煙氣循環燒結工藝在邯鋼的應用

鐘 強 王岳飛

1 .引言

燒結工序在鋼鐵生產中有著舉足輕重的地位。燒結產生的煙氣成分復雜，含有多種污染物，包括粉塵、NOx、SO2、二噁英等。為滿足環保要求，實現燒結機頭煙氣超低排放的要求（在氧含量16%的條件下，顆粒物含量低于10mg/m3、SO2含量低于35mg/m3、NOx含量低于50mg/m3），邯鋼360 m2燒結機活性炭脫硫脫硝的“一拖二”技術，煙氣處理能力對燒結產能形成了束縛。為徹底釋放燒結產能，邯鋼新建了煙氣循環裝置。

煙氣循環燒結工藝具有節能減排、降本增效的效果，符合城市鋼廠的要求。邯鋼采用的是中國科學院過程工程研究所等開發的燒結煙氣選擇性循環凈化與余熱利用技術，并應用于邯鋼邯寶煉鐵廠兩臺360 m2燒結機，于2018年8月初動工建設，同年12月3日，2號360m2燒結機熱負荷聯機調試并投入運行；2019年5月18日，1號360m2燒結機煙氣循環正式投入運行。

2 .工藝簡介及流程

煙氣循環燒結工藝是有選擇地將燒結過程中排出的部分煙氣，返回點火器后的臺車上部密封罩中，循環使用的一種燒結方法。這種方法可以使廢氣外排總量減少30%左右，降低顆粒物、SO2、NOx等污染物的排放量，同時還可減少后續除塵、脫硫、脫硝裝置投資和運行維護費用。除此之外，煙氣循環還可將廢氣中的CO及其他可燃有機物，在通過燒結燃燒帶時重新燃燒，提供更多的熱量，有效減少燒結廢氣中一氧化碳排放量。

3 .煙氣循環燒結原理

3.1 燒結煙氣特點

鐵礦石燒結煙氣包括如下成分：（1）顆粒物；（2）SO2、NOx、CO、CO2等有害氣體；（3）二噁英、呋喃（PCDD/Fs）等微量致癌物質；（4）重金屬（Hg、Pb、Zn、Cr 等）；（5）酸性氣體（HF、HCl等）；（6）堿金屬（K、Na等）。邯鋼360 m2燒結機煙氣具有流量大、成分復雜、含塵濃度高、水分含量高（約10%）、溫度及成分波動大的特點。 主要成分及污染物隨臺車風箱分布見圖1、圖2、圖3。

圖1 邯鋼360m2燒結煙氣溫度、NO及SO2濃度曲線 ℃,ppm

圖2 邯鋼360 m2燒結煙氣溫度、O2及CO2體積分數曲線 ℃，%

圖3 邯鋼360 m2燒結煙氣溫度、CO濃度曲線 ℃，ppm

邯鋼360m2燒結機不同部位產生的煙氣各成分的含量差異較大，燒結機點火段煙氣O2含量高，水分大，溫度低，污染物濃度低。出了點火爐，前半部分風箱煙氣溫度低，O2含量低，污染物濃度逐漸升高，水分含量較高；后半部分風箱煙氣溫度逐漸升高、O2含量逐漸升高，污染物濃度逐漸降低，水分含量低。

3.2 煙氣循環燒結原理

燒結煙氣循環是根據燒結風箱或風箱段內煙氣特征（溫度、含氧量、煙氣量、污染物濃度等）的差異，在不影響燒結礦質量和產量前提下，選擇特定風箱段煙氣循環回燒結臺車表面，用于熱風燒結。循環煙氣由燒結機風箱引出，經除塵系統、循環主抽風機、煙氣混合器后通過密封罩，引入燒結料層，重新參與燒結過程。循環煙氣與燒結料層，經過一系列復雜的熱質傳遞與化學反應過程，包括高溫循環煙氣與燒結料層的熱交換、CO的二次燃燒放熱、二噁英的高溫分解以及NOx的催化還原，使污染物排放總量降低的同時，煙氣顯熱全部供給混合料，進行熱風燒結，進而降低燒結固體燃料消耗，改善表層燒結礦質量，提高燒結礦料層溫度均勻性和破碎強度等理化指標，實現節能、減排，提高產量多功能耦合。

4 .煙氣循環風箱選取及運行參數

4.1 煙氣循環風箱選取

邯鋼兩臺360m2燒結機擁有2側大煙道，單側煙道24個風箱，SO2濃度在17號風箱達到最高，溫度峰值出現在21號風箱，NOx濃度分布均勻，COx與O2變化趨勢相反。

根據燒結煙氣循環風箱選取三原則：（1）進入密封罩內煙氣含氧量＞18 %；（2）剩余大煙道煙氣溫度不低于110℃；（3）循環煙氣溫度200℃左右。1號燒結機選取的4-8號、21-24號風箱進行煙氣循環，2側共2×9=18個風箱，煙氣匯聚至主煙道，進入多管旋風除塵器降塵處理，除塵后的煙氣通過循環風機，經煙道引入至密封罩內，進行熱風燒結。2號燒結機選取的4-6號、20-24號風箱進行煙氣循環，2側共2×8=16個風箱。

4.2 煙氣循環運行參數

目前360m2燒結機煙氣循環運行穩定，1號燒結機煙氣循環量達到了31.25%，2號燒結機煙氣循環量達到了32.32%。見表1。

表1 邯鋼360m2燒結機煙氣循環運行參數

5 .投用后減排和降耗效果

5.1 減排效果

在建設煙氣循環系統之前，2臺360 m2燒結機都配備有機頭靜電除塵器、機尾布袋除塵器和一套CSCR活性炭一體化脫硫脫硝系統。煙氣循環投運后，可實現煙氣循環率達到30%左右，燒結外排總煙氣量、顆粒物外排總量、SO2外排總量、NOX外排總量、CO外排總量明顯降低。見表2、表3。

表2 邯鋼360m2兩臺燒結機煙氣循環投用前后排放數據比較 t/d

表3 邯鋼360m2兩臺燒結機煙氣循環投用后減排比例 %

5.2 降耗效果

煙氣循環投用前后，2臺燒結機的產量及熔劑、燃料單耗等情況，見表4。

表4 邯鋼360m2兩臺燒結機煙氣循環投用前后燒結礦產量及單耗比較 噸

2020年7-9月，由于環保限產力度較之前的2018年8-10月要大，總產量明顯降低。但從煙氣循環投用后的生產狀況推算，1號燒結機的上料量比煙氣循環投用后增加7%左右，產量增加6%左右；2號燒結機的上料量比煙氣循環投用后增加6%左右，產量增加6%左右。從以上統計數據還可以看出，煙氣循環投用后生石灰的消耗明顯降低，白云石的消耗略有增加，總熔劑消耗以及燃料的消耗也有所降低。見表5。

表5 煙氣循環投用后降耗比例 %

6 .對活性炭脫硫脫硝的影響

邯鋼邯寶煉鐵廠兩臺360m2燒結機活性炭脫硫脫硝投入使用后，脫硫脫硝增壓風機入口壓力要求控制在-3Kpa以下，不然冷風閥口煙氣將外溢。因此，燒結主抽風機需要嚴格控制風量，燒結機產能得到限制。煙氣循環投用后，由于部分煙氣又返回到了燒結機進行循環，進入脫硫脫硝的煙氣量明顯降低，減輕了脫硫脫硝的負荷，燒結主抽風機可以近乎全負荷運轉，且能保持脫硫脫硝增壓風機入口壓力要求控制在-6Kpa以下，促使燒結機產能得到釋放。

煙氣循環投運后，增加了燒結過程的調節手段。活性炭脫硫脫硝增壓風機入口煙氣溫度要求140℃以下控制，不然活性炭模塊會出現熱點。增壓風機入口煙氣溫度高的原因主要有燒結溫度燒的過高，燒結煙氣溫度過高，夏天隨著天氣轉熱，煙道溫度散熱慢，煙氣經過增壓風機后部分機械能轉化為熱能。其次是燒結配吃的混勻料結構差，燒結溫度梯度低，導致燒結高溫段過長，煙氣溫度過高。為了控制煙氣溫度，脫硫被迫開啟冷風閥，導致增壓風機入口負壓力值降低或者變正，煙氣返回進入燒結煙道，出現冒煙現象，甚至出現兩期風機房儲煙的現象。有時為了控制煙氣溫度，燒結也需要減風，開啟兩個煙道的冷風閥對冷風控制，這樣有效風量降低，燒結過程波動大，為保證混勻料燒透，降低燒結機機速，減少綜合上料量，反復循環，控制難度大。煙氣循環投用后，部分高溫煙氣參與循環，脫硫脫硝也不用常開冷風閥來保持活性炭模塊溫度，脫硫脫硝增壓風機入口壓力可以維持在-6 Kpa以下，風機房不再儲煙，煙氣溫度再次高時，只需關閉15-19號某些風箱蝶閥，使燒結終點靠后，達到降低煙氣溫度的目的，控制簡單，燒結過程穩定。

7 .煙氣循環投用后存在的問題及解決辦法

7.1 燒結機爐篦條黏結

煙氣循環投入使用后燒結機出現爐篦條黏結，冬天尤為嚴重。主要原因是煙氣循環投入的前幾個低溫風箱粉塵含量高，溫度低，水分高。針對這種現象，煙氣循環主要投入20-24號高溫風箱，熱廢氣被再次通過燒結料層，有效解決篦條黏結問題，同時煙氣中的CO、CH等化合物在燒結過程中發生二次燃料放熱，可降低固體燃耗。煙氣中二噁英和NOx在通過燒結料層時，部分通過熱分解得到減排；而且燒結煙氣中的SO2得到富集，進入增壓風機的風量明顯減少，吸附塔入口負壓值明顯提高，脫硫脫硝的效率得到改善。

7.2 煙氣循環旁路堵料

煙氣循環投入使用后，高溫段煙氣循環旁路出現過堵料現象，導致機尾溫度異常。出現這種情況的主要原因是循環旁路管道接的散料收集漏斗及雙層卸灰閥少，且散料收集漏斗下料口較小，導致循環旁路管道存在不同程度的積灰，特別是21號風箱管道到24號風箱管道之間積灰堵管道達70%以上。原來循環旁路管道只有頭部與尾部設4個散料收集斗及雙層卸灰閥（頭、尾部各2個），后在機尾高溫段又增加了3個散料收集斗及雙層卸灰閥，不再出現堵料情況。保證燒結與脫硫脫硝的穩定運行。

7.3 入口翻板閥漏風

煙氣循環所有煙道隔斷閥門都是翻板閥，煙氣循環需要定修撤出投用后，由于入口煙道翻板閥漏風，含氧量從15.1%增加到16.5%，不利于燒結生產。加強燒結機及煙氣循環系統漏風監測及治理是目前存在的問題。

8 .結論

（1）邯鋼360 m2燒結機煙氣循環投用后煙氣循環量可以維持在30%左右，煙氣量可以減排18%左右，顆粒物可以減排35%左右，SO2可以減排20%-25%，NOx可以減排30%左右，CO可以減排70%左右，實現了節能減排的目的，對改善環境空氣質量指標，具有顯著的經濟、環境和社會效益。

（2）在降本增效方面，煙氣循環投用后產量可以提高6%，熔劑消耗可以節約27%左右，燃料消耗可以節約8%左右，實現了降本增效的目的。

（3）煙氣循環投用后，由于部分高溫煙氣又返回到了燒結機進行循環，進入脫硫脫硝的煙氣量明顯降低，減輕了活性炭脫硫脫硝的運行負荷和運行成本，使燒結機的產能得到了釋放。

參考文獻略