煙氣內循環(huán)技術在400 m2燒結的應用實踐

唐唯一 李 冬 鄭綏旭 張志剛

(1.江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇 江陰 214400；2.中冶北方(大連)工程技術有限公司，遼寧 大連 116600)

0 引言

2020年10月16日，400 m2燒結機配套的燒結煙氣循環(huán)系統(tǒng)熱試成功，正式開啟燒結煙氣循環(huán)生產模式。為了方便實際生產過程中對循環(huán)煙氣的調節(jié)，設計將燒結機頭部4個風箱和尾部兩個風箱接入到煙氣循環(huán)系統(tǒng)中，通過實際投產后的不斷摸索，確定了目前將頭部3號、4號和尾部20號、21號風箱煙氣循環(huán)利用的方式。煙氣循環(huán)的生產模式相比傳統(tǒng)燒結機對生產操作工人的要求很高，在試生產和調試過程中，崗位工逐步接受了新操作方式，操作水平明顯提高。

經(jīng)過生產、工藝、設備人員的共同努力，不斷完善配套設施、優(yōu)化生產操作參數(shù)，使燒結主抽風系統(tǒng)與煙氣循環(huán)系統(tǒng)能平衡運行，實現(xiàn)了燒結系統(tǒng)的穩(wěn)定順產，并在機頭煙氣減排、降低固體燃耗、提高產品質量方面取得了一定效果。

1 系統(tǒng)配置介紹

1.1 工藝流程

在400 m2燒結機系統(tǒng)中，應用了中冶北方自主研發(fā)的第二代燒結煙氣循環(huán)技術，利用一部分燒結煙氣和冷卻廢氣代替環(huán)境空氣，在燒結過程中回收利用這部分氣體的熱量。

400 m2燒結機煙氣循環(huán)系統(tǒng)采用煙氣內循環(huán)工藝模式，其工藝流程示意圖見圖1。

圖1 燒結煙氣循環(huán)工藝流程示意圖

1.2 相關設施

400 m2燒結機系統(tǒng)的核心部分是燒結風系統(tǒng)，在煙氣循環(huán)模式下，風系統(tǒng)分為兩部分：主抽風系統(tǒng)和煙氣循環(huán)系統(tǒng)。其中，主抽風系統(tǒng)的主要設備為：主電除塵器、主抽風機、活性焦裝置等；煙氣循環(huán)系統(tǒng)的主要設備包括：1號循環(huán)風機、1號多管除塵器、2號循環(huán)風機、2號多管除塵器、循環(huán)煙氣罩(熱風罩)、各種閥門等。

400 m2燒結機共21個風箱，其中1號、2號、3號、4號、20號、21號風箱的支管上設置了氣流切換裝置，這6個風箱中，任意1個風箱的燒結煙氣均可在主抽風系統(tǒng)和煙氣循環(huán)系統(tǒng)間進行切換。

循環(huán)利用的煙氣匯集后進入煙氣循環(huán)主管道，經(jīng)過1號多管除塵器除塵以后，由1號循環(huán)風機送入燒結機廠房側面的燒結煙氣循環(huán)總管；環(huán)冷機中段廢氣經(jīng)過2號多管除塵器除塵以后，由2號循環(huán)風機送入燒結機廠房側面的環(huán)冷廢氣循環(huán)總管。熱風罩設置在燒結機中前部,兩股氣體(燒結煙氣和冷卻廢氣)在熱風罩支管內按適當?shù)谋壤旌?，然后進入熱風罩內參與燒結過程；其余未進入循環(huán)系統(tǒng)的風箱煙氣經(jīng)由主電除塵器、主抽風機進入活性焦裝置，經(jīng)過脫硫脫硝后外排。

400 m2燒結機風系統(tǒng)的風機配置如下：

1)主抽風機(兩臺)，單臺風機流量(入口，工況)：18 000 m3/min，風機壓力：入口 -18 000 Pa，出口0 Pa，進口煙氣溫度：～150 ℃；

2)1號循環(huán)風機(一臺)，風機流量(入口，工況)：9 000 m3/min，風機全壓升：20 000 Pa，進口煙氣溫度：～200 ℃(最高350 ℃)；

3)2號循環(huán)風機(一臺)，風機流量(入口，工況)：7 500 m3/min，風機全壓升：3 478 Pa，進口煙氣溫度：80～200 ℃。

1.3 技術路線

第二代燒結煙氣循環(huán)技術，是中冶北方充分考慮了循環(huán)氣體熱量、水分、含氧量等對燒結過程的影響，采用新技術進行優(yōu)化升級的成果。應用該技術，可根據(jù)燒結過程中不同階段的需求，優(yōu)化廢氣在燒結不同階段的分配方式，助力燒結廠“減排”、“節(jié)能”、“提質”、“增效”，打造綠色燒結的理念。

1)減排。多管齊下降低煙(廢)氣排放總量，既降低經(jīng)過主電除塵器、脫硫脫硝裝置(活性焦法)的燒結煙氣有組織排放量，又降低燒結環(huán)冷機的冷卻廢氣無組織排放量，具體措施包括：通過頭尾煙氣分流減少通過主抽風機的風量；通過調低大煙道主管煙氣溫度減少活性焦裝置的冷風兌入量；通過回收利用冷卻廢氣降低燒結環(huán)冷機的無組織排放量。

2)節(jié)能。衡量煙氣循環(huán)燒結的節(jié)能效果，要對整個燒結系統(tǒng)進行評價，主要體現(xiàn)在：通過煙氣循環(huán)利用降低外排系統(tǒng)的電耗；通過充分利用廢氣余熱降低燒結固體燃料消耗。

3)提質。根據(jù)燒結過程中不同階段的需求，通過優(yōu)化熱風罩內的廢氣分配方式，更充分地對冷卻廢氣余熱進行有效利用，強化熱風燒結效果，改善成品燒結礦的質量指標(轉鼓指數(shù)、粒度組成等)。

4)增效。在主抽風系統(tǒng)規(guī)格偏小的情況下，煙氣循環(huán)風機也承擔燒結抽風任務，可增加燒結系統(tǒng)的總抽風能力，提高燒結系統(tǒng)生產效率，為增加燒結礦產量創(chuàng)造條件；一系列煙氣減排手段的運用，使進入脫硫脫硝裝置的煙氣量減少，可降低反應塔內的煙氣流速，延長塔內煙氣停留時間，提高煙氣凈化效率。

2 應用情況

2.1 應用現(xiàn)狀

目前，400 m2燒結機煙氣循環(huán)系統(tǒng)的1號循環(huán)風機和2號循環(huán)風機均投用，將3號、4號、20號、21號風箱的煙氣分流，與環(huán)冷機中段的廢氣混合后通過熱風罩進入燒結料層。根據(jù)2021年1月份和2月份的各項生產數(shù)據(jù)，對煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用前后的煙氣排放、能源消耗、產品質量、利用系數(shù)等指標進行了對比分析。

2.2 煙氣排放

煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用后，對機頭煙氣排放的影響如下：

1)減量：煙氣循環(huán)量最高達到30×104m3/h以上，同步減少經(jīng)主抽風機送入活性焦裝置的煙氣總量；

2)降溫：減少主煙道內高溫熱煙氣進入主抽風系統(tǒng)的比例，主抽風機排出煙氣溫度降低，活性焦裝置前的兌冷風量減少。

上述變化均有利于減少活性焦裝置的處理量，降低脫硫脫硝系統(tǒng)的負荷。

2.3 能源消耗

煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用前后，燒結主要能源消耗指標變化比較明顯，見表1。其中固體燃耗減少1.02～1.5 kg/t，主要是因為熱風余熱進入料層上部，起到了補充熱量的作用，減少了燃料的消耗；電耗增加3.97 度/t，主要是因為煙氣循環(huán)系統(tǒng)的2臺風機增加了電力消耗。煤氣消耗增加5.2 m3/t，主要是因為料層降低，透氣性過好，煤氣流量大，煤氣消耗增加。

表1 主要能源消耗指標對比

根據(jù)表1可知，電耗和煤氣消耗的變化反應了煙氣循環(huán)系統(tǒng)投運初期的生產實際情況，還沒有達到應用第二代燒結煙氣循環(huán)技術的預期效果，在相關配套設施完善后，對生產操作方式進行適當調整，系統(tǒng)電耗和煤氣消耗均可降低。

2.4 產品質量

燒結礦的主要化學成分取決于各種原料的比例和成分，與煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用與否關系不大。目前，只對煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用前后的燒結礦物理性能進行了比較和分析，燒結礦冶金性能是否變化尚不明確，需進一步開展相關探索工作。

由表2可知，煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用后燒結礦轉鼓指數(shù)增加0.07%，表明機械強度增幅較小。燒結礦中40～25 mm粒級比例增加2.17%，表明燒結礦粒度組成有一定的優(yōu)化。

表2 燒結礦物理性能對比(質量分數(shù)) %

2.5 利用系數(shù)

由表3可知，與煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用前相比，煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用后的燒結機利用系數(shù)提高0.08 t/(m2·h)，增產幅度為6%，燒結生產效率明顯提高。

表3 燒結機利用系數(shù)對比 t·(m2·h)-1

3 問題及應對措施

3.1 燒結生產波動

造成燒結生產過程波動的原因很多，影響400 m2燒結生產的主要因素有：混勻礦中雜物影響燒結機布料、燒結混合料布料設備穩(wěn)定性、風機風量波動等。具體應對措施如下：

1)安排專人定期到原料場檢查堆料情況，督促原料場人員清理混勻礦中的大塊，盡可能減少混勻礦的成分波動及夾雜的大塊，并在3個混勻礦給料機上增設了格柵，過濾掉了混勻礦中的大部分石塊等雜物，提高了燒結料面的平整度，降低了料面不平對燒結生產的影響；

2)對布料器閘門重新改型，將原有的氣動閘門更換成電動閘門，提高了設備的穩(wěn)定性；

3)通過提高1號循環(huán)風機的頻率，減小其入口風門開度，使1號循環(huán)風機入口負壓趨于穩(wěn)定，解決了1號循環(huán)風機和主抽風機搶風的問題，使循環(huán)風量保持平穩(wěn)，消除了風量波動對燒結生產的影響。

3.2 主抽風機出口管道振動

煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用前，存在主抽風機與脫硫脫硝增壓風機間的管道振動問題，經(jīng)過調節(jié)風機后能消除振動，煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用后，該部分管道振動出現(xiàn)的頻率升高，振動問題變得更為突出，通過調節(jié)風機消除振動的難度變大。

除了避免原料、布料設備對生產的影響外，還對主抽風機的工作方式進行了調整：通過減小2號主抽風機進口風門開度，使主抽風量紊亂現(xiàn)象變?yōu)殡S頻率變化而變化的線性現(xiàn)象，保證了主抽風量的穩(wěn)定，解決了因2臺主抽風機之間的風量波動而引起的管道異常震動情況。

3.3 燒結系統(tǒng)復產時間長

在現(xiàn)有裝備條件下，煙氣循環(huán)系統(tǒng)與主抽風系統(tǒng)間不能完全隔離，尤其在檢修復產時,環(huán)境空氣會經(jīng)由煙氣循環(huán)系統(tǒng)進入主抽風系統(tǒng)，導致主抽風系統(tǒng)煙道內的煙氣溫度長時間達不到脫硫脫硝需要的溫度，提產過程緩慢。通過采取以下措施，分步解決這個問題。

1)當前采取的措施是：復產時，先啟動1號煙氣循環(huán)風機，減少被吸入到燒結主抽風系統(tǒng)中的環(huán)境空氣量，縮短復產時間；

2)待燒結機停機檢修時，增設煙氣循環(huán)系統(tǒng)與主抽風系統(tǒng)間的隔離設施。

4 結語

1)煙氣循環(huán)裝置是燒結主系統(tǒng)的重要組成部分，該裝置投入使用后，燒結機料面供風方式將發(fā)生改變，該裝置投入使用后，生產操作人員要有一個適應過程，在傳統(tǒng)燒結生產操作內容的基礎上，還要增加循環(huán)煙氣壓力、含氧量、溫度變化的關注；

2)在生產過程中對相關配套設施不斷進行完善，提高操作工人的作業(yè)水平，發(fā)揮煙氣循環(huán)裝置應用效果最大化的效果，提高系統(tǒng)生產的穩(wěn)定性，使該裝置在減排、節(jié)能、提質、增效方面發(fā)揮的作用進一步地得到提升。