本發(fā)明涉及環(huán)保領(lǐng)域的煙氣脫硝系統(tǒng)，具體的說是一種燒結(jié)煙氣循環(huán)的燒結(jié)過程脫硝系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

為了減排燒結(jié)過程煙氣污染物總量，燒結(jié)煙氣循環(huán)已作為一項重要的減排方案早已受到業(yè)界關(guān)注。如佐藤羲政等早在上世紀80年代就開展了燒結(jié)煙氣循環(huán)的研究，將燒結(jié)煙氣部分循環(huán)再次進入燒結(jié)機，可明顯減少了廢氣的排放量,可實現(xiàn)減排25-50％,具有重大的環(huán)境和社會效益。

隨著環(huán)保要求的日益嚴格，燒結(jié)煙氣循環(huán)再次成為當(dāng)前研究的熱點。范振宇等研究了煙氣循環(huán)過程的溫度、氧氣體積分數(shù)、壓力等指標對燒結(jié)過程的影響，得出循環(huán)煙氣溫度、氧濃度及壓力平衡等是整個循環(huán)工藝成敗的關(guān)鍵。采用燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)，理論上循環(huán)煙氣的比例最高可達到50％，但綜合各方面的影響來看，比較適宜的比例為30％左右。

目前普遍推行的燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)方案為：

(1)采用頭尾風(fēng)箱煙氣循環(huán)的模式；

(2)采用尾部風(fēng)箱煙氣循環(huán)的模式；

(3)采用中部風(fēng)箱煙氣循環(huán)的模式。

寧鋼與沙鋼工程中應(yīng)用的是頭尾風(fēng)箱煙氣循環(huán)方式。

2013年5月，寧鋼燒結(jié)煙氣循環(huán)系統(tǒng)的順利投運，開創(chuàng)了國內(nèi)大型燒結(jié)機應(yīng)用煙氣循環(huán)技術(shù)的先河，可實現(xiàn)燒結(jié)煙氣減排30％以上，燒結(jié)礦煤耗(全焦)減少2.56kg/t(礦)，每年取得節(jié)能效益達869萬元。繼寧鋼燒結(jié)之后，煙氣循環(huán)技術(shù)在國內(nèi)得到了工業(yè)化推廣應(yīng)用。

但目前開展的煙氣循環(huán)并未針對煙氣的性質(zhì)進行分區(qū)、分質(zhì)循環(huán)，節(jié)能及減排效果不明顯，以至于國內(nèi)還未全面推廣應(yīng)用。

通過對燒結(jié)機不同區(qū)域的煙氣進行跟蹤分析，燒結(jié)機不同區(qū)域其煙氣物性及組成區(qū)別較大，如圖1-1、圖1－2、圖2-1、圖2-2所示，在煙氣快速升溫段前期，如9、10號風(fēng)箱以前(風(fēng)箱編號按兩側(cè)連續(xù)編號，數(shù)字大的對應(yīng)機頭，小的對應(yīng)機尾)，煙氣溫度低，nox濃度高；快速升溫段后(9、10號風(fēng)箱以后)，煙氣溫度高，nox濃度低。

另一方面，busca等以活性炭纖維為載體，研究了附著氧化鐵催化劑后，具有明顯的脫硝效果；larrubia等研究了γ-fe2o3和α-fe2o3的scr脫硝反應(yīng)活性,kureti等研究了以zro2為載體的fe2o3催化劑的scr脫硝特性，研究表明，γ-fe2o3和α-fe2o3均有催化脫硝作用。針對此，本技術(shù)利用燒結(jié)礦中鐵系氧化物多組分協(xié)同催化作用，在燒結(jié)機中部的煙氣快速升溫段，向風(fēng)箱內(nèi)的噴入氨氣，利用煙氣中的粉塵富含鐵系氧化物多組分具有的脫硝催化作用，且溫度在300℃以上，實現(xiàn)了燒結(jié)粉塵及煙氣的高溫(脫硝溫度窗口)余熱充分利用并同步脫硝的目的。同時，將快速升溫段前期的煙氣循環(huán)引到燒結(jié)機快速升溫段后段，再次進入燒結(jié)過程，既節(jié)省了脫硝設(shè)備的投資，還省去了外購脫硝催化劑。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是為了解決上述技術(shù)問題，針對燒結(jié)機不同區(qū)域產(chǎn)生的煙氣污染物濃度不同以及不同區(qū)域的燒結(jié)礦或燒結(jié)混合料層內(nèi)不同的反應(yīng)特性，提供一種系統(tǒng)簡單、不外購催化劑實現(xiàn)有效脫硝、可控性好、對環(huán)境友好、設(shè)備投資省、運行成本低，并能有效減排nox的燒結(jié)煙氣循環(huán)的燒結(jié)過程脫硝系統(tǒng)。

本發(fā)明系統(tǒng)包括燒結(jié)機，所述燒結(jié)機的臺車下方設(shè)有風(fēng)箱，風(fēng)箱底部的出口連通煙道管道，沿臺車行進方向燒結(jié)機依次分為點火段、機頭段、煙氣快速升溫段和機尾段4個區(qū)域；所述機尾段至煙氣快速升溫段區(qū)域下方的風(fēng)箱內(nèi)均裝有液氨噴嘴；所述煙氣管道包括主煙道和循環(huán)煙氣主煙道，所述機尾段和煙氣快速升溫段下方的風(fēng)箱出口連通主煙道；所述機頭段下方的風(fēng)箱出口經(jīng)循環(huán)煙氣主煙道連通燒結(jié)機臺車上方的循環(huán)煙氣罩。

所述循環(huán)煙氣罩安裝在燒結(jié)機正上方，覆蓋燒結(jié)機機尾段和煙氣快速升溫段。

所述燒結(jié)機機尾段和煙氣快速升溫段區(qū)域風(fēng)箱側(cè)壁上沿周向安裝至少一層液氨噴嘴。

所述機尾段和煙氣快速升溫段下方的風(fēng)箱側(cè)壁上的液氨噴嘴噴出口傾斜向上，使液氨噴向臺車底部篦子上，使液氨噴出方向與煙氣流動方向相反，或兩方向的夾角大于90度。

所述主煙道經(jīng)循環(huán)煙氣換熱器的管程或殼程連接靜電/布袋除塵器。

所述煙氣管道還包括有機頭點火段煙道，所述點火段下方的風(fēng)箱經(jīng)機頭點火段煙道連接靜電/布袋除塵器。

所述循環(huán)煙氣主煙道經(jīng)循環(huán)煙氣除塵器、循環(huán)煙氣換熱器的殼程或管程連接循環(huán)煙氣罩。

發(fā)明人分析發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)機不同區(qū)域產(chǎn)生的燒結(jié)煙氣溫度及煙氣中污染物濃度均不同，機尾段燒結(jié)煙氣溫度＞200℃，nox濃度＜100mg/nm³；煙氣快速升溫段燒結(jié)煙氣溫度80－200℃，nox濃度＞100mg/nm³；機頭段燒結(jié)煙氣溫度＜80℃，nox濃度300mg/nm³以上；點火段燒結(jié)煙氣溫度＜80℃，nox濃度＜100mg/nm³，如果直接不經(jīng)區(qū)別將所有燒結(jié)煙氣都送入煙氣管道內(nèi)混合，存在以下不足：1)混合后主煙道內(nèi)的煙塵溫度下降，影響較高溫度的燒結(jié)煙氣在主煙道行進中進一步還原脫硝反應(yīng)；2)較高溫度的燒結(jié)煙氣余熱未能回收利用，余熱浪費；3)不利于煙氣的循環(huán)。據(jù)此將所述煙氣管道分為主煙道、循環(huán)煙氣主煙道和機頭點火段煙道，來自機尾段和煙氣快速升溫段的燒結(jié)煙氣溫度較高，因此可在下方的風(fēng)箱中與液氨混合，創(chuàng)造出滿足脫硝反應(yīng)的溫度、原料和催化劑條件，這部分煙氣不混入其它低溫?zé)煔庵苯铀腿胫鳠煹?，在后續(xù)主煙道內(nèi)還可進一步發(fā)生脫硝反應(yīng)；來自所述機頭段的燒結(jié)煙氣溫度低而nox濃度高，這部分煙氣脫硝處理時，需加熱升溫到脫硝溫度窗口，能耗高，還需外購脫硝催化劑，處理成本大，將這部分煙氣經(jīng)對應(yīng)的風(fēng)箱收集后單獨通過循環(huán)煙氣主煙道引出，發(fā)明人巧妙地送入燒結(jié)機臺車上方的循環(huán)煙氣罩內(nèi)，在高壓風(fēng)機的抽力作用下再次進入燒結(jié)料層，參與燒結(jié)過程并還原脫硝后穿過臺車篦子再次進入風(fēng)箱內(nèi)；通過將循環(huán)煙氣罩安裝在燒結(jié)機正上方，覆蓋燒結(jié)機機尾段和煙氣快速升溫段，使這部分煙氣回送到產(chǎn)生的煙氣溫度最高的燒結(jié)機機尾段和煙氣快速升溫段區(qū)域，這樣的技術(shù)效果主要為：①機頭段高nox濃度的煙氣循環(huán)進入機尾段及煙氣快速升溫段，在穿過燒結(jié)料層時，該區(qū)域燒結(jié)料層富含有鐵系多氧化物，同時循環(huán)煙氣中氧氣濃度偏低(低于空氣中的氧氣濃度)，燒結(jié)過程形成的煙氣含有一定的還原氣體，循環(huán)煙氣穿過燒結(jié)料層時，在鐵系多氧化物的催化作用下對nox進行了脫除；②機頭段引出的循環(huán)煙氣的濕度比空氣的濕度大，循環(huán)煙氣穿過燒結(jié)料層時的阻力較空氣低，減少了氣體穿過燒結(jié)料層的阻力損失；③通過換熱器將機尾段和煙氣快速升溫段的煙氣與循環(huán)煙氣換熱，回收了煙氣的余熱，降低了進后續(xù)靜電/布袋除塵器的煙氣溫度，節(jié)省了原煙氣處理系統(tǒng)中進入除塵器前需對燒結(jié)煙氣降溫所采用的補充室溫所增加的能耗；④燒結(jié)煙氣的部分循環(huán)減少了煙氣的外排量，降低了后續(xù)煙氣凈化系統(tǒng)的負荷；⑤向機尾段和煙氣快速升溫段區(qū)域?qū)?yīng)的風(fēng)箱內(nèi)噴入液氨，充分利用該區(qū)域煙氣脫硝溫度窗口，在煙氣中顆粒物富含鐵系多氧化物的催化作用下進一步脫硝，節(jié)省脫硝的設(shè)備投資及脫硝催化劑的投入；⑥點火段燒結(jié)煙氣溫度較低，若直接混入主煙道的煙氣中會降低主煙道中煙氣溫度，不利于創(chuàng)造有利的脫硝環(huán)境，因此考慮將這部分燒結(jié)煙氣經(jīng)下方的風(fēng)箱收集后經(jīng)機頭點火段煙道再和主煙道中的燒結(jié)煙氣混合后一起送入靜電/布袋除塵器除塵。通過將不同區(qū)域的煙氣根據(jù)其特點不同，進行煙氣分質(zhì)處理正是本申請重要的發(fā)明點。

機尾段至煙氣快速升溫段區(qū)域下方的風(fēng)箱內(nèi)煙氣溫度較高(滿足脫硝的溫度反應(yīng)條件)，且在風(fēng)箱中的燒結(jié)煙氣含塵濃度也最高(含有大量鐵系氧化物)，燒結(jié)煙氣在風(fēng)箱被收集時停留時間也較長，此時向風(fēng)箱中噴入液氨，利用煙氣中的粉塵富含鐵系氧化物多組分具有的脫硝催化作用，且溫度在300℃左右，實現(xiàn)了燒結(jié)粉塵及煙氣的(脫硝溫度窗口)余熱充分利用并同步脫硝的目的。并且由于風(fēng)箱中的燒結(jié)煙氣是煙氣處理的第一步，在此處噴入液氨，即使不能完全消耗，還可以在后續(xù)主煙道輸送、后續(xù)除塵等過程中同步發(fā)生脫硝反應(yīng)。

進一步的，風(fēng)箱內(nèi)的氨水噴嘴噴口出傾斜向上，其目的有三：(1)使液氨以及其汽化形成的氨氣與燒結(jié)煙氣逆向接觸，提高了氨氣與燒結(jié)煙氣的混合效果；(2)大部分液氨會噴向臺車底面的篦子上，而該區(qū)域燒結(jié)煙氣中含塵濃度高，且溫度正好在scr脫硝溫度窗口，脫硝效果最佳；(3)小部分液氨會穿過篦子間隙進入臺車底部的燒結(jié)礦底料中，直接在底料所含的鐵系氧化物的催化作用下與煙塵中的nox發(fā)生催化還原脫硝反應(yīng)，進一步提高了脫硝效果。因此，優(yōu)選所述氨水噴嘴位于所述風(fēng)箱的上段，所述氨水噴嘴可以設(shè)一層或多層，每層均布多個，以保證氨液與燒結(jié)煙氣均勻混合。

有益效果：

(1)將燒結(jié)機不同區(qū)域的煙氣分別引入到不同的煙道進行不同處理，充分利用了燒結(jié)機機尾段及煙氣快速升溫段區(qū)域下方對應(yīng)風(fēng)箱內(nèi)的煙塵溫度高，煙塵含塵量大，富含鐵系多氧化物，向風(fēng)箱內(nèi)噴入液氨，實現(xiàn)煙氣的在線脫硝，節(jié)省了scr脫硝時升溫室需補充的外界熱源和催化劑；

(2)機頭段高nox濃度的煙氣循環(huán)進入機尾段及煙氣快速升溫段，在穿過燒結(jié)料層時，該區(qū)域燒結(jié)料層富含有鐵系多氧化物，同時循環(huán)煙氣中氧氣濃度偏低(低于空氣中的氧氣濃度)，含有一定的還原氣體，循環(huán)煙氣穿過燒結(jié)料層時，在鐵系多氧化物的催化作用下對nox進行了脫除；

(3)機頭段引出的循環(huán)煙氣的濕度比空氣的濕度大，循環(huán)煙氣穿過燒結(jié)料層時的阻力較空氣低，減少了氣體穿過燒結(jié)料層的阻力損失；

(4)通過換熱器將機尾段和煙氣快速升溫段的煙氣與循環(huán)煙氣換熱，回收了較高溫度的煙氣余熱，降低了后續(xù)靜電/布袋除塵器的煙氣溫度，節(jié)省了原系統(tǒng)采用補充空氣對燒結(jié)煙氣降溫所增加的動力消耗；

(5)燒結(jié)煙氣的部分循環(huán)再次進入燒結(jié)料層，減少了煙氣的外排量，降低了后續(xù)煙氣凈化系統(tǒng)的負荷；

(6)本發(fā)明系統(tǒng)在不外添催化劑的前提下達到有效脫硝的目的，充分利用系統(tǒng)余熱，nox減排量70％，與傳統(tǒng)scr脫硝工藝相比，降低脫硝成本70％，脫硝設(shè)備投資可降低40％，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1－1：10-23號風(fēng)箱煙氣中nox濃度分析表；

圖1－2：24-46號風(fēng)箱煙氣中nox濃度分析表；

圖2－1：10-23號風(fēng)箱煙氣中煙氣溫度分析表；

圖2－2：24-46號風(fēng)箱煙氣中煙氣溫度分析表；

圖3為本發(fā)明系統(tǒng)圖。

其中，1－循環(huán)煙氣罩、2－燒結(jié)機、2.1－1臺車、3－燒結(jié)料層、3.1-底料、4－液氨噴嘴、5－液氨、6－風(fēng)箱、7－主煙道、8－循環(huán)煙氣管道、9-循環(huán)煙氣風(fēng)機、10-機頭點火段煙道、11-循環(huán)煙氣換熱器、12-循環(huán)煙氣除塵器、13－循環(huán)煙氣主煙道、14-靜電/布袋除塵器、15-高壓風(fēng)機。

具體實施方式

參見圖1，本發(fā)明系統(tǒng)包括燒結(jié)機2，所述燒結(jié)機2的臺車2.1下方設(shè)有風(fēng)箱6，風(fēng)箱6底部的出口連通煙道管道，沿臺車行進方向燒結(jié)機依次分為點火段、機頭段、煙氣快速升溫段和機尾段4個區(qū)域，所述機尾段至煙氣快速升溫段區(qū)域下方的風(fēng)箱6內(nèi)均裝有液氨噴嘴4；所述煙氣管道包括主煙道7、循環(huán)煙氣主煙道13和機頭點火段煙道10，所述機尾段和煙氣快速升溫段下方的風(fēng)箱6出口連通主煙道13，主煙道13的出口經(jīng)循環(huán)煙氣換熱器11的管程或殼程連接靜電/布袋除塵器14；所述機頭段下方的風(fēng)箱6出口經(jīng)循環(huán)煙氣主煙道13經(jīng)循環(huán)煙氣除塵器12、循環(huán)煙氣換熱器11的殼程或管程、循環(huán)煙氣管道8連通燒結(jié)機臺車2.1上方的循環(huán)煙氣罩1，所述循環(huán)煙氣罩1安裝在燒結(jié)機1正上方，覆蓋燒結(jié)機機尾段和煙氣快速升溫段。所述燒結(jié)機2的機尾段和煙氣快速升溫段區(qū)域下方風(fēng)箱6側(cè)壁上沿周向安裝至少一層液氨噴嘴4，優(yōu)選液氨噴嘴4噴出口傾斜向上，使液氨5噴向臺車2.1底部篦子上，使液氨噴出方向與煙氣流動方向相反，或兩方向的夾角大于90度。

以某鋼廠燒結(jié)機產(chǎn)生的燒結(jié)煙氣處理為例，混合煙氣(含點火段、機頭段、煙氣快速升溫段和機尾段4個區(qū)域)的nox含量為264mg/m³，煙氣溫度120－200℃，，采用本發(fā)明方法的步驟如下：

燒結(jié)煙氣在高壓風(fēng)機的抽力作用下穿過燒結(jié)料層3、底料3.1、燒結(jié)機臺車2.1底部篦子、臺車2.1下方的風(fēng)箱6進入煙氣管道，沿臺車2.1行進方向?qū)Y(jié)機1依次分為點火段、機頭段、煙氣快速升溫段和機尾段4個區(qū)域，點火段位于燒結(jié)機最前端，該區(qū)域占1－2個風(fēng)箱；機頭段位于點火段之后的燒結(jié)機前半部并延伸至燒結(jié)機中部，該區(qū)域占燒結(jié)機總長度的35－45％；煙氣快速升溫段位于燒結(jié)機中部偏機尾方向，該區(qū)域占2－4個風(fēng)箱；機尾段位于燒結(jié)機的后半部，該區(qū)域占燒結(jié)機總長度的35－45％；機尾段燒結(jié)煙氣溫度＞200℃，nox濃度＜100mg/nm³；煙氣快速升溫段燒結(jié)煙氣溫度80－200℃，nox濃度＞100mg/nm³；機頭段燒結(jié)煙氣溫度＜80℃，nox濃度300mg/nm³以上；點火段燒結(jié)煙氣溫度＜80℃，nox濃度＜100mg/nm³，，所述煙氣管道包括主煙道7、循環(huán)煙氣主煙道13和機頭點火段煙道10，來自所述機尾段和煙氣快速升溫段區(qū)域的燒結(jié)煙氣在風(fēng)箱5內(nèi)與經(jīng)液氨噴嘴4噴入的液氨、以及液氨在高溫下汽化形成的氨氣混合，在燒結(jié)煙氣富含的鐵系多氧化物催化作用下發(fā)生脫硝還原反應(yīng)后進入主煙道7，再經(jīng)循環(huán)煙氣換熱器11換熱降溫后送入靜電/布袋除塵器14除塵，然后送入下一工序；來自所述機頭段的燒結(jié)煙氣經(jīng)對應(yīng)的風(fēng)箱6收集后通過循環(huán)煙氣主煙道13送入循環(huán)煙氣除塵器12除塵，再經(jīng)循環(huán)煙氣換熱器11與主煙道7的燒結(jié)煙氣間接換熱升溫后經(jīng)循環(huán)煙氣管道8送入循環(huán)煙氣罩1，由于循環(huán)煙氣罩1安裝在燒結(jié)機2正上方，覆蓋燒結(jié)機機尾段和煙氣快速升溫段，因此該部分燒結(jié)煙氣會對應(yīng)進入燒結(jié)機1的機尾段和煙氣快速升溫段，在該區(qū)域的燒結(jié)料層中富含的鐵系多氧化物的催化還原脫硝作用下，循環(huán)煙氣在穿過燒結(jié)料層時，其中的nox被還原；所述點火段的燒結(jié)煙氣被對應(yīng)的風(fēng)箱6收集后直接引出經(jīng)機頭點火段煙道10和主煙道7內(nèi)的煙氣一起進入后續(xù)靜電/布袋除塵器14內(nèi)。

所述燒結(jié)機機尾段和煙氣快速升溫段區(qū)域下方的風(fēng)箱6側(cè)壁上沿周向安裝至少一層傾斜向上的液氨噴嘴4，通過噴嘴噴入液氨進入風(fēng)箱并汽化成氨氣與燒結(jié)煙氣混合，在燒結(jié)煙氣中富含鐵系多氧化物的催化作用下與煙氣中的nox發(fā)生脫硝反應(yīng)。傾斜向上的液氨噴嘴4能使使液氨噴向臺車底部篦子上，使液氨噴出方向與燒結(jié)煙氣流動方向相反，或兩方向的夾角大于90度。優(yōu)選噴入的液氨量按煙塵中的nox∶nh3＝1∶(1.0－1.05)的摩爾比噴入。

經(jīng)處理后的燒結(jié)煙氣nox排放量減少70％。

采用上述脫硝工藝全程不使用催化劑，利用燒結(jié)料層及燒結(jié)煙氣中的顆粒物中含有鐵系多氧化物的脫硝催化活性，使氨與nox反應(yīng)脫硝，減少脫硝設(shè)備投資，充分利用了系統(tǒng)余熱，與傳統(tǒng)scr脫硝工藝相比，降低脫硝成本70％，降低脫硝設(shè)備投資40％。