燒結機節能環保新技術應用

陸春玲

（寶鋼工程技術集團有限公司，上海201900）

燒結機節能環保新技術應用

陸春玲

（寶鋼工程技術集團有限公司，上海201900）

燒結是鋼鐵聯合企業最重要的生產工藝環節之一，不僅能耗高，且產生大量高溫有害煙氣。近年來燒結工藝通過不斷的技術創新，電能、燃氣、固體燃料等消耗不斷下降，加之環冷機余熱回收技術的發展，進一步降低了工序能耗，機頭煙氣的脫硫、脫硝以及二惡英治理技術也取得了突破性發展。文章以國內某鋼廠一臺燒結機改造為例，匯總分析了主要節能技術和污染治理措施，并從環保角度提出了一些建議。

燒結；節能；環保

1 前言

隨著鋼鐵工業的快速發展，燒結機規模也在不斷擴大，2005年7月國家發改委發布了《鋼鐵產業發展政策》，要求燒結機使用面積達到180 m2及以上，目前國內實際最大的燒結機已達600 m2。設備朝著大型化發展的同時，生產技術也逐步得到提高，這不僅體現在工藝的先進性，還表現在將節能技術貫穿于整個生產過程。國家環保部于2012年發布了《鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準》(GB28662-2012)，對燒結機頭煙氣中多種有害物質以及機尾等設施顆粒物排放，均嚴格進行了濃度限值，這意味著鋼鐵企業必須在這幾年完成對現有燒結系統的環保設施改造，新建的燒結機在設計時就需考慮選用高效的治理設施，確保達標排放。

國內某大型鋼廠現有的1臺450 m2燒結機建成于1998年，其工藝設備、節能環保技術和自動化控制水平已明顯落后，擬拆除重建，燒結面積達到600 m2，在設計過程中采用了當前國內外先進的節能環保技術。

2 主要節能技術

2.1 工藝技術和設備方面的節能措施

2.1.1 混合制粒技術

設計采用三段式混合技術，一次混合為強力混合機，主要目的是混勻；二、三段混合均為圓筒混合機，主要目的是制粒。總混合時間超過8 min，使造球性能得到進一步提高，明顯改善了燒結料層的透氣性，并且燃料在圓筒混合機的作用下，均勻地粘在混合料表面，有助于強化燒結和降低固體燃耗。

2.1.2 厚料層燒結技術

設計料層厚度1000 mm，其中鋪底料厚度控制在20～40 mm，有利于保護臺車篦條，增加燒結透氣性。

燒結過程是從料層表面開始逐慚往下進行，因而沿料層高度方向就有明顯的分層性，抽入燒結料層的空氣經過熱燒結礦層被預熱，參與燃燒層的燃燒，燃燒后的廢氣又將下層的燒結料預熱，因而料層越是向下，熱量積蓄得越多，以至于達到更高的溫度，這種積蓄熱量的過程稱為自動蓄熱作用[1]。采用厚料層燒結強化了自動蓄熱作用，使燒結溫度隨料層的提高而提高，因而燒結礦強度增加，成品率提高，返礦率下降，從而減少了固體燃耗。

2.1.3 多輥布料技術

采用圓輥給料機和九輥布料裝置，將混合料均勻布在燒結機臺車上，使料層均勻，降低燃料配比。通過調節布料輥的轉速，可控制混合料粒度的偏析度，使燒結料層上下溫度趨于均勻，提高垂直燒結速度，從而降低燒結能耗。

2.1.4 采用雙斜帶式節能型點火爐及保溫爐

點火爐爐頂設三排燒嘴，采用雙斜交叉燒嘴氣氛點火技術，其高溫火焰帶寬度適中，溫度均勻，高溫點火時間可與機速良好匹配，特別是保溫段設有燒嘴，可以提高料面質量。

2.2 余熱回收利用技術

燒結礦冷卻產生的廢熱氣溫度隨環冷機部位的不同而不同，給料部位溫度最高約450℃，卸料部位溫度最低約80℃[2]。該燒結系統環冷機熱廢氣采用分級回收、梯級利用方式，可最大程度地利用廢熱，使熱回收效率達到最高水平。

2.2.1 環冷機高溫段廢氣

從高溫段收集的大部分熱廢氣通過風罩依次進入高參數和低參數余熱鍋爐，產生的蒸汽并網利用。小部分熱廢氣作為點火爐助燃風，進行熱風點火，可降低點火煤氣消耗，并對點火后的料面進行保溫，從而降低固體燃耗，此為熱風燒結技術。利用后排出的廢氣返回環冷機風箱作為燒結礦冷卻介質，實現閉路循環。

2.2.2 環冷機中溫段和低溫段廢氣

利用中溫段熱廢氣以及雙壓余熱鍋爐富裕的次低壓蒸汽，進行低溫余熱發電，此項技術是在燒結系統的首次嘗試。低溫發電工藝的核心為有機朗肯循環（ORC）發電系統，是以低沸點有機物質（四氟丙烷）為工質的朗肯循環，工藝流程：四氟丙烷在預熱器、蒸發器內吸收外界熱源的熱量，生成高溫高壓蒸汽，然后進入透平機膨脹推動發電機轉子做功，輸出電能。隨后蒸汽降溫降壓排出，進入冷凝器冷凝成液態工質，而后進入預熱器、蒸發器再吸熱蒸發，完成系統熱功轉化過程。

利用后排出的廢氣與低溫段廢氣一并返回燒結機，用作助燃空氣，再一次利用了熱風燒結技術。生產實踐表明，熱風燒結技術能提高燒結礦轉鼓指數0.3%～0.5%，提高燒結礦產量3%～4%[3]。

3 主要環保措施

3.1 無組織粉塵減排

環冷機高溫段廢氣經熱回收和除塵后返回環冷機風箱，中溫段廢氣經熱回收后與低溫段煙氣一并返回燒結機進行熱風燒結。通過這些循環方式，以及環冷機自身漏風率的降低，可以大大減少環冷區域無組織粉塵排放量。

3.2 顆粒物的治理

塑燒板除塵器是以獨特的波浪式塑燒板過濾芯取代傳統布袋，塑燒板表面經過深度處理，孔徑細小均勻，具有疏水性，特別適用于治理含水率較高的粉塵，因此選用該除塵器治理一、二次混合工序粉塵，根據實踐經驗，顆粒物排放濃度可控制在10 mg/m3以下。

3.3 燒結機頭煙氣治理

燒結機頭煙氣是燒結混合料點火后，隨臺車運行，在高溫燒結成型過程中產生的煙氣，含煙粉塵、SO2、NOX、HCl、HF、二惡英等多種污染物。燒結機頭煙氣是燒結工序乃至整個全流程鋼鐵企業環境治理的重中之重。

3.3.1 脫硫脫硝

燒結煙氣脫硫工藝多數是借鑒火電燃煤鍋爐煙氣脫硫工藝發展而來，種類較多，可簡單分為濕法、半干法和干法，大多屬于鈣基法，脫硫率一般可達到70%以上。由于煙氣中NOX與脫硫劑也會發生酸堿反應，從而具有一定的脫硝效率。寶鋼某燒結機采用氣噴旋沖塔石灰石-石膏濕法脫硫工藝，實測的脫硝率為10%左右。

近年來出現了“吸收再生法”新型脫硫工藝，主要有活性炭吸附法和有機胺（離子液）循環吸收法。有機胺(離子液)循環吸收法是燒結煙氣首先在水洗塔洗滌酸霧后，在吸收塔內與有機胺溶液接觸，吸收SO2后的富液在再生塔內加熱再生為熱貧液，經換熱降溫返回吸收塔循環使用，解析出的高濃度SO2氣體制備硫酸。2012年11月建成投運的攀鋼260 m2燒結機采用此工藝，入口SO2平均濃度為6500 mg/m3，脫硫率90%以上[4]。在洗滌塔和吸收塔內對SO2吸收過程中，還可以除掉相當部分的NO和NO2，脫硝率可達到40%～50%。

活性炭吸附法是利用了活性炭的吸附性能，SO2首先在吸附塔中被活性炭吸附，然后在解析塔內釋放，再去進一步制取硫酸，活性炭再循環利用，脫硫率95%以上。在吸附塔內吸附SO2的同時進行噴氨脫硝，據報道，太鋼已運行的活性炭工藝脫硝效率可以達到50%以上。由于活性炭吸附法兼具脫硫、脫硝、脫二惡英、除粉塵的作用，目前是作為全面的、一體化的燒結煙氣凈化技術在運用。

專門的煙氣脫硝技術是選擇性催化還原（SCR）法，即還原劑在催化劑作用下，在設定的反應溫度范圍內，只與NO發生還原反應，從而達到脫硝目的。據報道，臺灣中鋼公司3臺燒結機建設運行了SCR脫硝工藝，采用雙效觸媒劑，在250～320℃溫度范圍內，脫硝與分解二惡英效率皆可達到80%以上[5]。

3.3.2 二惡英減排措施

二惡英產生于燒結機臺車料層中，在250～450℃的溫度區間和氧化氣氛條件下,大分子碳與有機氯在銅等重金屬離子的催化作用下生成。

減排方法一是從源頭控制，即減少氯源，對燒結工藝進行優化，改善混合料的透氣性；二是末端治理，由于二惡英絕大部分都以固態形式吸附在微細顆粒上，采用高效除塵技術可減少排放量，靜電除塵器凈化效率50%左右，袋式除塵器80%～90%；TiO2加紫外光催化分解技術，二惡英去除率可達95%以上，同時還能分解煙氣中55%左右的NOX，但該技術投資大，運行成本也高，尚未工業應用；三是協同凈化，利用脫硫脫硝技術，可同時脫除一定量的二惡英，如采用半干法脫硫，二惡英減排70%左右；SCR脫硝工藝可以同時催化氧化二惡英，效率達到80%；活性炭凈化工藝，二惡英在解析塔內催化裂解，可減排80%以上。

3.3.3 燒結煙氣協同凈化

經綜合比選后，該燒結機機頭煙氣治理設計采用能綜合處理煙粉塵、SO2、NOX及二惡英等有害物質的協同凈化工藝——活性炭吸附。

目前太鋼有2套活性炭吸附煙氣凈化裝置已建成運行，據了解運行情況良好，各項指標均達到設計目標值，實測SO2、NOX、二惡英外排濃度分別小于50 mg/m3、200 mg/m3、0.2 ng-TEQ/m3，達到《鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準》（GB28662-2012）表3標準限值。

（1）工藝原理

活性炭吸附工藝主要由吸收、解析、制酸三部分組成。煙氣經電除塵后進入吸收塔，SO2在氧氣、水蒸汽和氨存在的條件下被氧化為H2SO4和（NH4）2SO4，并被儲存在活性炭孔隙內；活性炭吸附層在不同部位還可以捕集大部分粉塵顆粒。吸附飽和后的活性炭在解析塔內通過加熱，H2SO4、（NH4）2SO4被還原為SO2釋放出來，生成“富硫氣體”，輸送至制酸工段制取H2SO4；因活性炭中添加催化劑，NOX在解析塔內與氨發生SCR或non-SCR反應，生成N2與H2O；同時在適宜的溫度下，二惡英在活性炭內催化劑的作用下裂解為無害物質。活性炭經過冷卻恢復吸附性能，循環使用[6]。

（2）系統設置及工藝流程

活性炭吸附工藝主要由煙氣系統、吸附系統、解析系統、活性炭輸送系統組成，輔助系統有活性炭卸料存貯系統、供氨系統和制酸系統等。

具體工藝流程圖詳見圖1。

4 問題和建議

（1）ORC發電技術的運用，使得環冷機中低溫段的熱廢氣得到有效利用，進一步降低了燒結工序能耗，但該技術的核心設備低溫發電機組國內處于研發試驗階段，在燒結機上尚無應用實例，需從國外進口，且低溫發電效率屬于偏低，投資回收期會較長。

（2）活性炭吸附技術最大的優點在于能在一個系統中同時去除SO2、NOX、二惡英，屬當前先進、高效的燒結機煙氣治理方法，但該裝置投資大，系統復雜，可能是將來制約其大規模發展的因素，而且制酸工序將產生少量廢水，其中含鉛、汞等重金屬，必須建造獨立的廢水處理系統，治理達標后再納入全廠廢水處理站進一步處理。廢水處理污泥中含一定量的鉛、汞等重金屬，應作為危廢妥善處置。廢活性炭孔隙中填充了大量附有二惡英除塵灰，不可隨意處置，應利用高溫環境使二惡英分解。副產物硫酸因含較多雜質而品位較低，外售經濟效益可能不佳，建議考慮在廠內自行消化。

（3）大型鋼鐵聯合企業大多有焦化，有廢氨水產生，將廢氨水用于燒結煙氣脫硫既可以“以廢治廢化廢為寶”，又可以得到硫銨產品達到“以廢產肥”的目的，而且脫硫效率也很高（可達95%以上），同時又具有一定的脫硝效果（30%左右），但硫銨中會含重金屬和二惡英，影響其再利用，因此氨法用于燒結煙氣脫硫，還需慎重考慮。

（4）燒結煙氣工況條件不同于電廠鍋爐，NOX的產生情況、濃度水平等也完全不同，污染物成份復雜，易造成SCR催化劑中毒失效，而且除塵后煙氣需升溫，系統比電廠更加復雜，但脫除效率又要比電廠低得多，故不建議機械地采用SCR等僅適用于電廠脫硝的工藝。除非能開發出新型的還原劑和與之相適應的低溫催化劑，不僅解決了NH3的二次污染，并且無需煙氣升溫，符合節能減排和低碳經濟要求。另外提供一個脫硝的思路，即“部分脫硝”，NOX濃度沿風箱/臺車方向是變化的，中部偏前位置濃度最高，可只對這部分超標的煙氣進行脫硝。這樣，系統可大大簡化、投資省、運行成本低，脫硝效率也相對提高。

（5）燒結煙氣循環技術，是一項很好的節能減排措施，節能主要表現在：燒結煙氣平均溫度150℃左右，但機尾幾個風箱的溫度可達300～350℃，并含有較多的氧氣，循環煙氣中的顯熱可以得到利用，煙氣外排量可減少30%～50%，后續煙氣凈化設備的運行能耗也可以明顯降低，采用該技術后總能耗可下降低5%～15%。污染物減排主要表現在：由于煙氣量的明顯減少和SO2濃度的富集，脫硫效率將有所提高，SO2得到進一步減排；循環煙氣中的二惡英大部分可在燒結機料床上被燒掉，最終排放量最大可以減排60%～70%，這種二惡英減排技術的綜合優勢是其他任何減排技術(活性炭吸附、催化分解等)無法比擬的。盡管煙氣循環會使NOX富集，導致濃度升高約10%左右，但NOX排放總量還是明顯減少的。

圖1 活性炭吸附凈化裝置工藝流程圖

5 結語

燒結機的節能減排技術近年來取得了突破性進展，通過生產工藝、主體設備、節電技術的革新，以及環冷機余熱回收利用技術的進步，燒結工序能耗得到了明顯降低，可確保符合清潔生產要求。燒結機頭煙氣的治理，由原先的單一脫硫，嘗試進行多污染物的協同凈化，例如活性炭吸附法，但此類方法帶來的二次污染不可忽視。燒結煙氣循環技術是一項較好的節能減排措施，值得推廣運用，對于脫硝開發新型還原劑和催化劑，是未來發展的方向。

[1]肖揚，翁得明.燒結生產技術[M].北京：冶金工業出版社，2013.171-172，175.

[2]王為術等.燒結冷卻廢氣余熱回收循環系統設計[J].華北水利水電學院學報，2009，30（6）：67.

[3]呂海濱等.萊鋼2×265 m2燒結機節能減排實踐[J].山東冶金，2012，34（3）：46.

[4]邱正秋等.攀鋼燒結煙氣脫硫技術應用現狀分析[J].冶金環境保護，2014（3）：37.

[5]李庭壽.燒結煙氣綜合治理探討[J].冶金環境保護，2014（3）：7.

[6]廖繼勇等.活性炭凈化技術在燒結煙氣治理領域的應用[J].燒結球團，2012，37（4）：62.

Application of New Technology of Energy Saving and Environment Protection for Sintering Machine

LI Chunling
(Baosteel Engineering&Technology Group Co.Ltd.,Shanghai 201900,China)

Sintering is one of the most important processes in iron and steel enterprises and is also a process of high energy consumption producing great amount of high temperature harmful smokes.In recent years,through technical innovation of sinter process the consumption of electricity,gas and solid fuel has been continuously reducing.Furthermore,with the development of waste heat recovery by circular cooler,energy consumption of the process has been further reduced and the technologies for desulfurization,denitrification and dioxin treatment of sintering flue gas have also made breakthroughs.The main technologies for energy saving and pollution treatment measures are summarized,taking the sintering machine in a domestic steel plant as an example,while some suggestions are provided from the angle of environment protection.

sintering;energy saving;environment protection

TF325.1

B

1006-6764(2015)05-0074-04

2015－02－03

陸春玲（1980－），女，畢業于上海海洋大學，工程師，現從事環境、節能方面的咨詢工作以及鋼鐵行業環保、安全、衛生方面的設計工作。