基于預(yù)處理構(gòu)想的燒結(jié)煙氣超低排放路徑探討

廖海歐

1.引言

鋼鐵工業(yè)的生產(chǎn)過程是物理、化學(xué)變化的雙重過程，產(chǎn)生超量的二氧化硫、氮氧化物的煙塵和粉塵，尤其是鐵前生產(chǎn)的每個(gè)階段都有大量的煙氣產(chǎn)生，燒結(jié)煙氣、球團(tuán)煙氣、原料烘干煙氣、脫鋅煙氣等；傳統(tǒng)的煙氣處理都是短流程處理工藝，因此很難滿足當(dāng)前超低排放的新要求。

只有高爐生產(chǎn)產(chǎn)生的荒煤氣采用重力除塵進(jìn)行預(yù)處理后，再進(jìn)行濕式除塵或干式除塵，來滿足煤氣凈化的要求。該裝置結(jié)構(gòu)簡單除塵效率可達(dá)80%，阻損較小只有50Pa-200Pa。

燒結(jié)和球團(tuán)生產(chǎn)是鐵前原料生產(chǎn)過程中的重要工序，其工藝特點(diǎn)是各種粉狀含鐵原料配入一定比例的溶劑和燃料在燒結(jié)機(jī)及回轉(zhuǎn)窯中焙燒；生產(chǎn)過程產(chǎn)生大量的高溫、含塵、含濕、腐蝕性煙氣，且燒結(jié)機(jī)頭、機(jī)尾同時(shí)連續(xù)產(chǎn)生大量煙氣，占鋼鐵生產(chǎn)煙氣總量70%以上。燒結(jié)機(jī)尾煙氣的波動更大，對除塵設(shè)備的穩(wěn)定性要求更高。

2.燒結(jié)煙氣增設(shè)預(yù)處理裝置的構(gòu)想

燒結(jié)煙氣預(yù)處理技術(shù)研究及應(yīng)用構(gòu)想，尤其涉及一種燒結(jié)煙氣降溫降塵及收塵系統(tǒng)及其生產(chǎn)工藝應(yīng)用，已經(jīng)取得了專利授權(quán)，《一種燒結(jié)煙氣降溫降塵及收塵系統(tǒng)》專利號ZL201720898387.6。

2.1 預(yù)處理裝置解決的問題

針對現(xiàn)有技術(shù)中燒結(jié)含塵煙氣的處理過程中，除塵效率低、降溫效果不明顯、安裝的兌冷風(fēng)閥容易造成整個(gè)生產(chǎn)工藝波動的問題，研究構(gòu)想了一種燒結(jié)煙氣降溫降塵及收塵系統(tǒng)及其生產(chǎn)工藝。它通過一級或多級強(qiáng)制降溫機(jī)構(gòu)和空氣導(dǎo)流機(jī)構(gòu)相對隔離對煙氣降溫，并通過自然重力除塵，達(dá)到了保證整個(gè)生產(chǎn)工藝穩(wěn)定的目的。

2.2 預(yù)處理裝置的技術(shù)方案

為達(dá)到煙氣預(yù)處理目的，研究的預(yù)處理技術(shù)方案為：一種燒結(jié)煙氣降溫降塵及收塵系統(tǒng)，通過減塵煙氣導(dǎo)出管串聯(lián)連通的燒結(jié)煙氣降溫降塵裝置，根據(jù)需要調(diào)整燒結(jié)煙氣降溫降塵裝置的個(gè)數(shù)；與末端的所述燒結(jié)煙氣降溫降塵裝置通過末級減塵煙氣導(dǎo)出管連通的收塵裝置，將微塵回收后加以利用；其中：所述燒結(jié)煙氣降溫降塵裝置包括：空氣導(dǎo)流機(jī)構(gòu)，用于對整個(gè)裝置進(jìn)行降溫；在所述空氣導(dǎo)流機(jī)構(gòu)的內(nèi)部，并和空氣導(dǎo)流機(jī)構(gòu)呈空腔環(huán)套式結(jié)構(gòu)的煙氣降溫機(jī)構(gòu)，大顆粒煙塵由于溫度降低，密度變大，掉落在煙氣降溫機(jī)構(gòu)的底部，達(dá)到煙氣預(yù)處理減塵、降溫、穩(wěn)定效果；所述煙氣降溫機(jī)構(gòu)外接穿出空氣導(dǎo)流機(jī)構(gòu)的含塵煙氣導(dǎo)入管和減塵煙氣導(dǎo)出管。

2.3 預(yù)處理裝置的實(shí)際效果

研究提供的發(fā)明技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果研究發(fā)明的一種燒結(jié)煙氣降溫降塵及收塵系統(tǒng)，每個(gè)燒結(jié)煙氣降溫降塵裝置均可以對含塵煙氣進(jìn)行處理，燒結(jié)煙氣降溫降塵裝置通過空氣導(dǎo)流機(jī)構(gòu)對整個(gè)裝置進(jìn)行預(yù)處理降溫，大顆粒煙塵由于溫度降低，密度變大，從而自然掉落在煙氣降溫機(jī)構(gòu)的底部，達(dá)到預(yù)處理減塵的效果，換熱裝置將空氣導(dǎo)流機(jī)構(gòu)換熱的熱量通過換熱裝置吸收，達(dá)到預(yù)處理熱量回收利用的效果，三個(gè)機(jī)構(gòu)協(xié)同作用，達(dá)到含塵煙氣降溫下落回收、熱量回收利用的目的，考慮穩(wěn)定緩沖氣流的目標(biāo)預(yù)處理裝置的容積設(shè)計(jì)足夠的大，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)無需增加兌冷風(fēng)閥，不會對整個(gè)系統(tǒng)的工藝產(chǎn)生波動，進(jìn)一步滿足燒結(jié)生產(chǎn)過程及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的目標(biāo)。

2.4 預(yù)處理裝置與熱風(fēng)燒結(jié)的協(xié)同應(yīng)用

當(dāng)前部分企業(yè)采用的熱風(fēng)燒結(jié)技術(shù)，為了利用煙氣的熱量直接將煙氣引入燒結(jié)臺面參與人數(shù)，由于煙氣中殘留的粉塵、及CO、SO2等，加之煙氣中含氧量低于正常水平，致使該技術(shù)存在這樣那樣的問題，無法進(jìn)一步推廣應(yīng)用，仍然停留在研究試生產(chǎn)階段。

煙氣預(yù)處理裝置對煙氣降溫獲得的熱能，采用現(xiàn)代技術(shù)如熱媒油介質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的傳送，實(shí)現(xiàn)高效潔凈的熱風(fēng)燒結(jié)應(yīng)用技術(shù)，現(xiàn)場的諸多難題也能夠取得突破性的進(jìn)展。

3.燒結(jié)煙氣超低排放構(gòu)想的路徑現(xiàn)狀

隨著國家節(jié)能減排的要求越來越高，各個(gè)企業(yè)及相關(guān)單位都做了大量的研究和嘗試，各種方法都有應(yīng)用實(shí)例。

3.1 提升電除塵的效率

方案一：增大有效通流面積降低風(fēng)速，延長煙氣及顆粒在除塵器內(nèi)的行走時(shí)間。方案二：增加電場數(shù)量降低除塵器的工作負(fù)荷。

3.2 電除塵改布袋除塵

方案一：拆除電除塵新建布袋除塵.方案二：保留電除塵外殼，將電場改為布袋。

以上的探索與嘗試都沒能夠取得較理想的效果，尤其是改布袋除塵，由于煙氣溫度及工藝產(chǎn)生的波動，致使兌冷風(fēng)閥頻繁工作對工藝及現(xiàn)場除塵效果影響較大，即使使用高檔次耐熱布袋其使用壽命也不能夠滿足生產(chǎn)要求。

4.燒結(jié)煙氣超低排放的長流程探索

按照新時(shí)代高標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)思想，燒結(jié)煙氣的超低排放必須打破傳統(tǒng)思維方式，系統(tǒng)地、長遠(yuǎn)地、引領(lǐng)地、綜合地考慮顆粒物的收集、化學(xué)物的清洗、熱能的循環(huán)使用及生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性提升等，協(xié)同優(yōu)化煙氣的超低排放及回收利用。

實(shí)際過程中，在原8m2豎爐球團(tuán)生產(chǎn)線電改布的現(xiàn)場，增設(shè)了有中間隔板的方形緩沖穩(wěn)定氣流箱，用中間隔板降低大顆粒粉塵，通過管道折返，延長降低煙氣溫度。經(jīng)過試驗(yàn)，基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)，布袋除塵器的檢修周期提升到2個(gè)月以上，布袋壽命達(dá)6個(gè)月左右（見表1）。

但是，在380m2燒結(jié)機(jī)機(jī)尾電除塵改布袋除塵的實(shí)際探索過程中，由于每臺臺車翻料時(shí)間間隔，產(chǎn)生的除塵煙氣溫度（310℃-120℃）及粉塵濃度波動大，兌冷風(fēng)閥頻繁開啟，目前的短流程處理方式顯然無法完成，現(xiàn)場除塵效率無法滿足生產(chǎn)要求，布袋使用大都沒有超過2個(gè)月（見表2）。

因此，必須在精細(xì)除塵器前增加煙氣預(yù)處理裝置：預(yù)處理裝置+布袋除塵器+脫硫；預(yù)處理裝置+電除塵器+脫硫；預(yù)處理裝置+電除塵器+布袋除塵器+脫硫。

預(yù)處理裝置借鑒高爐荒煤氣采用重力除塵的理念，且充分實(shí)現(xiàn)降大顆粒粉塵、緩沖穩(wěn)定氣流、降低煙氣溫度三大功能，為后續(xù)的精細(xì)除塵的高效穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造條件，也為進(jìn)一步脫硫裝置高效穩(wěn)定運(yùn)行提供有利的保障。預(yù)處理裝置還要結(jié)合生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，針對不同的粉塵結(jié)構(gòu)、煙氣成份、物質(zhì)的特性做有特色的應(yīng)對措施，系列的開發(fā)研究。滿足現(xiàn)場高標(biāo)準(zhǔn)超低排放的目標(biāo)。

5.煙氣預(yù)處理裝置應(yīng)用技術(shù)展望

實(shí)現(xiàn)新時(shí)代冶金煙氣高標(biāo)準(zhǔn)超低排放的新要求，煙氣的長流程回收循環(huán)利用，是當(dāng)今工程應(yīng)用技術(shù)滿足新時(shí)代要求的唯一技術(shù)路徑。鐵前生產(chǎn)的每個(gè)階段都會產(chǎn)生大量的煙氣，如高爐煙氣、焦化煙氣、燒結(jié)煙氣、球團(tuán)煙氣、原料烘干煙氣、脫鋅煙氣等。傳統(tǒng)的煙氣短流程處理工藝，已經(jīng)很難滿足當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)煙氣超低排放的新環(huán)保要求。目前申報(bào)的五項(xiàng)得到授權(quán)的專利（見表3）。

針對冶金煙氣各個(gè)生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，各種煙氣的成分有著較大的區(qū)別，預(yù)處理裝置應(yīng)對的降溫、減塵、穩(wěn)定的目標(biāo)各有偏重。如轉(zhuǎn)底爐鋅粉煙氣回收預(yù)處理裝置及其預(yù)處理工藝，要充分考慮鋅金屬熔點(diǎn) 419.5℃、沸點(diǎn)906℃的特點(diǎn)，將含塵煙氣降溫做為回收的重點(diǎn)，尤其是在二次含鋅煙氣沉降階段，實(shí)現(xiàn)將煙氣溫度降低到理想的350℃-380℃左右，可以

實(shí)現(xiàn)鋅物質(zhì)的全部固態(tài)化，同時(shí)將較大顆粒的含鋅煙塵自然沉降回收，進(jìn)一步滿足脫鋅生產(chǎn)工藝的特殊要求，解決后續(xù)換熱器堵塞，布袋除塵器前持續(xù)摻冷風(fēng)降溫，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)底爐脫鋅生產(chǎn)工藝穩(wěn)定生產(chǎn)的突破。

表1 2018年8月下旬球團(tuán)煙氣參數(shù)表

表2 2018年9月上旬A燒結(jié)機(jī)尾排放煙氣參數(shù)

表3 目前已經(jīng)授權(quán)的五項(xiàng)煙氣預(yù)處理專利項(xiàng)目

應(yīng)對鋼鐵冶金鐵前生產(chǎn)產(chǎn)生的煙氣超低排放，取長流程煙氣處理的技術(shù)路徑，增加煙氣預(yù)處理裝置，解決穩(wěn)定、溫度和減塵這三大共性問題是可以相互借鑒的。如燒結(jié)機(jī)頭煙氣量大、燒結(jié)機(jī)尾煙氣波動大、脫鋅煙氣溫度高等，這些特殊個(gè)性問題需要有針對性的研究，也要系統(tǒng)的綜合考慮，在生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性上進(jìn)一步提升。煙氣預(yù)處理裝置的研究和應(yīng)用開發(fā)會有較大的空間，也會有較多的新技術(shù)脫穎而出。

針對高爐、燒結(jié)、球團(tuán)、轉(zhuǎn)底爐等各個(gè)生產(chǎn)線煙氣成分的不同以及生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，可以研究“量身定制”的開發(fā)系列預(yù)處理裝置。如：冶金原料烘干煙氣粉塵回收系統(tǒng)預(yù)處理裝置，球團(tuán)煙氣降溫降塵和收塵處理裝置，轉(zhuǎn)底爐鋅粉煙氣回收預(yù)處理裝置等。

在開發(fā)系列預(yù)處理裝置的同時(shí)，還可以進(jìn)一步拓展具體的工程應(yīng)用方法，盡可能應(yīng)用現(xiàn)代成熟技術(shù)。如降溫冷卻熱能交換，可選取風(fēng)冷、水冷、油冷等不同介質(zhì)；如減塵方法，也可以可采用不同的旋風(fēng)式、重力式、隔板式等；如穩(wěn)流箱體的結(jié)構(gòu)，可根據(jù)現(xiàn)場空間的狀況設(shè)計(jì)園、方或組合的結(jié)構(gòu)形式，以滿足現(xiàn)場工程應(yīng)用的需要，不斷開發(fā)系列新的應(yīng)用技術(shù)及產(chǎn)品。

6.結(jié)束語

煙氣實(shí)現(xiàn)超低排放新目標(biāo)的技術(shù)路徑，需要創(chuàng)新當(dāng)前煙氣處理的短流程工藝，增加機(jī)械式煙氣預(yù)處理裝置，實(shí)現(xiàn)收集較大顆粒的煙氣煙塵，交換回收煙氣中的多余熱能，緩沖生產(chǎn)煙氣系統(tǒng)的壓力波動；預(yù)處理后的煙氣一定要滿足精細(xì)布袋除塵器的各項(xiàng)工作要求，保障精細(xì)布袋除塵器的穩(wěn)定運(yùn)行，真正實(shí)現(xiàn)超低排放的新目標(biāo)。

在條件允許的情況下，盡可能將預(yù)處理裝置的容積設(shè)計(jì)盡量大些，充分發(fā)揮預(yù)處理裝置的緩沖、混勻、穩(wěn)定煙氣的功能，能夠協(xié)同穩(wěn)定生產(chǎn)主工藝系統(tǒng)，杜絕摻冷風(fēng)閥的工作，進(jìn)一步提升生產(chǎn)系統(tǒng)和工藝參數(shù)的穩(wěn)定性，提升操作調(diào)整和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。這樣對系統(tǒng)主風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行有很好的幫助，使能耗的平穩(wěn)、電控設(shè)備的沖擊、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的磨損都會有一定的改善。