一种基于竖冷窑的烧结矿余热回收装置及方法与流程

本发明涉及一种烧结矿余热回收技术，尤其涉及一种基于竖冷窑的烧结矿余热回收装置及方法。

背景技术：

我国钢铁生产以高炉-转炉长流程为主，转炉钢比例达到90％以上。我国高炉炉料结构中烧结矿比例达到70％～75％，2014年我国烧结矿产量达到9.01亿吨。2013年，国家颁布执行《粗钢生产主要工序单位产品能耗消耗限额》(gb21256-2013)，规定烧结工序单位产品能耗限定值为≤55kgce/t，准入值为≤50kgce/t，先进值为≤45kgce/t，余热回收量先进值为≥10kgce/t。能耗标准的提升将增加企业运营压力，促使不满足要求的企业退出市场，企业压力巨大。

目前利用烧结矿余热主要是在带冷机或环冷机上通过鼓风对烧结矿进行冷却，底部鼓入的冷风在穿过炽热的烧结矿层时与烧结矿进行热交换，产生大量的高温废气。废气可用于预热点火助燃空气、产生蒸汽或发电。但是，此种余热回收方法烧结矿显热利用率低。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于竖冷窑的烧结矿余热回收装置及方法，解决了现有技术中烧结矿显热回收利用率低的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种基于竖冷窑的烧结矿余热回收装置，包括依次连接的烧结机、风箱、烟道和竖冷窑；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；沿竖冷窑从上至下方向，竖冷窑分为高温段和低温段；a段烟道的出烟口依次与脱硫单元、低温段、scr脱硝单元和烟囱连接，b段烟道中的烟气循环至a段烟道对应的烧结机部分，c段烟道的出烟口依次与高温段、c段余热利用单元和烟囱连接；b段烟道的烟气so2浓度＞c段烟道的烟气so2浓度＞a段烟道的烟气so2浓度；a段烟道的烟气nox浓度＞b段烟道的烟气nox浓度＞c段烟道的烟气nox浓度。

在一种可能的设计中，a段烟道、b段烟道与c段烟道对应的风箱个数的比为14～16：5～9：4～6。

在一种可能的设计中，低温段的出烟口处，烧结矿的温度为400℃～450℃。

在一种可能的设计中，高温段的进烟口设置于高温段的下部，出烟口设置于高温段的上部；低温段的进烟口设置于低温段的下部，出烟口设置于低温段的上部。

在一种可能的设计中，a段烟道与脱硫单元的连接管路上以及c段烟道与高温段的连接管路上均设有引风机。

在一种可能的设计中，引风机的进风口前设有引风机除尘器。

在一种可能的设计中，高温段与c段余热利用单元的连接管路上以及低温段与scr脱硝单元的连接管路上设置竖冷窑除尘器。

在一种可能的设计中，scr脱硝单元与烟囱的连接管道上设有a段余热利用单元。

在一种可能的设计中，装置还包括破碎筛，烧结机中的烧结矿通过破碎筛落入高温段中。

另一方面，本发明还提供了一种基于竖冷窑的烧结矿余热回收方法，采用上述基于竖冷窑的烧结矿余热装置，方法包括如下步骤：

将烧结原料送入烧结机进行烧结，生产烧结成品矿的同时产生烟气；b段烟气循环至a段烟道对应的烧结机部分；a段烟气经过脱硫单元脱硫，脱硫后的烟气与竖冷窑的低温段烧结矿进行换热，使得混合后的烟气温度升至scr脱硝的合适温度，进行脱硝；将c段烟气与竖冷窑的高温段烧结矿进行换热，得到高温烟气，利用余热回收单元进行余热回收。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

a)本发明提供的基于竖冷窑的烧结矿余热回收装置，烟道分为a段烟道、b段烟道和c段烟道，竖冷窑分为高温段和低温段，有效地对换热后的烟气进行余热回收率可提高50％以上，余热回收总量大大提高，最大限度地回收烟气和烧结矿显热(几乎全部的回收)。对于烟气品质，高温的c段烟气与高温段换热，得到高温烟气，混合后的a段烟气与低温段换热，得到中温烟气，提高了携带烧结矿显热的烟气品质，服了传统冷却机生产蒸汽品质较低且流量不稳定的弊端，为后续生产蒸汽品质从提高吨烧结矿发电量打下良好的基础。同时，对于烧结矿的品质，热烧结矿在高温段具有保温作用，进行温度均匀化和残存挥发份析出过程，因而经过高温段，烧结矿成熟度得到进一步的提高，生矿基本消除，烧结矿在高温段向下流动过程中，烧结矿受机械力作用，脆弱部分及生矿部分得以筛除，成品率得到提高，客服了传统冷却机漏风，只回收温度较高的烧结余热资源等弊端，改变了冷却机仅限于烧结矿冷却而不能高效回收显热的局面。

b)本发明提供的基于竖冷窑的烧结矿余热回收装置，能够充分回收烧结矿和烧结烟气余热，同时减少sox和nox排放，降低粉尘的排放量，保护环境。由于冷却气体在密闭罐体内对烧结矿进行冷却，同时罐体采用定位接矿，粉尘易得到控制。通过循环工作，资源的反复利用率提高，同时工作效率也得以提高，从而进一步提高热能利用率。具有流程短，适用性强，投资、运行成本低等优点，可以作为已有烧结脱硫工艺的企业配套建设，也可选择成熟的烧结烟气脱硫工艺一起新建，具有很大的应用价值。

c)本发明提供的基于竖冷窑的烧结矿余热回收装置，对于c段烟气，高温低nox低so2，c段烟气通入高温段，由于高温段顶端烧结矿的温度在700℃左右，因此，换热后的c段烟气的温度能够达到680℃左右，明显高于现有技术，进一步通过余热回收单元能够有效地回收c段烟气和高温段烧结矿的余热。对于a段烟气和b段烟气，将b段烟气循环至a段烟道对应的烧结机部分，使得b段烟气和a段烟道中烟气混合，使得so2混合、富集，得到混合后的a段烟气，混合后的a段烟气温度在100℃左右，此温度适合于脱硫，因此，可以直接进行烟气脱硫处理；经过脱硫处理的a段烟气，与低温段换热，温度可以升至350℃左右，此温度适合于scr脱硝，因此，可以直接进行烟气脱硝处理。本发明的余热回收装置，通过将烟道和竖冷窑分段，不仅有效地回收了高温的c段烟气和高温段烧结矿的显热，还能够使得混合后的a段烟气直接达到脱硫和scr脱硝的合适温度，不需要额外的燃烧机。

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为本发明的烧结矿余热回收装置的结构示意图；

图2为本发明的烧结矿余热回收装置竖冷窑中气固换热的示意图；

图3为各段烟气的so2浓度、nox浓度和温度的曲线图。

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-高温除尘器；7-引风机；8-高温段；9-第一重力除尘器；10-c段余热利用单元；11-烟囱；12-循环烟气罩；13-破碎筛；14-静电除尘器；15-第二重力除尘器；16-脱硫单元；17-低温段；18-a段余热利用单元；19-scr脱硝单元。

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。

一方面，本发明提供了一种基于竖冷窑的烧结矿余热回收装置，参见图1至图3，包括依次连接的烧结机1、风箱2、烟道和竖冷窑；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；沿竖冷窑从上至下方向，竖冷窑分为高温段8和低温段17；a段烟道3的出烟口依次与脱硫单元16、低温段17、scr脱硝单元19和烟囱11连接，b段烟道4的出烟口通过循环烟气罩12与a段烟道3对应的烧结机1部分的进烟口连接，b段烟道4中的烟气循环至a段烟道3对应的烧结机部分，c段烟道5的出烟口依次与高温段8、c段余热利用单元10(例如，余热发电装置等)和烟囱11连接；b段烟道4的烟气so2浓度＞c段烟道5的烟气so2浓度＞a段烟道3的烟气so2浓度；a段烟道3的烟气nox浓度＞b段烟道4的烟气nox浓度＞c段烟道5的烟气nox浓度，也就是说，a段烟道3的烟气为低温高nox低so2，b段烟道4的烟气为中温中nox高so2，c段烟道5的烟气为高温低nox低so2。

可以理解的是，沿烧结机1运行方向，烧结矿的温度逐渐升高，因此，烟气的温度也逐渐升高，c段烟道5的烟气温度＞b段烟道4的烟气温度＞a段烟道3的烟气温度。

实施时，将b段烟气循环至a段烟道3对应的烧结机1部分，使得b段烟气与a段烟道3对应的烧结机部分料层反应，使得so2混合、富集，a段烟气经过脱硫单元16去除so2，然后，将a段烟气与竖冷窑的低温段17烧结矿进行换热，使得a段烟气温度升至scr脱硝的合适温度，进行脱硝；将c段烟气与竖冷窑的高温段8烧结矿进行换热，得到高温烟气，利用余热回收单元进行余热回收。

需要说明的是，烧结矿竖冷窑冷却技术是一种全新的烧结矿冷却和余热回收工艺技术，该工艺的流程为：将热破碎后的烧结矿从顶部装入竖冷窑内，并与从竖冷窑下部鼓入的冷却空气进行逆向热交换；冷却风在冷却烧结矿的同时，自身温度逐渐升高，在达到竖冷窑上部料面后，温度可达到380℃～450℃左右，变为高温热风。

与现有技术相比，本发明提供的基于竖冷窑的烧结矿余热回收装置，烟道分为a段烟道3、b段烟道4和c段烟道5，竖冷窑分为高温段8和低温段17，有效地对换热后的烟气进行余热回收率可提高50％以上，余热回收总量大大提高，最大限度地回收烟气和烧结矿显热(几乎全部的回收)。对于烟气品质，高温的c段烟气与高温段8换热，得到高温烟气，混合后的a段烟气与低温段17换热，得到中温烟气，提高了携带烧结矿显热的烟气品质，服了传统冷却机生产蒸汽品质较低且流量不稳定的弊端，为后续生产蒸汽品质从提高吨烧结矿发电量打下良好的基础。同时，对于烧结矿的品质，热烧结矿在高温段8具有保温作用，进行温度均匀化和残存挥发份析出过程，因而经过高温段8，烧结矿成熟度得到进一步的提高，生矿基本消除，烧结矿在高温段8向下流动过程中，烧结矿受机械力作用，脆弱部分及生矿部分得以筛除，成品率得到提高，客服了传统冷却机漏风，只回收温度较高的烧结余热资源等弊端，改变了冷却机仅限于烧结矿冷却而不能高效回收显热的局面。

此外，上述余热回收装置能够充分回收烧结矿和烧结烟气余热，同时减少sox和nox排放，降低粉尘的排放量，保护环境。由于冷却气体在密闭罐体内对烧结矿进行冷却，同时罐体采用定位接矿，粉尘易得到控制。通过循环工作，资源的反复利用率提高，同时工作效率也得以提高，从而进一步提高热能利用率。具有流程短，适用性强，投资、运行成本低等优点，可以作为已有烧结脱硫工艺的企业配套建设，也可选择成熟的烧结烟气脱硫工艺一起新建，具有很大的应用价值。

具体来说，如果不将烟道和竖冷窑分段，烟气直接与竖冷窑整体换热，其得到的烟气温度仅能够达到380℃～450℃左右，而对于c段烟气，高温低nox低so2，c段烟气通入高温段8，由于高温段8顶端烧结矿的温度在700℃左右，因此，换热后的c段烟气的温度能够达到680℃左右，明显高于现有技术，进一步通过余热回收单元能够有效地回收c段烟气和高温段8烧结矿的余热。对于a段烟气和b段烟气，将b段烟气循环至a段烟道3对应的烧结机1部分，使得b段烟气和a段烟道3中烟气混合，使得so2混合、富集，得到混合后的a段烟气，混合后的a段烟气温度在100℃左右，此温度适合于脱硫，因此，可以直接进行烟气脱硫处理；经过脱硫处理的a段烟气，与低温段17换热，温度可以升至350℃左右，此温度适合于scr脱硝，因此，可以直接进行烟气脱硝处理。本发明的余热回收装置，通过将烟道和竖冷窑分段，不仅有效地回收了高温的c段烟气和高温段8烧结矿的显热，还能够使得混合后的a段烟气直接达到脱硫和scr脱硝的合适温度，不需要额外的燃烧机。

对于烟道的分段方式，具体来说，a段烟道3、b段烟道4与c段烟道5对应的风箱个数的比为14～16：5～9：4～6。示例性地，现有的烧结机风箱2的总个数通常在27个左右(1～27号风箱)，也就是说，a段烟道3对应的风箱个数可以为15个，b段烟道4对应的风箱个数可以为6个，c段烟道5对应的风箱个数可以为6个，也就是说，a段烟道3对应的风箱为1～15号，b段烟道4对应的风箱为16～21号，c段烟道5对应的风箱为22～27号。

为了使烟气能够与烧结矿充分换热，高温段8的进烟口设置于高温段8的下部，出烟口设置于高温段8的上部；同样地，低温段17的进烟口设置于低温段17的下部，出烟口设置于低温段17的上部。

为了使脱硫后的a段烟气与低温段17换热后，温度能够达到适合scr脱硝的温度(350℃左右)，低温段17的出烟口处，烧结矿的温度应该控制在400℃～450℃的范围内，这样，当脱硫后的a段烟气与低温段17的烧结矿进行换热后，可以使得a段烟气的温度直接达到适合scr脱硝的温度，而无需额外设置燃烧机或降温单元，从而节约能源，简化上述余热回收装置的结构。

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与脱硫单元16的连接管路上以及c段烟道5与高温段8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(例如，高温除尘器6或静电除尘器14)。

考虑到烟气经过竖冷窑后，竖冷窑中的烧结矿在余热的作用下，仍然会产生粉尘，进入到烟气中，为了避免此部分粉尘污染后续的设备和大气，可以在高温段8与c段余热利用单元10的连接管路上以及低温段17与scr脱硝单元19的连接管路上设置竖冷窑除尘器(例如，第一重力除尘器9和第二重力除尘器15)，通过竖冷窑除尘器去除经过竖冷窑后的烟气中粉尘。

为了进一步提高上述装置的余热回收利用率，在scr脱硝单元19与烟囱11的连接管道上可以设置a段余热利用单元18。这是因为，a段烟气经过脱硝后，温度仍然能够保持在350℃左右，通过a段余热利用单元18回收经过脱硝后的a段烟气显热，提高上述装置的余热回收利用率。

可以理解的是，为了使烧结矿能够落入高温段8中，上述装置还包括破碎筛13，烧结机1中的烧结矿通过破碎筛13落入高温段8中。

另一方面，本发明还提供了一种基于竖冷窑的烧结矿余热回收方法，采用上述基于竖冷窑的烧结矿余热装置，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；b段烟气循环至a段烟道对应的烧结机部分；a段烟气经过脱硫单元脱硫，脱硫后的烟气与竖冷窑的低温段烧结矿进行换热，使得混合后的烟气温度升至scr脱硝的合适温度，进行脱硝；将c段烟气与竖冷窑的高温段烧结矿进行换热，得到高温烟气，利用余热回收单元进行余热回收。

与现有技术相比，本发明提供的基于竖冷窑的烧结矿余热回收方法的有益效果与上述基于竖冷窑的烧结矿余热回收装置的有益效果基本相同，在此不一一赘述。

实施例一

以某钢210m²烧结机为例，共27个风箱，其烟气浓度见表1。

将1-15号烧结风箱烟气混合为a段烟道，16-21号烧结风箱烟气混合为b段烟道，22-27号烧结风箱烟气混合为c段烟道5，a段烟道烟气量21万nm³/h，温度77℃，so2浓度506mg/nm³，nox浓度245mg/nm³；b段烟道烟气量13万nm³/h，温度178℃，so2浓度2018mg/nm³，nox浓度103mg/nm³；c段烟道烟气量17万nm³/h，温度318℃，so2浓度1447mg/nm³，nox浓度15mg/nm³。

将c段烟气通入高温段，与热烧结矿换热，烧结矿温度700℃，换热后得到高温烟气温度约680℃，利用余热锅炉回收高温烟气余热；将b段循环至烧结机前段，充分利用烧结烟气温度，同时将so2富集；将a段经除尘、脱硫后，通入低温段，烧结矿温度400℃，换热后得到中温烟气温度约350℃，利用余热锅炉回收烟气余热。

将烧结烟气余热回收分为高品质(680℃)和低品质(300℃)，可利用范围更广。

表1烟气浓度表

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。