綠色燒結粗煙氣調溫穩(wěn)壓降塵實踐

廖海歐 方 偉 姜 曦

1.前言

現代大型化燒結生產中，燃燒產生的粗煙氣中含有大量的金屬、金屬氧化物、燃燒不完全的燃料粉塵顆粒，以及燃燒產生的氯化氫（HCL）、硫氧化物（SOX）、氮氧化物（NOX）等。煙氣溫度最高450℃左右、最低90℃左右。生產過程中的各種波動，表現為煙氣系統(tǒng)的壓力波動、溫度波動，造成電除塵不達標。

隨著綠色生產標準不斷升級，國家實施超凈排放新標準，要求粉塵濃度小于10mg/Nm3, NOX濃度小于50mg/Nm3, SO2濃度小于35mg/Nm3。因此，燒結煙氣處理由單一的短流程電除塵裝置收塵，升級為長流程的電除塵+脫硫+布袋除塵器+脫硝處置。

然而，煙氣系統(tǒng)較大的壓力、溫度波動以及大顆粒金屬粉塵，都給電除塵整個系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行帶來極大影響，在實際生產中難以實現煙氣除塵粉塵濃度小于10mg/Nm3的目標。煙氣中較多的金屬顆粒塵，給主風機及其他風機葉輪及殼體造成較大的磨損，溫度的波動更不利于脫硫、脫硝的穩(wěn)定高效運行。

2.綠色燒結生產現狀

馬鋼某大型燒結機為了滿足燒結煙氣超凈排放的需求，對煙氣長流程處理進行了技術改造。為保障煙氣處理系統(tǒng)的電除塵、脫硫、脫硝工藝穩(wěn)定高效運行，技改設計要求電除塵入口煙氣溫度穩(wěn)定在150℃±5℃，煙氣壓力穩(wěn)定在-15 KPa±0.5KPa, 電除塵后粉塵濃度小于30mg/Nm3。由于燒結生產傳統(tǒng)工藝未變，產出的粗煙氣與超凈排放煙氣凈化處理的技術要求不匹配，生產的電耗、能耗居高不下，無法達到預期目標。

2.1 煙氣壓力波動較大

由于電除塵入口壓力最大值-10.5 Kpa，最小值-17.5 Kpa，壓力滿足生產工藝控制目標-14.5KPa～-15.5 KPa范圍僅有26.3%。壓力波動主要是兌冷風閥的開啟，也是直接導致燒結礦產品質量下降、成品率降低的原因。

2.2 煙氣溫度波動較大

電除塵入孔溫度最大值為170 ℃，最小值85 ℃，溫度滿足生產工藝控制目標145℃～155 ℃范圍僅有36.3%。燒結生產煙氣溫度波動是由于其工藝特點，難以避免，只有依靠兌冷風來保護除塵設備。所帶來的不利影響有：

①系統(tǒng)壓力波動直接影響產品質量；

②煙氣含氧量增加，不符合綠色生產要求；

③脫硫脫硝系統(tǒng)的煙氣處理量增加，降低了效率；

④主風機及脫硫脫硝增壓風機的負荷及電耗增加。

2.3 電除塵粉塵入口濃度嚴重超量

大量的金屬、金屬氧化物及燃燒不完全燃料粉塵顆粒進入電除塵器，粉塵的收集每天高達15000㎏，煙氣粉塵濃度高達120mg/Nm3。帶來的不利影響有：

①電除塵器超負荷工作，導致維護檢修量增加，生產作業(yè)率低；

②主風機磨損加劇，檢修量增加，導致設備維護量及修理費增加；

③脫硫系統(tǒng)再生危廢量增加了約4倍多；

④循環(huán)利用的粉塵回收率大幅減少。

在綠色燒結生產的新背景下，首先需要將燒結生產粗煙氣中的金屬、金屬氧化物及燃燒不完全的燃料粉塵中毫米級顆粒物粉塵，采用機械除塵器收集和預收集直接循環(huán)利用；再將半凈化粗煙氣引入電除塵，通過電場收集毫米級以下粉塵顆粒，以提升電除塵效率。同時，集成智能控制技術開發(fā)的新預處理裝置，可以完成對粗煙氣的調溫、穩(wěn)壓、降塵，滿足綠色燒結生產的需求。

3.綠色燒結長流程生產工藝再升級

綠色燒結需要解決以上問題，唯一的辦法是對燒結生產粗煙氣進行調溫、穩(wěn)壓、降塵預處理進行研究，將有效技術路徑由現在的流程（電除塵+脫硫脫硝）再次升級為燒結煙氣超凈排長流程的生產工藝，即：大煙道+調溫穩(wěn)壓降塵預處理裝置+電除塵+主風機+脫硫+脫硝。

3.1 工藝升級的先決條件

調溫穩(wěn)壓降塵預處理裝置的關鍵是杜絕系統(tǒng)兌冷風，這可以大大提升燒結生產的穩(wěn)定性，提高燒結礦產品質量，降低返粉，提高產量，降低生產空氣消耗，減少固體燃料消耗及主抽風機電耗，減少脫硫、脫硝的煙氣處理量。同時，也可以降低電除塵入口濃度，解決粗煙氣粉塵濃度高的問題，提升降塵效率。

3.2 預處理裝置升級的關鍵環(huán)節(jié)

優(yōu)化前置粗煙氣預處理裝置，可以協(xié)同完成調溫穩(wěn)壓降塵三大功能，提升電除塵效率。

預處理裝置采用箱型結構，最大限度利用有限占地，增大箱體的容積。前置預處理裝置結構充分契合進、出氣管上下布置，滿足燒結煙氣出口與電除塵煙氣進口高度差的要求，減少2個900彎頭的壓力損失。這樣的箱型結構，裝置壓力阻損不大于200Pa，不影響主工藝生產風機的運行。

預處理裝置采用二級隔板上下對稱，與進、出氣管布置上下對應，保障了氣流三次改變方向，以實現金屬、金屬氧化物、及燃燒不完全的燃料粉塵、毫米級顆粒充分沉降收集。

4.調溫穩(wěn)壓降塵預處理裝置結構形式

4.1 粗煙氣預處理裝置的結構特點

粗煙氣預處理裝置采用間摻兌冷風式溫度控制調節(jié)設計，分別在調節(jié)箱兩側開口，并固定連接煙氣輸入管和煙氣輸出管，間摻兌冷風式箱體采用垂直煙氣輸入管和煙氣輸出管；另外兩側下部設置調節(jié)風門，通過調節(jié)箱體增加間摻兌冷風，杜絕直接冷風摻兌量，避免冷風對系統(tǒng)煙氣產生強力擾動。同時，穩(wěn)定煙氣輸送管道及系統(tǒng)的壓力，且煙氣輸出管在箱壁的位置要高于煙氣輸入管，以實現高溫煙氣由下至上的流動通道，充分協(xié)同生產系統(tǒng)與煙氣凈化系統(tǒng)的匹配，保障整個生產系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定。

4.2 預處理裝置的關鍵技術

為更好地通過間接兌冷風實現穩(wěn)溫調節(jié)，裝置采用空氣自對流換熱隔板，二級隔板上下對稱，與進、出氣管上下對應布置，充分發(fā)揮機械式隔板的收塵效率，完成毫米級顆粒沉降收集。兌入的空氣從下部氣孔進入，根據進入電除塵煙氣目標溫度來調節(jié)入口空氣量，以保障氣流雙S路徑四次改變方向，

優(yōu)化前置預處理裝置隔板高度為管道直徑的5倍，這樣可以不增加占地。間接兌冷風隔板裝置的計算設計容積與粗煙氣量相匹配，可同時滿足穩(wěn)壓穩(wěn)溫協(xié)同的需求。

5.間接兌冷風調溫隔板結構及聯(lián)動方式

5.1 自流式空氣熱交換隔板

隔板在降塵穩(wěn)壓調溫箱體內等間距分布，使整個熱交換過程均勻交接，進一步避免冷風對煙氣產生強力的擾動，以穩(wěn)定煙氣輸送管道的壓力。

隔板的前、后內壁之間有呈“W”形的導流板連接，可防止大氣在箱體內迂回式擾動，提高大氣的流速，同時起到加強筋的作用，增強了降塵穩(wěn)壓調溫箱體的機械強度。前、后外壁均有換熱片連接，以提高生產粗煙氣與降塵穩(wěn)壓調溫箱體內間接摻兌冷空氣的熱交換面積。

左右兩個自流式空氣熱交換隔板中，左隔板頂端和右隔板底端均有耐磨套固定連接，以提高隔板的使用壽命，顆粒粉塵收集斗的底部有排灰閥連接。

5.2 空氣進氣管

空氣進氣的管口安裝有可調式風門，可根據生產粗煙氣的溫度調節(jié)風門大小，調節(jié)間摻兌冷風量。

5.3 風門

風門包括百葉片和電動推桿，百葉片自上而下均勻分布多個。百葉片的兩端通過銷軸與空氣進氣管口的左沿、右沿轉動連接。電動推桿連接在進氣管口外側面，一端伸縮桿與搖臂轉動連接，另一端搖臂與百葉片的銷軸連接，通過控制電動推桿即可實現調節(jié)間摻兌冷風量的大小，無需人工實地調節(jié)，提高了操作的自動化和方便性。

5.4 換熱片和導流板

換熱片和導流板均勻分布，以提高熱交換的均勻穩(wěn)定性。

5.5 風門的聯(lián)動方式及應用范圍

當進口煙氣溫度高于或低于出口的目標溫度時，左側的可調式風門打開或關閉；當出口煙氣溫度高于或低于出口的目標溫度時，右側的可調式風門打開或關閉。

該結構的形式應用于冶金生產煉鋼、燒結、球鐵、轉底爐、廢鋼加熱等高溫煙氣系統(tǒng)的調節(jié)，通過自流式空氣熱交換隔板內自對流的冷風對煙氣降溫，較理想的實現間接式摻兌冷風。

6.智能調溫控制模型

穩(wěn)溫調節(jié)智能控制模型包括：煙氣溫度監(jiān)測單元、位于箱體兩端的進氣風門以及用于控制風門開度的定位控制單元。通過合理的調節(jié)控制模型設計，實現精準、聯(lián)動以及差值延遲的調節(jié)方式保持箱體熱交換，實現自對流箱體穩(wěn)溫系統(tǒng)自動調節(jié)，解決傳統(tǒng)的直接摻冷風降溫調節(jié)缺陷，滿足生產系統(tǒng)煙氣溫度穩(wěn)定調節(jié)需求。

6.1 煙氣溫度監(jiān)測單元

包括箱體外分別位于煙道進出口位置的兩組溫度傳感器。煙道外部還設有用于對兩組溫度傳感器進行吹掃的管路，并分別有并聯(lián)分布的電磁閥和旁通閥控制通斷。

6.2 穩(wěn)溫調節(jié)控制主要控制單元

包括煙氣溫度監(jiān)測單元、DCS控制單元。檢測煙道內的煙氣實際溫度，根據實際溫度與標準溫度值的差值的正負或大小，確定進氣風門的開閉狀態(tài)。根據實際溫度與標準溫度值的差值的大小確定并控制進氣風門開度大小。煙氣溫度監(jiān)測單元采用兩組溫度傳感器對煙氣進行實時測量，經DCS控制系統(tǒng)取平均值后得出煙氣實際溫度T1。煙氣溫度監(jiān)測單元有吹掃裝置定期吹掃。

6.3 溫度調節(jié)控制邏輯

DCS控制系統(tǒng)計算煙氣實際溫度T1與標準溫度T的差值ΔT，風門開度和環(huán)境溫度的關系存在一個@系數：@=1+（25+環(huán)境溫度t）/100。當ΔT為正值時，進氣風門的開度自動調節(jié)按以下規(guī)則進行：

0℃＜ΔT＜3℃時，進氣風門開始關閉，觸發(fā)延時信號，等待90～150s后直至全關；

3℃≤ΔT＜5℃時，調節(jié)進氣風門開度至@*30%±5%后，反饋信號至DCS控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)發(fā)出進氣風門停止信號，進氣風門停止動作；

5℃≤ΔT≤8℃時，進氣風門的開度至@*60%±5%后，反饋信號至DCS控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)發(fā)出進氣風門停止信號，進氣風門停止動作；

ΔT ＞8℃以上時，進氣風門的開度至100%后，反饋信號至DCS控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)發(fā)出進氣風門停止信號，進氣風門停止動作。

當ΔT為非正值時，進氣風門的開度自動調節(jié)按照以下規(guī)則進行：

-2℃＜ΔT＜0℃時，進氣風門開始關閉，觸發(fā)延時信號，等待90～150s后直至全關；

-2℃≤ΔT≤-5℃時，調節(jié)進氣風門開度至@*50%±5%后，反饋信號至DCS控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)發(fā)出進氣風門停止信號，進氣風門停止動作；

ΔT＜-5℃時，調節(jié)進氣風門開度至0%后，反饋信號至DCS控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)發(fā)出進氣風門停止信號，進氣風門停止動作；

ΔT=0時，進氣風門狀態(tài)保持不動。

以上所述標準溫度T為100℃～200℃。

7.綠色燒結煙氣預處理技術優(yōu)勢

當前綠色燒結生產存在許多不足，還需要應用系統(tǒng)的思維方式進行技術創(chuàng)新，不能單獨針對節(jié)能降耗、電除塵達標、脫硫脫硝進行升級，只有以全系統(tǒng)高效協(xié)同為切入點，才能取得事半功倍的效果。隔板式間接兌冷風調溫的方式，不僅實現了煙氣溫度的調節(jié)，同時穩(wěn)定了系統(tǒng)壓力，且隔板式結構又實現了機械收塵功能，可謂一舉多得。

綠色冶金生產要實現超低排放的新目標，從現有技術發(fā)展的現狀來創(chuàng)新當前煙氣處理的短流程工藝，增加機械式煙氣預處理裝置是較為簡單實用的解決方案。

創(chuàng)新的綠色燒結生產粗煙氣雙隔板結構預處理裝置具有以下優(yōu)勢：

優(yōu)勢一：解決現有傳統(tǒng)燒結產線改造空間局促的難題，無縫契合現有燒結生產線的傳統(tǒng)標準形式。

優(yōu)勢二：解決電除塵煙氣入口濃度不可控的難題，雙隔板上下對稱布置，結構與進、出氣管布置上下對應，保障氣流S形三次改變方向，形成機械式粉塵高效沉降收集，協(xié)同提升電除塵效率。

優(yōu)勢三：解決高效脫硫脫硝煙氣溫度波動的難題，雙隔板布置結構協(xié)同出入口煙氣溫度差值延遲，自動調節(jié)方式，提升了自對流箱體穩(wěn)溫系統(tǒng)調節(jié)命中率。

優(yōu)勢四：解決直接兌冷風的傳統(tǒng)調節(jié)工藝而造成系統(tǒng)壓力波動大，導致燒結礦產品質量下降、成品率降低的難題。

優(yōu)勢五：使脫硫系統(tǒng)再生危廢量減少了四分之三。

優(yōu)勢六：使主風機及脫硫脫硝增壓風機負荷及電耗降低。

優(yōu)勢七：使排放煙氣含氧量降低。

優(yōu)勢八：調溫產生的潔凈熱空氣可用于熱風燒結、生球烘干等各種余熱利用場景。

預處理裝置的容積要盡可能大，以充分發(fā)揮裝置緩沖、混勻、穩(wěn)定煙氣的功能。這樣就可以協(xié)同穩(wěn)定生產主工藝系統(tǒng)，杜絕摻冷風閥，進一步提升生產系統(tǒng)、工藝參數、操作調整及產品質量的穩(wěn)定性。

8.結論

根據綠色冶金生產煙氣高標準超低排放的新要求，粗煙氣的預處理是當今工程應用的簡潔路徑，冶金前生產工序每個階段產生的大量煙氣，如煉鋼煙氣、廢鋼加熱煙氣、高爐煙氣、焦化煙氣、燒結煙氣、球團煙氣、原料烘干煙氣、脫鋅煙氣等，采用靈活布置隔板間接兌冷風方式，以滿足各種生產煙氣調溫、降溫、收粉、收鋅等功能需求。

針對煉鋼、廢鋼加熱、高爐、燒結、球團、轉底爐等各個生產線不同的煙氣成分及生產工藝的特點，可研究“量身定制”開發(fā)系列預處理裝置，同時進一步拓展具體的工程應用方法，應用現代成熟技術，如降溫冷卻熱量交換可選取風冷、水冷、油冷等不同介質進行熱能回收應用?？梢灶A計，隨著未來鋼鐵產業(yè)的綠色升級，此項技術會有更加廣闊的應用前景。

參考文獻略