邯寶 360 m2 燒結(jié)機煙氣循環(huán)節(jié)能減排改造實踐

　　摘要: 介紹了河鋼邯寶煉鐵廠 360 m2 燒結(jié)機配套煙氣選擇性循環(huán)凈化與余熱利用系統(tǒng)設計及改造過程，通過配建煙氣選擇性循環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)了燒結(jié)工藝污染物的源頭減排和過程控制，在提產(chǎn)的同時實現(xiàn)了超低排放和節(jié)能降耗，也為鋼鐵行業(yè)污染物超低排放提供了新的技術路線，將促進鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣節(jié)能減排相關技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　關鍵詞: 一拖二模式; 煙氣循環(huán); 節(jié)能; 減排

　　于浩平; 王亮; 王岳飛; 姜林 礦業(yè)工程2021-12-02

　　當前大氣污染治理受到高度重視，鋼鐵工業(yè)煙氣排放標準更加嚴苛，廢氣治理力度不斷加大，為滿足超低排放要求，脫硫、脫硝、二噁英等廢氣治理設施逐漸普及[1]。燒結(jié)工序是鋼鐵行業(yè)的主要廢氣排放源，其煙氣排放量占鋼鐵生產(chǎn)總排放量 40% 左右，燒結(jié)工序能耗占鋼鐵企業(yè)總能耗的 9% ～ 12% ，僅次于煉鐵工序[2]。為削減燒結(jié)廢氣排放控制污染及利用燒結(jié)煙氣的余熱，燒結(jié)煙氣循環(huán)技術逐漸興起。

　　1 煙氣循環(huán)利用技術設計背景

　　燒結(jié)煙氣治理作為鋼鐵行業(yè)污染物控制的重要內(nèi)容，河鋼邯寶煉鐵廠兩臺 360 m2 燒結(jié)機煙氣原有處理方式為濕式石灰石 - 石膏法脫硫，脫硫效果不穩(wěn)定且沒有脫硝設施，無法達到環(huán)保超低排放要求。2016 年對燒結(jié)機煙氣處理設施進行了改造，采用逆流式活性炭脫硫脫硝一體化技術，1 #360 m2 燒結(jié)機脫硫脫硝裝置于 2018 年 2 月建成，投產(chǎn)后煙氣能夠穩(wěn)定達到超低排放要求。2 #360 m2 燒結(jié)機煙氣仍使用原有的濕法脫硫方式，為使 2#360 m2 燒結(jié)機煙氣盡快達到超低排放并充分利用活性炭脫硫脫硝一體化裝置富余能力，2018 年 4 月開始采取 “一拖二”運行模式，即: 一套活性炭脫硫脫硝一體化裝置同時處理兩臺 360 m2 燒結(jié)機煙氣，運行模式見圖 1。在滿足超低排放的要求下，受燒結(jié)機頭煙氣 “一拖二”模式處理煙氣總量的限制，單臺增壓風機能處理的最大煙氣量為 90 萬 Nm3 /min，兩臺燒結(jié)機均達不到滿負荷生產(chǎn)，而且燒結(jié)機大煙道高溫段煙氣余熱沒有利用，活性炭脫硫脫硝系統(tǒng)吸附塔入口煙氣溫度高，需兌冷風降溫造成系統(tǒng)無效風增加。

　　為達到提產(chǎn)和節(jié)能減排要求，2018 年 6 月份開始選用燒結(jié)煙氣選擇性循環(huán)凈化與余熱利用技術，燒結(jié)機煙氣循環(huán)工藝是選擇性地將燒結(jié)過程排放的部分煙氣返回點火爐后的臺車上部密封罩中循環(huán)使用的一種熱風燒結(jié)方法。廢氣中的有害成分再進入燒結(jié)層中被熱分解或轉(zhuǎn)化，二噁英和 NOx 部分消除，抑制 NOx 的生成; 粉塵和 SOx 被燒結(jié)層捕獲，減少粉塵、SOx 的排放量; 煙氣中的 CO 作為燃料使用，可降低固體燃耗[3]。另外，煙氣選擇性循環(huán)利用技術減少了煙囪排放的煙氣量，降低了煙氣凈化系統(tǒng)的負荷，保證了燒結(jié)煙氣超低排放達標。

　　2 煙氣循環(huán)利用技術實施

　　2. 1 燒結(jié)機煙氣特征及風箱取氣方案制定

　　360 m2 燒結(jié)機為雙煙道設計，主抽風機工況風量 2 × 18 000 m3 /min，共 24 個風箱。2018 年 2 月對燒結(jié)機風箱支管開孔取樣檢測煙氣溫度、壓力、流量及煙氣成分等參數(shù)見表 1、圖 2、圖 3。

　　依托研發(fā)單位對 360 m2 燒結(jié)機工況條件燒結(jié)過程數(shù)值模擬及實際情況，確定取風方案:

　　1) 頭段風箱，高氧含量，但為保證微負壓點火，風箱風量調(diào)節(jié)閥為微開或關閉狀態(tài)，不方便取風; 2) 尾段風箱，高氧含量，低 SO2、溫度高，作為主要風箱進行取氣; 4# ～ 8# 風箱為低 O2，低溫、低 NOx，作為對高溫煙氣的溫度平衡; 3) 頭部中段風箱對應的料面無覆蓋，可觀察燒結(jié)料面和點火保溫情況; 尾部中段 3 個風箱對應的料面無覆蓋，便于補充自然空氣對 BTP 位置后的燒結(jié)料進行冷卻，也便于進行臺車更換作業(yè); 尾部風箱對應的料面為機尾密封罩。

　　最終確定為: 1#機選取低溫區(qū)頭部中段 5 個、高溫區(qū)尾部中段 4 個，共 9 個風箱進行循環(huán)，密封罩覆蓋在中段風箱，循環(huán)風機功率為 5 000 kW，通過部分開啟密封罩頂部冷風閥，可滿足含氧量大于 18% 的要求，大煙道煙氣溫度高于 110 ℃，循環(huán)煙氣溫度 200 ℃ 左右。2 #機選取低溫區(qū)頭部中段 3 個、高溫區(qū)尾部中段 5 個，共 8 個風箱進行循環(huán)，密封罩覆蓋在中段風箱; 循環(huán)風機功率為 4 000 kW，通過部分開啟密封罩頂部冷風閥，可滿足含氧量大于 18% 的要求，大煙道煙氣溫度高于 110 ℃，循環(huán)煙氣溫度 220 ℃左右。在進入密封罩內(nèi)的煙氣含氧量不足 18% 時，優(yōu)先考慮煙氣含氧量，確保燒結(jié)工藝不受影響，其次考慮煙氣溫度。當密封罩內(nèi) 負 壓 增 大、含氧量低于 18% 時，循環(huán)系統(tǒng)自動開啟密封罩頂部冷風閥兌冷風，直至恢復正常 工 況。利 用 控制系統(tǒng)和風氧平衡編寫控制命令，可以實現(xiàn) 自動調(diào)節(jié)冷風閥的開啟關閉來滿足循環(huán)煙氣含氧量的不足。

　　2. 2 煙氣循環(huán)關鍵設備

　　燒結(jié)煙氣選擇性循環(huán)系統(tǒng)主要有風箱支管煙氣取氣及循環(huán)煙道、循環(huán)風機、多管除塵器、新風系統(tǒng)、煙氣回氣及密封煙罩和儀表電氣控制系統(tǒng)組成，見圖 4。

　　每個風箱支管都可以在 “循環(huán)投運”和 “循環(huán)離線”之間切換，便于各臺燒結(jié)機根據(jù)其煙氣特性進行生產(chǎn)調(diào)控。受廠房位置影響，取氣煙道布置在兩側(cè)風箱支管一側(cè)，通過翻板閥實現(xiàn)兩側(cè)風箱的切換，為防止積料堵翻板，設置了卸灰斗，見圖 5。

　　循環(huán)風機: 不僅用于生產(chǎn)，還為燒結(jié)循環(huán)煙氣提供動力，克服煙氣在管道輸送過程的阻力。多管除塵器: 將煙氣中顆粒物控制在合適水平，減少循環(huán)風機和后續(xù)管路系統(tǒng)的磨損。收集的灰塵通過氣力輸送設備到配混除塵灰倉中。多管金屬旋風除塵器: 利用氣流做旋轉(zhuǎn)運動，借助離心力，使煙塵分離。 F = MV2 /R ( 1) 式中: F—離心力; m—質(zhì)量; V—流速; R—旋風半徑。

　　把許多小直徑的陶瓷旋風子并聯(lián)組合在鐵皮箱內(nèi)，合用一個進風口，灰斗，進風口與出風口用斜隔板阻擋，保證每個旋風子風量均勻。循環(huán)煙氣罩: 作用是將循環(huán)煙氣均勻分配到料面上，循環(huán)煙氣罩為負壓吸附式，外觀為拱形結(jié)構(gòu)，通過立柱支撐燒結(jié)臺車上面，比臺車欄板高 60 mm，密封為煙氣罩與欄板交界處，兩端為鋼板密封，并前后設有觀察門，當煙氣循環(huán)關閉后，打開觀察門取風。

　　2. 3 煙氣循環(huán)項目調(diào)試過程

　　工程單臺計劃建設周期為 180 天，1 #燒結(jié)機實際建設用時 5 個月，2 #燒結(jié)機實際建設用時 5 個月。煙氣循環(huán)建成后的調(diào)試工作主要分 3 個階段進行:

　　第一階段: 單機冷態(tài)調(diào)試，燒結(jié)機停車對接循環(huán)管道，所有設備運轉(zhuǎn)正常。第二階段: 聯(lián)機熱調(diào)試，燒結(jié)機開機后循環(huán)系統(tǒng)開啟，調(diào)試設備至運轉(zhuǎn)正常，逐天投運 4、5、6、20、21、22、23、24 號風箱，循環(huán)系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行，見圖 6。

　　第二階段的調(diào)試重點是風機匹配，要求主煙道和循環(huán)煙道負壓匹配，目標是提高循環(huán)煙氣量，難點是保證煙氣罩內(nèi)負壓。煙氣罩負壓影響因素有: 循環(huán)煙氣量 ( 風門、轉(zhuǎn)速) 、主抽風量 ( 風門、脫硫) 、床層透氣性 ( 料層高度、配比) 等，通過調(diào)節(jié)這些參數(shù)，保證煙氣罩內(nèi)負壓，為氣體提供穿透床層的動力。通過一步步調(diào)試風機已基本匹配，主煙道負壓在 - 13 ～ - 15 kPa，循環(huán)煙道負壓略小于主煙道，且將進一步提高。循環(huán)煙道負壓主要受風機轉(zhuǎn)速影響，循環(huán)風機轉(zhuǎn)數(shù)高于 1 240 r /min 可保證管道負壓小于 - 13 kPa，具體如圖 7 所示。

　　3 應用效果

　　3. 1 煙氣循環(huán)運行參數(shù)

　　從表 2 中可以看出，循環(huán)煙氣量在 17. 5 ～ 28. 1 萬 m3 / h，循環(huán)風機轉(zhuǎn)速在 1 256 ～ 1 308 r /min，循環(huán)煙溫在 216 ～ 231 ℃，煙氣罩氧含量大于 17. 3%。

　　3. 2 提產(chǎn)降耗效果

　　煙 氣 循 環(huán) 投 用 后， 煙 氣 循 環(huán) 率 平 均 為 18. 63% ，循環(huán)量為 15. 77 萬 Nm3 / h; 總處理風量由 75 萬 Nm3 / h 提高到 84. 66 Nm3 / h; 綜合上料量從 570 t / h 提高到 606 t / h，燒結(jié)礦產(chǎn)量提高了 635 t / d; 燒結(jié)燃耗降低 5. 07 kg /t。

　　3. 3 節(jié)能減排效果

　　煙氣循環(huán)投用后: 燒結(jié)出口污染物減排效果顯著，其中煙氣中 SO2 濃度減排 1. 3% ，煙氣中 NOX 濃 度 減 排 7. 1% ，煙 氣 中 CO 濃 度 減 排 23. 26% 。通過該技術的應用，降低了后續(xù)污染物控制設施的運行負荷和運行成本，實現(xiàn)節(jié)能減排，改善了環(huán)境空氣質(zhì)量指標，具有顯著的經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益。

　　4 技術改進及總結(jié)

　　投用一年后發(fā)現(xiàn)室外煙氣總管道容易積灰卡料; 風箱支管蝶閥位置容易卡料堵灰; 煙氣密封罩內(nèi)部支撐復雜造成檢修更換箅條困難，更換箅條之前需要轉(zhuǎn)車 13 次，嚴重影響燒結(jié)機檢修進度。改造前后對比見圖 9。

　　1) 燒結(jié)機將水平取氣支管改為傾斜向上，在取氣主管上容易集料部位設置散料收集漏斗，同 時通過優(yōu)化程序，設置閥門開啟時序，定時輪換閥門開閉，防止閥門長期關閉狀態(tài)下積料卡阻。檢修過程中，定期清理閥門閥板周圍積料，避免余料積累卡阻閥板。

　　2) 針對室外總煙氣管道大面積積灰問題，在之前 5 個卸灰斗的基礎上，再在管道末端 ( 高溫區(qū)風箱) 每個支管對應煙道下方新增 3 個灰斗，設置卸灰閥按時序開關放料，減少管道積灰，見圖 10。

　　3) 針對煙氣密封罩內(nèi)部支撐復雜，檢修更換箅條困難問題，通過大修改變內(nèi)支撐式煙氣密封罩改為外筋板式煙氣煙氣密封罩結(jié)構(gòu)，既簡化了結(jié)構(gòu)，又可方便檢修作業(yè)。另外在煙氣循環(huán)罩內(nèi)部兩側(cè)加掛鉤，通過導鏈拆欄板，減少轉(zhuǎn)臺車次數(shù)，以免影響其他檢修項目，見圖 11。

　　5 結(jié)語

　　當下環(huán)保要求越來越嚴格，燒結(jié)煙氣循環(huán)利用作為一項有效治理煙氣的技術，在燒結(jié)工序生產(chǎn)中逐步得到推廣應用。邯寶煉鐵廠 360 m2 燒結(jié)通過采用煙氣選擇性循環(huán)節(jié)能減排技術，可實現(xiàn)煙氣循環(huán)率達到 25. 88% ，日產(chǎn)燒結(jié)礦提高 623 t，燒結(jié)固體燃耗降低了 5. 07 kg /t。有效利用了燒結(jié)機部分廢氣。燒結(jié)外排總煙氣量、CO 外排總量、 NOx 外排總量明顯降低，燒結(jié)噸礦固體燃料消耗降低，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓系數(shù)、含硫量等理化指標穩(wěn)定。同時，送入后續(xù)煙氣治理工序煙氣中的 SOx、NOx 等得到有效富集，也提高了煙氣治理工序的脫除效率。通過該技術的應用，降低了后續(xù)污染物控制設施的運行負荷和運行成本，實現(xiàn)節(jié)能減排，改善了環(huán)境空氣質(zhì)量指標，具有顯著的經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益。燒結(jié)機大煙道高溫段煙氣余熱得到充分利用，并且實現(xiàn)了燒結(jié)工藝污染物的源頭減排和過程控制，為鋼鐵行業(yè)污染物超低排放提供了新的技術路線，將促進鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣節(jié)能減排相關技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[4]。