燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及分析

劉玉東

（首鋼京唐公司，河北 唐山 063200）

進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)，環(huán)境污染也變得更加嚴(yán)重，近些年來(lái)頻繁發(fā)生的大范圍霧霾天氣使得人們對(duì)環(huán)保工作的關(guān)注度日益提升。基于此，我國(guó)修訂并發(fā)布新“環(huán)境保護(hù)法”，對(duì)鋼鐵等高能耗、高污染行業(yè)的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了明確規(guī)定。在這樣的情況下，鋼鐵企業(yè)必須引入先進(jìn)的技術(shù)，降低能耗和污染排放，才能獲得更高的效益，實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展。

1 國(guó)內(nèi)外燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀介紹

和國(guó)外相比，我國(guó)對(duì)燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)工藝的研究和應(yīng)用時(shí)間較短，加之環(huán)保工作長(zhǎng)期不受重視，因此該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展推廣十分緩慢。進(jìn)入新時(shí)期以來(lái)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇以及環(huán)保工作力度的增強(qiáng)使得廣大鋼鐵企業(yè)開始重視起鐵礦燒結(jié)過(guò)程中的污染排放以及能耗問(wèn)題，開始積極引入綠色燒結(jié)技術(shù)。在這樣的情況下，燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用都取得了一定的突破。就目前來(lái)看，我國(guó)已經(jīng)完成燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝改造的企業(yè)有三家，分別是福建三鋼、寶鋼集團(tuán)寧波鋼鐵以及沙鋼。

其中沙鋼采用的燒結(jié)延期循環(huán)技術(shù)是將燒結(jié)機(jī)頭和尾部的共8個(gè)風(fēng)箱煙氣循環(huán)至燒結(jié)機(jī)中部上方的煙氣密封罩中，進(jìn)行循環(huán)利用。該工藝的優(yōu)勢(shì)在于簡(jiǎn)單樸素，不需要額外補(bǔ)充氧氣，同時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)環(huán)冷機(jī)熱廢氣混合的情況。在完成工藝改造之后，沙鋼的產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)了小幅度的提升，煙氣排放量大幅度減少，效果顯著。

寶鋼集團(tuán)寧波鋼鐵公司采用的燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝技術(shù)則是將燒結(jié)頭、尾部的煙氣和部分環(huán)冷機(jī)熱廢氣進(jìn)行混合，將混合后的煙氣輸入到燒結(jié)機(jī)中后部上方的煙罩中，之后通過(guò)富氧和補(bǔ)充空氣的方式添加到循環(huán)煙罩的上方。其余部分的高溫、高氧氣含量環(huán)冷機(jī)廢氣則通過(guò)循環(huán)管道進(jìn)入到燒結(jié)機(jī)的前段，保持燒結(jié)機(jī)表層的溫度。在上述過(guò)程中，環(huán)冷機(jī)熱廢氣本身含有較多的氧氣，因此不需要補(bǔ)充新鮮空氣。在投產(chǎn)運(yùn)行后，能耗降幅為4%，廢氣外排量減少五分之一，同時(shí)粉塵以及二氧化硫的排放量也出現(xiàn)了顯著的減少[1-4]。

三鋼采用的燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)是將燒結(jié)機(jī)頭部位的4個(gè)風(fēng)箱與尾部的2個(gè)風(fēng)箱的煙氣循環(huán)至燒結(jié)機(jī)中部上方的煙氣密封罩中進(jìn)行循環(huán)利用，和沙鋼的燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝較為類似。在投產(chǎn)運(yùn)行之后，實(shí)現(xiàn)了固體燃耗的小幅度降低，提高了燒結(jié)礦質(zhì)量，但產(chǎn)量并未得到明顯改善。

1.2 國(guó)外燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)介紹

國(guó)外針對(duì)燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)的研究和應(yīng)用都早于我國(guó)，早在20世紀(jì)80現(xiàn)代，日本就已經(jīng)有煙氣循環(huán)工藝裝置投入使用。接下來(lái)筆者將介紹集中典型的煙氣循環(huán)技術(shù)。

其一，奧地利鋼聯(lián)公司的燒結(jié)環(huán)境工藝優(yōu)化技術(shù)，它主要是將燒結(jié)機(jī)后部的溫度較高的煙氣和環(huán)冷機(jī)的熱廢氣進(jìn)行混合，循環(huán)至燒結(jié)機(jī)上方的煙罩中，其優(yōu)勢(shì)在于循環(huán)煙氣中氧氣含量的減少不會(huì)影響到燒結(jié)礦產(chǎn)的質(zhì)量，同時(shí)，循環(huán)煙氣進(jìn)入的煙罩并未完全覆蓋燒結(jié)機(jī)，因此在工藝實(shí)施過(guò)程中可以隨時(shí)補(bǔ)充新鮮空氣保障氧氣含量的充足。其不足之處在于煙氣循環(huán)率僅為25%，且燒結(jié)機(jī)中有三個(gè)風(fēng)箱的煙氣并未進(jìn)入到循環(huán)中。

其二，日本新日鐵區(qū)域性廢氣循環(huán)技術(shù)，該技術(shù)針對(duì)不同部位的煙氣采取了不同的處理方法：基于燒結(jié)點(diǎn)火段的煙氣中氧氣含量高、水分少、溫度低的特點(diǎn)，將其循環(huán)至燒結(jié)機(jī)的中部；基于燒結(jié)末端煙氣中二氧化硫濃度高、氧氣含量高、水分少、溫度高的特點(diǎn)，通過(guò)鍋爐對(duì)其余熱進(jìn)行回收，最后循環(huán)至燒結(jié)機(jī)的前部。剩余的煙氣則進(jìn)行電除塵和脫硫處理，最終從煙囪排出。該技術(shù)對(duì)煙氣處理的精細(xì)度較高，但是大部分的氧氣含量較低的煙氣都未能得到循環(huán)利用，同時(shí)由于工藝過(guò)于復(fù)雜，因此對(duì)燒結(jié)機(jī)的改造難度較高。

其三，荷蘭排放優(yōu)化燒結(jié)技術(shù)，它是將燒結(jié)煙氣中的一部分廢氣返回到燒結(jié)機(jī)頂部進(jìn)行循環(huán)。該工藝的優(yōu)勢(shì)在于簡(jiǎn)單、成本低，但可以實(shí)現(xiàn)將近50%的燒結(jié)煙氣減排率。同樣的，該工藝也只是對(duì)部分廢氣進(jìn)行循環(huán)，因此在固體燃耗控制以及燒結(jié)礦質(zhì)量改進(jìn)方面并未發(fā)揮出理想的作用[5，6]。

2 燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)分析研究

2.1 燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)

結(jié)合上文國(guó)內(nèi)外燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，可知影響其工藝技術(shù)實(shí)施效果的指標(biāo)主要有三：

其一，煙氣的含氧量。在鐵礦燒結(jié)過(guò)程中，燒結(jié)料層中的煤、焦粉等會(huì)與空氣中的氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，因此氧氣在燒結(jié)礦成礦的過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，因此循環(huán)煙氣中氧氣含量的大小必然會(huì)對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。燒結(jié)煙氣在循環(huán)過(guò)后，其含氧量會(huì)下降，氧氣量不足會(huì)影響到煤和焦粉的燃燒效果，進(jìn)而導(dǎo)致燒結(jié)料層燃燒帶的溫度降低，最終對(duì)燒結(jié)礦產(chǎn)量造成影響。同時(shí)，氧氣量的減少還會(huì)抑制FeO的氧化，無(wú)法生成Fe2O3，影響到粘結(jié)相鐵酸鈣的生成，最終影響到燒結(jié)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量。因此在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，必須加強(qiáng)對(duì)循環(huán)煙氣含氧量的控制，一般應(yīng)保持在15%以上。此外，還可以通過(guò)改善燒結(jié)制粒的方式提高燒結(jié)料層的透氣性，獲得理想的燃燒效果。

其二，煙氣溫度。循環(huán)煙氣的高溫顯熱可以實(shí)現(xiàn)燒結(jié)固體燃耗的降低，同時(shí)，還能夠緩解表層燒燒結(jié)礦應(yīng)偶遇急冷應(yīng)力對(duì)成品燒結(jié)礦的破壞，實(shí)現(xiàn)表層燒結(jié)礦質(zhì)量和產(chǎn)量的提升。此外，高溫循環(huán)煙氣可以保障燒結(jié)料層溫度的均勻分布，為液相的生成和擴(kuò)散以及晶體的析出和長(zhǎng)大創(chuàng)造良好的條件，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)礦質(zhì)量的提升。在實(shí)際生產(chǎn)中，循環(huán)煙氣的溫度與其位置存在緊密聯(lián)系，在確定位置之后，起溫度基本不會(huì)出現(xiàn)大幅度的波動(dòng)。我國(guó)寶鋼寧波鋼鐵采用的煙氣循環(huán)工藝技術(shù)就是將環(huán)冷機(jī)的高溫廢氣和燒結(jié)煙道廢氣混合后引入到燒結(jié)料層表面，能夠顯著降低燒結(jié)工序的能耗。

其三，煙氣中的水分含量和二氧化硫含量。循環(huán)煙氣中的水分含量雖然不會(huì)對(duì)燒結(jié)速度產(chǎn)生較大影響，但是卻會(huì)威脅到燒結(jié)礦的質(zhì)量，且含量越高，影響越大。基于現(xiàn)有試驗(yàn)成果來(lái)看，當(dāng)循環(huán)煙氣中水蒸氣的含量超出5%，各項(xiàng)燒結(jié)指標(biāo)就會(huì)出現(xiàn)明顯的下降。而在實(shí)際生產(chǎn)中，循環(huán)煙氣中水蒸氣的含量普遍超出10%，這會(huì)對(duì)燒結(jié)質(zhì)量和產(chǎn)量造成不利影響。此外，循環(huán)煙氣中二氧化硫的含量也會(huì)對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量產(chǎn)生影響。其原因在于高濃度的二氧化硫會(huì)和混合料層中的水分以及CaO等發(fā)生反應(yīng)并富集，進(jìn)而影響到燒結(jié)礦的質(zhì)量。導(dǎo)致循環(huán)煙氣中二氧化硫含量過(guò)高的原因則是煙氣中的水蒸氣進(jìn)入到燒結(jié)混合料中，在過(guò)濕帶發(fā)生冷凝，隨著過(guò)濕帶持水量的提升，其吸附的二氧化硫量也會(huì)持續(xù)增加，形成H2SO3，而在干燥帶中，則會(huì)重新分解為二氧化硫。

2.2 燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量和產(chǎn)量的影響分析

對(duì)于大部分燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝技術(shù)來(lái)講，其循環(huán)煙氣中的含氧量都相對(duì)偏低，這對(duì)燒結(jié)產(chǎn)量十分不利。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)燒結(jié)礦產(chǎn)量能夠產(chǎn)生影響的因素較多，如原料性能、燒結(jié)機(jī)工藝參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性等，由此可知，煙氣循環(huán)工藝改造基本上不會(huì)對(duì)燒結(jié)礦產(chǎn)量造成過(guò)大的影響。但煙氣循環(huán)技術(shù)可以改善燒結(jié)礦的礦相組成，抑制裂紋的發(fā)生，提高燒結(jié)礦的質(zhì)量。

2.3 燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)的節(jié)能減排效果分析

首先，在節(jié)能方面，不同煙氣循環(huán)工藝取得的節(jié)能效果存在差異性。上文中涉及到的國(guó)外燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝的節(jié)能量處于5%～20%之間，而在國(guó)內(nèi)，由于技術(shù)改造較為粗糙，大部分煙氣都未能參與到循環(huán)中，因此節(jié)能量?jī)H為3%～5%，但這也說(shuō)明我國(guó)燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)存在比較廣闊的發(fā)展空間。

其次，燒結(jié)機(jī)的減排效果則主要受循環(huán)率的影響，煙氣循環(huán)工藝技術(shù)的循環(huán)率越高，一般來(lái)講能夠獲得的減排效果越顯著。目前，國(guó)外煙氣循環(huán)工藝的循環(huán)率處于25%～50%之間，而國(guó)內(nèi)僅為25%～30%。其中二氧化硫的減排量則和煙氣循環(huán)的位置存在緊密聯(lián)系，通常情況下，煙氣中二氧化硫的濃度越低，能夠取得的減排效果越差。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在燒結(jié)機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，通過(guò)煙氣循環(huán)技術(shù)的應(yīng)用不僅可以降低能耗，同時(shí)還可以減少?gòu)U氣的排放量，實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)綜合效益的提升，因此我國(guó)鋼鐵企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)的研究和應(yīng)用，為自身持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。