一种烧结烟气协同处理系统、烟气处理方法及应用

技术领域

本发明涉及清洁技术领域，具体而言，涉及一种烧结烟气协同处理系统和烧结烟气处理方法。

背景技术

随着我国重工业的不断发展，环境污染问题已经越来越严重，而在重工业中，钢铁行业是我国的基础产业，也是增加环境污染的主要行业之一。其烧结烟气SO

目前，烧结烟气脱硫技术按照吸收剂的物态可以分为湿法脱硫、半干法脱硫和干法脱硫。其中湿法脱硫中的石灰石-石膏脱硫系统是目前最成熟的烟气脱硫工艺，该工艺以石灰石或石灰的浆液作脱硫剂，在吸收塔内对SO

干法脱硫是应用粉状或颗粒状的吸收剂、吸附剂或催化剂来脱除烟气中的 SO

成熟的半干法脱硫工艺包括NID干法脱硫技术，其技术参数为：钙硫比 (Ca/S)：<1.4；物料循环次数：30～150；脱硫效率：70％-80％；脱硫SO

半干法脱硫会产生大量的亚硫酸钙，亚硫酸钙为不稳定物质容易造成环境的二次污染。现有半干法脱硫工艺的产物成分很难再次得到利用，一般采用堆积或者填埋的方式处理，如此处理虽然能够降低废物的处置成本，但并不是一种环保的处理手段。而且现有半干法脱硫工艺对吸收剂的利用率偏低，混合在最终产物中又不能被有效的回收利用，造成吸收剂的大量浪费和二次污染。

烧结烟气中除了SO

理论上，可行的CO脱除方法有催化氧化法和无焰燃烧氧化法，与催化氧化法相比，无焰燃烧氧化法由于可以适应更加复杂的烧结烟气成分，避免有害成分造成的催化剂中毒，并且对CO进行无焰燃烧的同时，还能实现二噁英的同步去除，因此，无焰燃烧氧化法具有更好的工业化前景。

现有的CO无焰燃烧处理技术中应用相对成熟的为废气焚烧炉，其原理是利用辅助燃料燃烧产生的热量，将含有CO的烧结烟气的温度提高到反应温度，从而发生氧化分解。对于废气焚烧炉中CO的燃烧过程，不仅有最低启燃温度要求，还存在启燃区域限制，在最低的启燃温度以下，CO不可能发生剧烈燃烧；但在启燃区域以内，启燃速度随温度升高而增加，继续升高温度，转化率曲线由平缓过渡到陡直，即存在一个转折点。CO燃烧过程经历了一个由不燃 (<639℃)到启燃以致剧烈燃烧的过程。烧结烟气CO的启燃温度为639℃，而爆燃温度为700～710℃，639℃到700℃为启燃阶段。据相关资料显示，CO 在爆燃温度(710℃)以上的燃烧仅需0.05s，工程设计时可按照1～2s设计。

除了SO

现有技术中，对于不同污染物的去除，为了确保去除效果，通常采取独立去除、依次处理的方式，缺少能够对不同污染物实现“一次处理、同步去除”的协同处理系统与方法。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明对烧结烟气环保处理系统做出改进，该系统在实现脱硫、脱硝的同时，还能够实现去除一氧化碳和二噁英，并协同处理固废的有益效果。

本发明的目的是提供一种烧结烟气协同处理系统，该烧结烟气协同处理系统能够实现烟气中含有的硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳以及二噁英的同时脱除，同时避免固废造成的二次污染，并且多种组分去除过程中实现互相促进的协同作用效果。

本发明的另一个目的是提供一种烧结烟气协同处理方法，该方法使用上述烧结烟气协同处理系统，能够同时将烧结烟气中多种有害组分含量降低至标准值以下，同时避免固废造成的二次污染。

本发明还一个目的是提供上述烧结烟气协同处理系统在烧结烟气处理和球团烟气处理中的应用。

为了实现上述目的，本发明提供了一种烧结烟气协同处理系统，包括烟气输送管道和由烟气输送管道串联连接的设备，所述设备，按照烟气输送方向依次包括内热式反应器、旋风除尘器、快速降温器、脱硫塔、除尘器、引风机和气体外排装置；所述脱硫塔底部还设有分离器；所述设备之间还设有至少一条固废输送管道，所述固废输送管道中固废输送方向与烟气输送方向相反；所述内热式反应器底部设有增压风机和助燃风管道，所述助燃风管道与助燃风机相连；所述内热式反应器和旋风除尘器之间设有SNCR脱硝装置；所述快速降温器内部设有SCR脱硝装置；所述内热式反应器还连有燃料供给装置。

优选地，所述气体外排装置包括大气排放装置；进一步优选地，所述气体外排装置包括烟囱。

固废输送管道能够将烧结烟气脱硫后产生的含有大量亚硫酸钙的固体废弃物输送回上游处理系统，既实现了固体废弃物的二次处理，同时，也利用了亚硫酸钙的还原能力，对烧结烟气进行了初步处理，使得固体废弃物得到充分利用，使得固废处理与烧结烟气处理之间形成显著的协同作用效果。

上述内热式反应器采用含碳固废或高炉煤气等可燃气体作为热量来源加热烧结烟气，使烧结烟气中的CO和二噁英氧化燃烧后去除，同时额外释放热量，进一步促进含一次处理后的固废对烧结烟气中硫组分的脱除处理。内热式反应器底部的增压风机和助燃风道管能够同时鼓入烧结烟气，通过调整烧结烟气的流量与流速，实现对烧结烟气在内热式反应器中停留时间的控制，从而实现对后续各种组分去除效果的调节。通过可燃组分燃烧释放的热量将内热式反应器内温度迅速升CO的燃烧温度，而CO的燃烧又进一步提高内热式反应器内温度，促进了SNCR处理以及一次固废向二次固废的转化过程，从而实现各种气体的充分吸收，取得协同处理的效果。

在可选实施方式中，所述燃料为固废燃料，所述内热式反应器上游设有固废燃料存贮装置，所述固废燃料存贮装置与所述除尘器底部之间设有固废输送管道，通过向内热式反应器中加入并点燃含碳的固废燃料，为加热烧结烟气提供热量来源。

优选地，所述固废燃料存贮装置(3)通过给进装置(16)与内热式反应器(5)相连。

在可选实施方式中，所述燃料为可燃气体，所述内热式反应器上设有至少一个燃气燃烧装置，通过点燃可燃气体为加热烧结烟气提供热量。

优选地，所述可燃气体包括高炉煤气；

进一步优选地，所述高炉煤气包括钢铁厂高炉煤气。

在可选实施方式中，所述SCR脱硝装置设置在快速降温器内温度为 350～400℃的区域内。

另一方面，本发明还提供了采用上述烧结烟气协同处理系统对烧结烟气进行协同处理的方法，所述协同处理的方法包括，将待处理的烧结烟气分为两部分，分别通过增压风机和助燃风机鼓入内热式反应器，燃烧后沿烟气输送管道流动，最终经过气体外排装置实现处理后排放，协同处理过程中产生的一次固体废弃物，通过固废输送管道输送回烟气输送方向的上游设备中进行二次处理。

优选地，所述烧结烟气包括烧结机机头烟气。

在可行实施方式中，所述烧结烟气在助燃风机作用下以脉冲方式进行内热式反应器。

在可行实施方式中，调节所述内热式反应器(5)内温度为800～1050℃，所述内热式反应器(5)内助燃风管道(4)以下空间含氧量<2％。

内热式反应器助燃风管道以下空间内，烧结烟气中带入的氮氧化物同时存在着氧化和还原反应，当温度控制在1050℃以下，且烧结烟气含氧量<2％时，氮氧化物的还原速率大于氧化速率，使得内热式反应器中即可将体积分数70％的氮氧化物还原成氮气和水，所述的含氧量包括但不限于0.5％、1％、1.5％或 1.8％。

在可行实施方式中，所述内热式反应器与旋风除尘器之间连接通道内气体流速20～30m/s，本发明中内热式反应器与旋风除尘器之间具有狭窄的连通管道，内热式反应器内的烧结烟气在增压风机和燃烧放热的共同作用下，形成高压气体，而旋风除尘器内空间巨大、气压低，因此，在内热式反应器与旋风除尘器之间的连通管道中的气体流速骤增。在此处设置SNCR脱硝装置，而后通过调整气体流速能够使得烧结烟气与脱硝剂充分混合，从而提高脱硝反应效率，同时保证氨气在烟道内800～1050℃温度区间内停留时间不小于5秒钟。

在可行实施方式中，所述快速降温器的降温速度为200℃/s～300℃/s。

上述快速降温器能够在4s时间内，将来自旋风除尘器中的烧结烟气从900 ℃降温至140℃，通过供水量的调节，能够精准控制快速降温器内不同高度的温度值，因此，能够根据SCR脱硝装置对温度的高敏感性，在快速降温器内部350～400℃的位置设置温度窗口，并加设SCR脱硝装置，利用SNCR脱硝装置中逃逸的氨气与烧结烟气中的氮氧化物反应实现脱硝，使得烧结烟气中的含硝量达到国家排放标准。

本发明第三方面提供了上述烧结烟气协同处理系统和/或烧结烟气协同处理方法在烧结烟气处理和/或球团烟气处理中的应用。

本发明取得有益效果如下：

本发明可实现多种污染物的协同处置，内热式反应器有效控制了一氧化碳的排放量，同时减少二噁英的污染；而一氧化碳和二噁英燃烧释放的热量又进一步辅助了内热式反应器对其他固废的处理，本发明提供的协同处理系统的副产物为硫酸钙等稳定成分，不产生亚硫酸钙等不稳定成分，副产物可用作水泥原料，内热式反应器的协同处置固废能力具有双重的环保效益。

二噁英存在于烧结烟气中，且固废燃料燃烧也会产生二噁英，进入内热式反应器内烟气的二噁英常规含量为3-50ng-TEQ/Nm

一氧化碳存在于烧结烟气中，且固废燃料在助燃风管道以下不完全燃烧时也会产生，烟气中一氧化碳含量小于1％，远低于爆炸极限(10％以上)。一氧化碳在氧气充足的条件下，燃点为800℃以上。本发明中内热式反应器内氧含量充足，烟气中的一氧化碳在850～1000℃的温度区间中完全燃烧生成二氧化碳，且不会再次生成。

本发明内热式反应器助燃风管道以下部分温度控制在1050℃以下，此部分的烟气含氧量<2％，在含氧量小于2％时，此区域内的气氛为氧化与还原并存，此区域内烧结烟气中带入的氮氧化物被还原为氮气和水，提高了脱硝效率和脱硝的稳定性，减少了脱硝剂的消耗，并减少了脱硝催化剂的消耗，脱硝成本更低，更环保。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1提供的烧结烟气协同处理系统。

图标：1为助燃风机，2为增压风机，3为固废燃料存贮装置，4为助燃风管道，5为内热式反应器，6为旋风除尘器，7为快速降温装置，8为脱硫塔， 9为除尘器，10为烟囱，11为引风机，12为固废输送管道，13为分离器，14 为SNCR脱硝装置，15为SCR脱硝装置，16为给料装置，17为燃气燃烧装置，A为灰仓。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例提供一种烧结烟气协同处理系统，如图1所示，包括烟气输送管道和由烟气输送管道串联连接的设备，所述设备，按照烟气输送方向依次包括内热式反应器5、旋风除尘器6、快速降温器7、脱硫塔8、除尘器9、引风机 11和烟囱10；所述脱硫塔8底部还设有分离器13；所述内热式反应器5底部设有增压风机2和助燃风管道4，所述助燃风管道4与助燃风机1相连；内热式反应器5上游还设有固废燃料存贮装置3，所述固废燃料存贮装置3通过给劲装置16与内热式反应器5相连，同时还与所述除尘器9底部之间设有固废输送管道12，所述分离器13中的灰渣输送至灰仓，所述固废输送管道12中固废的输送方向为从除尘器9到固废燃料存贮装置3；所述烧结烟气协同处理系统还包括SNCR脱硝装置14和SCR脱硝装置15；所述SNCR脱硝装置14 设置在内热式反应器5和旋风除尘器6之间；所述的SCR脱硝装置设置在快速降温器7内温度为350-400℃位置。

实施例2

本实施例提供了一种采用实施例1提供的烧结烟气协同处理系统对钢铁冶炼行业烧结烟气进行协同处理的方法，所述协同处理的方法包括，将待处理的烧结烟气通过增压风机2鼓入内热式反应器5，同时通过助燃风机1脉冲式鼓入烧结烟气，调节增压风机的风量以及助燃风机的脉冲参数使得含氧量为 1.8％，调节内热式反应器内温度为800～1050℃，并且所述内热式反应器5与旋风除尘器6之间的连通管道的截面烟气流速25m/s。最终经过烟囱10实现处理后排放，除尘器9产生的一次固废，通过固废输送管道12输送返回固废燃料存贮装置3，而后进入内热式反应器5中进行二次处理，处理后转化为稳定固体灰。所述内热式反应器5内利用助燃风进行烟气扰动，通过调节助燃风管道(4)阀门，控制助燃风机(1)鼓入反应器的速度，形成不规则脉冲气流，扰动反应器内烟气，保证烟气在反应器内停留时间大于3秒钟，确保一氧化碳和二噁英处理干净。

实施例3

本实施例提供了一种采用实施例1提供的烧结烟气协同处理系统对钢铁冶炼行业烧结烟气进行协同处理的方法，所述协同处理的方法包括，将待处理的烧结烟气通过增压风机2鼓入内热式反应器5，同时通过助燃风机1脉冲式鼓入烧结烟气，调节增压风机风量和助燃风机的脉冲参数使得含氧量为1.0％，内热式反应器内温度为800～1050℃，烧结烟气在内热式反应器5内燃烧后沿烟气输送管道流动，所述内热式反应器5与旋风除尘器6之间的连通管道的截面烟气流速20m/s。最终经过气体外排装置实现处理后排放，除尘器9产生的一次固废，通过固废输送管道12输送返回固废燃料存贮装置3，而后进入内热式反应器5中进行二次处理，处理后转化为稳定固体灰。

实施例4

本实施例提供了一种采用实施例1提供的烧结烟气协同处理系统对钢铁冶炼行业烧结烟气进行协同处理的方法，所述协同处理的方法包括，将待处理的烧结烟气通过增压风机2鼓入内热式反应器5，同时通过助燃风机1脉冲式鼓入烧结烟气，调节增压风机风量和助燃风机的脉冲参数使得含氧量为0.5％，内热式反应器内温度为800～1050℃，烧结烟气在内热式反应器5内燃烧后沿烟气输送管道流动，所述内热式反应器5与旋风除尘器6之间的连通管道的截面烟气流速30m/s。最终经过气体外排装置实现处理后排放，除尘器9产生的一次固废，通过固废输送管道12输送返回固废燃料存贮装置3，而后进入内热式反应器5中进行二次处理，处理后转化为稳定固体灰。

对比例1

本对比例提供一种钢铁冶炼行业烧结烟气进行协同处理的方法，与实施例 2的区别仅在于，其中内热式反应器5内温度小于800℃，温度低于800℃时烟气中的二噁英不能分解去除，同时也无法进行SNCR脱硝还原反应，脱硝效率变低，成本增加。

对比例2

本对比例提供一种钢铁冶炼行业烧结烟气进行协同处理的方法，与实施例 2的区别仅在于，其中内热式反应器5内温度大于1050℃，此种情况下设备的整个尺寸和投资将会增加，且对保温材料的要求大大提高，并且当温度高于 1050℃反应器内会产生热力型氮氧化物，会增加脱硝的成本，降低脱硝效率。

对比例3

本对比例提供一种钢铁冶炼行业烧结烟气进行协同处理的方法，与实施例 2的区别仅在于，调节所述反应器5内氧含量为6％，此种情况下在内热式反应器5中会二次生产氮氧化物，增加了脱硝的负荷脱硝效率。

对比例4

本对比例提供一种钢铁冶炼行业烧结烟气进行协同处理的方法，与实施例 2的区别仅在于，所述烧结烟气协同处理系统中设有固废输送管道12，最终得到的固体废弃物中含有质量分数55％的亚硫酸钙。

上述实施例2-4的脱硝效率、脱硫效率、二噁英去除率、一氧化碳去除率和二次污染物排放结果对比如表1所示。

表1实施例2-4烧结烟气处理结果对比表

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。