燒結煙氣循環處理工藝在某鋼鐵企業的應用

馬 躍，果乃濤，周宇曌

（1.北京中冶設備研究設計總院有限公司，北京 100009；2.31441部隊，遼寧 沈陽 110000）

近年來，國家針對大氣污染，更新和出臺很多環保規范和要求，用以減少工業生產大氣污染物的排放，維護環境健康。鋼鐵行業是高能耗，高污染的行業，鋼鐵生產流程中，燒結這一工序的煙氣排放量，在鋼鐵企業煙氣總排放量中，占比約為50.00%，由此可見，燒結煙氣污染，當前已經發展成為導致鋼鐵行業穩定協調發展受到影響的主要因素之一。

目前燒結廠已采用脫硫、脫硝等煙氣處理裝置，其中具有投資金額高、運行成本高、工作速度慢、副產品數量多等多項不足。此外，向外排放的燒結煙氣能夠導致熱量大量流失，致使能源被浪費。所以，節能減排工作逐漸受到了鋼鐵行業的重視，并且，為了推進鋼鐵行業發展，必須促使燒結工藝得到變革。

1 燒結煙氣循環工藝

經過30年左右的發展，燒結煙氣循環技術已經成為余熱回收研究工作的重點，該項工藝不僅能夠實現應用燒結工藝生產時廢氣排放總量的縮減，還可以控制污染物的總排放量，另外，末端煙氣治理設備的投資及運行的成本均可相應降低，且煙氣余熱可減少燒結能耗，使節能減排得到了進一步的落實。

國外燒結煙氣循環技術發展較早，主要有日本、荷蘭、德國等國家，技術則為新日鐵的“區域性廢氣循環技術”、艾默伊頓登的（）、開發的（）以及奧鋼聯公司開發的（）。

燒結煙氣循環工藝的開發，初衷是降低污染物排放，利用煙氣余熱提高產量，實現節能減排效果。從煙氣循環工藝來講，主要分為內循環和外循環工藝：內循環在燒結風箱直接取風，操作靈活，工藝調節性好，但需要設置大功率引風機，工程整體的改造量較大，所需設備數量較多，固定投資成本金額高，更加適合在改造或新建項目中進行應用；外循環為由主抽風機的后分流部分產生的煙氣，需要與小功率引風機配套應用，改造過程較為簡潔，但是存在煙氣溫度較低的情況，所以燒結效果通常不顯著，煙氣循環量較低，實際使用效果較差。

2 燒結煙氣循環工藝的具體應用策略分析

2.1 工藝實施過程

對燒結煙氣循環技術進行應用，可以將部分燒結后的煙氣進行具有針對性的選擇，使其返回至循環煙氣罩中，以促使煙循環效果得到提升，同時，因為燒結后煙氣中的潛熱及顯熱回收能夠進一步落實二氧化硫、氮氧化物以及粉塵濃度的處理工作，所以能夠有效降低脫硫脫硝系統中的煙氣處理總量，并實現凈化器系統建設與應用過程中的固定投資以及運行成本的進一步節約，同時也可以達到良好的節能減排效果，在降低能源消耗的基礎上盡最大限度降低污染物的排放總量，以此來達到良好的環保效果。針對燒結煙氣的循環工藝，如果按照燒結機中的具體取風位置對其進行分類，則該技術可以按照兩種類型來進行方案劃分：第一個工藝方案為內循環形式；第二個工藝方案是外循環形式。內循環形式中的取風位置應該在燒結機風箱中所設置的支管；外循環形式的工藝方案取風位置是主軸風機中的后煙道。通過相關的實驗和研究發現，相比較外循環形式的工藝方案而言，內循環形式的工藝方案在操作中更具靈活性，可有效防止循環氣流短路情況的發生，在當今的新建燒結煙氣循環項目中更加適用。

2.2 風箱分配策略分析

通過數次試驗及研究可以了解到，燒結臺車若處于熱風中含氧量為15%的情況下，整個燒結礦產量將會受到較大程度的影響，其轉鼓強度將會降低8%左右；而在其中的含氧量體積濃度超過18%的情況下，整體燒結礦的產量則不會受到很大影響，其轉鼓強度僅僅會降低2%左右，燒結產品也可以與高爐的實際需求相符。因此，在具體的燒結過程中，為確保產品的產量和質量，應該將循環煙氣中的含氧量體積濃度控制在18%以上。在燒結煙氣的具體選擇中，為達到這一目標，就需要應用含氧量高、同時二氧化硫濃度較低的風箱開展科學合理的取風工作，且需要在燒結煙氣中適量添加環冷機的富熱煙氣。

在對風箱進行分配式，若條件允許，最好可以設置5個能夠在循環煙道中進行固定的風箱，每一個風箱支管位置都應該進行切換閥的設置，在需要對主煙道以及循環煙道中的溫度進行調節時，便可通過相應的風箱走向對調來實現。同時，在具體分配中，為了給循環系統后期的檢修工作提供足夠便利，應該對這五個風箱進行切換方式的科學設計，使其在檢修過程中可以直接切換到主抽煙道中。通過這樣的方式，便可有效確保燒結機的應用與維修效果，確保整體系統燒結生產的順利進行。

2.3 國內某鋼廠的應用

國內某鋼廠，目前有256㎡燒結機1座，為了提供企業發展動力，燒結機可以應用臺車擴展式的技術，將臺車上口寬由原本的4m增加到4.5m，主機每年的工作時間不可超過340天。為了保障實際生產過程與行業發展標準相符合，應該盡可能避免排放燒結煙氣，且在開展燒結工作的過程中，必須對配套的煙氣循環措施進行應用。

根據本臺燒結機的特性及使用目的，綜合考慮內循環和外循環的工藝技術特點，本項目最終選擇內循環燒結工藝。

3 鋼廠燒結工藝特點及設備選型

3.1 工藝設計要點

根據燒結工藝的要求，本項目中，煙氣循環系統設計主要有以下幾個特點：

（1）以既往經驗和相關試驗為根據，熱風經過燒結臺車時，若其含氧量在16%以下，燒結礦的質量及產量均能夠受到較大的影響，此時需要將轉鼓強度控制在8%~10%的范圍之內。在含氧量為18%以上的情況下，燒結礦的質量及產量能夠受到的影響相對較小，此時可將轉鼓強度控制在2%以下，以保障產品能夠與高爐要求相符合。同時，為了保障燒結生產工作能夠持續處于穩定狀態，需要注意將循環煙氣中的氧氣濃度控制在至少18%的水平上。

（2）因脫硫脫硝工藝要求和防止煙氣露點腐蝕的要求，燒結大煙道出口煙氣一般要求不低于120℃。本項目設計取風點為氧含量較高同時二氧化硫含量較低的風箱中開展取風工作，并可對燒結環冷機所需的低溫煙氣起到補充作用。一般來說，燒結取風的風箱為3-5#、16-19#風箱，各風箱取風支管均設置切換閥。煙氣循環系統運行中，燒結煙氣取6個風箱煙氣，當主煙道煙氣溫度低時，5#風箱與16#風箱可切換運行，以保證大煙道煙氣溫度滿足后續脫硫脫硝運行。煙氣循環系統檢修時，煙氣可切換至原燒結煙氣系統，保證生產過程的順利。

3.2 設備選型

3.2.1 循環風機

在煙氣循環系統之中，循環風機可謂是最為重要的一項設備，原因在于燒結煙氣循環風機可以在生產過程中進行應用，同時也能夠針對燒結循環煙氣落實起到推動作用，從而保障管道輸送煙氣整個過程的順利。同時，環冷煙氣增壓風機可以提供環冷熱煙氣的發展動力，有利于保障管道輸送煙氣過程的順利。燒結煙氣機尾部煙氣溫度高，取風煙氣平均溫度高，按240℃進行設計。循環風機設計升壓考慮大煙道工況壓力和管道設備阻力損失，設計升壓力為18.5KPa，煙氣含塵800mg/Nm3。環冷煙氣增壓風機設計溫度250℃，設計升壓力為1500KPa，煙氣含塵400mg/Nm3。

3.2.2 混風裝置

簡單來說，混風裝置也就是對燒結循環煙氣以及環冷熱煙氣進行混合的一項裝置，其不僅能夠將兩個方面的煙氣進行充分混合，使其中的氧氣含量更加均勻，還可盡量避免混合過程中出現阻力損失的情況。在煙氣采用錯位的形式進入到混風裝置之中時。裝置內可設置煙氣混合腔，使煙氣在混風裝置內充分混合，再經過煙氣主管道輸送至燒結臺車煙罩。

3.2.3 燒結煙氣除塵器

在通常情況下，煙氣循環需要以多管除塵器作為輔助。多管除塵器在其中的主要作用即為對煙氣顆粒物進行合理控制，以避免循環風機以及管道系統受到嚴重磨損。與此同時，多管除塵器再對灰塵進行清除之后，可通過埋刮板機輸送至返礦皮帶。燒結循環煙氣用多管除塵器工作溫度250℃，工作壓力-18KPa，處理煙氣量10800m3/min，因為多管除塵器已經于表面部位設置了保溫層，所以煙氣循環系統中產生的熱量損失更少。

3.2.4 煙氣循環煙罩

循環煙罩屬于負壓式的拱形鋼結構，通過支架立柱于燒結機骨架上進行固定，通常為活動式，以便于根據實際情況進行相應的拆卸或是吊裝。對循環煙罩進行應用，主要目的在于促使循環運氣在燒結料面進行均勻分布。

循環煙罩的保溫形式為內保溫，其整體可被劃分成為14節，每節的長度為3m，且每兩節之間均具有膨脹補償，可以此對熱膨脹進行吸收，并且在循環煙罩的兩端均具有密封擋板，并與臺車欄板之間留有一定間隙，以適應臺車運行。煙罩頂部設置有增氧通風閥，在循環煙氣含氧量低和煙氣循環系統停用時燒結機取風用。

在循環煙罩上部設置3套監測儀表分別對溫度、壓力以及氧含量進行監測，對儀表進行應用的目的在于通過控制參數保持煙氣的動態平衡。在總循環風量不能滿足臺車料面所需風量的狀態下，循環煙罩處于微負壓狀態，而若總循環煙氣量可對燒結臺車料面所需的風進行超量供應，則循環煙罩之中處于正壓狀態，煙氣外溢，此時可通過緊急排放閥進行泄壓操作，或調節風機風量，恢復煙罩內微負壓狀態。

4 煙氣循環工藝運行效果

燒結循環煙氣和環冷余熱煙氣混合均勻后，進入燒結臺車煙罩內。經過混合的煙氣，在運行過程中平均溫度可以達到180℃，以煙氣比熱1.24KJ/m3℃為依據。在對循環煙氣進行輸送時，可損失大約20℃的溫度。同時將燒結機的平臺環境溫度控制在20℃由此相對于常規形式的燒結。對煙氣循環工藝進行應用之后可帶入Q=7453×1.24×141=1303MJ/min熱量。但是因為針對煙氣帶熱量。計算利用率需要取其中的50%，所以燒結機應以1.35t/m2h作為利用系數。同時，焦粉折算的標煤系數則應為0.971，通過對煙氣循環技術進行充分應用。每一噸燒結礦能夠節約2.78kgce/t標煤即在燒結正常運行狀態下，噸燒結礦可以減少使用標煤2.78kg。

在對循環利用燒結煙氣系統進行設計時，要求可以循環利用燒結機全部煙氣量中的25%~30%。由此，末端需要處理的燒結煙氣可以大幅度減少，同時燒結成本降低，也就能夠更加有效的落實節能減排的目的。與此同時，減少環冷機廢煙氣外排，并回收部分低溫煙氣熱量。

5 項目投資分析

某鋼廠的燒結煙氣循環系統，采用內循環工藝，取風點設置為燒結風箱下降管，并設置旁路，需要采用末端治理的形式進行處理的風量已經越來越少，且相對于尚未應用煙氣循環設計的風量，脫硫煙道風量減少幅度為9000m3/min，主抽風機可降低1800KW的運行功率。但從實際上來看，此時，在燒結煙氣循環之中，燒結循環風機以及環冷熱風風機的功率已經達到4200KW，同時總風機的運行功率上升幅度為2400KW。

6 結語

在“人與自然和諧相處”的理念之下，人們對于環保工作越來越重視。作為一項先進的煙氣治理技術，燒結煙氣循環應該在燒結工作中得到更加廣泛的應用。本文介紹了煙氣循環技術和在某鋼廠的應用實例。該項目結合燒結機的特點和改造要求，選用燒結內循環工藝，并利用部分環冷機低溫廢熱煙氣，燒結煙氣循環利用率為30%，實際運行煙氣循環量25-32%，有效利用燒結煙氣和環冷廢熱煙氣，取得良好的改造應用效果，實現燒結機滿負荷工況運行。同時，在對煙氣循環進行有效應用的過程中，能源的消耗以及污染物的排放均已經呈現出顯著的降低，由此，企業的經濟效益能夠得到保障，環境效益也能夠得到提升。也就更有利于未來我國社會在工業、環境以及資源方面實現協調的可持續發展。