專利名稱：一種燒結脫硝系統(tǒng)及其脫除氮氧化物的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于冶金燒結煙氣脫硝的環(huán)境保護技術領域，尤其涉及一種燒結脫硝系統(tǒng)及其脫除氮氧化物的方法。
背景技術：
“十二五”規(guī)劃中，我國明確了對氮氧化物(NOx)進行全面控制。具體減控指標擬定為，氨氮排放總量控制目標是比2010年減少10%，重點行業(yè)和重點地區(qū)氮氧化物排放總量比2010年減少10%。而鋼鐵行業(yè)燒結煙氣成分復雜，除含有二氧化硫、粉塵外，還含有NOx等污染物。在“十二五”氮氧化物總量控制基本思路中提出，鋼鐵、工業(yè)鍋爐也是氮氧化物的重要排放源，為拓展氮氧化物減排領域，推進氮氧化物持續(xù)減排，“十二五”期間應加快冶金行業(yè)、工業(yè)鍋爐等其他行業(yè)氮氧化物控制技術的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進程，推進煙氣脫硝示范工程建設。冶金燒結煙氣的NOx濃度較低、煙氣量大，而且煙氣溫度要低于傳統(tǒng)煙氣脫硝工藝。傳統(tǒng)的選擇性催化還原脫硝工藝(SCR)在300 450°C的工作溫度區(qū)間，而選擇性非催化還原脫硝工藝(SNCR)在950 1150°C的工作溫度區(qū)間。如果要對燒結煙氣采用單獨的SCR或SNCR裝置進行脫硝，就需要對燒結煙氣進行再熱處理。SNCR工藝的工作溫度區(qū)間遠遠高于燒結煙氣溫度，采用再熱處理是不現(xiàn)實的。而SCR工藝成本較高，難以被我國鋼鐵企業(yè)所接受。因此，更加經(jīng)濟實用的燒結過程中的脫硝工藝研究已經(jīng)勢在必行。通過查新，可以檢索到一些相關專利。如“用于燒結過程中的在線脫硝方法”發(fā)明(公開號CN 1286314A)，公開了一種用于燒結過程中的在線脫硝方法，其主要是在燒結生產(chǎn)的配料過程中添加砂糖等粘結輔助劑，增強了燒結原料的造粒性與粘結性、改善燒結原料的透氣性、并縮短燒結時間，使燒結原料中氮轉化成氮氧化物的機會降低，進而抑制燒結廢氣中氮氧化物的排放。但該方法使用大量砂糖作為燒結輔助劑會使得燒結運行費用大大升高?！耙环N脫除燒結煙氣中氮氧化物的方法”(授權公告號CN 101053749A)公開一種脫除燒結煙氣中氮氧化物的方法，該方法在燒結混合料中加入含氨化合物，所述的含氨化合物包括尿素、銨鹽、氨水、煤化工企業(yè)的含氨蒸餾廢水或氰氨基鹽。在燒結過程中含氨化合物釋放出氨氣，將燒結煙氣中的NOx還原為N2。這種方法雖然可以脫除燒結煙氣中的N0X，但未反應的氨氣會隨煙氣排出，而氨氣對環(huán)境和人類的危害更要甚于N0X。“一種在冶金燒結過程中脫除NOx的方法”(授權公告號CN101033503A)通過在燒結生產(chǎn)配料過程中添加焦粉或半焦粉取代煤作為燃料，并在燒結過程中引入煤氣，利用焦粉和煤氣中的還原性氣體H2、CH4, CO將燒結煙氣中的NOx還原。該方法中以焦粉取代煤作為燒結燃料，所引入的煤氣量占燒結氣體體積總量的1% 10%，這些措施大大增加了燒結成本。使得該方法難以被接受。綜上所述，目前燒結過程脫硝方法，有的成本較高，有的會影響燒結正常生產(chǎn)，都難以在燒結中應用。因此，探尋更加實用、有效的燒結過程中的脫硝工藝是非常迫切和必要的。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種低成本、可有效降低燒結煙氣中氮氧化物排放濃度的燒結脫硝系統(tǒng)及其脫除氮氧化物的方法，減少了燒結煙氣對環(huán)境的污染。本發(fā)明燒結脫硝系統(tǒng)包括原有燒結系統(tǒng)中通過燒結煙氣主管路連接的燒結機、風箱、電除塵器、脫硫裝置、主抽風機和煙囪，本發(fā)明在以上原有燒結系統(tǒng)結構基礎上，在氮氧化物高濃度區(qū)風箱的出口管路上，引出一條分支管路作為燒結煙氣循環(huán)管路，在此燒結煙氣循環(huán)管路上依次連接有循環(huán)煙氣擋板閥、除塵器、與外進氣管連接的天然氣入口閥門、循環(huán)風機和循環(huán)煙氣罩，循環(huán)煙氣罩罩在氮氧化物高濃度區(qū)風箱的正上方燒結料層上，這樣不會使得未經(jīng)脫硝處理的氮氧化物低濃度區(qū)中氮氧化物濃度升高。根據(jù)燒結機排放煙氣中氮氧化物濃度的不同，風箱可分為氮氧化物低濃度區(qū)風箱和氮氧化物高濃度區(qū)風箱，即氮氧化物高濃度區(qū)風箱中煙氣約占燒結煙氣體積總量的40% 60%，其中氮氧化物含量占燒結煙氣氮氧化物總體積含量的75% 85% ;氮氧化物低濃度區(qū)風箱中煙氣也是約占燒結煙氣體積總量的40% 60%，其中氮氧化物含量占燒結煙氣氮氧化物總體積含量的15% 25%;根據(jù)這一特點本發(fā)明僅對氮氧化物高濃度區(qū)風箱中的煙氣進行循環(huán)和脫硝處理。燒結脫硝系統(tǒng)脫除氮氧化物的方法，燒結煙氣進入高濃度區(qū)風箱后，將部分煙氣引入到煙氣循環(huán)管路中成為循環(huán)燒結煙氣，循環(huán)燒結煙氣量通過循環(huán)煙氣擋板閥進行控制，循環(huán)燒結煙氣通過除塵器進行除塵，然后與天然氣入口閥門進入的天然氣和空氣混合，混合后的氣體通過循環(huán)風機被引入到循環(huán)煙氣罩中，循環(huán)燒結煙氣與高NOx濃度燒結煙氣反應，進行部分脫硝。在燒結負壓操作條件下，混合的循環(huán)煙氣通過燒結料層，在燒結帶550 V 850 V溫度區(qū)間時，天然氣中的甲烷被激活，在燒結料層中的燒結原料鐵礦石和氧化鈣的催化作用下，一部分被激活的甲烷將燒結煙氣中的氮氧化物還原為氮氣，而大部分未參與脫硝反應的甲烷，會氧化燃燒為CO2和H2O,為燒結過程提供熱量。其中循環(huán)燒結煙氣量(即從燒結機風箱出口引入到循環(huán)管路中的煙氣)占循環(huán)煙氣總量體積比的20% 50%，天然氣占循環(huán)煙氣總量體積比的0.3% 1.0%，引入空氣占循環(huán)煙氣總量體積比的50% 80%，要求天然氣中甲烷含量豐富，濃度要高于體積比80%。本燒結過程中脫硝的方法不會影響正常的燒結生產(chǎn)，且減少了燒結煙氣排放量，為后續(xù)的電除塵器和脫硫裝置降低了工作負荷。傳統(tǒng)煙氣脫硝的選擇性催化還原工藝(SCR)投資費用高，占燒結總投資的40%以上，難以被鋼鐵企業(yè)接受，本專利通過對氮氧化物高濃度區(qū)風箱中煙氣進行循環(huán)，并在循環(huán)煙氣中引入含有豐富甲烷的天然氣。在燒結過程中，通過燒結料層中的鐵礦石和氧化鈣催化甲烷還原燒結煙氣中的氮氧化物。同時大部分甲烷燃燒為燒結提供熱量。具有便于操作、投資少、脫硝效率高的特點。


圖1是本燒結脫硝系統(tǒng)結構示意圖；圖2是氧化鐵催化甲烷脫硝的效果圖3是氧化鈣催化甲烷脫硝的效果圖。其中，I燒結機，2風箱，3循環(huán)煙氣擋板閥，4旋風除塵器，5天然氣入口閥門，6循環(huán)風機，7循環(huán)煙氣罩，8燒結煙氣主管路，9燒結煙氣循環(huán)管路，10電除塵器，11脫硫裝置，12王抽風機，13煙園，14燒結料層。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發(fā)明進一步說明:以下結合圖1說明介紹本發(fā)明的最佳實施方式:本發(fā)明本燒結脫硝系統(tǒng)結構包括:I燒結機，2風箱，3循環(huán)煙氣擋板閥，4旋風除塵器，5天然氣入口閥門，6循環(huán)風機，7循環(huán)煙氣罩，8燒結煙氣主管路，9燒結煙氣循環(huán)管路，10電除塵器，11脫硫裝置，12主抽風機，13煙囪，14燒結料層。燒結過程中燒結機I產(chǎn)生大量燒結煙氣，燒結煙氣經(jīng)由燒結機底部的風箱2被抽走。根據(jù)燒結機排放煙氣中氮氧化物濃度的不同，將風箱2分為氮氧化物低濃度區(qū)風箱A和氮氧化物高濃度區(qū)風箱B兩部分。氮氧化物高濃度區(qū)風箱B是指煙氣約占燒結煙氣體積總量的50%，但其中氮氧化物含量占燒結煙氣氮氧化物總體積含量的80%的風箱(氮氧化物高濃度區(qū)風箱B通常是在燒結機下方中間三分之一的風箱位置)；氮氧化物低濃度區(qū)風箱A是指，煙氣也是約占燒結煙氣體積總量的50 %，其中氮氧化物含量占燒結煙氣氮氧化物總體積含量的20%的風箱(氮氧化物低濃度區(qū)風箱A通常是在燒結機下方前三分之一位置與后三分之一位置的風箱)。其中燒結機I下部裝有風箱2，風箱2下設出口煙氣管路。在氮氧化物高濃度區(qū)風箱B下方的出口煙氣管路上，引出一條燒結煙氣循環(huán)管路9，依次連接有循環(huán)煙氣擋板閥
3、旋風除塵器4、與外進氣管連接的天然氣入口閥門5，循環(huán)風機6與循環(huán)煙氣罩7。空氣和天然氣從天然氣入口閥門5進入燒結煙氣循環(huán)管路9，循環(huán)煙氣罩7直接罩扣在氮氧化物高濃度區(qū)風箱B上方的燒結料層14上。氮氧化物高濃度區(qū)風箱B下方的出口煙氣管路與氮氧化物低濃度區(qū)風箱A下方的出口煙氣管路共同連接燒結煙氣主管路8，燒結煙氣主管路8上接有電除塵器10、脫硫裝置11、主抽風機12和煙囪13。本發(fā)明脫除氮氧化物方法:通過上述燒結脫硝系統(tǒng)，燒結煙氣循環(huán)管路9通過循環(huán)煙氣擋板閥3的控制，在氮氧化物高濃度區(qū)風箱B下方的出口管路中抽取體積比40%的燒結煙氣成為循環(huán)燒結煙氣，進入燒結煙氣循環(huán)管路9，然后循環(huán)燒結煙氣通過旋風除塵器4進行重力機械除塵，旋風除塵器的主要目的是將循環(huán)燒結煙氣中較大的塵粒除去，除去的塵?？梢灾匦伦鳛闊Y原料使用。經(jīng)旋風除塵器除塵后的循環(huán)燒結煙氣與經(jīng)由天然氣入口閥門5引入的天然氣和空氣混合，其中天然氣占循環(huán)總煙氣量的體積比1.0%，空氣占循環(huán)煙氣總量體積比的59%，并且天然氣中甲烷濃度要高于80 %，這一要求是為了保證燒結脫硝過程中，有充分的甲烷來參與還原NOx的反應。而后循環(huán)燒結煙氣作為燒結脫硝及助燃氣體通過循環(huán)風機6進入循環(huán)煙氣罩7內(nèi)。燒結煙氣的部分循環(huán)提高了燒結助燃氣體的溫度，也會節(jié)省燒結生產(chǎn)的能耗，降低燒結費用。在燒結機I負壓操作條件下，混合的循環(huán)煙氣通過燒結料層，在燒結帶550°C 850°C溫度區(qū)間，天然氣中的甲烷開始被激活，在燒結料層中鐵礦石和氧化鈣的催化作用下，一少部分被激活的甲烷會將燒結煙氣中的氮氧化物還原為氮氣；而大部分甲烷會氧化燃燒，生成CO2和水，為燒結過程提供了熱量。圖2和圖3是在一定試驗條件下，氧化鐵和氧化鈣催化甲烷脫除NOx的效果圖。可以看出，不含氧氣時，在350 750°C溫度范圍內(nèi)，NOx基本上沒有發(fā)生轉化，但在850°C時氧化鐵催化甲烷脫除NOxR化率達到了近100%。氧化鈣作為催化劑時，有氧氣條件下在650°C時NOx轉化率達到最高值43% ;無氧氣條件下，在850°C時，NOx轉化率更是達到了91%。此實驗結果表明氧化鐵和氧化鈣都具有較好的催化脫硝效果。經(jīng)過燒結過程脫硝的燒結煙氣進入B區(qū)風箱，其中一部分重復進入燒結煙氣循環(huán)管路9，未循環(huán)的煙氣與A區(qū)中氮氧化物低濃度煙氣混合，通過燒結煙氣主管路8進入后續(xù)的電除塵器10進行電除塵，除塵后的燒結煙氣進入脫硫裝置11進行煙氣脫硫。脫硫后的煙氣經(jīng)由主抽風機12從煙囪13排放大氣。由于部分燒結煙氣循環(huán)利用，使得電除塵器10和脫硫裝置11處理的煙氣量減少了 20%，降低了電除塵器7和脫硫裝置8的投資運行費用。
權利要求
1.一種燒結脫硝系統(tǒng)，包括通過燒結煙氣主管路(8)連接的燒結機(I)、風箱(2)、電除塵器(10)、脫硫裝置(11)、主抽風機(12)和煙囪(13)，其特征在于在氮氧化物高濃度區(qū)風箱的出口管路上，引出一條分支管路作為燒結煙氣循環(huán)管路(9)，在此燒結煙氣循環(huán)管路(9)上依次連接有循環(huán)煙氣擋板閥(3)、除塵器(4)、與外進氣管連接的天然氣入口閥門(5)、循環(huán)風機(6)和循環(huán)煙氣罩(7)，循環(huán)煙氣罩(7)罩在氮氧化物高濃度區(qū)風箱的正上方燒結料層(14)上。
2.根據(jù)權利要求1所述的燒結脫硝系統(tǒng)，其特征在于:所述氮氧化物高濃度區(qū)風箱中煙氣約占燒結煙氣體積總量的40% 60%，其中氮氧化物含量占燒結煙氣氮氧化物總體積含量的75% 85% ;氮氧化物低濃度區(qū)風箱中煙氣也是約占燒結煙氣體積總量的40% 60%，其中氮氧化物含量占燒結煙氣氮氧化物總體積含量的15% 25%。
3.一種利用根據(jù)權利要求1所述的燒結脫硝系統(tǒng)脫除氮氧化物的方法，其特征在于燒結煙氣進入高濃度區(qū)風箱后，將部分煙氣引入到煙氣循環(huán)管路(9)中成為循環(huán)燒結煙氣，循環(huán)燒結煙氣量通過循環(huán)煙氣擋板閥(3)進行控制，循環(huán)燒結煙氣通過除塵器(4)進行除塵，然后與天然氣入口閥門(5)進入的天然氣和空氣混合，混合后的氣體通過循環(huán)風機(6)被引入到循環(huán)煙氣罩(7)中，循環(huán)燒結煙氣與高NOx濃度燒結煙氣反應，進行部分脫硝。
4.根據(jù)權利要求3所述的脫除氮氧化物的方法，其特征在于其中循環(huán)燒結煙氣量占循環(huán)煙氣總量體積比的20 % 50 %，天然氣占循環(huán)煙氣總量體積比的0.3% 1.0%，引入空氣占循環(huán)煙氣總量體積比的50% 80%。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的脫除氮氧化物的方法，其特征在于所述天然氣中甲烷含量濃度要高于體積比80%。
全文摘要
一種燒結脫硝系統(tǒng)及其脫除氮氧化物的方法。本發(fā)明公開一種燒結脫硝系統(tǒng)，包括通過燒結煙氣主管路連接的燒結機、風箱、電除塵器、脫硫裝置、主抽風機和煙囪，其特征在于在氮氧化物高濃度區(qū)風箱的出口管路上，引出一條分支管路作為燒結煙氣循環(huán)管路，在此燒結煙氣循環(huán)管路上依次連接有循環(huán)煙氣擋板閥、除塵器、與外進氣管連接的天然氣入口閥門、循環(huán)風機和循環(huán)煙氣罩，循環(huán)煙氣罩罩在氮氧化物高濃度區(qū)風箱的正上方燒結料層上。燒結煙氣進入高濃度區(qū)風箱后，將部分煙氣引入到煙氣循環(huán)管路中成為循環(huán)燒結煙氣，循環(huán)燒結煙氣量通過循環(huán)煙氣擋板閥進行控制，循環(huán)燒結煙氣通過除塵器進行除塵，然后與天然氣入口閥門進入的天然氣和空氣混合，混合后的氣體通過循環(huán)風機被引入到循環(huán)煙氣罩中，循環(huán)燒結煙氣與高NOx濃度燒結煙氣反應，進行部分脫硝。
文檔編號B01D53/56GK103157356SQ201110419189
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權日2011年12月14日
發(fā)明者徐偉, 韓曉東, 王永, 陳鵬, 王飛, 胡紹偉, 黃曉煜 申請人:鞍鋼股份有限公司