(73)专利权人钢研晟华科技股份有限公司地址100081北京市海淀区学院南路76号37幢、38幢
(72)发明人周和敏王锋王海风高建军武兵强徐洪军林万舟严定鎏齐渊洪许海川郄俊懋洪陆阔
本发明涉及一种带式烧结机的烧结矿显热及烧结烟气余热综合利用系统,属于冶金制造节能减排技术领域。该综合利用系统包括烧结机、破碎装置、换热‑冷却装置、中温SCR脱硝塔、余热回收装置、脱硫装置和发电单元等。带式烧结机的第一主抽烟道与第二主抽烟道连通并设有流量比例调节阀,第一路主抽烟气在竖式冷却器内对烧结矿进行换热,换热后同第二路主抽烟气经中温SCR脱硝塔、余热锅炉、干法/半干法脱硫装置等可再引入带式烧结机内并对烧结矿进行热风循环烧结。本发明采用密闭式的竖式冷却器对烧结矿的显热进行回收利用,中温SCR脱硝无需外供煤气补燃加热,脱硫后的烟气可再引入带式烧结机内对烧结矿进行预热,降低了能耗。
1.一种带式烧结机的烧结矿显热及烧结烟气余热综合利用系统,其特征是,包括带式烧结机、破碎装置、换热‑冷却装置、第一冷却鼓风机、第二冷却鼓风机、第一除尘装置、第二除尘装置、第三除尘装置、第四除尘装置、中温SCR脱硝塔、余热回收装置、干法或半干法脱硫装置和发电单元,
所述带式烧结机两侧设有将第一路、第二路主抽烟气引出的第一、第二主抽烟道,
所述第一主抽烟道与第二主抽烟道连通并设有双向流量比例调节阀,用于控制第一路主抽烟气和第二路主抽烟气的比例关系,当从换热‑冷却装置冷却后的烧结矿温度大于150摄氏度时,打开流量比例调节阀,增加第一主抽烟道的烟气流量,直至冷却后的烧结矿的温度小于或等于150℃,
所述第一路主抽烟气经第一除尘装置、第一冷却鼓风机、换热‑冷却装置、第三除尘装置进入中温SCR脱硝塔,所述第二路主抽烟气经第二除尘装置立即进入中温SCR脱硝塔,所述第一路主抽烟气和第二路主抽烟气在中温SCR脱硝塔内混合并脱硝,脱硝后的烟气经余热回收装置、干法或半干法脱硫装置、第四除尘装置后直接排放或再引入带式烧结机内,并对烧结矿进行预热处理,
所述换热‑冷却装置为密闭式的竖式冷却器,所述竖式冷却器内部采用分区冷却,从上到下多层布风,依次为高温风和低温风,所述高温风指第一路主抽烟道烟气,所述低温风指冷空气,所述竖式冷却器内设有中心风帽和环向分区风帽,所述竖式冷却器底部设有分区环缝和冷空气管道,所述冷空气管道一端与分区环缝连通,另一端设有冷空气补给装置,
所述第一路主抽烟道的烟气通过第一冷却鼓风机进入中心风帽和环向分区风帽内,冷空气通过第二冷却鼓风机进入竖式冷却器的分区环缝内,
所述中温SCR脱硝塔的进气管道上设有煤气补燃烧嘴,启/停炉时,煤气补燃烧嘴用于保证烟气脱硝的温度,
所述余热回收装置为余热锅炉,第一路主抽烟道的烟气和第二路主抽烟道的烟气混合后经中温SCR脱硝塔脱硝后进入余热锅炉,并与软水或除盐水进行热交换产生过热蒸汽或饱和蒸汽或饱和蒸汽,所述过热蒸汽或饱和蒸汽或饱和蒸汽进入发电单元,发电单元包括汽轮机、主抽风机和发电机,所述过热蒸汽或饱和蒸汽或饱和蒸汽经过汽轮机、第一发电机进行发电,或者经过汽轮机驱动主抽风机并利用第二发电机进行逆变发电,所述步骤1中,带式烧结机的第一路主抽烟气的组分包括NOx和SO2,NOx的平均浓度为300,500mg/m3,SO2平均浓度为600,1300mg/m3,烟气平均温度为105,180℃,
竖式冷却器中换热第一路主抽烟气温度为380,550℃,与第二路主抽烟气进行混合,混合后烟气温度为350,410℃。
2.一种带式烧结机的烧结矿显热及烧结烟气余热综合利用方法,其特征是,采用如权利要求1所述的综合利用系统,包括以下步骤,
步骤1.所述带式烧结机两侧设有第一组风箱和第二组风箱,第一组风箱与第一路主抽烟道连通,第二组风箱与第二路主抽烟道连通,
步骤2.所述第一路主抽烟气经第一除尘装置后由第一冷却鼓风机鼓入竖式冷却器内并与红热烧结矿进行热交换,
步骤3.从竖式冷却器引出的第一路主抽烟气经第三除尘器除尘后与经第二除尘器除尘后的第二路主抽烟气进行混合,混合后进入中温SCR脱硝塔脱硝,
步骤4.将中温SCR脱硝塔脱硝后的混合烟气由余热锅炉回收余热,回收余热产生的蒸汽通过蒸汽轮机驱动发电机发电,或由蒸汽轮机驱动主抽风机进行逆变发电,
步骤5.对由余热锅炉引出的混合烟气进行干法或半干法脱硫,脱硫后经第四除尘装置除尘后达标直接排放或再引入带式烧结机,并对烧结矿进行预热,
或者由余热锅炉出来烟气经第五除尘装置除尘后采用湿法脱硫,脱硫烟气达标后排放入大气中,
所述步骤3中,所述从竖式冷却器中引出的第一路主抽烟气温度为380,550℃,
所述第一路主抽烟气经竖式冷却器提温后与第二路主抽烟气一道引入中温SCR脱硝塔进行脱硝处理,并经余热回收装置、干法/半干法脱硫塔、第四除尘装置后直接排放或再引入到带式烧结机内,对带式烧结机内的烧结矿进行热风循环烧结,
3.根据权利要求2所述的带式烧结机的烧结矿显热及烧结烟气余热综合利用方法,其特征是,所述步骤1中,带式烧结机的第一路主抽烟气的组分包括NOx和SO2,NOx的平均浓度为300,500mg/m3,SO2平均浓度为600,1300mg/m3,烟气平均温度为105,180℃。
4.根据权利要求2所述的带式烧结机的烧结矿显热及烧结烟气余热综合利用方法,其特征是,所述步骤1中,带式烧结机的第二路主抽烟气的组分包括NOx和SO2,NOx平均浓度为300,500mg/m3,SO2平均浓度为600,1300mg/m3,烟气平均温度为105,180℃。
5.根据权利要求2至4任一项所述的带式烧结机的烧结矿显热及烧结烟气余热综合利用方法,其特征是,所述烧结烟气进行全部脱硝后的温度为300,400℃。
[0001] 本发明属于冶金制造节能减排技术领域,尤其涉及带式烧结机的烧结矿显热及烧结烟气余热综合利用系统。
[0002] 在钢铁生产的全部过程中,烧结工序的能耗约占总能耗的10,,仅次于炼铁工序。在烧结工序总能耗中,有近50,的显热热能以烧结机烟气和冷却机废气的余热形式排入大气,既浪费了热能又污染了环境。
[0003] 钢铁厂中各种设备放出的NOx总量在固定发生源中占第二位,仅次于SO2的排放量。其中,烧结生产的全部过程NOx排放量约占钢铁厂NOx排放总量的一半左右。因此,对烧结烟气NOx排放量的严控,可大大降低钢厂的NOx的排放量。表1给出了GB 28662‑2012钢铁烧结、球团工业大气污染物特别排放限值。
[0006] 现存技术中的带式烧结机的烧结矿显热回收、烧结烟气余热回收和烧结烟气净化处理存在以下问题,
[0007] 1 .现有烧结矿环冷机存在大量漏风现象,漏风率高达30,以上,2.环冷机高温段风箱出口废气温度稍高,约300℃左右,其余段废气温度低,无法利用而基本放散,因此烧结矿余热利用低,只有30(40),3.现有烧结机烟气平均温度约150℃左右,烧结烟气直接脱硝,如果平均温度约150℃的烧结烟气直接采用低温脱硝(150,240℃)或采用中温脱硝,均需要对烧结烟气通过外供煤气补燃提温,消耗大量的煤气,若低于中温SCR脱硝最佳温度范围350,420℃,脱硝反应效率低,4.此外,烧结烟气除尘后与烟囱之间采用低温脱硝(150,240℃) ,催化剂的活性差,易受二氧化硫和水等物质毒化,效率更低,5.需要脱硝的烟气量增大。
[0008] 鉴于上述的分析,本发明旨在提供一种带式烧结机的烧结矿显热及烧结烟气余热
综合利用系统,用以解决现存技术中, (1)烧结机上红热烧结矿显热无法充分的利用,浪费热能, (2)环冷机漏风量大,显热回收效率低, (3)烧结烟气余热未能得到回收利用, (4)烧结烟气单独脱硝需要外供煤气补燃加热,能耗增加,成本高的技术问题。
[0010] 本发明提供了一种带式烧结机的烧结矿显热及烧结烟气余热综合利用系统,包括带式烧结机、破碎装置、换热‑冷却装置、第一冷却鼓风机、第二冷却鼓风机、第一除尘装置、第二除尘装置、第三除尘装置、第四除尘装置、中温SCR脱硝塔、余热回收装置、干法或半干法脱硫装置和发电单元,带式烧结机两侧设有将第一路、第二路主抽烟气引出的第一、第二主抽烟道,第一主抽烟道与第二主抽烟道连通并设有流量比例调节阀,第一路主抽烟气经第一除尘装置、第一冷却鼓风机、换热‑冷却装置、第三除尘装置进入中温SCR脱硝塔,第二路主抽烟气经第二除尘装置立即进入中温SCR脱硝塔,第一路主抽烟气和第二路主抽烟气在中温SCR脱硝塔内混合并脱硝,脱硝后的烟气经余热回收装置、干法或半干法脱硫装置、第四除尘装置后直接排放或再引入带式烧结机内,并对烧结矿进行热风循环烧结。
[001 1] 本发明提供的带式烧结机的烧结矿显热及烧结烟气余热综合利用系统中,带式烧结机设有第一路主抽烟道和第二路主抽烟道,其中第一路主抽烟道和第二路主抽烟道连通,并在该连通管道上设有双向流量比例控制阀,用于控制第一路主抽烟气和第二路主抽烟气的比例关系,通过调节该比例关系,能够控制进入竖式冷却器内的第一路主抽烟气的流量,从而最大限度的回收烧结矿的显热,换热提温后的第一路主抽烟气与第二路主抽烟气混合并一道引入中温SCR脱硝塔中,脱硝后引入余热锅炉进行预热回收,经干法/半干法脱硫、布袋除尘后引入带式烧结机内,对烧结矿进行热风循环烧结。这种工艺设计不仅高效的回收了红热烧结矿显热,提高了烧结矿的产量和质量,还提高了脱硝效率和脱硝成本,此外,将换热提温后的混合烟气引入余热锅炉,余热锅炉产生大量高温蒸汽,高温蒸汽能够最终靠汽轮机驱动发电机进行直接发电,或者通过汽轮机驱动主抽风机,富余能量由主抽风机驱动其本体电机进行逆变发电,减少能源转换损失,进而提高了余热回收率。再有,脱硝后的烟气也可经过湿法脱硫及布袋除尘等净化处理流程后,烧结烟气达到排放标准,将其排入大气中,避免了环境污染。
[0012] 优选地,换热‑冷却装置为密闭式的竖式冷却器,竖式冷却器内设有中心风帽和环向分区风帽,竖式冷却器底部设有分区环缝和冷空气管道,冷空气管道一端与分区环缝连通,另一端设有冷空气补给装置,
[0013] 第一路主抽烟道的烟气通过第一冷却鼓风机进入中心风帽和环向分区风帽内,冷空气通过第二冷却鼓风机进入竖式冷却器的分区环缝内,
[0015] 优选地,第二冷却鼓风机上设有变频电机,经过控制变频电机来控制冷空气的流量。
[0016] 优选地,中温SCR脱硝塔的进气管道上设有煤气补燃烧嘴,启/停炉时,煤气补燃烧嘴用于保证烟气脱硝的温度。
[0017] 优选地,余热回收装置为余热锅炉,第一路主抽烟道的烟气和第二路主抽烟道的烟气混合后经中温SCR脱硝塔脱硝后进入余热锅炉,并与软水或除盐水进行热交换产生过热蒸汽或饱和蒸汽,过热蒸汽或饱和蒸汽进入发电单元,发电单元包括汽轮机、主抽风机和
发电机,过热蒸汽或饱和蒸汽经过汽轮机、第一发电机进行发电,或者经过汽轮机驱动主抽风机并利用第二发电机(即主抽风机本体电机)进行逆变发电。
[0018] 本发明还提供了一种带式烧结机的烧结矿显热及烧结烟气余热综合利用方法,采用上述的综合利用系统,包括以下步骤,
[0019] 步骤1 .带式烧结机两侧设有第一组风箱和第二组风箱,第一组风箱与第一路主抽烟道连通,第二组风箱与第二路主抽烟道连通,
[0020] 步骤2.第一路主抽烟气经第一除尘装置后(一般为电除尘)由第一冷却鼓风机鼓入竖式冷却器内并与红热烧结矿进行热交换,
[0021] 步骤3.从竖式冷却器引出的第一路主抽烟气经第三除尘器除尘后与经第二除尘装置(一般为电除尘)除尘后的第二路主抽烟气进行混合,混合后进入中温SCR脱硝塔脱硝,
[0022] 步骤4.将中温SCR脱硝塔脱硝后的混合烟气由余热锅炉回收余热,回收余热产生的蒸汽通过蒸汽轮机驱动发电机发电,或由蒸汽轮机驱动主抽风机进行逆变发电,
[0023] 步骤5.对由余热锅炉引出的混合烟气进行干法或半干法脱硫,脱硫后经第四除尘装置除尘后达标直接排放或再引入带式烧结机,对烧结矿进行热风循环烧结,
[0024] 或者由余热锅炉出来烟气经第五除尘装置除尘后采用湿法脱硫,脱硫烟气达标后排放入大气中。
[0027] 优选地,步骤3中,所述从竖式冷却器中引出的第一路主抽烟气温度为380,550℃,
[0028] 第一路主抽烟气经竖式冷却器提温后与第二路主抽烟气一道引入中温SCR脱硝塔进行脱硝处理,并经余热回收装置、干法/半干法脱硫塔、第五除尘装置后达标直接排放或再引入到带式烧结机内,对带式烧结机内的烧结矿进行热风循环烧结。脱硝后烟气或者经余热回收装置、第五除尘装置和湿法脱硫塔,脱硫达标后排入大气中。
[0031] (1)第一路主抽烟气的平均温度为105,180℃,NOx平均浓度为300,500mg/m3,SO2平均浓度为600,1300mg/m3,将第一路主抽烟气作为红热烧结矿的冷却介质,最大限度的回收烧结烟气余热,提高了竖式冷却器中与烧结矿换热后烟气温度,并利用冷空气对烧结矿进行二次冷却,确保了冷却后的烧结矿温度不高于150℃,避免了烧损输送皮带。
[0032] (2)本发明采用的换热‑冷却装置为密闭式的竖式冷却器,无漏风现象,竖式冷却器内部采用分区冷却,从上到下多层布风,依次为高温风(第一路主抽烟道烟气) ,低温风(即冷空气) ,保证竖式冷却器内均匀冷却,这样设计不仅能提高烧结矿质量,同时还能充分的利用烧结烟气的余热,再有,还能获得更高品质的烧结烟气以利于后续脱硝。
[0033] (3)经竖式冷却器中换热第一路主抽烟气温度为380,550℃,与第二路主抽烟气进行混合,混合后烟气温度为350,410℃,该温度范围与中温中温SCR脱硝最佳温度范围
350,420℃基本上相同,此时,无需常规烟气中温SCR脱硝采用燃烧煤气加热环节,不仅节
[0034] (4)本发明采用全部烟气中温SCR脱硝,从竖式冷却器中引出的第一路主抽烟气与第二路主抽烟气混合后一道引入余热锅炉进行余热回收,进而提高高温蒸汽产量。
[0035] (5)带式烧结机的第一路主抽烟气和第二路主抽烟气混合后经中温SCR脱硝塔脱硝后进入余热锅炉,并与软水或除盐水进行热交换产生过热蒸汽或饱和蒸汽,过热蒸汽或饱和蒸汽能够最终靠汽轮机驱动发电机进行直接发电,或者通过汽轮机驱动主抽风机,富余能量由主抽风机驱动本体电机进行逆变发电,最大限度的对烧结矿显热和烧结烟气余热进行回收利用。
[0036] (6)经余热回收后的混合烟气引入干法/半干法脱硫装置,经干法/半干法脱硫后的混合烟气的温度为130,140℃,为了充分的利用该混合烟气的余热,将该部分混合烟气经布袋除尘后可引入到带式烧结机内,对带式烧结机内的烧结矿进行热风循环烧结,从而充分的利用了混合烟气的余热。
[0037] 或者,从余热锅炉出来的混合烟气经过布袋除尘通过湿法脱硫装置,脱硫达标后可进行排放,实现了烧结烟气的净化处理过程,避免了污染环境。
[0038] 本发明中,上述各技术方案之间还可以相互组合,以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书里面阐述,并且,部分优点可从说明书里面变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0039] 附图仅用于示出具体实施例的目的,而并不认为是对本发明的限制,在整个附图中,相同的参考符号表示相同的部件。
[0040] 图1‑1为本发明提供的带式烧结机烟气排放检测中NOX数值参考情况图,
[0041] 图1‑2为本发明提供的带式烧结机烟气排放检测中SO2数值参考情况图,
[0042] 图1‑3为本发明提供的带式烧结机烟气排放检测中不同风箱的烟气温度数值参考情况图,
[0043] 图2为本发明提供的带式烧结机的烧结矿显热及烧结烟气余热综合利用系统的工艺流程图。
[0044] 下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例,其中,附图构成本申请一部分,并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理,并非用于限定本发明的范围。
[0045] 一方面,本发明提供了一种带式烧结机的烧结矿显热及烧结烟气余热综合利用系统,如图2所示,包括带式烧结机、破碎装置、换热‑冷却装置、第一冷却鼓风机、第二冷却鼓风机、第一除尘装置、第二除尘装置、第三除尘装置、第四除尘装置、第五除尘装置、中温SCR 脱硝塔、余热回收装置、干法或半干法脱硫装置和发电单元,其中,
[0046] 带式烧结机两侧设有第一组风箱和第二组风箱,第一组风箱与第一路主抽烟道连通,第二组带风箱与第二主抽烟道连通,第一主抽烟道与第二主抽烟道上设有流量比例调节阀,流量比例调节阀用于调节第一主抽烟道和第二主抽烟道内的烧结烟气流量比例关
[0047] 第一路主抽烟气经第一除尘装置、第一冷却鼓风机、换热‑冷却装置、第三除尘装置进入中温SCR脱硝塔,第二路主抽烟气经第二除尘装置立即进入中温SCR脱硝塔,第一路主抽烟气和第二路主抽烟气在中温SCR脱硝塔内混合并脱硝,脱硝后的混合烟气经余热回收装置、干法或半干法脱硫装置、第四除尘装置后直接引入带式烧结机内,对带式烧结机的烧结矿进行热风循环烧结,或者脱硝后的混合烟气经余热回收装置、第五除尘装置、湿法脱硫塔后引入大气,带式烧结机产生的红热烧结矿经破碎装置进入换热‑冷却装置,并与进入其内的第一路主抽烟气进行气‑固两相热交换。
[0048] 具体地,本发明提供的带式烧结机的烧结矿显热及烧结烟气余热综合利用系统包括带式烧结机、破碎装置、换热‑冷却装置、第一冷却鼓风机、第二冷却鼓风机、第一除尘装置、第二除尘装置、第三除尘装置、第四除尘装置、第五除尘装置、中温SCR脱硝塔、余热回收装置、干法或半干法脱硫装置和发电单元,当烧结矿在带式烧结机中完成烧结后,烧结矿的温度高达600,750℃,烧结矿呈现红热状态,将该红热烧结矿经破碎装置(例如,单辊破碎机)进行破碎后到达缓冲仓,然后再将缓冲仓内的烧结矿使用料车输送至换热‑冷却装置的顶部,并从其顶部进入换热‑冷却装置,此时带式烧结机的第一路主抽烟气经第一除尘装置(第一电除尘器)后由第一冷却鼓风机鼓入换热‑冷却装置底部,从换热‑冷却装置底部进入的第一主抽烟道的烧结烟气对从换热‑冷却装置顶部进入的烧结矿进行多层次梯级冷却,烧结矿与该烧结烟气充分换热后,烧结矿的温度小于等于150℃,需要说明的是,为了确认和保证烧结矿换热后的温度不高于150℃,第一主抽烟道与第二主抽烟道连通并在连通管道上设有流量比例调节阀,流量比例调节阀用于调节第一主抽烟道和第二主抽烟道内的烧结烟气流量比例关系,即当从换热‑冷却装置冷却后的烧结矿温度大于150摄氏度时,此时需要打开流量比例调节阀,增加第一主抽烟道的烟气流量,直至冷却后的烧结矿的温度小于等于150℃,冷却后的烧结矿由传送带输送去往矿槽筛分。而换热后的烧结烟气经第三除尘器(例如,旋风除尘器)除尘后与从带式烧结机引出的并经过第二除尘装置(第二电除尘器)除尘后的第二主抽烟道烧结烟气进行混合,充分混合后一道引入中温SCR脱硝塔进行全部烟气脱硝处理,经脱硝后的混合气体进入余热回收装置(例如余热锅炉) ,经余热回收后的混合烟气引入干法/半干法脱硫装置,必须要格外注意到是,经干法/半干法脱硫后的混合烟气的温度为130,140℃,为了充分的利用混合烟气的余热,将该部分混合烟气经第四除尘装置(例如,布袋除尘)除尘后引入到带式烧结机内,对带式烧结机内的烧结矿进行热风循环烧结,从而充分的利用了混合烟气的余热。需要说明的是,经余热锅炉回收后的混合烟气也可以直接经第五除尘装置(例如,布袋除尘)除尘后引入湿法脱硫塔,由于湿法脱硫后的混合烟气温度较低,脱硫达标后可以直接排入大气中。
[0049] 需要强调的是,混合烟气进行余热回收后,经余热锅炉产生大量的高温蒸汽,高温蒸汽通过管道进入发电单元,发电单元包括汽轮机‑发电机组或汽轮机‑主抽风机,高温蒸汽能够最终靠汽轮机‑发电机组进行直接发电,或者通过汽轮机驱动主抽风机(汽拖方案) ,富余能量由主抽风机驱动本体电机进行逆变发电。
[0050] 为了对红热烧结矿进行充分的冷却,本发明的采用的换热‑冷却装置为密闭式的竖式冷却器,该密闭式的竖式冷却器内部设有中心风帽和环向分区风帽,竖式冷却器的底部设有分区环缝和冷空气管道,冷空气管道一端与分区环缝连通,另一端设有冷空气补给
装置,带式烧结机第一路主抽烟道的烟气通过第一冷却鼓风机进入中心风帽和环向分区风帽内,冷空气通过第二冷却鼓风机进入竖式冷却器的分区环缝内,冷空气用于对烧结矿进行二次冷却。
[0051] 具体地,带式烧结机的第一路主抽烟气经第一冷却鼓风机鼓入竖式冷却器的中心布置风帽和环向布置风帽内,与从顶部进入竖式冷却器的粉碎后的红热烧结矿进行热量交换,从而进行一次冷却,冷空气通过第二冷却鼓风机鼓入竖式冷却器的分区环缝内的,并与红热烧结矿进行热交换,进行二次冷却,从而通过第一路主抽烟气和冷空气对红热烧结矿进行多层次梯级冷却,红热烧结矿被冷却到小于等于150℃。与现有的机上冷却和环冷机相比,本发明采用密闭式的竖式冷却器避免了漏风大、能源浪费和能源回收率低的技术问题。
[0052] 为了更充分的对烧结矿进行冷却,最大限度的回收其显热,第二冷却鼓风机上设有变频电机,经过控制变频电机来控制冷空气的流量。示例性地,在烧结矿的冷却过程中,当第一主抽烟道的烧结烟气无法将烧结矿冷却到150℃及以下时,可以启动第二冷却鼓风机,做补充冷空气,并通过变频电机来调节其流量,进而充分的对烧结矿的显热进行回收。