燒結煙氣循環技術創新和應用

劉文權

（冶金工業規劃研究院，北京 100711）

專論與綜述

燒結煙氣循環技術創新和應用

劉文權

（冶金工業規劃研究院，北京 100711）

介紹了燒結煙氣循環技術的特點，闡述了5種燒結煙氣循環技術EOS、LEEP、EPOSINT、區域性廢氣循環和燒結廢氣余熱循環技術的發展應用情況及適用范圍，指出燒結煙氣循環技術可減少燒結工藝生產的廢氣排放總量和污染物排放量，回收煙氣余熱、降低燒結生產能耗，是我國燒結機升級改造的主要方向。

燒結；燒結煙氣循環利用技術；創新；節能減排

燒結工序是鋼鐵行業能耗和污染物排放大戶。鐵礦粉在燒結生產過程中產生大量廢氣，而廢氣中含有多種復雜的污染物，新的《鋼鐵工業大氣污染物排放標準》（GB 28662-2012）除提高粉塵排放控制標準外，明確增加了燒結煙氣中SO2、NOX及二惡英等污染物的排放控制標準。

國內外的研究和工業實踐表明，燒結煙氣循環利用技術不但顯著減少燒結工藝生產的廢氣排放總量以及污染物排放量，而且還能回收煙氣中的低溫余熱、降低燒結工序能耗，節能減排效果顯著。

1 燒結煙氣循環利用技術特點

燒結煙氣循環利用技術是將燒結過程排出的一部分載熱氣體返回燒結點火器以后的臺車上再循環使用的一種燒結方法，可回收燒結煙氣的余熱，提高燒結的熱利用效率，降低固體燃料消耗。燒結煙氣循環利用技術將來自全部或選擇部分風箱的煙氣收集，循環返回到燒結料層，這部分廢氣中的有害成分將在再進入燒結層中被熱分解或轉化，二惡英和NOX會部分消除，抑制NOX的生成；粉塵和SOX會被燒結層捕獲，減少粉塵、SOX的排放量；煙氣中的CO作為燃料使用，可降低固體燃耗。另外，煙氣循環利用減少了煙囪處排放的煙氣量，降低了終端處理的負荷，可提高燒結煙氣中的SO2濃度和脫硫裝置的脫硫效率，減小脫硫裝置的規格，降低脫硫裝置的投資。

燒結煙氣循環利用技術已有不同的流程在歐洲和日本等國家應用，該技術經過不斷創新和發展，國內外目前主要有：EOS、LEEP、EPOSINT、區域性廢氣循環和燒結廢氣余熱循環技術5種方案。

2 燒結煙氣循環技術的發展

1981年11月，煙氣循環工藝裝置首次在日本住友金屬工業公司小倉鋼鐵廠的燒結機上投入運行，將燒結機后半段的高溫廢氣（氧濃度為18%～21%）引回到燒結機前半段回收使用。實踐證明，循環煙氣中氧濃度為18%以上就能滿足燒結生產的需要，燒結礦的產量和質量都不受影響［1-3］。

2.1 能量優化燒結技術（EOS）

EOS（Emission Optimized Sintering）技術由Outotec開發成功，外循環工藝，于1995年在荷蘭克魯斯艾莫伊登（CORUS NL）的3臺燒結機上實現工業化應用，2002年在安賽樂法國敦刻爾克廠應用。EOS工藝將主抽風機排出的大約50%的煙氣引回到燒結機上的熱風罩內，剩余約50%煙氣外排。熱風罩將燒結機全長都罩起來，在燒結過程中，為調整循環煙氣的氧含量，鼓入少量新鮮空氣與循環廢氣混合。這樣，僅需對外排的約50%的燒結煙氣進行處理，灰塵、NOX減少約45%，二惡英減少約70%，使之達到環保要求。EOS工藝流程見圖1。

圖1 EOS工藝流程

2.2 環境型優化燒結（Eposint）

由西門子奧鋼聯和位于奧地利林茨的奧鋼聯鋼鐵公司聯合開發的內循環工藝Eposint（Environmentally Optimized Sintering）減少了SOX和NOX的絕對排放量，而且大幅度降低廢氣中的二惡英和汞的濃度，還減少焦粉的單耗量，提高燒結機產量。Ep-osint工藝流程見圖2。2005年5月在西門子奧鋼聯林茨Voestalpine Stahl鋼鐵公司5號燒結機上使用，其使用效果如下：1）循環廢氣來自溫度最高、污染物（有害氣體、粉塵、重金屬、堿金屬、氯化物等）濃度最高點的風箱位置，同時還包括部分冷卻機熱廢氣。2）循環廢氣占廢氣總量的35%，O2濃度為13.5%，機罩占燒結機的75%。3）具有最高SO2濃度的煙氣循環進入燒結料層，過剩硫被固定到燒結礦。

圖2 Eposint工藝流程

2.3 低排放能量優化燒結工藝（LEEP）

LEEP工藝由德國HKM公司開發，并在其燒結機上實現工業化。該燒結機設有兩個廢氣管道，一個管道只從機尾處回收熱廢氣，另一個管道回收燒結機前段的冷廢氣。通過噴入活性褐煤來進一步減少剩余的二惡英。燒結機罩的設計不同于EOS裝置，這個機罩沒有完全覆蓋燒結機，有意允許一部分空氣漏進來補充氣體中氧含量的不足，這樣就無需額外補給新鮮空氣。LEEP工藝流程見圖3。其運行效果如下：1）選擇性利用機尾污染物含量偏高的煙氣，循環比例47%，O2濃度16%～18%。2）將冷煙氣（65℃）和熱煙氣（200℃）進行熱交換。3）機罩沒有完全覆蓋燒結機，漏入部分空氣補充含氧量。4）可減排廢氣45%，燒結燃料消耗降低5 kg/t，占燃料配比的12.5%。

圖3 LEEP工藝流程

2.4 區域性廢氣循環技術

區域性廢氣循環工藝在新日鐵公司戶畑廠3號480 m2燒結機上使用，廢氣循環率約25%，循環廢氣的氧濃度19%，水分含量3.6%，對燒結礦質量無不利影響。區域性廢氣循環工藝流程見圖4。

2.5 燒結廢氣余熱循環利用技術

圖4 區域性廢氣循環工藝流程

寶鋼寧波鋼鐵公司430 m2燒結機上成功應用燒結煙氣循環系統，這是國內首套燒結廢氣余熱循環利用的節能減排項目，填補了國內大型燒結機廢氣循環利用和多種污染物深度凈化的空白，被列為國家發改委低碳技術創新及產業化示范項目，其使用效果如下：1）非選擇性與選擇性循環并存，綜合利用主煙道和冷卻熱廢氣。2）固體燃料降低6%，粉塵和SOX排放量大幅度降低，NOX排放量少量降低。燒結廢氣余熱循環利用技術工藝流程見圖5。5種主要煙氣循環利用技術節能減排效果比較見表1［4］。

圖5 燒結廢氣余熱循環利用技術工藝流程

3 燒結煙氣循環技術的適用范圍和發展

1）EOS采用燒結機主排煙氣部分循環方式，循環煙氣經過燃燒層可使二惡英高溫裂解，對二惡英減排達70%。同時高溫煙氣循環可利用煙氣顯熱，降低燃料消耗，節能量達20%（降低焦粉消耗12 kg/ t）。缺點是未考慮燒結煙氣排放特點，對煙氣中不同成分的處理效果不佳。該工藝適合節能量和二惡英減排量的燒結機。

2）Eposint又稱選擇性廢氣循環工藝，采用燒結機尾部分煙氣循環和冷卻機廢氣利用的方式，能夠在不增加環境排放的前提下，使燒結礦產能提高30%。Eposint工藝在不增加燒結礦產量的情況下使現有燒結機的排放指標降低30%，從而節省廢氣凈化設備的投資和運行成本。缺點是將高硫煙氣循環，煙氣減排率較低，高硫煙氣使燒結礦中硫含量升高。另外高溫煙氣未循環，節能量較低，對二惡英的減排率也較低。

3）LEEP采用燒結機尾煙氣循環。高硫煙氣循環，低硫煙氣排放，SO2減排效果達67.5%，同時循環煙氣經過燃燒層可使二惡英高溫裂解，二惡英減排達90%。但LEEP工藝首先將前后部煙氣進行換熱，高溫煙氣熱量未得到充分利用，后部煙氣中SO2含量高，返回燒結后導致燒結礦硫含量升高。

表1 燒結煙氣循環利用技術的節能減排效果比較

4）廢氣分區循環技術采用燒結機部分主排煙氣循環方式，將高氧煙氣循環，煙氣減排率較低，循環工藝復雜，對已有燒結機改造較麻煩。

5）燒結廢氣余熱循環技術采用非選擇性與選擇性循環并存，綜合利用主煙道和冷卻熱廢氣，我國具有自主知識產權，節能減排效果顯著，適用于新建燒結機和國內大型燒結機的改造。

6）對于擬建煙氣脫硫脫硝設施的燒結機，適用于類似EOS的模式，從主抽風機后取一部分煙氣用于循環，減少外排的煙氣量。在對脫硫脫硝設施選型時，可以降低設備規格，減少其投資和運行費用。其優勢在于對原有生產系統影響小，改造簡便易行；循環風機只起增壓作用，循環系統的工藝布置簡單，投資和運行費用低。但是整個燒結機的煙氣混合后含氧量一般在12%左右，滿足不了燒結生產，必須采用兌風措施，提高循環煙氣的含氧量。

7）對于已經建設煙氣脫硫設施的燒結機，在不增加外排煙氣量，不改變原有的機頭煙氣處理系統的基礎上，將燒結機加寬、加長，增加燒結面積，通過增加循環風機來增加燒結風量，解決原有風機能力不足的問題，達到燒結機增產的目的。燒結機增產改造可選擇的煙氣循環方案：1）采用頭尾循環的模式，保證循環煙氣的含氧量，穩定燒結生產；2）采用尾部循環的模式，提高循環廢氣的溫度，提高回收廢熱的比例，節省能源；3）采用中部選擇性循環的模式，取有害物質濃度高的部分煙氣循環使用，這部分煙氣再次通過燒結料層時，其中的部分有害物質分解，達到有害物質減排的目的。

4 結語

國內外多家鋼企采用燒結煙氣循環技術后的節能減排效果表明，在保障生產指標不降低的情況下，燒結煙氣循環技術可減少燒結工藝生產的廢氣排放總量和污染物排放量，并能回收煙氣余熱、降低燒結生產能耗。因此，燒結廢氣循環利用技術可作為擬建燒結煙氣脫硫脫硝降低投資和已建燒結脫硫脫硝改造增產的手段，也是我國燒結機未來升級改造的主要方向。

［1］鄭綏旭.燒結煙氣循環工藝的必要性與可行性分析［C］//2013年中冶北方球團技術研討會.大連：2013：1-24.

［2］甘敏.煙氣循環燒結的研究現狀與進展［C］//中國金屬學會.2013年全國燒結煙氣綜合治理技術研討會文集.大同：2013：1-42.

［3］毛艷麗，張東麗，曲余玲.燒結主排煙氣減排與余熱高效回收技術［J］.冶金能源，2011（5）：49-54.

［4］楊曉東.節能環保新形勢下鋼鐵工業廢氣（PM2.5）污染防治［C］//中國鋼鐵工業協會.2014年中國鋼鐵工業協會2014年理事會會議.北京：2014：51.

Technical Innovation and Application of Sintering FlueGasCirculation

LIU Wenquan

（China Metallurgical Industry Planning and Research Institute,Beijing 100711,China）

This article makes several recommendations on the new generation steel materials of China’s steel industry,based on the present situation and the research process of new steel materials from Japan and Korea.Point out that China's steel industry still exist several issues.In instance,the development and applications of advanced technology and high-end product almost rely on the introduction and imitation.It is believed that the new generation steel will be developed on the vigorously knows from fundamental and frontier steel studies.It is suggested that steel enterprises should gradually increase research investment,cooperate with excellent enterprises,early intervene to downstream industries,and make the development of new technologies and new processes as a new momentum in the future development of business.

sintering;flue gas circulation;innovation;energy conservation and emission reduction

X757

A

1004-4620（2014）03-0005-03

2014-03-19

劉文權，男，1969年生，1997年畢業于北京科技大學鋼鐵冶金專業，碩士。現為冶金工業規劃研究院教授級高級工程師，注冊咨詢工程師（投資），從事煉鐵、燒結（球團）規劃咨詢工作。