邯寶 360 m2 燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)節(jié)能減排改造實(shí)踐

　　摘要: 介紹了河鋼邯寶煉鐵廠 360 m2 燒結(jié)機(jī)配套煙氣選擇性循環(huán)凈化與余熱利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及改造過程，通過配建煙氣選擇性循環(huán)系統(tǒng)，實(shí)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(shí)實(shí)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(shù)路線，將促進(jìn)鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣節(jié)能減排相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　關(guān)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(dāng)前大氣污染治理受到高度重視，鋼鐵工業(yè)煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)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(shè)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(shù)逐漸興起。

　　1 煙氣循環(huán)利用技術(shù)設(shè)計(jì)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(tái) 360 m2 燒結(jié)機(jī)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(shè)施，無法達(dá)到環(huán)保超低排放要求。2016 年對燒結(jié)機(jī)煙氣處理設(shè)施進(jìn)行了改造，采用逆流式活性炭脫硫脫硝一體化技術(shù)，1 #360 m2 燒結(jié)機(jī)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(dá)到超低排放要求。2 #360 m2 燒結(jié)機(jī)煙氣仍使用原有的濕法脫硫方式，為使 2#360 m2 燒結(jié)機(jī)煙氣盡快達(dá)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(yùn)行模式，即: 一套活性炭脫硫脫硝一體化裝置同時(shí)處理兩臺(tái) 360 m2 燒結(jié)機(jī)煙氣，運(yùn)行模式見圖 1。在滿足超低排放的要求下，受燒結(jié)機(jī)頭煙氣 “一拖二”模式處理煙氣總量的限制，單臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)能處理的最大煙氣量為 90 萬 Nm3 /min，兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)均達(dá)不到滿負(fù)荷生產(chǎn)，而且燒結(jié)機(jī)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(fēng)降溫造成系統(tǒng)無效風(fēng)增加。

　　為達(dá)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(shù)，燒結(jié)機(jī)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(diǎn)火爐后的臺(tái)車上部密封罩中循環(huán)使用的一種熱風(fēng)燒結(jié)方法。廢氣中的有害成分再進(jìn)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(shù)減少了煙囪排放的煙氣量，降低了煙氣凈化系統(tǒng)的負(fù)荷，保證了燒結(jié)煙氣超低排放達(dá)標(biāo)。

　　2 煙氣循環(huán)利用技術(shù)實(shí)施

　　2. 1 燒結(jié)機(jī)煙氣特征及風(fēng)箱取氣方案制定

　　360 m2 燒結(jié)機(jī)為雙煙道設(shè)計(jì)，主抽風(fēng)機(jī)工況風(fēng)量 2 × 18 000 m3 /min，共 24 個(gè)風(fēng)箱。2018 年 2 月對燒結(jié)機(jī)風(fēng)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(jī)工況條件燒結(jié)過程數(shù)值模擬及實(shí)際情況，確定取風(fēng)方案:

　　1) 頭段風(fēng)箱，高氧含量，但為保證微負(fù)壓點(diǎn)火，風(fēng)箱風(fēng)量調(diào)節(jié)閥為微開或關(guān)閉狀態(tài)，不方便取風(fēng); 2) 尾段風(fēng)箱，高氧含量，低 SO2、溫度高，作為主要風(fēng)箱進(jìn)行取氣; 4# ～ 8# 風(fēng)箱為低 O2，低溫、低 NOx，作為對高溫?zé)煔獾臏囟绕胶? 3) 頭部中段風(fēng)箱對應(yīng)的料面無覆蓋，可觀察燒結(jié)料面和點(diǎn)火保溫情況; 尾部中段 3 個(gè)風(fēng)箱對應(yīng)的料面無覆蓋，便于補(bǔ)充自然空氣對 BTP 位置后的燒結(jié)料進(jìn)行冷卻，也便于進(jìn)行臺(tái)車更換作業(yè); 尾部風(fēng)箱對應(yīng)的料面為機(jī)尾密封罩。

　　最終確定為: 1#機(jī)選取低溫區(qū)頭部中段 5 個(gè)、高溫區(qū)尾部中段 4 個(gè)，共 9 個(gè)風(fēng)箱進(jìn)行循環(huán)，密封罩覆蓋在中段風(fēng)箱，循環(huán)風(fēng)機(jī)功率為 5 000 kW，通過部分開啟密封罩頂部冷風(fēng)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(jī)選取低溫區(qū)頭部中段 3 個(gè)、高溫區(qū)尾部中段 5 個(gè)，共 8 個(gè)風(fēng)箱進(jìn)行循環(huán)，密封罩覆蓋在中段風(fēng)箱; 循環(huán)風(fēng)機(jī)功率為 4 000 kW，通過部分開啟密封罩頂部冷風(fēng)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(jìn)入密封罩內(nèi)的煙氣含氧量不足 18% 時(shí)，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(dāng)密封罩內(nèi) 負(fù) 壓 增 大、含氧量低于 18% 時(shí)，循環(huán)系統(tǒng)自動(dòng)開啟密封罩頂部冷風(fēng)閥兌冷風(fēng)，直至恢復(fù)正常 工 況。利 用 控制系統(tǒng)和風(fēng)氧平衡編寫控制命令，可以實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)調(diào)節(jié)冷風(fēng)閥的開啟關(guān)閉來滿足循環(huán)煙氣含氧量的不足。

　　2. 2 煙氣循環(huán)關(guān)鍵設(shè)備

　　燒結(jié)煙氣選擇性循環(huán)系統(tǒng)主要有風(fēng)箱支管煙氣取氣及循環(huán)煙道、循環(huán)風(fēng)機(jī)、多管除塵器、新風(fēng)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(gè)風(fēng)箱支管都可以在 “循環(huán)投運(yùn)”和 “循環(huán)離線”之間切換，便于各臺(tái)燒結(jié)機(jī)根據(jù)其煙氣特性進(jìn)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(fēng)箱支管一側(cè)，通過翻板閥實(shí)現(xiàn)兩側(cè)風(fēng)箱的切換，為防止積料堵翻板，設(shè)置了卸灰斗，見圖 5。

　　循環(huán)風(fēng)機(jī): 不僅用于生產(chǎn)，還為燒結(jié)循環(huán)煙氣提供動(dòng)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(fēng)機(jī)和后續(xù)管路系統(tǒng)的磨損。收集的灰塵通過氣力輸送設(shè)備到配混除塵灰倉中。多管金屬旋風(fēng)除塵器: 利用氣流做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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(fēng)半徑。

　　把許多小直徑的陶瓷旋風(fēng)子并聯(lián)組合在鐵皮箱內(nèi)，合用一個(gè)進(jìn)風(fēng)口，灰斗，進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口用斜隔板阻擋，保證每個(gè)旋風(fēng)子風(fēng)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(fù)壓吸附式，外觀為拱形結(jié)構(gòu)，通過立柱支撐燒結(jié)臺(tái)車上面，比臺(tái)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(shè)有觀察門，當(dāng)煙氣循環(huán)關(guān)閉后，打開觀察門取風(fēng)。

　　2. 3 煙氣循環(huán)項(xiàng)目調(diào)試過程

　　工程單臺(tái)計(jì)劃建設(shè)周期為 180 天，1 #燒結(jié)機(jī)實(shí)際建設(shè)用時(shí) 5 個(gè)月，2 #燒結(jié)機(jī)實(shí)際建設(shè)用時(shí) 5 個(gè)月。煙氣循環(huán)建成后的調(diào)試工作主要分 3 個(gè)階段進(jìn)行:

　　第一階段: 單機(jī)冷態(tài)調(diào)試，燒結(jié)機(jī)停車對接循環(huán)管道，所有設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。第二階段: 聯(lián)機(jī)熱調(diào)試，燒結(jié)機(jī)開機(jī)后循環(huán)系統(tǒng)開啟，調(diào)試設(shè)備至運(yùn)轉(zhuǎn)正常，逐天投運(yùn) 4、5、6、20、21、22、23、24 號(hào)風(fēng)箱，循環(huán)系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，見圖 6。

　　第二階段的調(diào)試重點(diǎn)是風(fēng)機(jī)匹配，要求主煙道和循環(huán)煙道負(fù)壓匹配，目標(biāo)是提高循環(huán)煙氣量，難點(diǎn)是保證煙氣罩內(nèi)負(fù)壓。煙氣罩負(fù)壓影響因素有: 循環(huán)煙氣量 ( 風(fēng)門、轉(zhuǎn)速) 、主抽風(fēng)量 ( 風(fēng)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(fù)壓，為氣體提供穿透床層的動(dòng)力。通過一步步調(diào)試風(fēng)機(jī)已基本匹配，主煙道負(fù)壓在 - 13 ～ - 15 kPa，循環(huán)煙道負(fù)壓略小于主煙道，且將進(jìn)一步提高。循環(huán)煙道負(fù)壓主要受風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速影響，循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)高于 1 240 r /min 可保證管道負(fù)壓小于 - 13 kPa，具體如圖 7 所示。

　　3 應(yīng)用效果

　　3. 1 煙氣循環(huán)運(yùn)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(fēng)機(jī)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(fēng)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(shù)的應(yīng)用，降低了后續(xù)污染物控制設(shè)施的運(yùn)行負(fù)荷和運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，改善了環(huán)境空氣質(zhì)量指標(biāo)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益。

　　4 技術(shù)改進(jìn)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(fēng)箱支管蝶閥位置容易卡料堵灰; 煙氣密封罩內(nèi)部支撐復(fù)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(yán)重影響燒結(jié)機(jī)檢修進(jìn)度。改造前后對比見圖 9。

　　1) 燒結(jié)機(jī)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(shè)置散料收集漏斗，同 時(shí)通過優(yōu)化程序，設(shè)置閥門開啟時(shí)序，定時(shí)輪換閥門開閉，防止閥門長期關(guān)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(gè)卸灰斗的基礎(chǔ)上，再在管道末端 ( 高溫區(qū)風(fēng)箱) 每個(gè)支管對應(yīng)煙道下方新增 3 個(gè)灰斗，設(shè)置卸灰閥按時(shí)序開關(guān)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(fù)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(dǎo)鏈拆欄板，減少轉(zhuǎn)臺(tái)車次數(shù)，以免影響其他檢修項(xiàng)目，見圖 11。

　　5 結(jié)語

　　當(dāng)下環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，燒結(jié)煙氣循環(huán)利用作為一項(xiàng)有效治理煙氣的技術(shù)，在燒結(jié)工序生產(chǎn)中逐步得到推廣應(yīng)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(shù)，可實(shí)現(xiàn)煙氣循環(huán)率達(dá)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(jī)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(biāo)穩(wěn)定。同時(shí)，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(shù)的應(yīng)用，降低了后續(xù)污染物控制設(shè)施的運(yùn)行負(fù)荷和運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，改善了環(huán)境空氣質(zhì)量指標(biāo)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益。燒結(jié)機(jī)大煙道高溫段煙氣余熱得到充分利用，并且實(shí)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(shù)路線，將促進(jìn)鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣節(jié)能減排相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[4]。