一種燒結(jié)煙氣減排循環(huán)利用技術(shù)

孫雅文

摘 要：燒結(jié)生產(chǎn)工藝能耗巨大而且排放量在冶金工序中占有較高的比重，燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)過程中很大一部分煙氣直接進(jìn)行了排放，燒結(jié)煙氣溫度較高而且含SO2等有毒氣體較多，直接排放不僅污染了環(huán)境而且造成了能源的浪費(fèi)，如何充分利用燒結(jié)廢氣中的熱量顯得非常重要。

1.燒結(jié)生產(chǎn)現(xiàn)狀

燒結(jié)生產(chǎn)工藝作為鋼鐵工業(yè)中一個(gè)物流量巨大環(huán)節(jié)，不僅能耗占鋼鐵工業(yè)總能耗的10%-15%，而且也是一個(gè)高污染排放系數(shù)的環(huán)節(jié)，鋼鐵生產(chǎn)系統(tǒng)排放的SO2大部分來自于燒結(jié)廠，因此，對于如此巨大的污染源，不得不從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度上尋找合適的解決辦法，減少SO2的排放總量，達(dá)到清潔生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)的多重目的。目前，對燒結(jié)煙氣SO2排放控制的方法有低硫原料配入法、高煙囪稀釋排放及燒結(jié)煙氣脫硫。這3種方法中燒結(jié)煙氣脫硫是最有效的SO2減排技術(shù)。但燒結(jié)過程煙氣具有如下特點(diǎn)：燒結(jié)機(jī)頭煙氣流量大，一般成品燒結(jié)礦為1500—2500m3/t，煙氣含塵量高，煙氣溫度高（130℃及以上），煙氣中SO2含量高。從技術(shù)角度上講，可以采用燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)凈化燒結(jié)煙氣，但由于燒結(jié)煙氣流量大及含硫量波動大，導(dǎo)致燒結(jié)煙氣凈化的經(jīng)濟(jì)性較差，成為燒結(jié)脫硫技術(shù)發(fā)展的主要障礙。因此從燒結(jié)工藝本身來研究燒結(jié)過程煙氣中SO2的排放規(guī)律是尋求問題解決的突破口。

2 國內(nèi)外現(xiàn)狀

2005年由奧鋼聯(lián)鋼鐵公司和西門子奧鋼聯(lián)合作開發(fā)的稱之eposint的新技術(shù)被開發(fā)出來，該技術(shù)能夠?qū)Y(jié)廢氣返回?zé)Y(jié)機(jī)進(jìn)行循環(huán)，2005年3月在奧鋼聯(lián)鋼鐵公司林茨第5燒結(jié)廠投入使用，該工藝能夠在不增加環(huán)境排放的情況下使燒結(jié)產(chǎn)能提高30%，即在相同排放指標(biāo)下，增加產(chǎn)量30%或在相同產(chǎn)量下降低排放指標(biāo)30%。在奧鋼聯(lián)鋼鐵公司的實(shí)際操作條件下，由于提高了廢氣循環(huán)的溫度，加上固有的CO燃燒產(chǎn)生熱量，每噸燒結(jié)礦的燃料節(jié)省了2-5kg。2011年5月，寶鋼承擔(dān)了國家“燒結(jié)廢氣余熱循環(huán)利用”項(xiàng)目，同年7月，由寶鋼中央研究院牽頭，寧波鋼鐵、寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)等形成聯(lián)合研發(fā)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，針對燒結(jié)廢氣的特性，依托寶鋼不銹燒結(jié)機(jī)中試裝置和寧波鋼鐵示范工程，開展燒結(jié)廢氣循環(huán)利用。目前，項(xiàng)目已在寧波鋼鐵430平方米大型燒結(jié)機(jī)上成功實(shí)施廢氣余熱循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)工藝節(jié)能5%及煙氣總量減排20%以上的總目標(biāo)。

3.工藝流程

針對燒結(jié)機(jī)現(xiàn)脫硫脫銷負(fù)荷大成本高的現(xiàn)狀對燒結(jié)機(jī)大煙道部分煙氣進(jìn)行利用，實(shí)現(xiàn)減少SOx，其目的減少脫硫系統(tǒng)負(fù)荷及脫硫成本，同時(shí)有效的減少固體燃料的消耗。實(shí)際操作研究是在大煙道中取出SO2含量高的煙氣，將煙氣送入燒結(jié)機(jī)上方并經(jīng)送入煙氣的燒結(jié)機(jī)部位進(jìn)行密封，補(bǔ)充冷卻機(jī)部分煙氣作為補(bǔ)充燃燒用氧進(jìn)行熱風(fēng)燒結(jié)，其目的是要實(shí)現(xiàn)減少SOx的排放量。

具體工藝流程：選取30-50%燒結(jié)燒結(jié)煙氣作為循環(huán)煙氣，為了方便控制煙氣流量需在煙氣管道上設(shè)置閥門，由于燒結(jié)煙氣含氧量僅為14-18%達(dá)不到燒結(jié)要求需要在燒結(jié)煙罩上方設(shè)置補(bǔ)氧閥門，當(dāng)含氧量不足時(shí)打開煙氣管道和煙罩閥門， 循環(huán)煙氣通過循環(huán)風(fēng)機(jī)送至燒結(jié)機(jī)上方，燒結(jié)機(jī)上方設(shè)有密封煙罩保證了燒結(jié)煙氣不外泄。由于燒結(jié)生產(chǎn)波動性較大因此為保證煙氣循環(huán)的有效性在煙氣循環(huán)抽風(fēng)管道及環(huán)冷機(jī)抽風(fēng)管道都設(shè)置了調(diào)節(jié)型蝶閥，根據(jù)循環(huán)煙氣的含氧量狀況及燒結(jié)生產(chǎn)狀況調(diào)節(jié)循環(huán)煙氣量及環(huán)冷機(jī)抽取煙氣量。

“燒結(jié)煙氣減排循環(huán)利用技術(shù)”工藝將針對燒結(jié)工藝生產(chǎn)過程中燒結(jié)大煙道廢氣的組成、生成、排放、吸附以及工序熱能進(jìn)行計(jì)算分析進(jìn)而研究影響大煙道廢氣循環(huán)利用的各種關(guān)系因素，最終去深入指導(dǎo)和達(dá)到提高大煙道廢氣循環(huán)利用的目的。既在保證不影響燒結(jié)機(jī)和冷卻機(jī)運(yùn)行的條件下，在理論和實(shí)驗(yàn)方面深入研究并能做到其結(jié)果一致，有的放矢的做到燒結(jié)大煙道廢氣循環(huán)利用以及減少大煙道的廢氣對環(huán)境的污染并能對其變化加以控制和應(yīng)對，確保燒結(jié)大煙道廢氣循環(huán)利用的最大化。也使設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果更加接近實(shí)際工況，使項(xiàng)目投入效果通過研究結(jié)果預(yù)測更準(zhǔn)確，為今后準(zhǔn)確設(shè)計(jì)燒結(jié)大煙道廢氣循環(huán)利用系統(tǒng)提供必要的基礎(chǔ)參數(shù)，使其經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益做到最大化。

4.技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

通過長時(shí)間的跟蹤、調(diào)研以及實(shí)驗(yàn)，本科研組的工藝創(chuàng)新主要由如下幾點(diǎn)：

（1）根據(jù)數(shù)據(jù)采集分析及理論計(jì)算，選取其中尾部支管煙氣溫度較高及含硫量較大的支管作為煙氣循環(huán)支管，實(shí)施大煙道煙氣循環(huán)后燒結(jié)大煙道煙氣總量減少約33%，為后續(xù)燒結(jié)脫硫工序創(chuàng)造了有利的條件。

（2）采用煙氣循環(huán)技術(shù)后脫硫煙氣量減少約33%，由于燒結(jié)料層的吸附作用煙氣含硫總量降低約30%，脫硫效率提高，煙氣負(fù)荷降低，有效保證脫硫系統(tǒng)SO2排放濃度小于100mg/Nm3、粉塵排放濃度小于30mg/Nm3，滿足新的排放標(biāo)準(zhǔn)。

通過煙氣循環(huán)的實(shí)施減少燒結(jié)大煙道的33%煙氣總量時(shí)，脫硫運(yùn)行成本電耗減少1.0元/噸礦；通過煙氣循環(huán)燒結(jié)煙氣含S總量減少約30%時(shí)，運(yùn)行成本脫硫劑成本減少0.7元/噸礦。即通過煙氣循環(huán)技術(shù)，預(yù)計(jì)減少運(yùn)行成本1.7元/噸礦

（3）燒結(jié)大煙道廢氣循環(huán)將大煙道SO2含量較高的風(fēng)箱的煙氣和冷卻機(jī)上的部分低溫?zé)煔馔ㄟ^循環(huán)風(fēng)機(jī)送入燒結(jié)機(jī)進(jìn)行熱風(fēng)燒結(jié)，實(shí)現(xiàn)大煙道廢氣余熱以及冷卻機(jī)部分低溫?zé)煔獾挠酂崂茫ㄟ^理論計(jì)算及數(shù)據(jù)分析實(shí)施大煙道煙氣循環(huán)后噸礦可以節(jié)省標(biāo)煤2.66kg。

（4）根據(jù)計(jì)算以及現(xiàn)場實(shí)際情況選取其中13#—19#支管煙氣進(jìn)行循環(huán)，該部分煙氣占總煙氣量約33%，實(shí)施煙氣循環(huán)后燒結(jié)大煙道煙氣總量可以減少約33%，即煙氣燒結(jié)機(jī)大煙道粉塵排量減少33%，環(huán)境效益明顯，減少了燒結(jié)系統(tǒng)對環(huán)境保護(hù)的壓力。

（5）通過實(shí)施大煙道煙氣循環(huán)使燒結(jié)生產(chǎn)中產(chǎn)生的煙氣重新進(jìn)入燒結(jié)料層，其中含有的二惡英和NOx由于熱分解而部分消失。煙氣中一氧化碳由燒結(jié)工藝?yán)^續(xù)燃燒，這樣減少了固體燃料的消耗。因此在燒結(jié)生產(chǎn)中采用合理的煙氣循環(huán)，不需要昂貴的氣體清洗裝置就可以明顯減少煙氣排放的二惡英量，同時(shí)減少其他污染物，而且可以節(jié)約能源。

5. 總結(jié)

燒結(jié)煙氣減排工藝大幅度減少燒結(jié)廢氣量及廢氣中含氧量，從而節(jié)省廢氣凈化系統(tǒng)的投資和運(yùn)行成本。隨著對粉塵、重金屬、二惡英、SOx、NOx、HCl和HF等排放量的限制日益嚴(yán)格，這方面的重要性越來越凸顯出來。 廢熱利用和CO二次燃燒降低了燃料消耗，為利用現(xiàn)有燒結(jié)設(shè)備擴(kuò)大產(chǎn)能（手段是增大燒結(jié)機(jī)長度和/或?qū)挾龋┨峁┝私?jīng)濟(jì)的解決方案。

現(xiàn)階段國內(nèi)外燒結(jié)機(jī)普遍未實(shí)施燒結(jié)大煙道廢氣循環(huán)利用，由于國內(nèi)燒結(jié)系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保的壓力增大，實(shí)施大煙道煙氣循環(huán)就顯得很有必要，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。以濟(jì)鋼320m2燒結(jié)機(jī)為例，實(shí)施大煙道煙氣循環(huán)利用燒結(jié)系統(tǒng)可以減低工序能耗2.66kgce/t，脫硫系統(tǒng)可以減低運(yùn)行成本1.7元/t，經(jīng)濟(jì)效益明顯。燒結(jié)大煙道廢氣循環(huán)利用技術(shù)對節(jié)約資源，改善生產(chǎn)條件，減少污染物排放，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)起到積極作用，同時(shí)可降低燒結(jié)生產(chǎn)成本，為發(fā)展清潔型、節(jié)能型、效益型企業(yè)提供保證條件。