一种可有效降低烧结NOx排放的装置
技术领域
本发明涉及冶金烧结设备
技术领域
，具体为一种可有效降低烧结NOx排放的装置。背景技术
烧结工序是钢铁联合企业生产链的重要工序，随着钢铁工业的快速发展，对铁矿石的要求量日益增多。然而，直接入炉炼铁的富矿越来越少，必须大量开采和使用贫矿资源。贫矿直接入炉冶炼会使高炉生产指标恶化。而烧结机的作用就是对铁矿粉进行造块。经烧结的矿物的冶金性能大为改善，给高炉生产带来巨大的经济效益。而且，烧结法对原料的适应性很强，不仅可以用铁矿粉生产烧结矿，同时还可以处理工业含铁杂料。
然而，烧结工艺为高炉提供良好入炉矿的同时，也带来了巨大的环境污染。其中，烧结工序外排的SO2约占钢铁生产中SO2排放总量的85％；其NOx排放量占到行业生产排放总量的50％以上；二噁英约占总排量的17.6％；同时超细粉尘排放量也占相当的比重。
国内对烧结混合料预热干燥研究及运用相对较少，现有技术中采用高水分制粒后对颗粒进行干燥处理，能够提高烧结机利用系数。获得的主要结论如下：1)采用高水分制粒结合干燥处理工艺，能够缩短烧结料层湿润带水分蒸发时间，从而有效提高烧结火焰前锋速度；2)采用高水分制粒结合干燥处理工艺，由于烧结混合料的水分减小，提高了焦粉的燃烧效率，使烧结料层中产生的热量增加，从而可提高烧结矿成品率；3)当采用高水分制粒结合干燥处理工艺时，需要设定临界水分，以避免制粒后在干燥状态下发生塌料。
现有的技术多为烧结烟气的末端治理，其投资费用和运行费用巨大，易产生二次污染，难以实现多种污染物的协同减排。或是进行一定的过程减排，基本为单一的污染物过程遏制减排方式，对上述污染物能够同时进行协同减排的方法较少，且较难以直接适用于工艺设备流程已经定型的烧结厂。
经专利检索，已有一部分相关的技术方案公开。如：一种烧结烟气脱除二氧化硫和二噁英的装置及方法(CN201110173596.1)，烧结球团烟气脱硫脱硝协同治理系统及工艺(CN201410072049.8)，一种不设电除尘的烧结烟气脱硫脱二噁英除尘一体化设备(CN201310713790.3)等；虽然上述技术方案可实现SO2、二噁英的同步减排，但是上述技术方案属于末端治理，是大烟气量、低含量的吸收式减排，并没有实现在烧结过程中的在线的污染物减排，使得污染物减排的投资、运行费用巨大，使得钢铁企业对污染物减排望而却步，大大增大了企业的减排负担，而且减排产物极易产生二次污染。
此外，已有关于烧结过程中在线的SO2减排相关的技术方案公开：用于烧结过程中的在线脱硫方法(CN99111573.2)，基于添加抑制剂的铁矿石烧结过程脱硫方法(CN201110022407.0)，一种烧结过程的在线脱硫方法(CN201410109130.9)等；上述技术方案通过在烧结料层中添加氨类物质，实现了在烧结过程中的在线脱硫。关于烧结过程在线的二噁英减排，也已有相关的技术方案公开：铁矿石烧结过程二噁英的减排方法(CN201110180658.1)，一种新型节能减排烧结机系统及烧结方法(CN201310167718.5)等，上述技术方案通过在烧结料层中添加氨类物质作为二噁英生成添加剂实现了在烧结过程中的二噁英减排。上述已公开的技术方案，提出三种氨类添加剂的加入方案，(1)将氨类添加剂全部混合加入在烧结料层中，(2)将氨类添加剂加入在烧结料层某一高度处，(3)将氨类添加剂喷洒在烧结料层上。
中国专利CN104694742B公开了一种基于分层配料与布料的烧结过程SO2、二噁英协同减排方法，其发明的具体方案为：步骤一烧结混料，制备烧结混合料和配有添加剂的混合料，其中添加剂为尿素颗粒；步骤二烧结布料，在烧结台车的上面铺装铺底料层；将烧结混合料铺装在铺底料层的上面形成第一混合料层；再将配有添加剂的混合料铺装在第一混合料层上面形成协同减排料层；而后将烧结混合料铺装在协同减排料层上面形成第二混合料层；步骤三烟气集中收集处理，将台车中后部的风箱内的烟气经增压泵汇入布袋除尘器。
专利CN201014885Y公开了烧结混合料干燥预热节能装置，其涉及一种烧结混合料的干燥预热节能装置，它是由管道1、料面热风罩2、烧结机台车3、风箱4、翻板阀5和烟道6组成的，管道1一头引自烧结环冷机的热废气管，另一头与热风罩2连通，热风罩2罩在烧结机台车3的混合料层上面，台车3坐在风箱4的上面，翻板阀5连接在风箱4和烟道6之间，烟道6与主抽风机相连。热废气由管道1经过热风罩2，通过烧结机台车3中的料层使其干燥预热后，再经过翻板阀5和风箱4从烟道6排出。其优点是废热利用，节省能耗，降低成本，可提高烧结混合料的透气性和温度，也提高了烧结机台时产量。此专利因热源由于生产过程的波动造成不稳定、以及该装置难以实现热风罩内的热风均匀性，从而影响到其所覆盖的烧结料层物料的干燥预热效果，故提高透气性及生产率的功效有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可有效降低烧结NOx排放的装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可有效降低烧结NOx排放的装置，包括烧结预热干燥炉和烧结点火炉，所述烧结预热干燥炉的炉顶设有预制梁，烧结预热干燥炉的炉顶与预制梁之间设有的预热空气通道；所述烧结预热干燥炉的顶部在各预热空气通道之间设置预热幕帘式烧嘴，预热幕帘式烧嘴分别与煤气管道以及一次风空气管道连接；所述烧结预热干燥炉的底部设有钢支架，钢支架的底部承重于两侧的支撑走轮上，所述烧结预热干燥炉跨架于烧结台车的上方，其长度和安装位置与烧结抽风风箱的1#以及2#风箱相对应；所述烧结点火炉位于烧结预热干燥炉的一侧，且烧结点火炉通过钢支架以及支撑走轮跨架于烧结台车的上方，其长度和安装位置与烧结抽风风箱的3#以及4#风箱相对应；所述烧结点火炉的顶部设置点火幕帘式烧嘴，点火幕帘式烧嘴分别与煤气管道、一次风空气管道以及二次风空气管道连接。
优选的，所述烧结预热干燥炉的炉膛高度距离烧结台车上沿为600-800mm。
优选的，所述预热空气通道的长度与烧结台车宽度等幅。
优选的，所述预热空气通道、一次风空气管道以及二次风空气管道的预热空气取自于烧结环冷机或带冷机的中高温区的热废气，其温度为350-450℃。
优选的，所述烧结点火炉的炉膛高度距离烧结台车上沿为300-350mm。
优选的，所述预热幕帘式烧嘴和点火幕帘式烧嘴在烧结台车上沿的一侧设有对应的点火孔。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本可有效降低烧结NOx排放的装置，可实现烧结混合料烧结预热干燥以及正常点火工艺需求。
2、本可有效降低烧结NOx排放的装置，可实现利用烧结生产过程中烧结环冷机或带冷机产生的的中高温区热废气，用于烧结混合料的预热干燥及点火。
3、本可有效降低烧结NOx排放的装置，同时预热干燥炉能够实现自动补燃技术，以达到烧结混合料预热干燥的稳定性和均一性。
4、本可有效降低烧结NOx排放的装置，由于烧结混合料预先经过预热干燥处理，烧结混合料料温明显提高，再经烧结点火炉点火时，可实现低温点火控制，即能够满足正常的烧结生产点火工艺需求，因此，其煤气消耗量明显降低于传统的点火保温炉的煤气消耗。
5、本可有效降低烧结NOx排放的装置，烧结混合料经过预热干燥处理，料层温度逐渐升高，料层水分蒸发成水蒸气，烧结料层传热速度加快，过湿带宽度减小，有利于烧结过程的热态透气性的改善，垂直烧结速度、利用系数均提高；同时，热态透气性改善使得烧结过程氧化性气氛加强，有利于优质铁酸钙黏结相的生成，从而改善烧结矿质量；同时，冷却速度相对降低，减少非晶质结构玻璃质的生成，使得烧结矿的微观结构更合理，改善了烧结成矿条件，硅酸盐和铁酸盐黏结相结晶较为充分，形成更多强度更高的黏结相，因此使烧结矿的强度增加，成品率升高。
6、本可有效降低烧结NOx排放的装置，混合料经部分干燥后水分含量减少，料温升高，从而减少了烧结过程过湿带的行程，改善了烧结过程的热态透气性，空气通过量增加，从而降低了烟气中NOx的质量浓度；同时热态透气性改善使得烧结过程氧化性气氛加强，有利于优质铁酸钙黏结相的生成这促进了已生成的NOx向N2的还原反应发生；随着混合料逐渐干燥完全，料层内产生部分粉化，烧结过程中传热速度减慢，烧结温度降低，烧结带厚度增加，料层透气性变差，燃料燃烧气氛中的氧含量降低，导致燃料氮向NOx的转化收到抑制；在O2不足而CO2存在的情况下，CO平衡被打破，CO2可以与O2进行反应，固体碳的过剩使得布多尔反应的平衡向右移动，从而使得反应器中还原气氛变强，有利于与NOx的还原反应的进行，而抑制了燃料氮向NOx的转化。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图中：1、烧结预热干燥炉；2、烧结点火炉；3、钢支架；4、煤气管道；5、一次风空气管道；6、二次风空气管道；7、预热幕帘式烧嘴；8、预制梁；9、点火孔；10、预热空气通道；11、点火幕帘式烧嘴；12、支撑走轮；13、烧结台车上沿；14、烧结抽风风箱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种可有效降低烧结NOx排放的装置，包括烧结预热干燥炉1和烧结点火炉2，烧结预热干燥炉1的炉膛高度距离烧结台车上沿13为600-800mm，烧结预热干燥炉1的炉顶设有预制梁8，烧结预热干燥炉1的炉顶与预制梁8之间设有的预热空气通道10，预热空气通道10的长度与烧结台车宽度等幅；烧结预热干燥炉1的顶部在各预热空气通道10之间设置预热幕帘式烧嘴7，预热幕帘式烧嘴7采用短焰型烧嘴，且在烧结预热干燥炉1的炉膛高度下，其火焰不会点燃其下方的台车内烧结混合料；预热幕帘式烧嘴7的个数按烧结台车宽度及补热的需求进行设置，预热幕帘式烧嘴7分别与煤气管道4以及一次风空气管道5连接，其煤气可使用焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气或其它种类的燃气，所述烧结预热干燥炉1的底部设有钢支架3，钢支架3的底部承重于两侧的支撑走轮12上，所述烧结预热干燥炉1跨架于烧结台车的上方，其长度和安装位置与烧结抽风风箱14的1#以及2#风箱相对应，正常使用时对应1#以及2#烧结风箱的蝶阀开度设置在45％-95％的范围内，在烧结主抽风机的抽力作用下，烧结预热干燥炉1内的预热干燥热风向下通过烧结台车混合料料层，实现对烧结混合料的预热干燥作用。
以400m2烧结机为例：其1#风箱以及2#风箱的长度可设置均为4.0m；烧结正常生产时的速度为1.40m/min，则烧结混合料在烧结预热干燥炉1内的预热干燥时长约为5.71min；其烧结预热干燥炉1的长度以及对应烧结抽风风箱14的长度可根据生产时的正常烧结速度进行预先合理设计，使烧结混合料在烧结预热干燥炉1内的预热干燥时间大于3min；由于对烧结混合料的预热干燥，料层温度逐渐升高，料层水分蒸发成水蒸气，烧结料层传热速度加快，过湿带宽度减小，有利于烧结过程的热态透气性的改善，垂直烧结速度、利用系数均提高；同时，热态透气性改善使得烧结过程氧化性气氛加强，有利于优质铁酸钙黏结相的生成，从而改善烧结矿质量；同时，冷却速度相对降低，减少非晶质结构玻璃质的生成，使得烧结矿的微观结构更合理，改善了烧结成矿条件，硅酸盐和铁酸盐黏结相结晶较为充分，形成更多强度更高的黏结相，因此使烧结矿的强度增加，成品率升高。
本实施例中，烧结点火炉2位于烧结预热干燥炉1的一侧，且烧结点火炉2通过钢支架3以及支撑走轮12跨架于烧结台车的上方，其长度和安装位置与烧结抽风风箱14的3#以及4#风箱相对应，烧结抽风风箱14的3#以及4#风箱蝶阀开度为5％-20％，以实现对烧结点火炉2的微负压点火控制要求；烧结点火炉2的顶部设置点火幕帘式烧嘴11，预热幕帘式烧嘴7和点火幕帘式烧嘴11在烧结台车上沿13的一侧设有对应的点火孔9；点火幕帘式烧嘴11分别与煤气管道4、一次风空气管道5以及二次风空气管道6连接，且点火幕帘式烧嘴11采用长焰型烧嘴，其满足烧结料层在600-1000mm范围的点火需求，同时可通过一次风空气管道5以及二次风空气管道6的调整实现火焰长度的优化调节。
在上述实施例中，烧结点火炉2能够实现对已经经过预热干燥的烧结混合料进行点火，其点火控制按点火强度和点火温度双重控制。
本实施例中，预热空气通道10、一次风空气管道5以及二次风空气管道6的预热空气取自于烧结环冷机或带冷机的中高温区的热废气，其温度为350-450℃；由于烧结生产过程中烧结环冷机或带冷机的中高温区的热废气的温度易出现较大幅度波动，不能连续性保证进入烧结预热干燥炉1的各预热空气通道10以及一次风空气管道5的预热空气温度难以稳定控制在350-450℃预热干燥的合理温度范围内，故采用二排预热幕帘式烧嘴7的补燃技术，使进入烧结预热干燥炉1的预热干燥风温能够满足上述温度控制范围要求；其中，二排预热幕帘式烧嘴7的补燃与烧结预热干燥炉1内设置的多点热电偶的检测温度均值进行联锁控制，即热电偶检测出的均温低于350℃时，进行自动点火控制点燃二排预热幕帘式烧嘴7进行补燃，反之当热电偶的检测出的均温高于450℃时，则自动调节烧嘴的煤气和相应空气流量，使热电偶检测出的均温控制在温度要求范围内；若自动调节烧嘴的煤气和相应空气流量至某一最低安全流量时，热电偶检测的均温仍高于450℃的温度控制上限时，则进入二排预热幕帘式烧嘴7自动熄火和切断控制，上述烧结预热干燥炉1内设置自动点火装置。
在上述实施例中，烧结点火炉2的炉膛高度距离烧结台车上沿13为300-350mm，由于烧结点火炉2的炉膛高度设置低于烧结预热干燥炉1的炉膛高度，其烧结点火炉2在正常工作状态下，其靠近烧结预热干燥炉1的一侧可实现向烧结预热干燥炉1的辐射、对流传热。
由于上述烧结混合料预先经过烧结预热干燥炉1的预热干燥处理，烧结混合料料温明显提高，再经烧结点火炉2的点火时，可适当降低烧结点火炉2的正常点火温度控制，在使用该预热干燥、点火装置时，其烧结点火炉2的点火温度可由原来的1050±50℃控制降低至点火温度850±50℃左右进行控制，能够满足正常的烧结生产点火工艺需求；由于实现上述的低温点火控制，故该装置的煤气消耗量明显降低于传统的点火保温炉的煤气消耗。
混合料经部分干燥后水分含量减少，料温升高，从而减少了烧结过程过湿带的行程，改善了烧结过程的热态透气性，空气通过量增加，从而降低了烟气中NOx的质量浓度；同时热态透气性改善使得烧结过程氧化性气氛加强，有利于优质铁酸钙黏结相的生成这促进了已生成的NOx向N2的还原反应发生；随着混合料逐渐干燥完全，料层内产生部分粉化，烧结过程中传热速度减慢，烧结温度降低，烧结带厚度增加，料层透气性变差，燃料燃烧气氛中的氧含量降低，导致燃料氮向NOx的转化收到抑制；在O2不足而CO2存在的情况下，CO平衡被打破，CO2可以与O2进行反应，固体碳的过剩使得布多尔反应的平衡向右移动，从而使得反应器中还原气氛变强，这有利于与NOx的还原反应的进行，而抑制了燃料氮向NOx的转化。
综上所述：本可有效降低烧结NOx排放的装置，通过烧结预热干燥炉1和烧结点火炉2实现对烧结混合料的预热干燥和正常点火，可实现利用烧结生产过程中烧结环冷机或带冷机产生的的中高温区热废气，用于烧结混合料的预热干燥及点火；烧结预热干燥炉1能够实现自动补燃技术，以达到烧结混合料预热干燥的稳定性和均一性；并在此基础上实现烧结点火炉2的低温点火控制；由于烧结混合料经过预热干燥处理，料层温度逐渐升高，料层水分蒸发成水蒸气，烧结料层传热速度加快，过湿带宽度减小，有利于烧结过程的热态透气性的改善，垂直烧结速度、利用系数均提高；同时，热态透气性改善使得烧结过程氧化性气氛加强，有利于优质铁酸钙黏结相的生成，从而改善烧结矿质量；同时，冷却速度相对降低，减少非晶质结构玻璃质的生成，使得烧结矿的微观结构更合理，改善了烧结成矿条件，硅酸盐和铁酸盐黏结相结晶较为充分，形成更多强度更高的黏结相，因此使烧结矿的强度增加，成品率升高；混合料经部分干燥后水分含量减少，料温升高，从而减少了烧结过程过湿带的行程，改善了烧结过程的热态透气性，空气通过量增加，从而降低了烟气中NOx的质量浓度；同时热态透气性改善使得烧结过程氧化性气氛加强，有利于优质铁酸钙黏结相的生成这促进了已生成的NOx向N2的还原反应发生；随着混合料逐渐干燥完全，料层内产生部分粉化，烧结过程中传热速度减慢，烧结温度降低，烧结带厚度增加，料层透气性变差，燃料燃烧气氛中的氧含量降低，导致燃料氮向NOx的转化收到抑制；在O2不足而CO2存在的情况下，CO平衡被打破，CO2可以与O2进行反应，固体碳的过剩使得布多尔反应的平衡向右移动，从而使得反应器中还原气氛变强，这有利于与NOx的还原反应的进行，而抑制了燃料氮向NOx的转化。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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