回轉(zhuǎn)窯-礦熱爐（RKEF）冶煉鎳鐵工藝的煙氣處理技術(shù)探討

摘 要：本文對(duì)回轉(zhuǎn)窯-礦熱爐（RKEF）冶煉鎳鐵過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行全面論述，分析了煙氣的化學(xué)成分和利用價(jià)值，提出了煙氣的回收方法及回用途徑，從而達(dá)到節(jié)能減排降耗的目的，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為鋼鐵行業(yè)的建設(shè)發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)窯-礦熱爐（RKEF）;節(jié)能降耗減排;煙氣回收;冶煉鎳鐵;凈化除塵

目前工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境污染的矛盾日益突出，冶煉行業(yè)已成為主要的污染源之一，為了改善人們的生存環(huán)境，冶煉行業(yè)需要遵從“既要金山銀山也要綠水青山”的可持續(xù)性發(fā)展要求，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的污染物進(jìn)行處理，包括對(duì)廢水、廢氣和固體廢棄物回收利用及無(wú)害化處理，達(dá)到節(jié)能降耗減排的目的，并確保符合國(guó)家和地方的環(huán)保要求。

回轉(zhuǎn)窯-礦熱爐（RKEF）冶煉生產(chǎn)工藝于20世紀(jì)50年代開(kāi)始使用，利用該法以相對(duì)廉價(jià)的紅土鎳礦為原料冶煉鎳鐵合金，與高爐冶煉工藝相比，產(chǎn)品品質(zhì)更好、效率更高，更加節(jié)能環(huán)保。隨著鋼鐵冶煉技術(shù)的不斷發(fā)展，RKEF生產(chǎn)技術(shù)的設(shè)計(jì)、制造、安裝和自動(dòng)化控制水平不斷提高，逐漸成為生產(chǎn)各類鐵合金的主流技術(shù)。全流程基本生產(chǎn)工藝為：原料場(chǎng)→篩分、破碎和混勻配料→烘干窯→回轉(zhuǎn)窯→礦熱爐→鐵包脫硫→精煉（AOD、LF爐）→連鑄→熱軋→退火酸洗→冷軋。

1 回轉(zhuǎn)窯-礦熱爐（RKEF）冶煉鎳鐵工藝的設(shè)備構(gòu)成及工藝流程

該工藝法的主要設(shè)備有干燥窯、回轉(zhuǎn)窯、礦熱爐、鑄鐵機(jī)和公輔系統(tǒng)。紅土鎳礦經(jīng)汽車、皮帶等運(yùn)輸工具轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)干燥窯進(jìn)行烘干，經(jīng)進(jìn)一步破碎篩分后送到配料站，在配料站經(jīng)計(jì)量稱重配比后送到回轉(zhuǎn)窯。配料進(jìn)一步升溫脫去自由水和結(jié)晶水且部分發(fā)生預(yù)還原反應(yīng)。在封閉隔熱的狀態(tài)下，經(jīng)過(guò)預(yù)還原的焙燒原料通過(guò)不同位置的下料管道分配到礦熱爐，在全封閉式的礦熱爐中，經(jīng)過(guò)電極的電弧放電加熱，鎳鐵和爐渣發(fā)生熔化、還原和分層，完成冶煉過(guò)程。

2 礦熱爐煙氣的性能指標(biāo)

在礦熱爐內(nèi)冶煉的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生含碳量較高的礦熱爐煙氣（亦稱作礦熱爐煤氣），該煙氣若能加以充分利用，則可成為一種既免費(fèi)又寶貴的能源，若不加以回收利用，就成為危害環(huán)境的廢氣。未經(jīng)處理的礦熱爐煤氣的化學(xué)成分及相關(guān)技術(shù)參數(shù)一般為：煙氣產(chǎn)量約為1000立方/噸鐵，CO含量約75%，烷類物質(zhì)約為0～5%，二氧化碳含量約2～10%，氫氣含量約6%，發(fā)熱值約為2000～2500大卡/立方，煙氣溫度約600℃。相比之下，高爐煤氣產(chǎn)量約2500立方/噸鐵、熱值約700大卡/立方，因此礦熱爐煤氣的產(chǎn)量較低，熱值更大?？梢?jiàn)對(duì)礦熱爐煙氣加以回收利用，變廢為寶，是非常有必要的。

3 礦熱爐煙氣處理技術(shù)

目前鋼鐵行業(yè)回收高爐煤氣的技術(shù)和應(yīng)用實(shí)踐比較成熟，而礦熱爐煤氣相對(duì)而言難度較大，一般的回收途徑主要有燃?xì)忮仩t發(fā)電、燃?xì)忮仩t與余熱鍋爐聯(lián)合發(fā)電、煙氣收集儲(chǔ)存再利用等。

3.1 燃?xì)忮仩t發(fā)電

礦熱爐出口的煙氣首先經(jīng)過(guò)重力除塵和布袋除塵等凈化工序，再輸送至專門(mén)的儲(chǔ)氣柜中進(jìn)行穩(wěn)壓和緩沖，之后到達(dá)燃?xì)忮仩t進(jìn)行燃燒，燃燒產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)煙氣→蒸汽→機(jī)械能→電能的能量轉(zhuǎn)變。主要設(shè)備一般有：重力除塵和布袋除塵、儲(chǔ)氣柜、燃?xì)忮仩t、汽輪發(fā)電機(jī)組、發(fā)配電控制設(shè)備、各種輔助系統(tǒng)等等。

該方法的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)比較成熟，國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用實(shí)例較多，成本較低，投入的回報(bào)期短，缺點(diǎn)是流程較長(zhǎng)會(huì)降低礦熱爐煤氣的溫度以致約70%的熱量被浪費(fèi)，節(jié)能效率較一般。

3.2 燃?xì)忮仩t與余熱鍋爐聯(lián)合發(fā)電

礦熱爐廢氣經(jīng)過(guò)重力除塵和布袋除塵后，再經(jīng)過(guò)升壓泵送入燃?xì)廨啓C(jī)，經(jīng)過(guò)燃燒發(fā)電，燃燒后產(chǎn)生的尾氣溫度約為5～600℃，這部分熱能還可進(jìn)一步利用，即尾氣通過(guò)排氣管道進(jìn)入余熱鍋爐，余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽帶動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)及發(fā)電，從而提高了能源的利用率。主要設(shè)備與上述的單獨(dú)燃?xì)忮仩t發(fā)電類似，但是增加了余熱鍋爐及其附屬設(shè)備。

3.3 煙氣收集儲(chǔ)存再利用

由于冶煉鎳鐵工藝全流程使用熱量的工序較多，而各鋼鐵企業(yè)自身設(shè)備及其布置各有差異，余熱發(fā)電雖然能回收較多能量，但是也無(wú)法適應(yīng)所有工序和設(shè)備的使用要求，比如有些離礦熱爐較遠(yuǎn)的工序需要礦熱爐煤氣來(lái)加熱，因此將礦熱爐煙氣凈化收集儲(chǔ)存，再通過(guò)加壓機(jī)輸送到遠(yuǎn)程用燃?xì)獾脑O(shè)備實(shí)現(xiàn)二次能源的利用，也是煙氣回收的重要途徑。該方法的主要設(shè)備有重力除塵和布袋除塵、余熱鍋爐、約10萬(wàn)立方米儲(chǔ)氣柜、加壓設(shè)備、放散塔、公輔系統(tǒng)等。

余熱鍋爐可以將礦熱爐出口高達(dá)5～600℃的煙氣熱量進(jìn)行回收，產(chǎn)生的蒸汽可以拿來(lái)發(fā)電也可以帶動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)以達(dá)到節(jié)電的目的。溫度下降的煙氣進(jìn)入10萬(wàn)立方米儲(chǔ)氣柜進(jìn)行儲(chǔ)存，再根據(jù)全廠生產(chǎn)調(diào)度安排分至各個(gè)用氣點(diǎn)使用。該技術(shù)應(yīng)用較靈活，不受設(shè)備場(chǎng)地布局的限制，應(yīng)用范圍廣泛，而且回收率可以達(dá)到80%以上，目前越來(lái)越多的鋼鐵行業(yè)采用這種方法。不足的方面，建設(shè)大型儲(chǔ)氣柜需要較大土地面積，維護(hù)成本較大，而且具有較大的安全隱患。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

目前在燃料市場(chǎng)，各種氣體燃料的價(jià)格均以發(fā)熱值來(lái)結(jié)算，比如天然氣的熱值約8000大卡/立方、價(jià)格約3元/立方，煉廠干氣的熱值約9000大卡/立方、價(jià)格約3.4元/立方，高爐煤氣的熱值約700大卡/立方、價(jià)格約0.3元/立方，而礦熱爐煙氣的發(fā)熱值約2000～2500大卡/立方，因此其實(shí)際價(jià)值約1元/立方。

5 結(jié)語(yǔ)

在回收利用礦熱爐煙氣的實(shí)際應(yīng)用中還有許多具體而復(fù)雜的問(wèn)題，尤其是煙氣凈化面臨較大的壓力，因?yàn)閮艋Ч苯佑绊懙胶罄m(xù)鍋爐、管道、氣柜和用戶的使用安全，管道堵塞結(jié)垢導(dǎo)致鍋爐無(wú)法使用的例子不在少數(shù)。礦熱爐煙氣回收利用技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景，還需要廣大專業(yè)技術(shù)人員在生產(chǎn)實(shí)踐中對(duì)各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)不斷地發(fā)展和創(chuàng)新。

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[1]黃建平.鎳鐵冶煉的生產(chǎn)實(shí)踐.鐵合金，2017.

[2]牛前進(jìn).我市多點(diǎn)發(fā)力節(jié)能減排.太行日?qǐng)?bào)，2015.

作者簡(jiǎn)介：黃浩才（1981-），男，壯族，廣西南寧馬山縣人，本科，助理工程師，畢業(yè)于武漢大學(xué)，研究方向：不銹鋼冶金企業(yè)節(jié)能改造，節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用，節(jié)能減排降耗。