一种烧结烟气高效净化及化学热回收利用系统

1.本实用新型涉及烧结烟气污染物治理技术领域，尤其是涉及一种烧结烟气高效净化及化学热回收利用系统。


背景技术：

2.烧结生产是钢铁生产中重要的工序之一，据统计，钢铁行业烧结工序的co排放量在10000mg/nm3以上，远大于so2、nox等污染物排放量的总和，其治理工作已经成为世界钢铁企业关注的重点问题。钢铁长流程烧结工序绝大多数采用抽风烧结方式，由于抽风烧结过程中预热带位于燃烧带传热及气体流动的下游方向，燃料分解、气化产生的大量co气体无法得到燃烧、燃尽，造成严重的能源浪费及环境污染。据估算，如果不采取任何治理措施，全国烧结过程每年随烧结烟气排放到大气中的co按浓度折合高炉煤气1250亿标方，一座320平米烧结机排放出的co折合成高炉煤气数量完全足够两座大型轧钢加热炉的能源之用，所以，烧结烟气co治理对于节能降碳具有十分重大的现实意义。现有烧结高温含一氧化碳烟气处理基本分为如下两种方式，一种是：烟气
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水冷烟道
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四级沉降室冷却器
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风冷夹套冷却器
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粗气增压风机
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布袋除尘器
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净气增压风机
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水冷洗涤塔
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净化后的烟气排放。上述方法在对烧结烟气进行处理时，通过水冷烟道进行降温，水冷洗涤塔能够过滤烟气的颗粒，但是该方法在对烟气中形成的一氧化碳截留时达不到去除效果，仅能实现在硫氧化物净化处理时脱除率为75％-85％，净化效果较差，排放污染仍然较大。另一种在不影响烧结矿质量的前提下，选择特定风箱段的烟气（指烧结机机头低温高氧风箱烟气和机尾中硫高温高氧烟气）循环回烧结台车表面，进行热风烧结的技术。在烧结烟气循环技术中，循环烟气由烧结机风箱引出，依次经过除尘系统、循环主抽风机、烟气混合器后进入密封罩，引入烧结料层，重新参与烧结过程。而这种特定风箱段烟气中的co仅占总烧结烟气的20%左右，另外80%左右的co还需要排入大气。另外，常见的蒸汽喷吹、床层打孔、料面喷吹燃气等技术措施虽然也能一定程度上降低烧结烟气中的co浓度，但也仅能将co浓度由10000mg/nm3左右降低至6000mg/nm3， co排放量依然十分巨大。采用催化氧化方法将烧结烟气中co氧化成二氧化碳的方式存在催化剂容易中毒、催化剂属于危废且运行成本极高等问题。此外，烧结烟气中除了含有大量co和vocs气体还含有15%左右氧气，氧气含量偏低，不易于直接利用。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种烧结烟气高效净化及化学热回收利用系统，该烧结烟气高效净化及化学热回收利用系统不仅能有效降低烧结烟气中的co和vocs，实现co和vocs减排，还能利用co和vocs的化学热在燃气工业炉窑中替代部分燃气对被加热物料进行加热，达到节约燃料单耗，从而在降低烧结烟气co、vocs环境污染的同时，降低燃气工业炉窑的燃气成本。
4.为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：
5.一种烧结烟气高效净化及化学热回收利用系统，包括与烧结机相连的排烟管路，还包括氧气调节系统、空气调节系统和燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置，所述排烟管路分别与第一排烟管路、第二排烟管路相连，第一排烟管路与烧结机排烟烟囱相连，第二排烟管路、氧气调节系统、空气调节系统均与燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置相连，氧气调节系统可向燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置输送氧气，空气调节系统可向燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置输送空气。
6.优选的，所述第一排烟管路经第一调节阀与烧结机排烟烟囱相连，氧气调节系统包括氧气调节管路和氧气调节阀，空气调节系统包括空气调节管路和空气调节阀，所述氧气调节管路、空气调节管路、第二排烟管路均与燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置相连，在第二排烟管路上设有第二调节阀，氧气调节管路可通过氧气调节阀向燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置输送氧气，空气调节管路可通过空气调节阀向燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置输送空气，在第二排烟管路上设有风机，所述燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置还与燃气输送管路相连，在燃气输送管路上设有燃气阀组。
7.优选的，还包括脱硫脱硝装置，所述脱硫脱硝装置设置在排烟管路上；或者所述脱硫脱硝装置与燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置的排烟管相连。
8.优选的，在所述燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置上设有贫氧助燃烧嘴，所述氧气调节管路、空气调节管路、第二排烟管路、燃气输送管路均与贫氧助燃烧嘴相连。
9.优选的，所述贫氧助燃烧嘴包括中心通道、燃气通道、烧结烟气通道、点火器和烧嘴头，燃气通道设置在烧结烟气通道内，中心通道设置在燃气通道内，所述中心通道与氧气调节管路相连，燃气通道与燃气输送管路相连，烧结烟气通道与第二排烟管路相连，在燃气通道内设有旋流器，点火器设置在旋流器近烧嘴头侧，所述空气调节管路与第二排烟管路或氧气调节管路相连。
10.优选的，所述贫氧助燃烧嘴还包括锥形导流部件，所述锥形导流部件设置在旋流器近点火器侧并且锥形导流部件的尖部与中心通道端部相对，锥形导流部件的尖部位于中心通道中轴线上，由燃气输送管路输出的燃气经旋流器导流后形成漩涡状燃气气流再在锥形导流部件二次导流作用下绕至锥形导流部件远尖部侧形成燃气湍流，由中心通道输出的氧气或空气或氧气与空气混合物在锥形导流部件导流作用下与漩涡状的燃气气流混合再绕至锥形导流部件远尖部侧形成燃气与氧气或燃气与空气或燃气与氧气、空气混合物的可燃湍流；由烧结烟气通道输送的烧结烟气在锥形导流部件远尖部侧形成回流与所述可燃湍流中过量的燃料燃烧。
11.优选的，所述风机包括烟气输送风机和烧结烟气助燃风机，在排烟管路上设有烟气除尘装置和排烟风机，所述燃气阀组包括快切阀、盲板阀和燃气流量调节阀，氧气调节系统还包括制氧机。
12.优选的，所述燃气工业炉窑为燃气加热炉、热风炉、热处理炉、白灰窑、球团炉窑、锅炉、烤包器中的任一种。
13.优选的，所述空气调节管路经混合器与第二排烟管路相连；或者空气调节管路经混合器与氧气调节管路相连。
14.进一步优选的，所述空气调节管路插入第二排烟管路，在空气调节管路端部开有多个空气发散孔。
15.上述技术方案中，通过将与烧结机相连的排烟管路一分为二，使含有大量co的烧结烟气可以通过第二排烟管路与燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置相连。利用烧结烟气中除了含有大量co和vocs还含有15%左右氧气特点，结合贫氧助燃烧嘴实现烧结烟气在多种工业炉窑燃气燃烧过程的助燃，通过二次焚烧助燃燃气工业炉窑方法消除烧结烟气中所含的co及vocs，实现co减排同时烧结烟气中的 co和vocs的化学热替代燃气工业炉窑燃烧过程中的部分燃气对被加热物料进行加热、助燃，达到节约工业炉燃料、降低环境污染和燃气成本。第二调节阀根据燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置燃烧能力调节流经第二排烟管路的烧结烟气流量。当空气调节管路与第二排烟管路相连时，根据烧结烟气流量及含氧量调整空气调节阀，使空气与烧结烟气混合达到较佳的助燃和燃烧效果。通过设置锥形导流部件，并且锥形导流部件的尖部与中心通道端部相对，使得由燃气输送管路输出的燃气经旋流器导流后形成漩涡状燃气气流再在锥形导流部件二次导流作用下绕至锥形导流部件远尖部侧形成燃气湍流，由中心通道输出的氧气或空气或氧气与空气混合物在锥形导流部件导流作用下与漩涡状的燃气气流混合再绕至锥形导流部件远尖部侧形成燃气与氧气或燃气与空气或燃气与氧气、空气混合物的可燃湍流，达到局部富氧形成局部燃烧高温区；由烧结烟气通道输送的烧结烟气在锥形导流部件远尖部侧即点火器形成回流与可燃湍流中过量的燃料燃烧与局部燃烧高温区形成的中心恒定高温点火源形成持续自点火，达到贫氧烧结烟气助燃燃烧装置燃烧稳定、不易脱火目的，绝大部分甚至99%的co和vocs气体去除及化学热能源二次利用。
附图说明
16.图1为本烧结烟气高效净化及化学热回收利用系统示意图；
17.图2为贫氧助燃烧嘴剖面示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图，对本实用新型做进一步说明：
19.如图1、图2所示，本烧结烟气高效净化及化学热回收利用系统，包括与烧结机100相连的排烟管路1、氧气调节系统2、空气调节系统3和燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置4，其中排烟管路1分别与第一排烟管路11、第二排烟管路12相连，在排烟管路1上设有烟气除尘装置5，烟气除尘装置5可以是沉降室或除尘布袋，也可以是沉降室与除尘布袋相结合以去除烧结烟气中的大颗粒物质，第一排烟管路11经第一调节阀13与烧结机排烟烟囱14相连，氧气调节系统2包括氧气调节管路21、氧气调节阀22和制氧机23，空气调节系统3包括空气调节管路31和空气调节阀32，氧气调节管路21、空气调节管路31、第二排烟管路12均与燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置4相连，氧气调节管路21通过氧气调节阀22向燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置4输送纯氧，空气调节管路31通过空气调节阀32向燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置4输送空气，在第二排烟管路上设有第二调节阀121用于调整流经第二排烟管路的烧结烟气，并且在第二排烟管路12上还设有风机以便烧结烟气、空气或氧气可以更流畅、快速排入燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置4实现燃烧，燃气工业炉窑为燃气加热炉、热风炉、热处理炉、白灰窑、球团炉窑、锅炉、烤包器中的任一种。并且燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置4还与燃气输送管路41相连，在燃气输送管路41设有燃气阀组42。这样，烧结机100产生的
大量烧结烟气经烟气除尘装置5除尘后排入第二排烟管路12，此时烧结烟气中除了含有大量co和vocs气体还含有15%左右氧气并且通常还具有120℃-150℃的显热，根据燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置4自身工艺特性，当烧结烟气的氧气含量偏低时，可以打开并调整空气调节阀32，使外界空气与烧结烟气混合以提高氧气含量，随后混有空气的烧结烟气进入燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置4，燃气输送管路41向燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置4输送燃气。烧结烟气中的co、vocs气体与燃气一并在燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置4中燃烧放热，烧结烟气中的氧气在燃气燃烧过程中助燃，实现co减排同时使烧结烟气中的co化学热能源及余热得到充分利用，大大降低了环境污染同时节省了燃气消耗量和燃气成本。当通过将空气混入烧结烟气依然不能满足氧气配比需求时，通过氧气调节阀22向燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置4输送纯氧，进一步提高氧气含量，提升燃气燃烧稳定性。在本实施例中，在燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置4上设有贫氧助燃烧嘴7，上述氧气调节管路、空气调节管路、第二排烟管路、燃气输送管路均与贫氧助燃烧嘴7相连。贫氧助燃烧嘴7包括中心通道71、燃气通道72、烧结烟气通道73、点火器74和烧嘴头75，燃气通道72设置在烧结烟气通道73内，中心通道71设置在燃气通道72内，中心通道71与氧气调节管路21相连，燃气通道72与燃气输送管路41相连，烧结烟气通道73与第二排烟管路12相连，在中心通道71与燃气通道72之间设有两个或两个以上旋流器76，点火器74设置在旋流器76近烧嘴头75侧，空气调节管路31与第二排烟管路12或氧气调节管路21相连。在本实施例中，贫氧助燃烧嘴7还包括锥形导流部件77，锥形导流部件77设置在旋流器76近点火器74侧并且锥形导流部件的尖部78与中心通道71端部相对并且锥形导流部件的尖部位于中心通道中轴线上，使得由燃气输送管路41输出的燃气经燃气通道72、旋流器76导流后形成漩涡状燃气气流再在锥形导流部件77二次导流作用下绕至锥形导流部件远尖部侧即点火器形成燃气湍流，由中心通道71输出的氧气或空气或氧气与空气混合物在锥形导流部件77导流作用下与漩涡状的燃气气流混合再绕至锥形导流部件远尖部侧形成燃气与氧气或燃气与空气或燃气与氧气、空气混合物的可燃湍流，达到局部富氧形成局部燃烧高温区；由烧结烟气通道输送的烧结烟气在锥形导流部件远尖部侧即点火器形成回流与可燃湍流中过量的燃料燃烧与局部燃烧高温区形成的中心恒定高温点火源形成持续自点火，达到贫氧烧结烟气助燃燃烧装置燃烧稳定、不易脱火目的，绝大部分甚至99%的co和vocs气体去除及化学热能源二次利用。并且漩涡状的燃气气流流速和氧气或空气或氧气与空气混合物气流混合更为均匀，因此燃气燃烧更为充分、稳定。当一个甚至多个燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置共同作用均不能完全消耗烧结烟气时，多余的烧结烟气经第一调节阀、烧结机排烟烟囱排出。
20.在一个优选实施例中，空气调节管路31经混合器8与第二排烟管路12相连；或者空气调节管路31经混合器与氧气调节管路21相连，混合器为现有技术在此不做赘述。或者直接将空气调节管路31插入第二排烟管路12，在空气调节管路31端部开有多个空气发散孔（附图未示出），使空气与烧结烟气混合更为均匀，助燃和燃烧效果更佳。
21.在一个优选实施例中，本烧结烟气高效净化及化学热回收利用系统还包括脱硫脱硝装置6，脱硫脱硝装置既可以设置在排烟管路1上，使烧结烟气中的二氧化硫、氮氧化物、颗粒物减排；也可以与燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置4的排烟管相连，对燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置燃尽的生成的废气进行脱硫脱硝处理，达到二氧化硫、氮氧化物、颗粒物减排。
22.在一个优选实施例中，上述风机包括烟气输送风机15和烧结烟气助燃风机16，烧结烟气和空气或氧气排入燃烧装置4流通更为快速。进一步的，在排烟管路上设有排烟风机17，进一步增大烧结烟气流通速度。上述燃气阀组42包括快切阀421、盲板阀422和燃气流量调节阀，燃气调整更为灵敏、快速同时安全性更高。
23.上述技术方案中，烧结机100产生的大量烧结烟气经烟气除尘装置5除尘后排入第二排烟管路12，根据燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置4自身结构及工艺特性，当烧结烟气的氧气含量偏低时，打开并调整空气调节阀32，使外界空气与烧结烟气混合以提高氧气含量，随后混有空气的烧结烟气进入燃烧装置4，或者打开并调整氧气调节阀22，由燃气输送管路41输出的燃气经燃气通道72、旋流器76导流后形成漩涡状燃气气流再在锥形导流部件77二次导流作用下绕至锥形导流部件远尖部侧即点火器形成燃气湍流，由中心通道71输出的氧气或空气或氧气与空气混合物在锥形导流部件77导流作用下与漩涡状的燃气气流混合再绕至锥形导流部件远尖部侧形成燃气与氧气或燃气与空气或燃气与氧气、空气混合物的可燃湍流，达到局部富氧形成局部燃烧高温区；由烧结烟气通道输送的烧结烟气在锥形导流部件远尖部侧即点火器形成回流与可燃湍流中过量的燃料燃烧与局部燃烧高温区形成的中心恒定高温点火源形成持续自点火，达到贫氧烧结烟气助燃燃烧装置燃烧稳定、不易脱火目的，绝大部分甚至99%的co和vocs气体去除及化学热能源二次利用。并且漩涡状的燃气气流流速和氧气或空气或氧气与空气混合物气流混合更为均匀，因此燃气燃烧更为充分、稳定。当空气调节管路31与氧气调节管路21相连时，也可以先打开空气调节阀32，由中心通道71输出的空气在锥形导流部件77导流作用下与漩涡状的燃气气流充分混合再绕至点火器回流参与燃烧。当仅通入空气仍不能满足烧结烟气co燃尽及燃气稳定时，再逐渐调整氧气调节管路21中的氧气含量，进一步减少运行成本。
24.本实施例只是对本实用新型构思和实现的说明，并非对其进行限制，在本实用新型构思下，未经实质变换的技术方案仍然在保护范围内。

技术特征：
1.一种烧结烟气高效净化及化学热回收利用系统，包括与烧结机相连的排烟管路，其特征在于，还包括氧气调节系统、空气调节系统和燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置，所述排烟管路分别与第一排烟管路、第二排烟管路相连，第一排烟管路与烧结机排烟烟囱相连，第二排烟管路、氧气调节系统、空气调节系统均与燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置相连，氧气调节系统可向燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置输送氧气，空气调节系统可向燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置输送空气。2.如权利要求1所述的烧结烟气高效净化及化学热回收利用系统，其特征在于，所述第一排烟管路经第一调节阀与烧结机排烟烟囱相连，氧气调节系统包括氧气调节管路和氧气调节阀，空气调节系统包括空气调节管路和空气调节阀，所述氧气调节管路、空气调节管路、第二排烟管路均与燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置相连，在第二排烟管路上设有第二调节阀，氧气调节管路可通过氧气调节阀向燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置输送氧气，空气调节管路可通过空气调节阀向燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置输送空气，在第二排烟管路上设有风机，所述燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置还与燃气输送管路相连，在燃气输送管路上设有燃气阀组。3.如权利要求1或2所述的烧结烟气高效净化及化学热回收利用系统，其特征在于，还包括脱硫脱硝装置，所述脱硫脱硝装置设置在排烟管路上；或者所述脱硫脱硝装置与燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置的排烟管相连。4.如权利要求2所述的烧结烟气高效净化及化学热回收利用系统，其特征在于，在所述燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置上设有贫氧助燃烧嘴，所述氧气调节管路、空气调节管路、第二排烟管路、燃气输送管路均与贫氧助燃烧嘴相连。5.如权利要求4所述的烧结烟气高效净化及化学热回收利用系统，其特征在于，所述贫氧助燃烧嘴包括中心通道、燃气通道、烧结烟气通道、点火器和烧嘴头，燃气通道设置在烧结烟气通道内，中心通道设置在燃气通道内，所述中心通道与氧气调节管路相连，燃气通道与燃气输送管路相连，烧结烟气通道与第二排烟管路相连，在燃气通道内设有旋流器，点火器设置在旋流器近烧嘴头侧，所述空气调节管路与第二排烟管路或氧气调节管路相连。6.如权利要求5所述的烧结烟气高效净化及化学热回收利用系统，其特征在于，所述贫氧助燃烧嘴还包括锥形导流部件，所述锥形导流部件设置在旋流器近点火器侧并且锥形导流部件的尖部与中心通道端部相对，锥形导流部件的尖部位于中心通道中轴线上，由燃气输送管路输出的燃气经旋流器导流后形成漩涡状燃气气流再在锥形导流部件二次导流作用下绕至锥形导流部件远尖部侧形成燃气湍流，由中心通道输出的氧气或空气或氧气与空气混合物在锥形导流部件导流作用下与漩涡状的燃气气流混合再绕至锥形导流部件远尖部侧形成燃气与氧气或燃气与空气或燃气与氧气、空气混合物的可燃湍流；由烧结烟气通道输送的烧结烟气在锥形导流部件远尖部侧形成回流与所述可燃湍流中过量的燃料燃烧。7.如权利要求2所述的烧结烟气高效净化及化学热回收利用系统，其特征在于，所述风机包括烟气输送风机和烧结烟气助燃风机，在排烟管路上设有烟气除尘装置和排烟风机，所述燃气阀组包括快切阀、盲板阀和燃气流量调节阀，氧气调节系统还包括制氧机。8.如权利要求1或2所述的烧结烟气高效净化及化学热回收利用系统，其特征在于，所述燃气工业炉窑为燃气加热炉、热风炉、热处理炉、白灰窑、球团炉窑、锅炉、烤包器中的任一种。
9.如权利要求5所述的烧结烟气高效净化及化学热回收利用系统，其特征在于，所述空气调节管路经混合器与第二排烟管路相连；或者空气调节管路经混合器与氧气调节管路相连。

技术总结
本实用新型公开了一种烧结烟气高效净化及化学热回收利用系统，包括与烧结机相连的排烟管路，还包括氧气调节系统、空气调节系统和燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置，所述排烟管路分别与第一排烟管路、第二排烟管路相连，第一排烟管路与烧结机排烟烟囱相连，第二排烟管路、氧气调节系统、空气调节系统均与燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置相连，氧气调节系统可向燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置输送氧气，空气调节系统可向燃气工业炉窑中的燃气燃烧装置输送空气。该烧结烟气高效净化及化学热回收利用系统不仅能有效降低烧结烟气中的CO和VOCS，实现CO和VOCS减排，还能节约燃料单耗，降低燃气工业炉窑的燃气成本。气工业炉窑的燃气成本。气工业炉窑的燃气成本。


技术研发人员：王子兵 薛贵军 李水清 吕鸣宇
受保护的技术使用者：华北理工大学智能仪器厂
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/7/21