煙氣循環(huán)燒結(jié)工藝在邯鋼的應(yīng)用

鐘 強(qiáng) 王岳飛

1 .引言

燒結(jié)工序在鋼鐵生產(chǎn)中有著舉足輕重的地位。燒結(jié)產(chǎn)生的煙氣成分復(fù)雜，含有多種污染物，包括粉塵、NOx、SO2、二噁英等。為滿足環(huán)保要求，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)機(jī)頭煙氣超低排放的要求（在氧含量16%的條件下，顆粒物含量低于10mg/m3、SO2含量低于35mg/m3、NOx含量低于50mg/m3），邯鋼360 m2燒結(jié)機(jī)活性炭脫硫脫硝的“一拖二”技術(shù)，煙氣處理能力對燒結(jié)產(chǎn)能形成了束縛。為徹底釋放燒結(jié)產(chǎn)能，邯鋼新建了煙氣循環(huán)裝置。

煙氣循環(huán)燒結(jié)工藝具有節(jié)能減排、降本增效的效果，符合城市鋼廠的要求。邯鋼采用的是中國科學(xué)院過程工程研究所等開發(fā)的燒結(jié)煙氣選擇性循環(huán)凈化與余熱利用技術(shù)，并應(yīng)用于邯鋼邯寶煉鐵廠兩臺360 m2燒結(jié)機(jī)，于2018年8月初動工建設(shè)，同年12月3日，2號360m2燒結(jié)機(jī)熱負(fù)荷聯(lián)機(jī)調(diào)試并投入運(yùn)行；2019年5月18日，1號360m2燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)正式投入運(yùn)行。

2 .工藝簡介及流程

煙氣循環(huán)燒結(jié)工藝是有選擇地將燒結(jié)過程中排出的部分煙氣，返回點(diǎn)火器后的臺車上部密封罩中，循環(huán)使用的一種燒結(jié)方法。這種方法可以使廢氣外排總量減少30%左右，降低顆粒物、SO2、NOx等污染物的排放量，同時(shí)還可減少后續(xù)除塵、脫硫、脫硝裝置投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。除此之外，煙氣循環(huán)還可將廢氣中的CO及其他可燃有機(jī)物，在通過燒結(jié)燃燒帶時(shí)重新燃燒，提供更多的熱量，有效減少燒結(jié)廢氣中一氧化碳排放量。

3 .煙氣循環(huán)燒結(jié)原理

3.1 燒結(jié)煙氣特點(diǎn)

鐵礦石燒結(jié)煙氣包括如下成分：（1）顆粒物；（2）SO2、NOx、CO、CO2等有害氣體；（3）二噁英、呋喃（PCDD/Fs）等微量致癌物質(zhì)；（4）重金屬（Hg、Pb、Zn、Cr 等）；（5）酸性氣體（HF、HCl等）；（6）堿金屬（K、Na等）。邯鋼360 m2燒結(jié)機(jī)煙氣具有流量大、成分復(fù)雜、含塵濃度高、水分含量高（約10%）、溫度及成分波動大的特點(diǎn)。 主要成分及污染物隨臺車風(fēng)箱分布見圖1、圖2、圖3。

圖1 邯鋼360m2燒結(jié)煙氣溫度、NO及SO2濃度曲線 ℃,ppm

圖2 邯鋼360 m2燒結(jié)煙氣溫度、O2及CO2體積分?jǐn)?shù)曲線 ℃，%

圖3 邯鋼360 m2燒結(jié)煙氣溫度、CO濃度曲線 ℃，ppm

邯鋼360m2燒結(jié)機(jī)不同部位產(chǎn)生的煙氣各成分的含量差異較大，燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火段煙氣O2含量高，水分大，溫度低，污染物濃度低。出了點(diǎn)火爐，前半部分風(fēng)箱煙氣溫度低，O2含量低，污染物濃度逐漸升高，水分含量較高；后半部分風(fēng)箱煙氣溫度逐漸升高、O2含量逐漸升高，污染物濃度逐漸降低，水分含量低。

3.2 煙氣循環(huán)燒結(jié)原理

燒結(jié)煙氣循環(huán)是根據(jù)燒結(jié)風(fēng)箱或風(fēng)箱段內(nèi)煙氣特征（溫度、含氧量、煙氣量、污染物濃度等）的差異，在不影響燒結(jié)礦質(zhì)量和產(chǎn)量前提下，選擇特定風(fēng)箱段煙氣循環(huán)回?zé)Y(jié)臺車表面，用于熱風(fēng)燒結(jié)。循環(huán)煙氣由燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱引出，經(jīng)除塵系統(tǒng)、循環(huán)主抽風(fēng)機(jī)、煙氣混合器后通過密封罩，引入燒結(jié)料層，重新參與燒結(jié)過程。循環(huán)煙氣與燒結(jié)料層，經(jīng)過一系列復(fù)雜的熱質(zhì)傳遞與化學(xué)反應(yīng)過程，包括高溫循環(huán)煙氣與燒結(jié)料層的熱交換、CO的二次燃燒放熱、二噁英的高溫分解以及NOx的催化還原，使污染物排放總量降低的同時(shí)，煙氣顯熱全部供給混合料，進(jìn)行熱風(fēng)燒結(jié)，進(jìn)而降低燒結(jié)固體燃料消耗，改善表層燒結(jié)礦質(zhì)量，提高燒結(jié)礦料層溫度均勻性和破碎強(qiáng)度等理化指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排，提高產(chǎn)量多功能耦合。

4 .煙氣循環(huán)風(fēng)箱選取及運(yùn)行參數(shù)

4.1 煙氣循環(huán)風(fēng)箱選取

邯鋼兩臺360m2燒結(jié)機(jī)擁有2側(cè)大煙道，單側(cè)煙道24個(gè)風(fēng)箱，SO2濃度在17號風(fēng)箱達(dá)到最高，溫度峰值出現(xiàn)在21號風(fēng)箱，NOx濃度分布均勻，COx與O2變化趨勢相反。

根據(jù)燒結(jié)煙氣循環(huán)風(fēng)箱選取三原則：（1）進(jìn)入密封罩內(nèi)煙氣含氧量＞18 %；（2）剩余大煙道煙氣溫度不低于110℃；（3）循環(huán)煙氣溫度200℃左右。1號燒結(jié)機(jī)選取的4-8號、21-24號風(fēng)箱進(jìn)行煙氣循環(huán)，2側(cè)共2×9=18個(gè)風(fēng)箱，煙氣匯聚至主煙道，進(jìn)入多管旋風(fēng)除塵器降塵處理，除塵后的煙氣通過循環(huán)風(fēng)機(jī)，經(jīng)煙道引入至密封罩內(nèi)，進(jìn)行熱風(fēng)燒結(jié)。2號燒結(jié)機(jī)選取的4-6號、20-24號風(fēng)箱進(jìn)行煙氣循環(huán)，2側(cè)共2×8=16個(gè)風(fēng)箱。

4.2 煙氣循環(huán)運(yùn)行參數(shù)

目前360m2燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)運(yùn)行穩(wěn)定，1號燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)量達(dá)到了31.25%，2號燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)量達(dá)到了32.32%。見表1。

表1 邯鋼360m2燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)運(yùn)行參數(shù)

5 .投用后減排和降耗效果

5.1 減排效果

在建設(shè)煙氣循環(huán)系統(tǒng)之前，2臺360 m2燒結(jié)機(jī)都配備有機(jī)頭靜電除塵器、機(jī)尾布袋除塵器和一套CSCR活性炭一體化脫硫脫硝系統(tǒng)。煙氣循環(huán)投運(yùn)后，可實(shí)現(xiàn)煙氣循環(huán)率達(dá)到30%左右，燒結(jié)外排總煙氣量、顆粒物外排總量、SO2外排總量、NOX外排總量、CO外排總量明顯降低。見表2、表3。

表2 邯鋼360m2兩臺燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)投用前后排放數(shù)據(jù)比較 t/d

表3 邯鋼360m2兩臺燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)投用后減排比例 %

5.2 降耗效果

煙氣循環(huán)投用前后，2臺燒結(jié)機(jī)的產(chǎn)量及熔劑、燃料單耗等情況，見表4。

表4 邯鋼360m2兩臺燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)投用前后燒結(jié)礦產(chǎn)量及單耗比較 噸

2020年7-9月，由于環(huán)保限產(chǎn)力度較之前的2018年8-10月要大，總產(chǎn)量明顯降低。但從煙氣循環(huán)投用后的生產(chǎn)狀況推算，1號燒結(jié)機(jī)的上料量比煙氣循環(huán)投用后增加7%左右，產(chǎn)量增加6%左右；2號燒結(jié)機(jī)的上料量比煙氣循環(huán)投用后增加6%左右，產(chǎn)量增加6%左右。從以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)還可以看出，煙氣循環(huán)投用后生石灰的消耗明顯降低，白云石的消耗略有增加，總?cè)蹌┫囊约叭剂系南囊灿兴档汀Ｒ姳?。

表5 煙氣循環(huán)投用后降耗比例 %

6 .對活性炭脫硫脫硝的影響

邯鋼邯寶煉鐵廠兩臺360m2燒結(jié)機(jī)活性炭脫硫脫硝投入使用后，脫硫脫硝增壓風(fēng)機(jī)入口壓力要求控制在-3Kpa以下，不然冷風(fēng)閥口煙氣將外溢。因此，燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)需要嚴(yán)格控制風(fēng)量，燒結(jié)機(jī)產(chǎn)能得到限制。煙氣循環(huán)投用后，由于部分煙氣又返回到了燒結(jié)機(jī)進(jìn)行循環(huán)，進(jìn)入脫硫脫硝的煙氣量明顯降低，減輕了脫硫脫硝的負(fù)荷，燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)可以近乎全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，且能保持脫硫脫硝增壓風(fēng)機(jī)入口壓力要求控制在-6Kpa以下，促使燒結(jié)機(jī)產(chǎn)能得到釋放。

煙氣循環(huán)投運(yùn)后，增加了燒結(jié)過程的調(diào)節(jié)手段?；钚蕴棵摿蛎撓踉鰤猴L(fēng)機(jī)入口煙氣溫度要求140℃以下控制，不然活性炭模塊會出現(xiàn)熱點(diǎn)。增壓風(fēng)機(jī)入口煙氣溫度高的原因主要有燒結(jié)溫度燒的過高，燒結(jié)煙氣溫度過高，夏天隨著天氣轉(zhuǎn)熱，煙道溫度散熱慢，煙氣經(jīng)過增壓風(fēng)機(jī)后部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能。其次是燒結(jié)配吃的混勻料結(jié)構(gòu)差，燒結(jié)溫度梯度低，導(dǎo)致燒結(jié)高溫段過長，煙氣溫度過高。為了控制煙氣溫度，脫硫被迫開啟冷風(fēng)閥，導(dǎo)致增壓風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓力值降低或者變正，煙氣返回進(jìn)入燒結(jié)煙道，出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)兩期風(fēng)機(jī)房儲煙的現(xiàn)象。有時(shí)為了控制煙氣溫度，燒結(jié)也需要減風(fēng)，開啟兩個(gè)煙道的冷風(fēng)閥對冷風(fēng)控制，這樣有效風(fēng)量降低，燒結(jié)過程波動大，為保證混勻料燒透，降低燒結(jié)機(jī)機(jī)速，減少綜合上料量，反復(fù)循環(huán)，控制難度大。煙氣循環(huán)投用后，部分高溫?zé)煔鈪⑴c循環(huán)，脫硫脫硝也不用常開冷風(fēng)閥來保持活性炭模塊溫度，脫硫脫硝增壓風(fēng)機(jī)入口壓力可以維持在-6 Kpa以下，風(fēng)機(jī)房不再儲煙，煙氣溫度再次高時(shí)，只需關(guān)閉15-19號某些風(fēng)箱蝶閥，使燒結(jié)終點(diǎn)靠后，達(dá)到降低煙氣溫度的目的，控制簡單，燒結(jié)過程穩(wěn)定。

7 .煙氣循環(huán)投用后存在的問題及解決辦法

7.1 燒結(jié)機(jī)爐篦條黏結(jié)

煙氣循環(huán)投入使用后燒結(jié)機(jī)出現(xiàn)爐篦條黏結(jié)，冬天尤為嚴(yán)重。主要原因是煙氣循環(huán)投入的前幾個(gè)低溫風(fēng)箱粉塵含量高，溫度低，水分高。針對這種現(xiàn)象，煙氣循環(huán)主要投入20-24號高溫風(fēng)箱，熱廢氣被再次通過燒結(jié)料層，有效解決篦條黏結(jié)問題，同時(shí)煙氣中的CO、CH等化合物在燒結(jié)過程中發(fā)生二次燃料放熱，可降低固體燃耗。煙氣中二噁英和NOx在通過燒結(jié)料層時(shí)，部分通過熱分解得到減排；而且燒結(jié)煙氣中的SO2得到富集，進(jìn)入增壓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量明顯減少，吸附塔入口負(fù)壓值明顯提高，脫硫脫硝的效率得到改善。

7.2 煙氣循環(huán)旁路堵料

煙氣循環(huán)投入使用后，高溫段煙氣循環(huán)旁路出現(xiàn)過堵料現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)尾溫度異常。出現(xiàn)這種情況的主要原因是循環(huán)旁路管道接的散料收集漏斗及雙層卸灰閥少，且散料收集漏斗下料口較小，導(dǎo)致循環(huán)旁路管道存在不同程度的積灰，特別是21號風(fēng)箱管道到24號風(fēng)箱管道之間積灰堵管道達(dá)70%以上。原來循環(huán)旁路管道只有頭部與尾部設(shè)4個(gè)散料收集斗及雙層卸灰閥（頭、尾部各2個(gè)），后在機(jī)尾高溫段又增加了3個(gè)散料收集斗及雙層卸灰閥，不再出現(xiàn)堵料情況。保證燒結(jié)與脫硫脫硝的穩(wěn)定運(yùn)行。

7.3 入口翻板閥漏風(fēng)

煙氣循環(huán)所有煙道隔斷閥門都是翻板閥，煙氣循環(huán)需要定修撤出投用后，由于入口煙道翻板閥漏風(fēng)，含氧量從15.1%增加到16.5%，不利于燒結(jié)生產(chǎn)。加強(qiáng)燒結(jié)機(jī)及煙氣循環(huán)系統(tǒng)漏風(fēng)監(jiān)測及治理是目前存在的問題。

8 .結(jié)論

（1）邯鋼360 m2燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)投用后煙氣循環(huán)量可以維持在30%左右，煙氣量可以減排18%左右，顆粒物可以減排35%左右，SO2可以減排20%-25%，NOx可以減排30%左右，CO可以減排70%左右，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目的，對改善環(huán)境空氣質(zhì)量指標(biāo)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益。

（2）在降本增效方面，煙氣循環(huán)投用后產(chǎn)量可以提高6%，熔劑消耗可以節(jié)約27%左右，燃料消耗可以節(jié)約8%左右，實(shí)現(xiàn)了降本增效的目的。

（3）煙氣循環(huán)投用后，由于部分高溫?zé)煔庥址祷氐搅藷Y(jié)機(jī)進(jìn)行循環(huán)，進(jìn)入脫硫脫硝的煙氣量明顯降低，減輕了活性炭脫硫脫硝的運(yùn)行負(fù)荷和運(yùn)行成本，使燒結(jié)機(jī)的產(chǎn)能得到了釋放。

參考文獻(xiàn)略