環(huán)保新常態(tài)下非對(duì)稱(chēng)煙道的單風(fēng)機(jī)生產(chǎn)探索與研究

供稿|路偉，王岳飛

內(nèi)容導(dǎo)讀

為適應(yīng)環(huán)保新常態(tài)，燒結(jié)機(jī)限產(chǎn)30%～40%情況下。邯鋼邯寶煉鐵廠2 臺(tái)360 m2燒結(jié)機(jī)針對(duì)目前的環(huán)保形勢(shì)采用一種新的生產(chǎn)工藝。原360 m2燒結(jié)機(jī)大煙道分為脫硫與非脫硫段煙道非對(duì)稱(chēng)性設(shè)計(jì)工藝，采取選擇性脫硫，但隨著環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，要求燒結(jié)煙氣全處理，非對(duì)稱(chēng)煙道結(jié)構(gòu)兩煙道內(nèi)部風(fēng)量、有害氣體及粉塵含量差別較大，制約了現(xiàn)有脫硫工藝的能力發(fā)揮，且由于兩煙道不對(duì)稱(chēng)，單臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行無(wú)法維持生產(chǎn)。對(duì)煙道進(jìn)行改造，平衡非對(duì)稱(chēng)煙道的工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)機(jī)的單風(fēng)機(jī)生產(chǎn)操作。

邯寶煉鐵廠燒結(jié)機(jī)煙道原設(shè)計(jì)采用了非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，隨著鋼鐵行業(yè)環(huán)保要求的變化，原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)已無(wú)法滿足現(xiàn)有環(huán)保設(shè)備的工藝要求，非對(duì)稱(chēng)煙道結(jié)構(gòu)兩側(cè)煙道一側(cè)負(fù)責(zé)燒結(jié)機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾的抽風(fēng)，一側(cè)負(fù)責(zé)機(jī)身的抽風(fēng)，單臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行燒結(jié)機(jī)無(wú)法正常生產(chǎn)[1]?；钚蕴棵摿蛎撓跬懂a(chǎn)后，由于其采用兩組對(duì)稱(chēng)吸附塔模塊組分別對(duì)應(yīng)兩側(cè)煙道的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致燒結(jié)廢氣內(nèi)有害含量高的一側(cè)煙道對(duì)應(yīng)的吸附塔模塊組負(fù)荷大，能力飽和；另一側(cè)負(fù)荷小，脫硫脫硝能力無(wú)法有效發(fā)揮[2]。為解決該問(wèn)題，采取了一些列設(shè)備改造及操作優(yōu)化，符合環(huán)保工藝要求，且能夠在減排情況下實(shí)現(xiàn)單風(fēng)機(jī)生產(chǎn)操作[3-4]。

原非對(duì)稱(chēng)煙道設(shè)計(jì)缺點(diǎn)及對(duì)稱(chēng)性改進(jìn)

原煙道不適應(yīng)新的環(huán)保要求

原360 m2燒結(jié)機(jī)采用選擇性脫硫方式，為脫硫與非脫硫段非對(duì)稱(chēng)雙煙道設(shè)計(jì)，其中一個(gè)為脫硫煙道，另一個(gè)為非脫硫煙道。燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣，SO2濃度高的部分用風(fēng)箱收集導(dǎo)入脫硫煙道，使SO2富集于脫硫煙道，經(jīng)后續(xù)脫硫處理后達(dá)標(biāo)排放，而SO2濃度低的部分用風(fēng)箱收集導(dǎo)入非脫硫煙道直接排放。脫硫煙道SO2富集程度一方面取決于非脫硫煙道的SO2濃度極限值，另一方面還要兼顧兩個(gè)煙道的煙氣流量、溫度平衡[4]。

目前我廠采用的活性炭煙氣脫硫脫硝（CSCR）技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)脫硫），兩組吸附塔分別對(duì)應(yīng)兩組煙道的廢氣，為保證煙氣全處理，采用了對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)[2]。而原有脫硫與非脫硫煙道設(shè)計(jì)中，兩煙道中廢氣差別非常大。實(shí)際在運(yùn)行期間，含硫量大的一側(cè)煙道對(duì)應(yīng)的吸附塔模塊處于飽和運(yùn)行狀態(tài)；另一側(cè)含硫量小的煙道對(duì)應(yīng)的吸附塔模塊閑置能力較多。這大大制約了燒結(jié)機(jī)的產(chǎn)量發(fā)揮及進(jìn)一步提產(chǎn)，為釋放燒結(jié)機(jī)產(chǎn)能，并保證良好的脫硫效果，分別對(duì)兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)煙道風(fēng)箱支管的布置進(jìn)行改造，消除非對(duì)稱(chēng)煙道的影響[3]。

煙道的對(duì)稱(chēng)性改進(jìn)

原煙道的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

原360 m2燒結(jié)機(jī)煙道設(shè)計(jì)為雙主排抽風(fēng)系統(tǒng)，一臺(tái)風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)燒結(jié)機(jī)頭、尾部抽風(fēng)，另一臺(tái)風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)燒結(jié)機(jī)中部抽風(fēng)。為優(yōu)化和平衡兩臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，在24 對(duì)風(fēng)箱中設(shè)置有6 組風(fēng)箱支管可在脫硫與非脫硫煙道之間進(jìn)行切換，用于調(diào)節(jié)風(fēng)量。

雙煙道風(fēng)量分配工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)：如圖1 所示，1#煙道為非脫硫煙道，與1#主抽風(fēng)機(jī)匹配，負(fù)責(zé)1～5、8、21、23、24 風(fēng)箱（燒結(jié)機(jī)頭、尾部分）燒結(jié)抽風(fēng)，此段煙氣內(nèi)SO2濃度較低；2#煙道為脫硫煙道，與2#主抽風(fēng)機(jī)匹配，負(fù)責(zé)9、12～19 風(fēng)箱（燒結(jié)機(jī)中部）的燒結(jié)抽風(fēng)，此段為高溫?zé)Y(jié)過(guò)程脫硫段，煙氣SO2濃度較高；6、7、10、11、20、22 風(fēng)箱采用交叉布置形式，可同時(shí)通向1#、2#煙道，這6 個(gè)風(fēng)箱通過(guò)調(diào)整閥門(mén)的方式分配通向1#、2#煙道的風(fēng)量，用以平衡雙煙道負(fù)壓與雙風(fēng)機(jī)負(fù)荷。表1 列出了2 臺(tái)主抽風(fēng)機(jī)所單獨(dú)負(fù)責(zé)的風(fēng)箱以及能夠進(jìn)行切換的風(fēng)箱分配關(guān)系[4]。

表1 360 m2 燒結(jié)機(jī)風(fēng)機(jī)及風(fēng)箱分配表

圖1 邯鋼邯寶煉鐵廠360 m2 燒結(jié)脫硫非脫硫煙道分布示意圖

如圖2 所示，改造前一部分風(fēng)箱支管結(jié)構(gòu)相互交叉，兩側(cè)煙道及2 臺(tái)主抽風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)的風(fēng)箱位置不一致。改造的目的是使兩側(cè)風(fēng)箱與兩側(cè)煙道分別連通，另外，在改造過(guò)程將短煙道延長(zhǎng)，使兩側(cè)煙道長(zhǎng)度一致[3]。

圖2 改造前煙道結(jié)構(gòu)斷面示意圖

在改造前對(duì)燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱煙氣濃度與污染物煙氣濃度進(jìn)行測(cè)量，其主要成分組成如表2 所示，由于兩側(cè)煙道所負(fù)責(zé)位置不同，隨著燒結(jié)過(guò)程的進(jìn)行，燒結(jié)廢氣成分也在不斷變化，導(dǎo)致了兩側(cè)煙道內(nèi)廢氣成分及污染物濃度差別較大。

表2 改造前煙氣與污染物濃度數(shù)據(jù)表

改進(jìn)后煙氣管道分布特點(diǎn)

按環(huán)保要求兩側(cè)煙道均需進(jìn)行脫硫，該非對(duì)稱(chēng)煙道設(shè)計(jì)反而使兩側(cè)煙道的脫硫設(shè)備在不均衡狀態(tài)下運(yùn)行，為保證新脫硫設(shè)備的正常有效運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)風(fēng)箱支管進(jìn)行改造，改造后1#、2#煙道與風(fēng)箱支管的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3 所示，使兩側(cè)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)。其目的是使風(fēng)箱支管分別連通1#、2#煙道，去除交叉連通支管使兩臺(tái)主抽風(fēng)機(jī)氣流均布，煙氣溫度、流量、成分等一致。改造后對(duì)廢氣內(nèi)主要參數(shù)分析數(shù)據(jù)如表3 所示，兩煙道基本趨于一致。

表3 改造后煙氣與污染物濃度測(cè)量數(shù)據(jù)表

圖3 改造后煙道結(jié)構(gòu)斷面示意圖

改造后，其一，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)煙道的廢氣成分接近，進(jìn)而和脫硫系統(tǒng)匹配，而不必對(duì)新建脫硫項(xiàng)目進(jìn)行改動(dòng)；其二，如出現(xiàn)環(huán)保限產(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)單風(fēng)機(jī)生產(chǎn)，降低電耗；其三，能減少脫硫煙道中廢氣對(duì)機(jī)頭電除塵器的腐蝕，提高機(jī)頭電除塵器壽命。

單風(fēng)機(jī)生產(chǎn)方案的設(shè)計(jì)

調(diào)整操作方案

在環(huán)保限排的情況下，為最大限度地降低損失，燒結(jié)機(jī)采用單風(fēng)機(jī)生產(chǎn)模式。在實(shí)踐中對(duì)單風(fēng)機(jī)試生產(chǎn)的操作參數(shù)進(jìn)行了摸索，并結(jié)合生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題采取了相應(yīng)措施，確定燒結(jié)單風(fēng)機(jī)生產(chǎn)預(yù)案，滿足了邯鋼西區(qū)3200 m3高爐生產(chǎn)的需求，避免高爐爐料結(jié)構(gòu)大調(diào)整。

（1）單風(fēng)機(jī)生產(chǎn)操作按“薄料層、慢機(jī)速、機(jī)尾燒透”的操作原則，開(kāi)機(jī)過(guò)程要注意風(fēng)量與負(fù)壓等參數(shù)的匹配，盡量采用與雙風(fēng)機(jī)生產(chǎn)時(shí)接近的負(fù)壓風(fēng)量，密切關(guān)注燒結(jié)過(guò)程的溫度變化過(guò)程，提前調(diào)整。

（2）中控操作在原有基礎(chǔ)上燃料配比減0.3%，返礦配比按25%左右，開(kāi)機(jī)過(guò)程中保證返礦料位不上漲，開(kāi)機(jī)燒結(jié)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速330 r/min，上料量500 t/h 以?xún)?nèi)，混合機(jī)控制好水分保證盡快點(diǎn)火，料層厚度550～600 mm 保證料面點(diǎn)火強(qiáng)度。

（3）根據(jù)機(jī)尾紅火層厚度情況調(diào)節(jié)兩側(cè)料層厚度，目標(biāo)機(jī)尾紅火層厚度一致；根據(jù)生產(chǎn)情況和設(shè)備承受能力主抽風(fēng)門(mén)逐步開(kāi)展；

（4）根據(jù)燒結(jié)過(guò)程燒結(jié)終點(diǎn)溫度（BTP）、位置、煙道溫度等參數(shù)，逐步加快機(jī)速或提高料層提高上料量，直至和燒結(jié)能力匹配。單風(fēng)機(jī)生產(chǎn)根據(jù)生產(chǎn)情況和設(shè)備承受能力（風(fēng)機(jī)電流控制400 A 以下），主抽風(fēng)門(mén)逐步開(kāi)至95%。

原燃料條件與結(jié)構(gòu)配比

根據(jù)現(xiàn)有熔劑與混勻料堆配礦結(jié)構(gòu)條件下，實(shí)行單風(fēng)機(jī)生產(chǎn)工業(yè)實(shí)驗(yàn)，為了避免燒結(jié)礦對(duì)高爐的影響，提高燒結(jié)礦的堿度基準(zhǔn)，由1.95 提高到2.15，一方面有利于高爐增加球團(tuán)礦、塊礦的使用比例，確保高爐物料需求平衡，另一方面有利于改善燒結(jié)過(guò)程，提升燒結(jié)礦質(zhì)量，另外，由于參與配礦的品種比較少，外礦配比較多，原料粒度較大，透氣性較好，便于燒結(jié)過(guò)程在單風(fēng)機(jī)生產(chǎn)情況下進(jìn)行操作控制。表4 列出了混勻料主要結(jié)構(gòu)成分。

表4 混勻料配比及成分組成

單風(fēng)機(jī)生產(chǎn)實(shí)踐

基于單風(fēng)機(jī)與雙風(fēng)機(jī)生產(chǎn)過(guò)程原料配加比例與混合料性能、操作參數(shù)指標(biāo)與燒結(jié)礦性能要求，進(jìn)行對(duì)比研究，如表5，單風(fēng)機(jī)比雙風(fēng)機(jī)情況下，返礦配比增加，水分要求加大，并且料層降低，燒結(jié)礦堿度提高，其他條件一致。

表5 燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程主要操作指標(biāo)參數(shù)

以實(shí)際生產(chǎn)為例，單風(fēng)機(jī)1#主抽風(fēng)機(jī)運(yùn)行，2#主抽風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)，如表6，停機(jī)側(cè)2#主抽風(fēng)機(jī)及2#煙道對(duì)應(yīng)19 風(fēng)箱前的風(fēng)箱溫度基本在100 ℃以下，20 風(fēng)箱后開(kāi)始上升，最高達(dá)365 ℃左右，而風(fēng)機(jī)運(yùn)行一側(cè)溫度最高為410 ℃左右，并且正常情況下，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速960 r/min，風(fēng)門(mén)開(kāi)度85%左右，料層可達(dá)到810 mm 左右，負(fù)壓水平在-15.8 kPa 左右，點(diǎn)火爐下風(fēng)箱壓力控制在7.5～8.5 kPa，單風(fēng)機(jī)生產(chǎn)風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷開(kāi)度（1000 r/min，風(fēng)門(mén)100%）情況下，料層厚度達(dá)720 mm 左右，負(fù)壓水平在-9.8 kPa 左右，點(diǎn)火爐下風(fēng)箱壓力控制在4.5～5.2 kPa。

表6 單風(fēng)機(jī)生產(chǎn)情況下1#、2#煙道對(duì)應(yīng)兩側(cè)風(fēng)箱溫度情況統(tǒng)計(jì)

在實(shí)際燒結(jié)過(guò)程中，由于對(duì)煙道風(fēng)箱支管的改造，除實(shí)現(xiàn)雙風(fēng)機(jī)生產(chǎn)過(guò)程燒結(jié)產(chǎn)能的釋放，確保脫硫設(shè)備的生產(chǎn)效率外，還實(shí)現(xiàn)了在環(huán)保限產(chǎn)減排模式下的單風(fēng)機(jī)生產(chǎn)，且在單風(fēng)機(jī)生產(chǎn)過(guò)程可有效利用脫硫設(shè)備的能力。

表7 列舉了單雙風(fēng)機(jī)生產(chǎn)模式下各10 d 的生產(chǎn)情況平均值，可以發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，單風(fēng)機(jī)生產(chǎn)模式，日燒結(jié)產(chǎn)量約為正常雙風(fēng)機(jī)模式產(chǎn)量的71%，料層厚度在730 mm 左右，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)由于垂直燒結(jié)速度的降低，有所升高，在固體燃耗配比不變情況下，燒結(jié)礦FeO 水平有所上升，在燒結(jié)過(guò)程穩(wěn)定情況下，返礦水平略有下降。

表7 改造后不同生產(chǎn)模式情況對(duì)比

結(jié)束語(yǔ)

為適應(yīng)脫硫工藝以及實(shí)現(xiàn)單風(fēng)機(jī)生產(chǎn)，將原有煙道進(jìn)行改造：取消交叉風(fēng)箱支管，對(duì)支管進(jìn)行更換及取直，實(shí)現(xiàn)支管與煙道對(duì)應(yīng)，保證脫硫設(shè)備運(yùn)行效率；延長(zhǎng)風(fēng)箱煙道，使兩側(cè)煙道基本對(duì)稱(chēng)，使單風(fēng)機(jī)生產(chǎn)具備條件。單風(fēng)機(jī)生產(chǎn)過(guò)程采用有別于雙風(fēng)機(jī)生產(chǎn)的操作模式，主要特點(diǎn)是：料層薄、機(jī)速慢，穩(wěn)定增加負(fù)載，逐步提高單風(fēng)機(jī)產(chǎn)量。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐證明，即使在不增加設(shè)備的情況下，非對(duì)稱(chēng)雙煙道燒結(jié)機(jī)通過(guò)改造及改進(jìn)實(shí)現(xiàn)單風(fēng)機(jī)生產(chǎn)也是可行的，且單風(fēng)機(jī)期間實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，保證了高爐爐況的穩(wěn)定順行。

經(jīng)濟(jì)性分析：若燒結(jié)機(jī)不具備單風(fēng)機(jī)生產(chǎn)條件，活性炭脫硫設(shè)備前還需增設(shè)煙氣混合裝置。通過(guò)改造，減少了設(shè)備投入及運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，預(yù)計(jì)節(jié)約200 萬(wàn)元。且在改造完成后可使每側(cè)煙道單獨(dú)對(duì)應(yīng)單獨(dú)的脫硫塔模塊，保證了脫硫設(shè)備的順利穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)在冬季環(huán)保限產(chǎn)30%～40%的情況，可實(shí)現(xiàn)單風(fēng)機(jī)生產(chǎn)，利于降低燒結(jié)電耗，燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)為6500 kW，采暖季限產(chǎn)時(shí)間120 d，限產(chǎn)概率按0.5，作 業(yè) 率 按0.97 計(jì) 算，節(jié) 約 電 耗6500×24×120×0.97×0.5=908 萬(wàn)kW·h。