低能耗烧结烟气二噁英减排系统及其方法

摘要

本发明涉及一种低能耗烧结烟气二噁英减排系统及其方法，该系统包括主排烟管道、主除尘器、风机、二噁英脱除系统、密闭气罩、高二噁英类化合物烟气烟道、循环风管道、二噁英类化合物脱除烟道、旁路烟道、除尘器、风机、脱硫塔以及烟囱。低浓度区域抽风箱连接主排烟管道，依次通过主除尘器、风机、脱硫塔到达烟囱，排放到大气中。密闭气罩罩盖在烧结机台车上方，高二噁英类化合物烟气烟道的一端连接高浓度区域抽风箱，另一端连接二噁英类化合物脱除烟道和主排风管道的主除尘器。该方法包括收集烟气、除去烟气中的二噁英、除尘、脱硫、排放到大气等步骤。采用本发明，大幅度减少了需要净化处理的烟气量，降低了建设投资和运行成本，有利于烧结烟气多种污染物的减排。

说明书

技术领域

本发明涉及冶金领域烧结工序二恶英的减排及烧结机烟气的余热回收利用，具体地说是涉及一种钢铁工业铁前烧结工序中的低能耗烧结烟气二恶英减排系统及其方法。

背景技术

《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》已于2004年11月11日正式对我国生效，二恶英是公约附件C中人为来源无意产生和排放的三种持久性有机污染物(POPs)之一。根据公约第5条条款，公约缔约方自生效之日起两年内需要对附件C中POPs采取最佳可行技术/最佳环境实践(BAT/BEP)减少排放行动计划，应尽快并在公约缔约方自生效之日起四年内分阶段实施。

二恶英类化合物是多氯代二苯并二恶英(Polychlorinateddibenzo-p-dioxin PCDDs)和多氯代二苯并呋(Polychlorinate dibenzofuran，PCDFs)的总称(简写为PCDD/F)，是目前已知毒性最大的化合物之一，且具有不可逆的致癌、致畸、致突变“三致”毒性，是《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》和《中华人民共和国履行<关于持久性有机物的斯德哥尔摩公约>国家实施计划》中规定的12种POPs之一，也是毒性最大的POPs之一。

二恶英为白色结晶体，是一种非常稳定的化合物，熔点303℃～306℃，沸点421℃～447℃，没有极性，极难溶于水和酸碱，可溶于大部分有机溶剂，700℃以上才开始分解，高速降解需1100℃以上；具有脂溶性和亲脂性，可通过脂质转移而富集于食物链并积聚于脂肪组织内，排出人体和动物体的半衰期为5～10年，平均为7年；自然界中极难自然降解，在土壤中的半衰期为9～12年；其蒸汽压极低(为2.3×10^-4Pa，在空气中除可被气溶胶体颗粒吸附之外很少能游离存在，主要积聚于地面、植物表面或江河湖海淤泥中。

钢铁冶炼过程是无意排放持久性有机污染物的来源之一，钢铁生产的烧结过程伴随有无意排放的POPs类(二恶英、呋喃、多氯联苯、六氯苯、多氯萘等)副产物的产生、排放及污染问题。钢铁工业是国内最大的PCDD/F排放行业之一。

对于烧结机产生的PCDD/F，国内基本上都没有采取专门的治理措施，大多是利用除尘、脱硫等附带着去除一部分PCDD/F。近些年随着我国电炉钢比例的降低和电炉热兑铁水，烧结机排放的PCDD/F总量已占到整个钢铁行业的95％左右。因此，钢铁行业PCDD/F的减排首先应从烧结机入手。

有鉴于此，寻求一种低能耗烧结烟气二恶英减排系统及其方法成为该领域技术人员的追求目标。

发明内容

本发明的任务是提供一种低能耗烧结烟气二恶英减排系统及其方法，它解决了上述现有技术所存在的问题，符合环境保护要求和节能减排要求，以达到减少烧结工序中的二恶英减排，保护环境的目的。

本发明的技术解决方案如下：

一种低能耗烧结烟气二恶英减排系统，根据所在区域的二恶英浓度高低将烧结机台车下部的所有抽风箱分为高浓度区域抽风箱和低浓度区域抽风箱，包括主排烟管道、主除尘器、风机、二恶英脱除系统、密闭气罩、高二恶英类化合物烟气烟道、循环风管道、二恶英类化合物脱除烟道、旁路烟道、除尘器、风机、脱硫塔以及烟囱；

所述低浓度区域抽风箱连接主排烟管道，依次通过主除尘器、风机、脱硫塔到达烟囱，排放到大气中；

所述密闭气罩罩盖在烧结机台车上方，所述高二恶英类化合物烟气烟道的一端连接高浓度区域抽风箱，高二恶英类化合物烟气烟道的另一端分为两路，其中一路依次连接二恶英类化合物脱除烟道和主排风管道的主除尘器，另一路依次连接循环风管道和密闭气罩；所述二恶英类化合物脱除烟道上设有二恶英脱除系统，所述循环风管道上设有除尘器和风机；

所述主排烟管道通过旁路烟道连接高二恶英类化合物烟气烟道。

所述二恶英类化合物脱除烟道上的二恶英脱除系统的两端分别设有阀门和阀门。

所述高二恶英类化合物烟气烟道上设有阀门。

所述旁路烟道上设有阀门。

所述循环风管道上的除尘器之前连接控制混入环冷机热风的阀门。

所述高浓度区域抽风箱设置在从烧结机台车的烧结机头到机尾间55％至95％的长度区域。

所述除尘器是旋风除尘器或隔板式除尘器中的至少一种。

所述二恶英脱除系统是活性碳吸附装置、催化分解装置以及选择性催化还原脱硝装置中的至少一种。

一种低能耗烧结烟气二恶英减排方法，采用所述的低能耗烧结烟气二恶英减排系统，包括以下步骤：

A、收集高浓度区域的烟气，从中抽取一部分烟气除尘后，循环回到烧结机的上部用作助燃气体，同时除去另一部分烟气中的二恶英；

B、收集低浓度区域的烟气，与去除或吸附了二恶英的烟气混合后除尘；

C、将上述两部分的烟气共同脱硫；

D、将脱硫后的气体排放到大气。

所述步骤A中循环部分的烟气量为高二恶英烟气量的70％～80％即全烟气量的35％～40％，另一部分的烟气为高二恶英烟气量的20％～30％即全烟气量的10％～15％。

本发明的目的是根据PCDD/F的性质和烧结机PCDD/F的产生情况，提供一种以低投资、低运行费用也能较大幅度减排二恶英的系统与方法，而且更加实用，更加适合我国的国情，与其它PCDD/F减排方法相比更容易为钢铁企业所接受。

本发明的基本思想基于以下考虑：通过对PCDD/F形成和烧结机各风箱烟气中PCDD/F毒性当量浓度变化规律的研究，发现PCDD/F主要产生在沿烧结机机头至机尾水平方向的55％～95％处(浓度峰值大致出现在80％处)，此区间内PCDD/F的产生量占整个烧结过程产生量的80％左右，据此可以将烧结机机头至机尾划分成高PCDD/F区域(即A区域)和低PCDD/F区域(即B区域)。

将A区域高PCDD/F烟气单独收集并将其分为两部分处理：一部分烟气循环至烧结机上部用作助燃空气，这部分烟气中的PCDD/F在烧结料层1300℃的高温下能被快速分解；另一部分烟气送PCDD/F脱除系统净化处理，可采用与除尘相结合的吸附法脱除，也可以采用催化分解法等。由于只对A区域烟气处理，另有一部分高PCDD/F烟气参与循环，大大减少了需要处理的烟气量，大幅度降低了PCDD/F脱除系统的建设投资和运行费用。

本发明的关键在于，从分析烧结工艺PCDD/F的产生和各风箱PCDD/F毒性当量浓度入手，发现烧结机PCDD/F主要产生在距烧结机机头至机尾的55％～95％区域；通过模拟计算，认为这一区域PCDD/F的产生量大约占总产生量的80％，按PCDD/F毒性当量浓度的高低有选择地收集需要净化处理的高二恶英烟气。

通过分析烧结过程PCDD/F的形成和毒性当量浓度的变化规律，对A区域高PCDD/F烟气单独收集，将这部分烟气中的70％～80％循环至烧结机台车上部用作助燃空气，循环烟气中的PCDD/F能被1300℃的料层高温快速分解。此外，烟气中还含有一定浓度的CO和一些有机物，这部分烟气的显热和潜热都能得到充分利用，可以降低烧结固体燃料的使用量8％左右，具有比较明显的节能效果。

对于剩余的20％～30％的A区域高PCDD/F烟气进行净化处理，此时需要净化处理的高PCDD/F烟气量已降至全烟气量的10％左右，PCDD/F净化系统的建设投资及运行成本都将大幅度降低。

采用本发明的系统与方法有利于其它多种污染物的减排。由于排放烟气量的减少和烟气中SO₂浓度的富集提高，有利于提高SO₂的脱除效率；由于排放烟气量的减少有利于提高除尘效率，颗粒物排放量可以减少1/3～1/2；对于NOx，烧结料层中的某些物质在高温条件下能将NOx分解，分解率可以达到80％左右，有利于NOx的减排；对于循环烟气中除PCDD/F之外的PCB(多氯联苯)、PAH(多环芳香烃)等多种有机物，都能被烧结料层1200℃以上的高温区快速分解，可以不增加建设投资和运行成本达到多种污染物减排的目的。

本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本工艺系统简单，施工、安装、运行管理及检修维护都比较方便，二恶英总排放量可以减少60％～80％(取决于A区域收集烟气量的大小)，且无二次污染，投运以后对烧结矿的成品质量基本上没有影响。

本发明具有明显的节能减排效果，更适合我国的国情；与全烟气二恶英减排相比，具有十分明显的投资优势和运行成本优势，更容易为国内钢铁企业所接受。

附图说明

图1为本发明的一种低能耗烧结烟气二恶英减排系统的结构示意图。

图2为本发明的一种低能耗烧结烟气二恶英减排方法的流程图。

图3为实施例中烧结机各抽风箱排出烟气中的PCDD/F相对浓度变化情况的示意图。

附图标记：

1为高浓度区域抽风箱，2为除尘器，3为风机，4为二恶英吸附系统，5为密闭气罩，6为高二恶英类化合物烟气烟道，7为循环风管道，8为二恶英类化合物脱除烟道，9为旁路烟道，10为阀门，11为阀门，12为主除尘器，13为风机，14为阀门，15为阀门，16为阀门，17为脱硫塔，18为烟囱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

参看图1，本发明的一种低能耗烧结烟气二恶英减排系统主要由高浓度区域抽风箱1、除尘器2、风机3、二恶英脱除系统4、密闭气罩5、高二恶英类化合物烟气烟道6、循环风管道7、二恶英类化合物脱除烟道8、旁路烟道9、阀门10、阀门11、主除尘器12、风机13、阀门14、阀门15、阀门16、脱硫塔17、烟囱18组成。

根据所在区域的二恶英浓度高低将烧结机台车下部的所有抽风箱分为高浓度区域抽风箱1和低浓度区域抽风箱。低浓度区域抽风箱连接主排烟管道，依次通过主除尘器12、风机13、脱硫塔17到达烟囱18，排放到大气中。密闭气罩5罩盖在烧结机台车上方，高二恶英类化合物烟气烟道6的一端连接高浓度区域抽风箱1，高二恶英类化合物烟气烟道6的另一端分为两路，其中一路依次连接二恶英类化合物脱除烟道8和主排风管道的主除尘器12，另一路依次连接循环风管道7和密闭气罩5。二恶英类化合物脱除烟道8上设置二恶英脱除系统4，循环风管道7上设置除尘器2和风机3。主排烟管道通过旁路烟道9连接高二恶英类化合物烟气烟道6。

二恶英类化合物脱除烟道8上的二恶英吸附系统4的两端分别设置阀门11和阀门10。高二恶英类化合物烟气烟道6上设有阀门15，旁路烟道9上设有阀门14，当整个二恶英减排系统需要同时检修时关闭阀门15、开启阀门14，这样可以不影响烧结生产。在循环风管道7上的除尘器2之前连接控制混入环冷机热风的阀门16，必要时可以通过混风管道掺入环冷机热风，从而达到调节循环烟气含氧量和循环烟气平衡又不降低循环烟气温度的目的。

高浓度区域抽风箱1设置在从烧结机台车的烧结机头到机尾间55％至95％的长度区域。

除尘器4可以是旋风除尘器或隔板式除尘器中的一种。

二恶英脱除系统4可以是活性碳吸附装置、催化分解装置以及选择性催化还原脱硝装置中的一种。

参看图2，按本发明的一种低能耗烧结烟气二恶英减排方法，采用上述的低能耗烧结烟气二恶英减排系统，包括以下步骤：

A、收集高浓度区域的烟气，从中抽取一部分烟气除尘后，循环回到烧结机的上部用作助燃气体，同时除去另一部分烟气中的二恶英。

B、收集低浓度区域的烟气，与去除或吸附了二恶英的烟气混合后除尘。

C、将上述两部分的烟气共同脱硫。

D、将脱硫后的气体排放到大气。

其中步骤A中，单独收集的高浓度区域烟气占整台烧结机全烟气量50％左右，通过模拟计算，认为这一区域二恶英的产生量大约占PCDD/F总产生量的80％。循环部分的烟气量为高浓度区烟气量的70％～80％，另一部分未循环的烟气量为高浓度区烟气量的20％～30％，与低浓度区域的烟气混合后进行除尘操作。

本发明对A区域高二恶英烟气单独收集，并将这部分烟气的70％～80％经过循环除尘器2、循环风机3和循环烟罩5循环到烧结机台车上部用作助燃空气，烟气中的二恶英在通过烧结料层时被高温快速分解。未循环的20％～30％的高二恶英烟气通过二恶英脱除装置后并入主排风管道，再进行除尘和脱硫，或者根据PCDD/F的脱除情况在主除尘器之后、脱硫装置之前并入主烟气。

本发明对新改扩建和现有烧结机烟气二恶英的减排均适用，具体实施方式如下：

通过研究分析，根据各风箱烟气中二恶英毒性当量浓度的高低将烧结机机头至机尾各风箱划分成高PCDD/F区域(A区域)和低PCDD/F区域(B区域)，如图3所示，分区域收集：高PCDD/F区域大致为从烧结机机头至机尾55％处到95％处之间的区域(A区域)，此范围外的区域为低PCDD/F区域(B区域)。

选取二恶英浓度高的风箱(A区域)将其烟气单独收集，其中70％～80％的高PCDD/F烟气进入循环风管，经过循环除尘器以除去烟气中的颗粒物后循环到烧结机的上部用作助燃空气；烟气中的含尘量能够满足风机运行需要即可，可以采用投资更低、运行成本更低的旋风除尘器甚至挡板除尘器。

剩余20％～30％的高PCDD/F烟气进入PCDD/F脱除烟道，经脱除二恶英系统后并入主排风管道与B区域低PCDD/F烟气一起经除尘、脱硫以后排放，当二恶英脱除系统需要维修时关闭阀门10、11即可。

在循环除尘器2之前设置混风阀16，可以混入环冷机热风以调节循环烟气的氧气含量和平衡烟气量。

PCDD/F净化系统可以是吸附装置，净化效率可以达到90％以上，其处理后的烟气与B区域低PCDD/F烟气合并送除尘系统和脱硫系统，净化达标后排放。吸附剂可以是比表面积大的细颗粒活性炭，也可以是比表面积比较大的细焦粉或褐煤粉，要求喷入吸附剂在烟气中的分布尽可能均匀。

选择性催化还原脱硝(SCR脱硝)对PCDD/F也具有良好的脱除效果，净化效率可以达到80％左右，但该系统只适用于洁净的烧结烟气，总PCDD/F脱除效率可以达到60％～70％。该系统只能设在除尘器之后，SCR法对烧结烟气中的含尘量有极严格的要求，PCDD/F脱除后的烟气与经过除尘后的B区域低PCDD/F烟气合并后直接送脱硫系统，净化达标后排放。

有条件时建议对PCDD/F进行实测，在此基础上确定具体的高PCDD/F风箱。

综上所述，本发明的低能耗烧结烟气二恶英减排系统及其方法通过分析烧结过程二恶英的形成和毒性当量浓度的变化规律，将烧结机台车下部各抽风箱划分为高二恶英区域(A区域)和低二恶英区域(B区域)。对高二恶英烟气单独收集，并将70％～80％的高二恶英烟气(大致相当于全烟气量的35％～40％)循环至烧结机台车上部用作助燃空气，循环烟气中的二恶英被烧结料层高温分解，只对剩余的20％～30％的未循环烟气(相当于全烟气量的10％～15％)进行净化处理。不仅大幅度减少了需要净化处理的烟气量，降低了建设投资和运行成本，而且循环烟气中的显热和潜热都得到了充分利用，同时有利于烧结烟气多种污染物的减排，无二次污染产生，具有明显的节能减排效果。整个系统比较简单，施工、安装、运行管理及检修维护都比较方便，与全烟气二恶减排技术相比具有十分明显的投资优势和运行成本优势，与一般的部分烟气二恶减排技术相比也具有明显的投资优势和运行成本优势，更容易为国内钢铁企业所接受。

当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变化、变型等都将落在本发明权利要求的范围内。