CN109126359A - 一种减少铁矿烧结过程VOCs排放的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减少铁矿烧结过程VOCs排放的装置及方法，属于烧结烟气处理技术领域，解决了现有技术中烧结过程减少VOCs排放缺乏可行技术的问题。装置包括依次连接的烧结机、风箱和烟道，沿烧结机运行方向，A段烟道的出烟口通过燃烧炉与大气连接，B段烟道的出烟口与C段烟道对应的烧结机部分的进烟口连接，C段烟道的出烟口与大气连接。方法为：将烧结原料送入烧结机进行烧结，生产烧结成品矿、产生烟气；A段烟道中的烟气经过燃烧炉，与燃烧炉进行换热，去除A段烟道中烟气的VOCs；B段烟道中的烟气循环至C段烟道对应的烧结机部分，与烧结矿进行换热，去除B段烟道中的烟气VOCs；C段烟道中的烟气排至大气。上述装置及方法可用于去除烧结烟气中的VOCs。
Description
技术领域
本发明涉及一种烧结烟气处理技术，尤其涉及一种减少铁矿烧结过程VOCs排放的装置及方法。
背景技术
钢铁工业是我国国民经济的重要基础产业，也是主要污染源之一，钢铁工业的快速发展也给环境带来了巨大压力。
铁矿烧结是VOCs的重要来源。VOCs通常是指在常温常压下，具有高蒸气压、易挥发的有机化学物质，主要包括脂肪族和芳香族的各种烷烃、烯烃、含氧烃和卤代烃等，如苯、甲苯、二氯甲烷、甲醛和乙酸乙酯等。VOCs一般具有较强的刺激性和毒性，部分具有致畸、致癌、致突变作用，相当一部分有易燃易爆等特性；部分VOCs是引起光化学烟雾的因子；卤代烃类VOCs可破坏臭氧层，引起温室效应；VOCs也是臭氧和PM2.5共同的重要的前体物，而灰霾天气与臭氧和PM2.5环境质量浓度密切相关。
现有技术中，VOCs主要是采用末端处理的方法，通过高温燃烧分解VOCs。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种减少铁矿烧结过程VOCs排放的装置及方法，解决了现有技术中烧结过程减少VOCs排放缺乏可行技术的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明的一个实施例提供了一种减铁矿烧结过程少VOCs排放的装置包括依次连接的烧结机、风箱和烟道，沿烧结机运行方向，烟道分为A段烟道、B段烟道和C段烟道；A段烟道的出烟口通过燃烧炉与大气连接，B段烟道的出烟口与C段烟道对应的烧结机部分的进烟口连接，C段烟道的出烟口与大气连接；B段烟道中烟气的VOCs浓度＞A段烟道中烟气的VOCs浓度＞C段烟道中烟气的VOCs浓度；A段烟道对应的风箱个数占总风箱个数的52～59％，B段烟道对应的风箱个数占总风箱个数的26～30％，C段烟道对应的风箱个数占总风箱个数的15～18％。
在一种可能的设计中，A段烟道和燃烧炉的连接管路通过综合换热器与C段烟气和大气的连接管路进行热交换。
在一种可能的设计中，B段烟道的出烟口与C段烟道对应的烧结机部分的进烟口的连接管路上设有活性炭吸附单元。
在一种可能的设计中，C段烟道的出烟口通过脱硫单元与大气连接。
在一种可能的设计中，A段烟道的出烟口与大气的连接管路上设有SCR脱硝单元。
在一种可能的设计中，SCR脱硝单元设在燃烧炉与大气的连接管路。
在一种可能的设计中，A段烟气通过A段换热器与发电单元连接。
在一种可能的设计中，SCR脱硝单元与大气的连接管路上设有A段除尘器。
在一种可能的设计中，A段烟道与燃烧炉的连接管路上、B段烟道与C段烟道对应的烧结机部分的连接管路上以及C段烟道与大气的连接管路上均设有引风机。
本发明的另一个实施例提供了一种减少铁矿烧结过程VOCs排放的方法，采用上述装置，上述方法包括如下步骤：
将烧结原料送入烧结机进行烧结，生产烧结成品矿、产生烟气；A段烟道中的烟气经过燃烧炉，与燃烧炉进行换热，去除A段烟道中烟气的VOCs；B段烟道中的烟气循环至C段烟道对应的烧结机部分，与烧结矿进行换热，去除B段烟道中的烟气VOCs；C段烟道中的烟气排至大气。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
a)本发明提供的减少铁矿烧结过程VOCs排放的装置中，烟道采用分段的方式，分为A段烟道、B段烟道和C段烟道，各段烧结矿的温度逐渐升高，A段烧结矿温度较低，产生的VOCs较少，A段烟气中VOCs的浓度较低，C段烧结矿的温度高于1300℃，VOCs基本分解，C段烟气中VOCs的浓度也较低。对于B段烟道，由于B段烧结矿的温度较高，但是没有超过VOCs分解温度，因此，B段烟气中VOCs的浓度处于峰值，将B段烟气循环至C段对应的烧结机部分，利用C段烧结矿的余热加热B段烟气，使其达到VOCs分解温度，从而可以去除B段烟气中的VOCs，无需燃烧炉，不仅充分利用的C段烧结矿的预热，实现能源的有效利用，还能够简化去除B段烟气中VOCs的步骤，有效地控制了铁矿烧结过程中VOCs排放。
b)本发明提供的减少铁矿烧结过程VOCs排放的装置中，仅需在现有铁矿烧结设备的基础上进行改造即可，无需另外制造新的铁矿烧结设备，适用于大多数钢铁冶炼企业，市场应用前景广阔。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分从说明书中变得显而易见，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和权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
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。
图1为本发明实施例一的减少铁矿烧结过程VOCs排放的装置的结构示意图；
图2为各段烟气的SO2浓度、NOx浓度和温度的曲线图；
图3为各段烟气的VOCs浓度的曲线图。
附图标记：
1-烧结机；2-风箱；3-A段烟道；4-B段烟道；5-C段烟道；6-燃烧炉；7-引风机；8-引风机除尘器；9-脱硫单元；10-SCR脱硝单元；11-A段换热器；12-综合换热器；13-发电单元；14-A段除尘器；15-活性炭吸附单元。
具体实施方式
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。
实施例一
本实施例提供了一种减少铁矿烧结过程VOCs排放的装置，包括依次连接的烧结机1、风箱2和烟道，沿烧结机1运行方向，烟道分为A段烟道3、B段烟道4和C段烟道5，A段烟道3的出烟口通过燃烧炉6与大气连接，B段烟道4的出烟口与C段烟道5对应的烧结机1部分的进烟口连接，C段烟道5的出烟口与大气连接。B段烟道中烟气的VOCs浓度＞A段烟道中烟气的VOCs浓度＞C段烟道中烟气的VOCs浓度，C段烟道中烟气温度＞B段烟道中烟气温度＞A段烟道中烟气温度；B段烟道中烟气的SO2浓度＞C段烟道中烟气的SO2浓度＞A段烟道中烟气的SO2浓度；A段烟道中烟气的NOX浓度＞B段烟道中烟气的NOX浓度＞C段烟道中烟气的NOX浓度；A段烟道3对应的风箱2个数占总风箱2个数的52～59％，B段烟道4对应的风箱2个数占总风箱2个数的26～30％，C段烟道5对应的风箱2个数占总风箱2个数的15～18％。
需要说明的是，在实际应用中，本领域技术人员可以根据上述各段的风箱2比例进行分段，各段风箱2取整数，因此，可能存在各段的风箱2比例略超出上述范围的情况，但是，仍属于本申请的保护范围。
实施时，A段烟道3的烟气(以下简称A段烟气)通过燃烧炉6，铁矿烧结领域的燃烧炉6均为高温燃烧炉6，温度在1300℃以上，利用燃烧炉6与A段烟气换热，提高A段烟气温度，使得VOCs分解，从而去除A段烟气中的VOCs；B段烟道4的烟气(以下简称B段烟气)循环至C段对应的烧结机1部分，由于C段烧结矿的温度在1300℃以上，B段烟气与C段烧结矿换热，提高B段烟气温度，使得VOCs分解，从而去除B段烟气中的VOCs；对于C段烟道5的烟气(以下简称C段烟气)，由于C段自身烧结矿温度较高，VOCs已经分解，通常C段烟气中VOCs含量较少或没有，因此，不需要进行去除VOCs的步骤。
与现有技术相比，本实施例提供的减少铁矿烧结过程VOCs排放的装置中，烟道采用分段的方式，分为A段烟道3、B段烟道4和C段烟道5，各段烧结矿的温度逐渐升高，也就是说，A段烧结矿的温度＜B段烧结矿的温度＜C段烧结矿的温度，其中，A段烧结矿温度较低，产生的VOCs较少，A段烟气中VOCs的浓度较低，C段烧结矿的温度高于1300℃，VOCs基本分解，C段烟气中VOCs的浓度也较低。对于B段烟道4，由于B段烧结矿的温度较高，但是没有超过VOCs分解温度，因此，B段烟气中VOCs的浓度处于峰值，将B段烟气循环至C段对应的烧结机1部分，利用C段烧结矿的余热加热B段烟气，使其达到VOCs分解温度，从而可以去除B段烟气中的VOCs，无需燃烧炉6，不仅充分利用的C段烧结矿的预热，实现能源的有效利用，还能够简化去除B段烟气中VOCs的步骤，有效地控制了铁矿烧结过程中VOCs排放。
此外，上述装置仅需在现有铁矿烧结设备的基础上进行改造即可，无需另外制造新的铁矿烧结设备，适用于大多数钢铁冶炼企业，市场应用前景广阔。
示例性地，现有的烧结机1风箱2的个数通常在27个左右(1～27号风箱2)，也就是说，A段烟道3对应的风箱2为1～15号，B段烟道4对应的风箱2为16～22号，C段烟道5对应的风箱2为23～27号。
考虑到C段烟气的温度较高，A段烟气的温度较低，且A段烟气中NOx的浓度较高，且A段烟气后续需要燃烧炉6进行加热去除VOCs，在经过燃烧炉之前，可以采用C段烟气对A段烟气进行预热，示例性的，A段烟道3和燃烧炉6的连接管路可以通过综合换热器12与C段烟气5和大气的连接管路进行热交换。
可以理解的是，为了使烧结机1产生的烟气进入风箱2以及所涉及的管路，A段烟道3与燃烧炉6的连接管路上、B段烟道4与C段烟道5对应的烧结机1部分的连接管路上以及C段烟道5与大气的连接管路上均设有引风机7。通过引风机7，可以将烧结机1产生的烟气引入风箱2，并进一步引入各段风箱2对应的烟道，从而实现烟气的流动和处理。
为了避免A段烟气和C段烟气中的粉尘堵引风机7，在引风机7的进风口前可以设置引风机除尘器。
考虑到B段烟气中，SO2的浓度较高，NOx浓度较低，其与C段烟气混合后会增量C段烟气中SO2的浓度，为了使B段烟气与C段烟气混合后的混合烟气达到排放标准，C段烟道5的出烟口可以通过脱硫单元9与大气连接。混合烟气通过脱硫单元9后，能够有效去除混合烟气中的SO2，使其能够达到排放标准，减少对环境的污染。
对于A段烟气，其中的NOx浓度较高，SO2的浓度较低，为了使A段烟气达到排放标准，A段烟道3的出烟口与大气的连接管路上可以设置SCR脱硝单元10。由于A段烟气A段烟气经过SCR脱硝单元10，可以有效去除A段烟气中的NOx，使其能够达到排放标准，减少对环境的污染。
需要说明的是，为了有效利用燃烧炉6加热后的A段烟气的余热，减少铁矿烧结过程VOCs排放的装置中，沿烟气的流动方向，SCR脱硝单元10可以设置在燃烧炉6之后，也就是说，SCR脱硝单元10需要设置在燃烧炉6与大气的连接管路，而不是设置在A段烟道3的出烟口与燃烧炉6的连接管路上。采用这样的设置方式，燃烧炉6具有双重作用，通过燃烧炉6加热A段烟气，不仅可以去除A段烟气中的VOCs，还可以使A段烟气达到SCR脱硝的适合温度，无需配备额外的加热装置用于SCR脱硝，从而提高了A段烟气的余热利用率，简化了上述减少铁矿烧结过程VOCs排放的装置的结构。
值得注意的是，在经过燃烧炉6加热后，A段烟气的温度会升至1300℃以上，而通常SCR脱硝的合适温度在350～400℃，可以将加热后的A段烟气通过较长的管路冷却至350～400℃，但是，这样会造成A段烟气余热的浪费，为了进一步提高A段烟气的预热利用率，A段烟气可以通过A段换热器11(例如，余热锅炉等非接触式换热器)与发电单元13连接，通过余热锅炉产生蒸汽推动发电单元13发电，在对A段烟气进行降温的同时，能够进一步对其余热进行利用。
由于A段烟气中不仅含有NOx，粉尘的浓度也较高，因此，A段烟道3的出烟口与大气的连接管路上还可以设置A段除尘器14，考虑到A段烟气的余热利用率，A段除尘器14可以设置在SCR脱硝单元10与大气的连接管路上。这是因为，在除尘过程中，会浪费一部分A段烟气的余热，A段除尘器14设置在SCR脱硝单元10之后，可以在除尘之前有效地利用A段烟气的余热。
考虑到，对于B段烟气，由于其NOx的浓度较低，不会进行脱硝的后续处理，但是，B段烟气中仍然存在一定量的NOx，为了进一步去除B段烟气中的NOx，可以在B段烟道4的出烟口与C段烟道5对应的烧结机1部分的进烟口的连接管路上可以设置活性炭吸附单元15，通过活性炭吸附单元15吸附B段烟气中的NOx；同时，活性炭吸附单元15还可以吸附B段烟气中的VOCs，从而降低进入C段烟道5对应的烧结机1部分的VOCs浓度。
实施例二
本实施例提供了一种减少铁矿烧结过程VOCs排放的方法，包括如下步骤：
将烧结原料(例如，铁矿石、燃料、熔剂、返矿和返回料等)送入烧结机进行烧结，生产烧结成品矿的同时产生烟气；A段烟道中的烟气经过燃烧炉，与燃烧炉进行换热，去除A段烟道中烟气的VOCs；B段烟道中的烟气循环至C段烟道对应的烧结机部分，与烧结矿进行换热，去除B段烟道中的烟气VOCs；C段烟道中的烟气排至大气。
与现有技术相比，本实施例提供的减少铁矿烧结过程VOCs排放的方法的有益效果与实施例一提供的减少铁矿烧结过程VOCs排放的装置的有益效果基本相同，在此不一一赘述。
为了从源头上控制烧结矿中产生VOCs的元素代入，上述方法中，在烧结矿烧结过程中，还包括如下步骤：分开挑选低含油量的粉尘和轧屑，这是因为，烧结过程添加连铸氧化铁皮、轧钢氧化铁皮等含铁固体废弃物。由于轧钢过程中使用润滑油润滑轧机，同时喷水冷却钢坯，因此部分润滑油被水带入下部水沟。钢坯表面被水冲掉的氧化铁皮也掉入水沟，与含油废水混合，一起进入捞渣池。将这样的氧化铁皮加入烧结，部分油脂也被带入烧结生产，成为VOCs产生的原因。将连铸氧化铁皮和轧钢氧化铁皮分开，即分开含油量不同的轧屑，可以减少VOCs的产生。通过括源头减少VOCs产生的元素带入，过程控制VOCs产生，对产生的VOCs进行末端治理，实现了对铁矿烧结过程中的VOCs排放的控制，使其能够符合排放标准。
对轧屑的处理还包括如下步骤：将轧屑加热至800℃以上，使石油碳氢化合物挥发，再加入烧结，可以减少VOCs的产生；或者，采用萃取剂从轧屑中提取油类。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种减少铁矿烧结过程VOCs排放的装置，其特征在于，包括依次连接的烧结机、风箱和烟道，沿烧结机运行方向，所述烟道分为A段烟道、B段烟道和C段烟道；
所述A段烟道的出烟口通过燃烧炉与大气连接，所述B段烟道的出烟口与C段烟道对应的烧结机部分的进烟口连接，所述C段烟道的出烟口与大气连接；
所述B段烟道中烟气的VOCs浓度＞A段烟道中烟气的VOCs浓度＞C段烟道中烟气的VOCs浓度。
2.根据权利要求1所述的减少铁矿烧结过程VOCs排放的装置，其特征在于，所述A段烟道和燃烧炉的连接管路通过综合换热器与C段烟气和大气的连接管路进行热交换。
3.根据权利要求1所述的减少铁矿烧结过程VOCs排放的装置，其特征在于，所述B段烟道的出烟口与C段烟道对应的烧结机部分的进烟口的连接管路上设有活性炭吸附单元。
4.根据权利要求1所述的减少铁矿烧结过程VOCs排放的装置，其特征在于，所述C段烟道的出烟口通过脱硫单元与大气连接。
5.根据权利要求1所述的减少铁矿烧结过程VOCs排放的装置，其特征在于，所述A段烟道的出烟口与大气的连接管路上设有SCR脱硝单元。
6.根据权利要求5所述的减少铁矿烧结过程VOCs排放的装置，其特征在于，所述SCR脱硝单元设在燃烧炉与大气的连接管路上。
7.根据权利要求6所述的减少铁矿烧结过程VOCs排放的装置，其特征在于，所述A段烟气通过A段换热器与发电单元连接。
8.根据权利要求5所述的减少铁矿烧结过程VOCs排放的装置，其特征在于，所述SCR脱硝单元与大气的连接管路上设有A段除尘器。
9.根据权利要求1至8所述的减少铁矿烧结过程VOCs排放的装置，其特征在于，所述A段烟道与燃烧炉的连接管路上、B段烟道与C段烟道对应的烧结机部分的连接管路上以及C段烟道与大气的连接管路上均设有引风机。
10.一种减少铁矿烧结过程VOCs排放的方法，采用如权利要求1至9任一项所述的装置，所述方法包括如下步骤：
将烧结原料送入烧结机进行烧结，生产烧结成品矿、产生烟气；A段烟道中的烟气经过燃烧炉，与燃烧炉进行换热，去除A段烟道中烟气的VOCs；B段烟道中的烟气循环至C段烟道对应的烧结机部分，与烧结矿进行换热，去除B段烟道中的烟气VOCs；C段烟道中的烟气排至大气。
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