權(quán)利要求

1.鋼鐵燒結(jié)煙氣中二氧化碳捕集的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括： 冶金生產(chǎn)廢水來料管線、燒結(jié)除塵灰來料管線、漿液制備單元、煙氣吸收單元、煙氣來料管線、排空管線、沉淀單元和上清液返回管線； 所述煙氣吸收單元設(shè)置有排空口、進(jìn)液口、進(jìn)氣口和出液口； 所述冶金生產(chǎn)廢水輸入管線和燒結(jié)除塵灰來料管線分別與所述漿液制備單元連接；所述漿液制備單元的出口與所述煙氣吸收單元的進(jìn)液口連接，所述煙氣吸收單元的出液口與所述沉淀單元的進(jìn)口連接，所述煙氣吸收單元的排空口與所述排空管線連接，所述煙氣來料管線與所述煙氣吸收單元的進(jìn)氣口連接； 所述沉淀單元的上部通過所述上清液返回管線與所述漿液制備單元連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋼鐵燒結(jié)煙氣中二氧化碳捕集的系統(tǒng)，其特征在于，所述煙氣吸收單元內(nèi)的上部設(shè)置有噴淋裝置；所述進(jìn)氣口設(shè)置于所述煙氣吸收單元的下部。 

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述鋼鐵燒結(jié)煙氣中二氧化碳捕集的系統(tǒng)，其特征在于，所述噴淋裝置設(shè)置有自動(dòng)控制單元，用以根據(jù)所述煙氣來料管線的煙氣量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)噴淋量。 

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述鋼鐵燒結(jié)煙氣中二氧化碳捕集的系統(tǒng)，其特征在于，所述噴淋裝置為上下布置的三級(jí)噴淋裝置。 

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋼鐵燒結(jié)煙氣中二氧化碳捕集的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括固料輸送帶，所述固料輸送帶自所述沉淀單元連接至鋼鐵廠燒結(jié)配料系統(tǒng)。 

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋼鐵燒結(jié)煙氣中二氧化碳捕集的系統(tǒng)，其特征在于，所述漿液制備單元的出口與所述煙氣吸收單元的進(jìn)液口的連接管線上設(shè)置有漿液泵。 

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋼鐵燒結(jié)煙氣中二氧化碳捕集的系統(tǒng)，其特征在于，所述煙氣來料管線上設(shè)置有一旁路，且該旁路與所述排空管線連接。 

8.鋼鐵燒結(jié)煙氣中二氧化碳捕集的方法，其通過權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述系統(tǒng)進(jìn)行。 

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述鋼鐵燒結(jié)煙氣中二氧化碳捕集的方法，其特征在于，該方法包括： 在所述漿液制備單元中，將冶金生產(chǎn)廢水和燒結(jié)除塵灰配置成漿液；使用該漿液在所述煙氣吸收單元中對(duì)脫硫脫硝后的煙氣進(jìn)行二氧化碳的吸收，脫除了二氧化碳的煙氣進(jìn)行排空，吸收了二氧化碳的漿液進(jìn)入所述沉淀單元；所述沉淀單元中的上清液返回所述漿液制備單元循環(huán)利用，沉淀物定期輸送至鋼鐵廠燒結(jié)配料系統(tǒng)。 

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述鋼鐵燒結(jié)煙氣中二氧化碳捕集的方法，其特征在于，所述冶金生產(chǎn)廢水和燒結(jié)除塵灰按照(5-10)：1的重量比制備漿液。

說明書

鋼鐵燒結(jié)煙氣中二氧化碳捕集的系統(tǒng)及方法

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋼鐵行業(yè)二氧化碳捕集領(lǐng)域，具體涉及鋼鐵燒結(jié)煙氣中二氧化碳捕集的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

碳達(dá)峰、碳中和現(xiàn)已成為全球的廣泛共識(shí)，截至2020年底已有100多個(gè)國(guó)家提出碳中和承諾。我國(guó)高度重視“雙碳”目標(biāo)任務(wù)的推進(jìn)落實(shí)，多次在重要會(huì)議上強(qiáng)調(diào)重申做好碳達(dá)峰、碳中和工作的重要性和必要性，推出貫徹落實(shí)舉措，低碳政策也將逐步從相對(duì)約束轉(zhuǎn)向絕對(duì)約束。

目前，鋼鐵行業(yè)二氧化碳捕集技術(shù)主要有余熱余能回收技術(shù)，回收技術(shù)的使用減少化石能源的消耗可有效降低二氧化碳的排放；其次是碳捕獲、利用與封存技術(shù)，該技術(shù)是應(yīng)對(duì)全球氣候變化的關(guān)鍵技術(shù)之一。二氧化碳的捕集方式主要有燃燒前捕集、富氧燃燒和燃燒后捕集，其中燃燒后捕集技術(shù)的工業(yè)化進(jìn)程最快，已處于工業(yè)應(yīng)用階段，而燃燒前捕集和富氧燃燒捕集技術(shù)還分別處于工業(yè)示范和中試示范階段。燃燒后捕集技術(shù)就是在捕集系統(tǒng)中將二氧化碳從煙道氣中分離出來，形成高濃度的二氧化碳。鋼鐵行業(yè)主要采用燃燒后捕集，常用的技術(shù)有物理吸附、化學(xué)吸收法及膜分離等，通過燃燒后碳捕集技術(shù)，可以有效的捕集各工序排放的二氧化碳。

專利申請(qǐng)CN109012089A公開了一種利用氫氧化鉀及碳酸鉀捕集二氧化碳的方法，該工藝在吸收塔內(nèi)利用碳酸鉀與二氧化碳反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳一次吸收生成碳酸氫鉀的二氧化碳富液，然后二氧化碳與氫氧化鉀反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳的二次吸收生成碳酸鉀的二氧化碳貧液，貧液返回一次吸收煙道進(jìn)行再吸收，富液進(jìn)到解吸系統(tǒng)釋放出二氧化碳和貧液，解吸產(chǎn)生的貧液引入氫氧化鉀再生系統(tǒng)生成氫氧化鉀溶液再進(jìn)行循環(huán)利用。然而，對(duì)于鋼鐵行業(yè)大規(guī)模的煙氣而言額外增加氫氧化鉀和碳酸鉀藥劑使得系統(tǒng)脫碳成本高昂，運(yùn)行成本難以承受，氫氧化鉀等強(qiáng)堿性溶液進(jìn)到煙道中對(duì)整個(gè)管道系統(tǒng)腐蝕嚴(yán)重，影響系統(tǒng)安全。

專利申請(qǐng)CN102674424A公開了一種以磷石膏為鈣源制備納米碳酸鈣漿料的方法，該方法向廢石膏中加入水配制成石膏漿料，將氨水與石膏漿料攪拌混勻，通入二氧化碳，并攪拌至廢石膏中硫酸鈣完全轉(zhuǎn)化為納米碳酸鈣，過濾，將濾餅納米碳酸鈣分散于水中得到納米碳酸鈣漿料。然而，磷石膏資源本身對(duì)于鋼鐵企業(yè)而言不是普遍存在，另外在制備過程中需要另外添加氨水，整個(gè)工藝十分復(fù)雜，不能很好的滿足鋼鐵鐵燒結(jié)煙氣的脫碳過程。

因此，鋼鐵行業(yè)亟需符合鋼鐵生產(chǎn)工藝全流程的二氧化碳捕集技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鋼鐵燒結(jié)煙氣中二氧化碳捕集的系統(tǒng)及方法。本發(fā)明采用鋼鐵企業(yè)產(chǎn)生的工藝廢水添加燒結(jié)除塵灰，利用除塵灰中較高含量的氧化鈣去吸收煙氣中的二氧化碳，從而實(shí)現(xiàn)減少二氧化碳的排放。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明一方面提供一種鋼鐵燒結(jié)煙氣中二氧化碳捕集的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

冶金生產(chǎn)廢水來料管線、燒結(jié)除塵灰來料管線、漿液制備單元、煙氣吸收單元、煙氣來料管線、排空管線、沉淀單元和上清液返回管線；

所述煙氣吸收單元設(shè)置有排空口、進(jìn)液口、進(jìn)氣口和出液口；

所述冶金生產(chǎn)廢水輸入管線和燒結(jié)除塵灰來料管線分別與所述漿液制備單元連接；所述漿液制備單元的出口與所述煙氣吸收單元的進(jìn)液口連接，所述煙氣吸收單元的出液口與所述沉淀單元的進(jìn)口連接，所述煙氣吸收單元的排空口與所述排空管線連接，所述煙氣來料管線與所述煙氣吸收單元的進(jìn)氣口連接；

所述沉淀單元的上部通過所述上清液返回管線與所述漿液制備單元連接。

所述冶金生產(chǎn)廢水來料管線和燒結(jié)除塵灰來料管線分別向漿液制備單元輸送鋼鐵企業(yè)產(chǎn)生的冶金生產(chǎn)廢水和燒結(jié)除塵灰，按照(5-10)：1的重量比配置成漿液。所述煙氣來料管線用以向煙氣吸收單元輸送脫硫脫硝后的煙氣，進(jìn)入的煙氣在此與漿液接觸除去二氧化碳(脫硫脫硝后煙氣的溫度能夠滿足漿液對(duì)二氧化碳的最佳吸收溫度)，之后通過排空管線進(jìn)行排空；而吸收了二氧化碳的漿液通過煙氣吸收單元的排液口進(jìn)入沉淀單元進(jìn)行沉淀，沉淀后的上清液通過上清液返回管線循環(huán)回漿液制備單元重復(fù)利用，沉淀產(chǎn)生的碳酸鈣固體廢物定期清理可運(yùn)輸至鋼鐵廠燒結(jié)配料系統(tǒng)循環(huán)。

本發(fā)明的系統(tǒng)使用鋼鐵企業(yè)產(chǎn)生的冶金生產(chǎn)廢水和燒結(jié)除塵灰制備吸收二氧化碳的漿液，利用除塵灰中較高含量的氧化鈣去吸收煙氣中的二氧化碳從而實(shí)現(xiàn)減少二氧化碳的排放。吸收了二氧化碳的漿液進(jìn)入沉淀單元進(jìn)行沉淀，上清液循環(huán)利用，沉淀的碳酸鈣固體廢物可運(yùn)輸至鋼鐵廠燒結(jié)配料系統(tǒng)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述煙氣吸收單元內(nèi)的上部設(shè)置有噴淋裝置；所述進(jìn)氣口設(shè)置于所述煙氣吸收單元的下部，由頂部將漿液噴入與煙氣逆流接觸實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳的吸收。

根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述噴淋裝置設(shè)置有自動(dòng)控制單元，用以根據(jù)所述煙氣來料管線的煙氣量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)噴淋量，以保證二氧化碳的充分吸收保證脫碳效率。例如，所述自動(dòng)控制單元包括設(shè)在噴淋裝置上的控制閥門，通過例如PLC等在獲得煙氣量參數(shù)后進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)噴淋量。

根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述噴淋裝置為上下布置的多級(jí)淋裝置，例如三級(jí)噴淋裝置；三級(jí)噴淋裝置的設(shè)置可以提升煙氣與漿液的接觸時(shí)間從而提高二氧化碳的吸收捕集效率。

根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括固料輸送帶，所述固料輸送帶自所述沉淀單元連接至鋼鐵廠燒結(jié)配料系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)固體廢物在鋼鐵生產(chǎn)中的有效循環(huán)，捕集二氧化碳的同時(shí)減少固體廢物的排放。并且，吸收二氧化碳產(chǎn)生的碳酸鈣固體經(jīng)過燒結(jié)，將二氧化碳固化在燒結(jié)礦渣中，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的礦化封存。

根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述漿液制備單元的出口與所述煙氣吸收單元的進(jìn)液口的連接管線上設(shè)置有漿液泵。

根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述冶金生產(chǎn)廢水來料管線上設(shè)置有調(diào)節(jié)閥。

根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述上清液返回管線上設(shè)置有調(diào)節(jié)閥。

根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述煙氣來料管線上設(shè)置有一旁路，且該旁路與所述排空管線連接，以應(yīng)對(duì)煙氣吸收單元在大煙氣量情況時(shí)超負(fù)荷運(yùn)行。

本發(fā)明另一方面通過一種鋼鐵燒結(jié)煙氣中二氧化碳捕集的方法，其通過以上系統(tǒng)進(jìn)行。

根據(jù)本發(fā)明的方法，優(yōu)選地，該方法包括：在所述漿液制備單元中，將冶金生產(chǎn)廢水和燒結(jié)除塵灰配置成漿液；使用該漿液在所述煙氣吸收單元中對(duì)脫硫脫硝后的煙氣進(jìn)行二氧化碳的吸收，脫除了二氧化碳的煙氣進(jìn)行排空，吸收了二氧化碳的漿液進(jìn)入所述沉淀單元；所述沉淀單元中的上清液返回所述漿液制備單元循環(huán)利用，沉淀物定期輸送至鋼鐵廠燒結(jié)配料系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)固廢循環(huán)。

根據(jù)本發(fā)明的方法，優(yōu)選地，所述冶金生產(chǎn)廢水和燒結(jié)除塵灰按照(5-10)：1的重量比制備漿液。

本發(fā)明的系統(tǒng)和方法利用鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的燒結(jié)除塵灰中的堿金屬作為有效吸收組分，在消納固廢的同時(shí)實(shí)現(xiàn)廢物的綠色循環(huán)；在煙氣吸收單元內(nèi)的上部設(shè)置多級(jí)漿液噴淋裝置，可以提升煙氣與漿液的接觸時(shí)間從而提高二氧化碳的吸收捕集效率，并且噴淋裝置裝有自動(dòng)控制單元實(shí)現(xiàn)噴淋設(shè)備根據(jù)煙氣量進(jìn)行自動(dòng)匹配與調(diào)節(jié)；在沉淀單元對(duì)吸收漿液進(jìn)行沉淀，上清液進(jìn)行循環(huán)使用，沉淀的固體污泥進(jìn)行返礦配料回到燒結(jié)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)固體廢物在鋼鐵生產(chǎn)中的有效循環(huán)，捕集二氧化碳的同時(shí)減少固體廢物的排放。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例中的鋼鐵燒結(jié)煙氣中二氧化碳捕集的系統(tǒng)示意圖。

圖2為應(yīng)用例1中鋼鐵燒結(jié)煙氣中二氧化碳捕集的系統(tǒng)示意圖。

附圖標(biāo)記：

100 漿液制備單元

101 冶金生產(chǎn)廢水來料管線

102 燒結(jié)除塵灰來料管線

103、302 調(diào)節(jié)閥

104 漿液泵

200 煙氣吸收單元

201 煙氣來料管線

202 排空管線

203 煙氣來料管線的旁路

204 三級(jí)噴淋裝置

300 沉淀單元

301 上清液返回管線

303 固料輸送帶

400 燒結(jié)配料系統(tǒng)

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明在此提供一優(yōu)選實(shí)施例，如圖1所示，一種鋼鐵燒結(jié)煙氣中二氧化碳捕集的系統(tǒng)包括：

冶金生產(chǎn)廢水來料管線101、燒結(jié)除塵灰來料管線102、漿液制備單元100、煙氣吸收單元200、煙氣來料管線201、排空管線202、沉淀單元300和上清液返回管線301。

所述煙氣吸收單元200設(shè)置有排空口、進(jìn)液口、進(jìn)氣口和出液口。

所述冶金生產(chǎn)廢水來料管線101上設(shè)置有調(diào)節(jié)閥103；所述冶金生產(chǎn)廢水輸入管線101和燒結(jié)除塵灰來料管線102分別與所述漿液制備單元100連接；所述漿液制備單元100的出口與所述煙氣吸收單元200的進(jìn)液口連接，連接管線上設(shè)置有漿液泵104；所述煙氣吸收單元200的出液口與所述沉淀單元300的進(jìn)口連接，所述煙氣吸收單元200的排空口與所述排空管線202連接，所述煙氣來料管線201與所述煙氣吸收單元200的進(jìn)氣口連接；所述煙氣來料管線201上設(shè)置有一旁路203，且該旁路203與所述排空管線202連接，以應(yīng)對(duì)煙氣吸收單元200在大煙氣量情況時(shí)超負(fù)荷運(yùn)行。

所述沉淀單元300的上部通過所述上清液返回管線301與所述漿液制備單元100連接。所述上清液返回管線301上設(shè)置有調(diào)節(jié)閥302。

具體的，所述煙氣吸收單元內(nèi)的上部設(shè)置有噴淋裝置(例如圖1中上下布置的三級(jí)噴淋裝置204)；所述進(jìn)氣口設(shè)置于所述煙氣吸收單元200的下部，由頂部將漿液噴入與煙氣逆流接觸實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳的吸收。三級(jí)噴淋裝置204的設(shè)置可以提升煙氣與漿液的接觸時(shí)間從而提高二氧化碳的吸收捕集效率。進(jìn)一步的，所述三級(jí)噴淋裝置204設(shè)置有自動(dòng)控制單元，用以根據(jù)所述煙氣來料管線201的煙氣量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)噴淋量，以保證二氧化碳的充分吸收保證脫碳效率。

該系統(tǒng)還包括固料輸送帶303，所述固料輸送帶303自所述沉淀單元300連接至鋼鐵廠燒結(jié)配料系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)固體廢物在鋼鐵生產(chǎn)中的有效循環(huán)，捕集二氧化碳的同時(shí)減少固體廢物的排放。并且，吸收二氧化碳產(chǎn)生的碳酸鈣固體經(jīng)過燒結(jié)，將二氧化碳固化在燒結(jié)礦渣中，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的礦化封存。

冶金生產(chǎn)廢水來料管線101、燒結(jié)除塵灰來料管線102分別向漿液制備單元100輸送冶金生產(chǎn)廢水和燒結(jié)除塵灰，按照(5-10):1的重量比配置成漿液。脫硫脫硝后的煙氣通過煙氣來料管線201由煙道進(jìn)入煙氣吸收單元200，煙氣從煙氣吸收單元200底部進(jìn)入、上部排出；通過漿液泵104將漿液制備單元100中的漿液泵入煙氣吸收單元200，煙氣吸收單元200內(nèi)部設(shè)有三級(jí)噴淋裝置204，并且三級(jí)噴淋裝置204裝有自動(dòng)控制單元可以根據(jù)煙氣量大小實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)漿液噴淋量，從而實(shí)現(xiàn)煙氣中二氧化碳的高效吸收，為實(shí)現(xiàn)吸收系統(tǒng)在大煙氣量情況時(shí)超負(fù)荷運(yùn)行在煙氣來料管線201設(shè)置旁路203；吸收后的漿液經(jīng)煙氣吸收單元200的出液口匯集到沉淀單元300進(jìn)行沉淀，同時(shí)，沉淀單元300的上清液通過上清液返回管線301補(bǔ)充到漿液制備單元100中，底部產(chǎn)生固體污泥將定期清理通過固料輸送帶303輸送到燒結(jié)配料系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)固廢循環(huán)。

該系統(tǒng)利用鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的燒結(jié)除塵灰中的堿金屬作為有效吸收組分，在消納固廢的同時(shí)實(shí)現(xiàn)廢物的綠色循環(huán)。

應(yīng)用例1

本應(yīng)用例使用圖2系統(tǒng)對(duì)鋼鐵燒結(jié)煙氣中的二氧化碳進(jìn)行捕集，包括以下過程：

鋼鐵廠的燒結(jié)配料系統(tǒng)400產(chǎn)生的煙氣通過原有的除塵脫硝脫硫凈化系統(tǒng)后，凈化后的煙氣溫度在100～110℃，能夠滿足漿液對(duì)二氧化碳的最佳吸收溫度。除硫除硝的煙氣由煙氣來料管線201進(jìn)入煙氣吸收單元200，煙氣吸收單元200內(nèi)設(shè)置的三級(jí)噴淋裝置204由頂部將漿液噴入與煙氣逆流接觸實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳的吸收，三級(jí)噴淋裝置204通過自動(dòng)控制單元根據(jù)煙氣量進(jìn)行漿液噴入量的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)以保證二氧化碳的充分吸收保證脫碳效率。

吸收后的漿液經(jīng)煙氣吸收單元200底部出液口匯集到沉淀單元300進(jìn)行沉淀，同時(shí)，沉淀單元300中的上清液通過上清液返回管線301補(bǔ)充到漿液制備單元100中，底部產(chǎn)生固體污泥將定期清理輸送到鋼鐵廠的燒結(jié)配料系統(tǒng)400中實(shí)現(xiàn)固廢循環(huán)。產(chǎn)生的固體污泥經(jīng)過與返礦物料配料回到燒結(jié)配料系統(tǒng)400對(duì)固體礦渣再燒結(jié)，經(jīng)過燒結(jié)使二氧化碳被固化在燒結(jié)礦渣中實(shí)現(xiàn)二氧化碳的礦化封存。

本應(yīng)用例的方案可實(shí)現(xiàn)燒結(jié)除塵灰的有效利用，減少除塵灰的堆積；有效的對(duì)二氧化碳及進(jìn)行捕集，減少二氧化碳的排放。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。

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鋼鐵燒結(jié)煙氣中二氧化碳捕集的系統(tǒng)及方法.pdf