燒結環冷機低溫段煙氣烘干焦炭可行性分析

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東濟南 250101）

引言

焦炭在現代高爐煉鐵中是不可或缺的，煉鐵所需的熱量主要來自焦炭的燃燒，焦炭在高爐冶煉中起著熱量來源、還原劑、料柱骨架和滲碳劑等作用[1]，因此穩定焦炭入爐質量是高爐煉鐵最基本的保證。

焦炭含水量過高容易導致高爐生產過程中產生各種問題，一是導致槽下篩分效果變差，進入高爐焦粉量增加，高爐透氣性惡化；二是降低高爐爐頂煤氣溫度，導致干法布袋除塵器板結、破損；三是高爐煤氣中水汽含量增加，降低煤氣熱值。為減少焦炭含水量偏高帶來的不利因素，目前主要考慮采用熱風爐廢氣對焦炭進行烘干，但由于廢氣量有限，且熱風爐廢氣中含有CO，對崗位生產人員存在一定的安全隱患[2]。

針對現有焦炭烘干工藝問題，綜合鋼廠余熱利用情況，燒結環冷機低溫段約200 ℃，煙氣量相對穩定，且尚未利用，此部分滿足焦炭加熱要求。

本文結合某鋼廠實際情況，高爐焦炭含水率干燥天氣條件下在7%～8%，潮濕天氣條件下含水率在11%～12%，分析采用燒結低溫段煙氣烘干焦炭的可行性。

1 焦炭烘干

1.1 烘干工藝

本工藝熱源采用燒結環冷機三段煙氣，煙氣溫度約180～200 ℃，最高可達250 ℃。

首先對該鋼廠燒結環冷機上部進行改造，將環冷機低溫段用鋼制煙罩進行密封，用于回收煙氣。煙罩制作安裝過程中，連續焊接每個部件，同時保持臺車隔板和煙罩的間距，保證臺車上邊緣和煙罩下邊緣盡量接近。在煙罩的下邊緣外的側面安裝耐高溫材料，將擋皮固定在臺車楔形上緣的斜面，這樣可以降低對外漏氣量。另外，煙罩內設置保溫涂層，減少向外熱輻射。

在煙罩頂部設置放散煙囪，煙囪上安裝電動蝶閥1臺，從閥門前開孔引入煙氣總管，將廢煙氣通過管道引至高爐礦槽。總管道上安裝耐磨、耐高溫引風機1臺以克服管道及料層阻力，當引風機開啟后，關閉煙囪上電動蝶閥，燒結煙氣進入焦炭干燥系統管網。風機出口總管分出4 個支管分別至4 個焦炭倉，為均衡4個焦炭倉的進風量，保證每個焦炭倉焦炭烘干程度均勻，每個焦炭倉均設置煙氣環管，從每個環管引出4個分支管進入倉內，4個煙氣支管均安裝風量調節閥調節進風量。為了避免烘干過程中焦炭倉出口的煙氣溫度過高，本系統引風機采用變頻調速，當焦炭倉開始受料時，降低引風機轉速至最小，受料結束轉速恢復正常，風機變頻可實現自動連鎖控制。同時，本系統可以根據焦炭烘干效果，通過風機變頻調速調節系統風量，降低運行成本。風機出口管道上增加放散管及閥門，以進一步保護除塵器。

具體流程見圖1。

圖1 焦炭烘干工藝流程圖

為了保證烘干效果，進風口均勻布置在倉體的錐面，保證焦炭受熱均勻，煙氣從焦炭倉底部往上滲透，煙氣對底部焦炭烘干后，余熱進而對上部焦炭進行預熱，煙氣最終通過除塵管道進入除塵器；同時在保證焦炭倉自身強度的前提下，進風口盡量靠近底部，使進風大面積覆蓋下行焦炭，保證有效蒸發焦炭水分，提高焦炭烘干效果。

1.2 溫度控制

焦炭著火溫度為450～650 ℃,環冷機三段廢煙氣溫度180～200 ℃，不會引起焦炭燃燒，但焦炭在運輸過程中無法避免夾雜易燃物，如紙屑、塑料、木片等，著火溫度在250 ℃左右。因此，煙氣溫度必須控制在250 ℃以下，為防止燒結廢煙氣溫度過高，系統在引風機入口管道上設置電動混風閥，根據進入倉內煙氣溫度調節混風閥開度，以避免焦炭燃燒。

1.3 煙罩及管道

環冷機三段在其中各個風箱頂部設置密封煙罩及放散煙囪，從煙囪開孔引出煙氣總管至高爐礦槽，煙罩、風機及所有的煙氣管道均進行外保溫，保溫材料為巖棉氈，保護層采用0.5 mm鋁板。管道敷設方式采用架空敷設，根據需要設置鋼結構管道支架及金屬波紋補償器。

2 煙氣除塵

該鋼廠焦炭通過移動卸料小車進入焦炭倉，現場已設除塵系統，本焦炭烘干系統考慮烘干后煙氣含有大量焦炭粉塵，須新上一套除塵系統，對其進行合理的煙塵治理，滿足環境排放和工業衛生的要求，煙塵排放濃度＜10 mg/m3。

2.1 工藝管路

保證與整體除塵工藝匹配，減少工藝路線中的死角及大阻力彎頭。除塵管道風速設計合理，長時間使用粉塵不沉降。工藝管線設置低位排水裝置，避免泥水在管道內淤積，并起到預處理泥水作用。

2.2 設備布置

除塵系統的布置、運行及塵源點密閉，不影響生產設備的運行及崗位人員的操作；根據工藝總體狀況和現場實際情況安裝與工藝生產線就近位置，除塵器灰斗排灰由除塵器控制系統程序定期排灰，排入集中收納裝置。

3 焦炭烘干理論計算

3.1 計算基礎

(1)焦炭烘干前含水量，11%;

(2)焦炭烘干后含水量，7%;

(3)焦炭倉出料量，4×16 t/h;

(4)焦炭設計起始溫度，20 ℃;

(5)焦炭烘干后終點溫度，90 ℃;

(6)煙氣烘干前溫度，200 ℃;

(7)煙氣烘干后溫度，100 ℃。

3.2 焦炭烘干需要的總熱量

Q總=Q1+Q2+Q3[2]

Q1—焦炭從起始溫度加熱到終點溫度所吸收的熱量;

Q2—焦炭烘干的水分蒸發所帶走的熱量;

Q3—焦炭中的終點水分從起始溫度加熱到終點溫度所吸收的熱量。

相對烘干前焦炭減少含水量為：

3.3 焦炭烘干需要的煙氣量

V=Q總÷（h始-h終）

h始—煙氣起始溫度焓值;

h終—煙氣終點溫度焓值。

V=1167×104÷（261-130）=8.9×104m3/h

200 ℃工況煙氣量：

8.9×104×(273+200)÷273=15.4×104m3/h

該鋼廠燒結環冷機三段煙氣量能滿足理論計算要求要求。

4 設備選型

本工藝主要設備為烘干風機、除塵器、除塵風機等。

（1）烘干風機選型：所需風量由上述公式計算得出，風機風壓主要包含兩部分：一是穿透焦炭料層所需的阻力，二是克服管道的阻力損失。

（2）除塵器選型：主要考慮煙塵排放濃度控制在10 mg/m3以下，過濾風速小于1.0 m/min。

（3）除塵風機選型：風量主要由焦炭烘干所需煙氣量確定；風壓也包含兩部分，一是除塵器設備阻力阻力，二是克服管道的阻力損失。

5 工程經濟效益分析

焦炭含水量對高爐煉鐵過程產生諸多問題，最主要表現在會引起的爐況波動，從而使焦比升高，每增加1%的水分約增加焦炭用量1.1%～1.3%[3]，考慮實際工程效果達不到理論計算要求，焦炭烘干后含水量減少3%是很難的。工程按照減少水分4%設計，實際效果在2%～2.5%范圍內。

按照含水量降低2%，焦炭增加比例1.1%考慮，則焦炭用量降低2.2%。該鋼廠年消耗焦炭約52 萬t，每年節省焦炭1.1 萬t，年節約費用約2000 萬元。該鋼廠焦炭烘干項目投資約1200萬元，加上每年運行成本約500 萬元，運行一年后整個項目投資即可回收。

6 結語

利用燒結低溫段煙氣烘干焦炭具有建設可行性。一是解決了焦炭水分過高導致的問題，降低運行成本、帶來可觀的經濟效益，二是達到了節能降耗、環境友好的企業環保宗旨。