燒結(jié)煙氣循環(huán)處理工藝在某鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用

馬 躍，果乃濤，周宇曌

（1.北京中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院有限公司，北京 100009；2.31441部隊(duì)，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

近年來(lái)，國(guó)家針對(duì)大氣污染，更新和出臺(tái)很多環(huán)保規(guī)范和要求，用以減少工業(yè)生產(chǎn)大氣污染物的排放，維護(hù)環(huán)境健康。鋼鐵行業(yè)是高能耗，高污染的行業(yè)，鋼鐵生產(chǎn)流程中，燒結(jié)這一工序的煙氣排放量，在鋼鐵企業(yè)煙氣總排放量中，占比約為50.00%，由此可見(jiàn)，燒結(jié)煙氣污染，當(dāng)前已經(jīng)發(fā)展成為導(dǎo)致鋼鐵行業(yè)穩(wěn)定協(xié)調(diào)發(fā)展受到影響的主要因素之一。

目前燒結(jié)廠已采用脫硫、脫硝等煙氣處理裝置，其中具有投資金額高、運(yùn)行成本高、工作速度慢、副產(chǎn)品數(shù)量多等多項(xiàng)不足。此外，向外排放的燒結(jié)煙氣能夠?qū)е聼崃看罅苛魇?，致使能源被浪費(fèi)。所以，節(jié)能減排工作逐漸受到了鋼鐵行業(yè)的重視，并且，為了推進(jìn)鋼鐵行業(yè)發(fā)展，必須促使燒結(jié)工藝得到變革。

1 燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝

經(jīng)過(guò)30年左右的發(fā)展，燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)已經(jīng)成為余熱回收研究工作的重點(diǎn)，該項(xiàng)工藝不僅能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用燒結(jié)工藝生產(chǎn)時(shí)廢氣排放總量的縮減，還可以控制污染物的總排放量，另外，末端煙氣治理設(shè)備的投資及運(yùn)行的成本均可相應(yīng)降低，且煙氣余熱可減少燒結(jié)能耗，使節(jié)能減排得到了進(jìn)一步的落實(shí)。

國(guó)外燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)發(fā)展較早，主要有日本、荷蘭、德國(guó)等國(guó)家，技術(shù)則為新日鐵的“區(qū)域性廢氣循環(huán)技術(shù)”、艾默伊頓登的（）、開(kāi)發(fā)的（）以及奧鋼聯(lián)公司開(kāi)發(fā)的（）。

燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝的開(kāi)發(fā)，初衷是降低污染物排放，利用煙氣余熱提高產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排效果。從煙氣循環(huán)工藝來(lái)講，主要分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)工藝：內(nèi)循環(huán)在燒結(jié)風(fēng)箱直接取風(fēng)，操作靈活，工藝調(diào)節(jié)性好，但需要設(shè)置大功率引風(fēng)機(jī)，工程整體的改造量較大，所需設(shè)備數(shù)量較多，固定投資成本金額高，更加適合在改造或新建項(xiàng)目中進(jìn)行應(yīng)用；外循環(huán)為由主抽風(fēng)機(jī)的后分流部分產(chǎn)生的煙氣，需要與小功率引風(fēng)機(jī)配套應(yīng)用，改造過(guò)程較為簡(jiǎn)潔，但是存在煙氣溫度較低的情況，所以燒結(jié)效果通常不顯著，煙氣循環(huán)量較低，實(shí)際使用效果較差。

2 燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝的具體應(yīng)用策略分析

2.1 工藝實(shí)施過(guò)程

對(duì)燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，可以將部分燒結(jié)后的煙氣進(jìn)行具有針對(duì)性的選擇，使其返回至循環(huán)煙氣罩中，以促使煙循環(huán)效果得到提升，同時(shí)，因?yàn)闊Y(jié)后煙氣中的潛熱及顯熱回收能夠進(jìn)一步落實(shí)二氧化硫、氮氧化物以及粉塵濃度的處理工作，所以能夠有效降低脫硫脫硝系統(tǒng)中的煙氣處理總量，并實(shí)現(xiàn)凈化器系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用過(guò)程中的固定投資以及運(yùn)行成本的進(jìn)一步節(jié)約，同時(shí)也可以達(dá)到良好的節(jié)能減排效果，在降低能源消耗的基礎(chǔ)上盡最大限度降低污染物的排放總量，以此來(lái)達(dá)到良好的環(huán)保效果。針對(duì)燒結(jié)煙氣的循環(huán)工藝，如果按照燒結(jié)機(jī)中的具體取風(fēng)位置對(duì)其進(jìn)行分類，則該技術(shù)可以按照兩種類型來(lái)進(jìn)行方案劃分：第一個(gè)工藝方案為內(nèi)循環(huán)形式；第二個(gè)工藝方案是外循環(huán)形式。內(nèi)循環(huán)形式中的取風(fēng)位置應(yīng)該在燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱中所設(shè)置的支管；外循環(huán)形式的工藝方案取風(fēng)位置是主軸風(fēng)機(jī)中的后煙道。通過(guò)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和研究發(fā)現(xiàn)，相比較外循環(huán)形式的工藝方案而言，內(nèi)循環(huán)形式的工藝方案在操作中更具靈活性，可有效防止循環(huán)氣流短路情況的發(fā)生，在當(dāng)今的新建燒結(jié)煙氣循環(huán)項(xiàng)目中更加適用。

2.2 風(fēng)箱分配策略分析

通過(guò)數(shù)次試驗(yàn)及研究可以了解到，燒結(jié)臺(tái)車若處于熱風(fēng)中含氧量為15%的情況下，整個(gè)燒結(jié)礦產(chǎn)量將會(huì)受到較大程度的影響，其轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度將會(huì)降低8%左右；而在其中的含氧量體積濃度超過(guò)18%的情況下，整體燒結(jié)礦的產(chǎn)量則不會(huì)受到很大影響，其轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度僅僅會(huì)降低2%左右，燒結(jié)產(chǎn)品也可以與高爐的實(shí)際需求相符。因此，在具體的燒結(jié)過(guò)程中，為確保產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，應(yīng)該將循環(huán)煙氣中的含氧量體積濃度控制在18%以上。在燒結(jié)煙氣的具體選擇中，為達(dá)到這一目標(biāo)，就需要應(yīng)用含氧量高、同時(shí)二氧化硫濃度較低的風(fēng)箱開(kāi)展科學(xué)合理的取風(fēng)工作，且需要在燒結(jié)煙氣中適量添加環(huán)冷機(jī)的富熱煙氣。

在對(duì)風(fēng)箱進(jìn)行分配式，若條件允許，最好可以設(shè)置5個(gè)能夠在循環(huán)煙道中進(jìn)行固定的風(fēng)箱，每一個(gè)風(fēng)箱支管位置都應(yīng)該進(jìn)行切換閥的設(shè)置，在需要對(duì)主煙道以及循環(huán)煙道中的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，便可通過(guò)相應(yīng)的風(fēng)箱走向?qū)φ{(diào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，在具體分配中，為了給循環(huán)系統(tǒng)后期的檢修工作提供足夠便利，應(yīng)該對(duì)這五個(gè)風(fēng)箱進(jìn)行切換方式的科學(xué)設(shè)計(jì)，使其在檢修過(guò)程中可以直接切換到主抽煙道中。通過(guò)這樣的方式，便可有效確保燒結(jié)機(jī)的應(yīng)用與維修效果，確保整體系統(tǒng)燒結(jié)生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

2.3 國(guó)內(nèi)某鋼廠的應(yīng)用

國(guó)內(nèi)某鋼廠，目前有256㎡燒結(jié)機(jī)1座，為了提供企業(yè)發(fā)展動(dòng)力，燒結(jié)機(jī)可以應(yīng)用臺(tái)車擴(kuò)展式的技術(shù)，將臺(tái)車上口寬由原本的4m增加到4.5m，主機(jī)每年的工作時(shí)間不可超過(guò)340天。為了保障實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程與行業(yè)發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)相符合，應(yīng)該盡可能避免排放燒結(jié)煙氣，且在開(kāi)展燒結(jié)工作的過(guò)程中，必須對(duì)配套的煙氣循環(huán)措施進(jìn)行應(yīng)用。

根據(jù)本臺(tái)燒結(jié)機(jī)的特性及使用目的，綜合考慮內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)的工藝技術(shù)特點(diǎn)，本項(xiàng)目最終選擇內(nèi)循環(huán)燒結(jié)工藝。

3 鋼廠燒結(jié)工藝特點(diǎn)及設(shè)備選型

3.1 工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

根據(jù)燒結(jié)工藝的要求，本項(xiàng)目中，煙氣循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）以既往經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)試驗(yàn)為根據(jù)，熱風(fēng)經(jīng)過(guò)燒結(jié)臺(tái)車時(shí)，若其含氧量在16%以下，燒結(jié)礦的質(zhì)量及產(chǎn)量均能夠受到較大的影響，此時(shí)需要將轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度控制在8%~10%的范圍之內(nèi)。在含氧量為18%以上的情況下，燒結(jié)礦的質(zhì)量及產(chǎn)量能夠受到的影響相對(duì)較小，此時(shí)可將轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度控制在2%以下，以保障產(chǎn)品能夠與高爐要求相符合。同時(shí)，為了保障燒結(jié)生產(chǎn)工作能夠持續(xù)處于穩(wěn)定狀態(tài)，需要注意將循環(huán)煙氣中的氧氣濃度控制在至少18%的水平上。

（2）因脫硫脫硝工藝要求和防止煙氣露點(diǎn)腐蝕的要求，燒結(jié)大煙道出口煙氣一般要求不低于120℃。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)取風(fēng)點(diǎn)為氧含量較高同時(shí)二氧化硫含量較低的風(fēng)箱中開(kāi)展取風(fēng)工作，并可對(duì)燒結(jié)環(huán)冷機(jī)所需的低溫?zé)煔馄鸬窖a(bǔ)充作用。一般來(lái)說(shuō)，燒結(jié)取風(fēng)的風(fēng)箱為3-5#、16-19#風(fēng)箱，各風(fēng)箱取風(fēng)支管均設(shè)置切換閥。煙氣循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行中，燒結(jié)煙氣取6個(gè)風(fēng)箱煙氣，當(dāng)主煙道煙氣溫度低時(shí)，5#風(fēng)箱與16#風(fēng)箱可切換運(yùn)行，以保證大煙道煙氣溫度滿足后續(xù)脫硫脫硝運(yùn)行。煙氣循環(huán)系統(tǒng)檢修時(shí)，煙氣可切換至原燒結(jié)煙氣系統(tǒng)，保證生產(chǎn)過(guò)程的順利。

3.2 設(shè)備選型

3.2.1 循環(huán)風(fēng)機(jī)

在煙氣循環(huán)系統(tǒng)之中，循環(huán)風(fēng)機(jī)可謂是最為重要的一項(xiàng)設(shè)備，原因在于燒結(jié)煙氣循環(huán)風(fēng)機(jī)可以在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行應(yīng)用，同時(shí)也能夠針對(duì)燒結(jié)循環(huán)煙氣落實(shí)起到推動(dòng)作用，從而保障管道輸送煙氣整個(gè)過(guò)程的順利。同時(shí)，環(huán)冷煙氣增壓風(fēng)機(jī)可以提供環(huán)冷熱煙氣的發(fā)展動(dòng)力，有利于保障管道輸送煙氣過(guò)程的順利。燒結(jié)煙氣機(jī)尾部煙氣溫度高，取風(fēng)煙氣平均溫度高，按240℃進(jìn)行設(shè)計(jì)。循環(huán)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)升壓考慮大煙道工況壓力和管道設(shè)備阻力損失，設(shè)計(jì)升壓力為18.5KPa，煙氣含塵800mg/Nm3。環(huán)冷煙氣增壓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)溫度250℃，設(shè)計(jì)升壓力為1500KPa，煙氣含塵400mg/Nm3。

3.2.2 混風(fēng)裝置

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，混風(fēng)裝置也就是對(duì)燒結(jié)循環(huán)煙氣以及環(huán)冷熱煙氣進(jìn)行混合的一項(xiàng)裝置，其不僅能夠?qū)蓚€(gè)方面的煙氣進(jìn)行充分混合，使其中的氧氣含量更加均勻，還可盡量避免混合過(guò)程中出現(xiàn)阻力損失的情況。在煙氣采用錯(cuò)位的形式進(jìn)入到混風(fēng)裝置之中時(shí)。裝置內(nèi)可設(shè)置煙氣混合腔，使煙氣在混風(fēng)裝置內(nèi)充分混合，再經(jīng)過(guò)煙氣主管道輸送至燒結(jié)臺(tái)車煙罩。

3.2.3 燒結(jié)煙氣除塵器

在通常情況下，煙氣循環(huán)需要以多管除塵器作為輔助。多管除塵器在其中的主要作用即為對(duì)煙氣顆粒物進(jìn)行合理控制，以避免循環(huán)風(fēng)機(jī)以及管道系統(tǒng)受到嚴(yán)重磨損。與此同時(shí)，多管除塵器再對(duì)灰塵進(jìn)行清除之后，可通過(guò)埋刮板機(jī)輸送至返礦皮帶。燒結(jié)循環(huán)煙氣用多管除塵器工作溫度250℃，工作壓力-18KPa，處理煙氣量10800m3/min，因?yàn)槎喙艹龎m器已經(jīng)于表面部位設(shè)置了保溫層，所以煙氣循環(huán)系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量損失更少。

3.2.4 煙氣循環(huán)煙罩

循環(huán)煙罩屬于負(fù)壓式的拱形鋼結(jié)構(gòu)，通過(guò)支架立柱于燒結(jié)機(jī)骨架上進(jìn)行固定，通常為活動(dòng)式，以便于根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的拆卸或是吊裝。對(duì)循環(huán)煙罩進(jìn)行應(yīng)用，主要目的在于促使循環(huán)運(yùn)氣在燒結(jié)料面進(jìn)行均勻分布。

循環(huán)煙罩的保溫形式為內(nèi)保溫，其整體可被劃分成為14節(jié)，每節(jié)的長(zhǎng)度為3m，且每?jī)晒?jié)之間均具有膨脹補(bǔ)償，可以此對(duì)熱膨脹進(jìn)行吸收，并且在循環(huán)煙罩的兩端均具有密封擋板，并與臺(tái)車欄板之間留有一定間隙，以適應(yīng)臺(tái)車運(yùn)行。煙罩頂部設(shè)置有增氧通風(fēng)閥，在循環(huán)煙氣含氧量低和煙氣循環(huán)系統(tǒng)停用時(shí)燒結(jié)機(jī)取風(fēng)用。

在循環(huán)煙罩上部設(shè)置3套監(jiān)測(cè)儀表分別對(duì)溫度、壓力以及氧含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)儀表進(jìn)行應(yīng)用的目的在于通過(guò)控制參數(shù)保持煙氣的動(dòng)態(tài)平衡。在總循環(huán)風(fēng)量不能滿足臺(tái)車料面所需風(fēng)量的狀態(tài)下，循環(huán)煙罩處于微負(fù)壓狀態(tài)，而若總循環(huán)煙氣量可對(duì)燒結(jié)臺(tái)車料面所需的風(fēng)進(jìn)行超量供應(yīng)，則循環(huán)煙罩之中處于正壓狀態(tài)，煙氣外溢，此時(shí)可通過(guò)緊急排放閥進(jìn)行泄壓操作，或調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，恢復(fù)煙罩內(nèi)微負(fù)壓狀態(tài)。

4 煙氣循環(huán)工藝運(yùn)行效果

燒結(jié)循環(huán)煙氣和環(huán)冷余熱煙氣混合均勻后，進(jìn)入燒結(jié)臺(tái)車煙罩內(nèi)。經(jīng)過(guò)混合的煙氣，在運(yùn)行過(guò)程中平均溫度可以達(dá)到180℃，以煙氣比熱1.24KJ/m3℃為依據(jù)。在對(duì)循環(huán)煙氣進(jìn)行輸送時(shí)，可損失大約20℃的溫度。同時(shí)將燒結(jié)機(jī)的平臺(tái)環(huán)境溫度控制在20℃由此相對(duì)于常規(guī)形式的燒結(jié)。對(duì)煙氣循環(huán)工藝進(jìn)行應(yīng)用之后可帶入Q=7453×1.24×141=1303MJ/min熱量。但是因?yàn)獒槍?duì)煙氣帶熱量。計(jì)算利用率需要取其中的50%，所以燒結(jié)機(jī)應(yīng)以1.35t/m2h作為利用系數(shù)。同時(shí)，焦粉折算的標(biāo)煤系數(shù)則應(yīng)為0.971，通過(guò)對(duì)煙氣循環(huán)技術(shù)進(jìn)行充分應(yīng)用。每一噸燒結(jié)礦能夠節(jié)約2.78kgce/t標(biāo)煤即在燒結(jié)正常運(yùn)行狀態(tài)下，噸燒結(jié)礦可以減少使用標(biāo)煤2.78kg。

在對(duì)循環(huán)利用燒結(jié)煙氣系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要求可以循環(huán)利用燒結(jié)機(jī)全部煙氣量中的25%~30%。由此，末端需要處理的燒結(jié)煙氣可以大幅度減少，同時(shí)燒結(jié)成本降低，也就能夠更加有效的落實(shí)節(jié)能減排的目的。與此同時(shí)，減少環(huán)冷機(jī)廢煙氣外排，并回收部分低溫?zé)煔鉄崃俊?/p>

5 項(xiàng)目投資分析

某鋼廠的燒結(jié)煙氣循環(huán)系統(tǒng)，采用內(nèi)循環(huán)工藝，取風(fēng)點(diǎn)設(shè)置為燒結(jié)風(fēng)箱下降管，并設(shè)置旁路，需要采用末端治理的形式進(jìn)行處理的風(fēng)量已經(jīng)越來(lái)越少，且相對(duì)于尚未應(yīng)用煙氣循環(huán)設(shè)計(jì)的風(fēng)量，脫硫煙道風(fēng)量減少幅度為9000m3/min，主抽風(fēng)機(jī)可降低1800KW的運(yùn)行功率。但從實(shí)際上來(lái)看，此時(shí)，在燒結(jié)煙氣循環(huán)之中，燒結(jié)循環(huán)風(fēng)機(jī)以及環(huán)冷熱風(fēng)風(fēng)機(jī)的功率已經(jīng)達(dá)到4200KW，同時(shí)總風(fēng)機(jī)的運(yùn)行功率上升幅度為2400KW。

6 結(jié)語(yǔ)

在“人與自然和諧相處”的理念之下，人們對(duì)于環(huán)保工作越來(lái)越重視。作為一項(xiàng)先進(jìn)的煙氣治理技術(shù)，燒結(jié)煙氣循環(huán)應(yīng)該在燒結(jié)工作中得到更加廣泛的應(yīng)用。本文介紹了煙氣循環(huán)技術(shù)和在某鋼廠的應(yīng)用實(shí)例。該項(xiàng)目結(jié)合燒結(jié)機(jī)的特點(diǎn)和改造要求，選用燒結(jié)內(nèi)循環(huán)工藝，并利用部分環(huán)冷機(jī)低溫廢熱煙氣，燒結(jié)煙氣循環(huán)利用率為30%，實(shí)際運(yùn)行煙氣循環(huán)量25-32%，有效利用燒結(jié)煙氣和環(huán)冷廢熱煙氣，取得良好的改造應(yīng)用效果，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)機(jī)滿負(fù)荷工況運(yùn)行。同時(shí)，在對(duì)煙氣循環(huán)進(jìn)行有效應(yīng)用的過(guò)程中，能源的消耗以及污染物的排放均已經(jīng)呈現(xiàn)出顯著的降低，由此，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益能夠得到保障，環(huán)境效益也能夠得到提升。也就更有利于未來(lái)我國(guó)社會(huì)在工業(yè)、環(huán)境以及資源方面實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展。