的焦炭反应生成co进一步参与炼铁反应，节约资源，降低成本。
技术实现要素：
针对焦炉烟气和高炉内部物理化学特征，本发明公开一种焦炉烟气资源处理和利用的方法，利用高炉内部的高温强还原性条件吸收焦炉烟气中的污染物，同时利用焦炉煤气中富含的n2、o2和co2参与高炉炼铁生产，大大降低生产成本，保护环境，节约资源。
本发明的技术方案是：一种焦炉烟气资源处理和利用的方法，其特征在于，将除尘脱湿处理后的焦炉烟气与空气和富氧(或氧气)按比例混合，经热风炉加热，由高炉风口吹入高炉；利用高炉中的高温强还原条件对焦炉烟气进行so2、nox和二噁英脱除处理；同时利用焦炉烟气中的o2和co2参与高炉炼铁反应，焦炉烟气中的o2和co2在炼铁生产中得到利用，实现了co2的收集和利用，降低了co2排放；烟气中含量较高的n2吹入高炉后，协助携带高炉下部炉缸热量向高炉上部传输，提高高炉上部温度，促进高炉上部铁矿石间接还原反应的进行。本发明利用钢铁企业现有热风炉和高炉，利用现场炼铁生产对焦炉烟气进行处理和利用，不需新建大型处理与利用设备，也不需专门另行进行脱硫、脱硝、脱二噁英、co2收集与处理，节能降耗，并促进高炉上部铁矿石间接还原反应，协同处理和利用焦炉烟气，具有投资少、处理和利用效率高等诸多优点。
上述焦炉烟气资源处理和利用的方法，该方法的具体步骤如下：
步骤1：首先将焦炉烟气除尘脱湿处理，使粉尘含量小于100mg/m3，水分含量小于15g/m3，处理后的焦炉烟气与空气和富氧(或氧气)按一定比例混合，通入热风炉加热，升温至1000℃以上；
步骤2：将经过步骤1得到的焦炉烟气，经高炉风口吹入高炉进行炼铁，烟气与炉料发生物理和化学反应，绝大部分烟气生成高炉煤气，焦炉烟气中的so2、nox和二噁英得到吸收和热解，焦炉烟气中的co2和o2与煤及焦炭反应生成co，部分co进一步参与炼铁反应；烟气中较高含量的n2发挥了热量传输作用，促进了高炉下部热量向高炉上部的传输，提高了高炉上部的温度，促进了高炉上部的间接还原反应；
步骤3：在热风炉处于检修状态时，可以将除尘脱湿处理后的焦炉烟气通入烟气柜中储存，待热风炉开始正常生产时再将烟气柜中储存的烟气逐渐添加到热风炉中，与来自炼焦生产中新产生的烟气、配加的富氧(或氧气)及空气一起加热，再送入高炉炼铁。
在炼铁生产过程中，利用焦炉烟气进行炼铁生产，充分利用烟气中的co2和o2作为氧化剂，代替新鲜空气，与高炉中的碳反应，生成co，部分co还原高炉内铁矿石，部分co进入高炉煤气。
在炼铁生产过程中，利用加热后的焦炉烟气进行炼铁生产，充分利用烟气中较高含量的n2，促进高炉下部炉缸热量向高炉上部传输，提高高炉上部温度，促进高炉上部铁矿石间接还原反应的进行。
焦炉烟气在现场炼铁生产中进行处理，焦炉烟气中的so2被还原进入铁水和炉渣，nox被还原进入高炉煤气，烟气中二噁英在高温环境中分解，由于焦炉烟气中的so2、nox和二噁英含量相对较低，不会对高炉炼铁生产和产品质量产生明显影响。
焦炉烟气在现场炼铁生产中进行处理，焦炉烟气中co2被还原成co，部分co参与高炉中的炼铁反应，部分co进入高炉煤气，实现了co2的捕集和利用。
经热风炉加热的焦炉烟气鼓入高炉时，需配加部分富氧(或氧气)，配加的氧气量为鼓入焦炉烟气量的10-50％，其余高炉鼓入气体为空气。
可采用数座高炉同时处理一座焦炉的烟气，也可采用一座高炉同时处理数座焦炉的烟气；同时，建设一个存储焦炉烟气的存储柜，以备热风炉检修或高炉休风时临时存储烟气，烟气柜的规模为1-10万立方米。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明一种焦炉烟气资源处理和利用的方法，综合利用现有炼铁生产设备对焦炉烟气进行处理并利用，利用焦炉烟气代替空气进行高炉鼓风，高效处理焦炉烟气中so2、nox和二噁英等有机物，同时充分利用焦炉烟气中的o2和co2参与炼铁反应，还可利用焦炉烟气中较高含量的n2促进高炉下部热量向上部的传输，促进高炉上部的炼铁反应。本发明利用钢铁企业现有热风炉和高炉，利用现场炼铁生产对焦炉烟气进行处理和利用，不需新建大型处理与利用设备，也不需专门另行进行脱硫、脱硝、脱二噁英、co2收集与处理，节能降耗，协同处理和利用焦炉烟气，具有投资少、处理和利用效率高等诸多优点。
附图说明
图1是本发明一种焦炉烟气资源处理和利用的方法的工艺流程示意图。
图中：1-除尘设备2-脱湿设备3-抽风机4-烟气柜5-空气6-富氧或氧气7-热风炉8-鼓风机9-高炉10-煤气柜。
具体实施方式
下面结合工艺流程示意图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明一种焦炉烟气资源处理和利用的方法的工艺流程示意图，首先采用除尘设备对焦炉烟气进行除尘脱湿处理。其中，焦炉常采用高炉煤气混合焦炉煤气燃烧加热，烟气中水分含量较高，为降低高炉冶炼焦比，除尘处理后的焦炉烟气需再经过脱湿设备降低水分含量至15g/m3以下。
将除尘脱湿处理后的焦炉烟气与富氧(或氧气)按比例混合经抽风机导入热风炉升温加热至1000℃以上，其导入流量视热风炉处理能力和高炉的需求量而定。烟气和富氧(或氧气)导入量小于热风炉处理能力时，由空气补足。若热风炉处于检修状态，可将焦炉烟气切换到其他处于送风期热风炉进行加热，如不便切换，可将除尘和脱湿后的焦炉烟气用烟气柜储存，待热风炉正常工作后再进行生产作业。
采用鼓风机将加热后的焦炉烟气通过高炉风口鼓入高炉中，在高炉高温强还原性条件下与炉料发生化学反应，热解吸收二噁英等有机物，还原吸收so2和nox等氧化物，同时吸收回用焦炉烟气中富含的co2和o2。
焦炉烟气中富含的o2和co2与炉料中的炭发生化学反应转化为co并参与高炉内部的炼铁反应，反应式为：
o2+2c＝2co
co2+c＝2co
yco+fexoy＝x[fe]+yco2
焦炉烟气中的so2在高炉内被炭和co还原，部分进入到铁水中，大部分进入到炉渣中，提高了高炉炉料的硫负荷，可通过提升炉渣碱度或在后续铁水预处理中轻易脱除；焦炉烟气中的nox在高炉内被炭和co还原进入高炉煤气中；焦炉烟气中的二噁英等有毒类有机物在高炉内高温分解，对高炉反应没有影响。
实施例1
焦炉烟气温度为250℃，流量为3000m3/min，其中n2含量为67.1％，o2含量为9％，co2含量为5.4％，h2o含量为16％，so2含量500mg/m3，nox含量为1500mg/m3。焦炉烟气经布袋除尘和脱湿设备脱湿处理后粉尘含量小于100mg/m3，水分含量小于15g/m3，之后与500m3/min的氧气和990m3/min的空气混合，由抽风机送入热风炉，在热风炉中加热到1200℃，再由鼓风机通过高炉风口鼓入高炉与高炉炉料发生化学反应，so2被还原进入铁水和炉渣，nox被还原进入高炉煤气，二噁英等有毒类有机物高温分解，co2和o2与高炉中碳反应生成co参与高炉内的炼铁反应。焦炉烟气代替空气进行高炉炼铁，生产过程中铁水中硫含量增加0.003wt％，这部分硫可以在后续铁水预处理中轻易去除；铁水中氮含量小于0.01wt％，符合要求。高炉炉腰和炉腹炉料温度提高20-50℃。高炉煤气中so2含量小于50mg/m3，nox含量小于100mg/m3，二噁英含量小于0.5ng-teq/m3，收集和利用烟气中co2量为162m3/min。
实施例2
焦炉烟气温度为286℃，流量为2500m3/min，其中n2含量为76.08％，o2含量为13.45％，co2含量为3.14％，h2o含量为7.20％，so2含量350mg/m3，nox含量为800mg/m3。焦炉烟气经布袋除尘和脱湿设备脱湿处理使粉尘含量小于100mg/m3，水分含量小于15g/m3，之后与340m3/min的氧气和1340m3/min的空气混合，由抽风机送入热风炉，在热风炉中加热到1200℃，再由鼓风机通过高炉风口鼓入高炉与高炉炉料发生化学反应，so2被还原并进入铁水和炉渣，nox被还原进入高炉煤气，二噁英等有毒类有机物高温分解，co2和o2与高炉中碳反应生成co，参与高炉内的炼铁反应。焦炉烟气代替空气进行高炉炼铁，生产过程中铁水中硫含量增加0.002wt％，这部分硫可以在后续铁水预处理中轻易去除；铁水中氮含量小于0.01wt％，符合要求。高炉炉腰和炉腹炉料温度提高19-47℃。高炉煤气中so2含量小于50mg/m3，nox含量小于100mg/m3，二噁英含量小于0.5ng-teq/m3，收集和利用烟气中co2量为78.5m3/min。
实施例3
焦炉烟气温度为220℃，流量为2000m3/min，其中n2含量为70.16％，o2含量为12.62％，co2含量为6.4％，h2o含量为12％，so2含量400mg/m3，nox含量为1200mg/m3。焦炉烟气经布袋除尘和脱湿设备脱湿处理使粉尘含量小于100mg/m3，水分含量小于15g/m3，之后与240m3/min的氧气和2000m3/min的空气混合，由抽风机送入热风炉，在热风炉中加热到1250℃，再由鼓风机通过高炉风口鼓入高炉与高炉炉料发生化学反应，so2被还原并进入铁水和炉渣，nox被还原进入高炉煤气，二噁英等有毒类有机物高温分解，co2和o2与高炉中碳反应生成co并参与高炉内的炼铁反应。焦炉烟气代替空气进行高炉炼铁，生产过程中铁水中硫含量增加0.002wt％，这部分硫可以在后续铁水预处理中轻易去除；铁水中氮含量小于0.01wt％，符合要求。高炉炉腰和炉腹炉料温度提高14-35℃。高炉煤气中so2含量小于50mg/m3，nox含量小于100mg/m3，二噁英含量小于0.5ng-teq/m3，收集和利用烟气中co2量为128m3/min。
实施例4
焦炉烟气温度为200℃，流量为2000m3/min，其中n2含量为73.12％，o2含量为14.42％，co2含量为5.18％，h2o含量为10.94％，so2含量350mg/m3，nox含量为1000mg/m3。焦炉烟气经布袋除尘和脱湿设备脱湿处理使粉尘含量小于100mg/m3，水分含量小于15g/m3，之后与190m3/min的氧气和2030m3/min的空气混合，由抽风机送入热风炉，在热风炉中加热到1200℃，再由鼓风机通过高炉风口鼓入高炉与高炉炉料发生化学反应，so2被还原并进入铁水和炉渣，nox被还原进入高炉煤气，二噁英等有毒类有机物高温分解，co2和o2与高炉中碳反应生成co，并参与高炉内的炼铁反应。焦炉烟气代替空气进行高炉炼铁，生产过程中铁水中硫含量增加0.001wt％，这部分硫可以在后续铁水预处理中轻易去除；铁水中氮含量小于0.01wt％，符合要求。高炉炉腰和炉腹炉料温度提高14-35℃。高炉煤气中so2含量小于50mg/m3，nox含量小于100mg/m3，二噁英含量小于0.5ng-teq/m3，收集和利用烟气中co2量为103.6m3/min。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。