燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝的應(yīng)用前景

鄭綏旭　張志剛　謝朝明

摘要：在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中，燒結(jié)是必不可少的原料處理環(huán)節(jié)，燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的煙氣，其中含有粉塵、SOX、NOX、二惡英等有害物質(zhì)，煙氣排入大氣會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。通過(guò)采用燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝，大幅減少燒結(jié)廠煙氣排放量，既能減輕大氣污染，又能降低能耗。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)廢氣；煙氣循環(huán)；節(jié)能；減排

中圖分類(lèi)號(hào)：X701 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）09-0062-03

1 概述

鋼鐵行業(yè)是高能耗、重污染的行業(yè)，鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的煙氣排放主要集中在燒結(jié)工序，燒結(jié)廠煙氣排放量占鋼鐵企業(yè)總排放量的一半以上，燒結(jié)煙氣污染已成為制約我國(guó)鋼鐵行業(yè)持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展的一個(gè)重要因素。盡管如此，燒結(jié)工藝以其優(yōu)良的資源適應(yīng)性為鋼鐵企業(yè)帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，它作為鋼鐵生產(chǎn)的重要原料處理環(huán)節(jié)還將長(zhǎng)期存在。

顯而易見(jiàn)，鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排的戰(zhàn)略重點(diǎn)在燒結(jié)廠，環(huán)保要求嚴(yán)格的國(guó)家從20世紀(jì)開(kāi)始，相繼在燒結(jié)廠采用了脫硫（SOX）、脫硝（NOX）、二惡英等煙氣處理裝置。不同于燃煤電廠，燒結(jié)煙氣處理裝置投資大、運(yùn)行費(fèi)用高、效率低、副產(chǎn)品復(fù)雜。此外，外排的燒結(jié)煙氣會(huì)帶走大量的熱量，造成了能源的浪費(fèi)。鋼鐵行業(yè)的節(jié)能減排工作必然伴隨著燒結(jié)工藝本身的變革調(diào)整，才能取得顯著成效。

2 燒結(jié)煙氣污染現(xiàn)狀

燒結(jié)煙氣是燒結(jié)混合料經(jīng)點(diǎn)火后，隨臺(tái)車(chē)運(yùn)行，在高溫?zé)Y(jié)成型過(guò)程中所產(chǎn)生的含塵廢氣。由于國(guó)內(nèi)燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率高（40%～50%）和固體料循環(huán)率高，有相當(dāng)一部分空氣沒(méi)有通過(guò)燒結(jié)料層，每生產(chǎn)1噸燒結(jié)礦大約產(chǎn)生4000～6000m3煙氣。燒結(jié)煙氣的主要特點(diǎn)是：煙氣量大、溫度較高、攜帶粉塵多、CO含量較高、二氧化硫（SO2）濃度較低、含濕量大、含腐蝕性氣體、含二惡英類(lèi)物質(zhì)等。由于燒結(jié)煙氣排放源集中、總量較大，因此對(duì)局部地區(qū)大氣質(zhì)量的影響較大。

2.1 煙塵污染

燒結(jié)工序的煙塵排放量約占鋼鐵工業(yè)的20%，燒結(jié)煙氣中的粉塵主要由金屬、金屬氧化物或不完全燃燒物質(zhì)等組成，粉塵會(huì)對(duì)人體造成一定程度的危害，粉塵侵入人體的途徑主要有呼吸系統(tǒng)（能引起塵肺、肺粉塵沉著癥、腫瘤等病癥）、眼睛（可引起結(jié)膜炎、角膜混濁、眼瞼水腫等癥狀）和皮膚（可引起毛囊炎、粉刺、皮炎等）。

2.2 二氧化硫（SO2）污染

燒結(jié)工序的SO2排放量約占鋼鐵工業(yè)的60%，燒結(jié)煙氣中SO2主要來(lái)源是固體燃料的燃燒，SO2濃度隨原料和燃料的差異而變化，一般為1000～3000mg/Nm3。SO2的主要危害體現(xiàn)在：空氣中的SO2濃度過(guò)高易形成酸雨，酸雨會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境，影響動(dòng)植物的生存，還會(huì)損壞雕塑及建筑物，造成經(jīng)濟(jì)損失；空氣中的SO2濃度過(guò)高對(duì)人體健康也會(huì)造成危害，SO2會(huì)刺激人的鼻腔和呼吸道黏膜，嚴(yán)重時(shí)造成鼻腔出血、呼吸道受阻。

2.3 氮氧化物（NOX）污染

燒結(jié)工序的NOX排放量約占鋼鐵工業(yè)的50%，燒結(jié)煙氣中的NOX主要來(lái)源是燃料的燃燒，主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），NO與血液中的血紅蛋白的親和力比CO還強(qiáng)，NO通過(guò)呼吸道及肺進(jìn)入血液，能使血液失去輸氧能力，產(chǎn)生與CO中毒類(lèi)似的嚴(yán)重后果。NO很容易氧化成劇毒的NO2，進(jìn)入肺臟深處的肺毛細(xì)血管，引起肺水腫，同時(shí)還能刺激眼黏膜、麻痹嗅覺(jué)。

2.4 其他污染

燒結(jié)煙氣中還含有二惡英等有害物質(zhì)。目前鋼鐵行業(yè)的二惡英排放居世界第二位，僅次于垃圾焚燒行業(yè)。燒結(jié)煙氣中的二惡英主要源自燒結(jié)過(guò)程的無(wú)機(jī)氯化物、軋鋼含油廢鐵渣等反應(yīng)生成，二惡英是毒性很強(qiáng)的有機(jī)化合物，具有致癌作用。

3 燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝

3.1 燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝簡(jiǎn)介

燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝，顧名思義，就是燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣沒(méi)有全部外排，而是將其中一部分熱煙氣再次引入燒結(jié)過(guò)程循環(huán)使用，采用該工藝可在節(jié)能、減排兩方面帶來(lái)效益，在國(guó)外一些燒結(jié)廠早已應(yīng)用了該工藝。

1981年11月，煙氣循環(huán)工藝裝置在日本住友金屬工業(yè)公司小倉(cāng)鋼鐵廠的燒結(jié)機(jī)上投入使用。具體做法是，將燒結(jié)機(jī)后半段的高溫廢氣（氧濃度為18%～21%）引回到燒結(jié)機(jī)前半段使用。實(shí)踐證明，循環(huán)煙氣中氧濃度為18%以上就能滿足燒結(jié)生產(chǎn)的需要，燒結(jié)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量都不受影響。典型的燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝還有EOS（Emission Optimized Sintering）、LEEP（Low Emission & Energy optimized sinter Production）、Eposint（環(huán)保型工藝優(yōu)化燒結(jié)的縮寫(xiě)）等。

1995年，EOS工藝在荷蘭克魯斯艾莫伊登燒結(jié)廠實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。他們將主抽風(fēng)機(jī)排出的煙氣大約50%引回到燒結(jié)機(jī)上的熱風(fēng)罩內(nèi)，剩余部分外排。熱風(fēng)罩將燒結(jié)機(jī)全長(zhǎng)都罩起來(lái)，在燒結(jié)過(guò)程中，為調(diào)整循環(huán)煙氣的氧含量，鼓入少量新鮮空氣與循環(huán)廢氣混合。這樣，僅需對(duì)約50%的外排燒結(jié)煙氣進(jìn)行處理，使之達(dá)到環(huán)保要求，灰塵、NOX被減少約45%，二惡英被減少約70%。

LEEP工藝是由德國(guó)HKM開(kāi)發(fā)的，已在其燒結(jié)機(jī)上投入使用。該燒結(jié)機(jī)采用兩根廢氣管道，一根管道回收燒結(jié)機(jī)后段的熱廢氣（約200℃，用于循環(huán)使用），另一根管道回收燒結(jié)機(jī)前段的冷廢氣（約65℃，經(jīng)處理后外排），兩根管道分別經(jīng)過(guò)電除塵器和抽風(fēng)機(jī)，在進(jìn)入電除塵器前，兩根管道中的廢氣經(jīng)過(guò)換熱器，使外排廢氣溫度提高到110℃，循環(huán)廢氣溫度降到150℃。LEEP工藝中，循環(huán)廢氣罩沒(méi)有完全覆蓋燒結(jié)機(jī)，允許一部分空氣漏進(jìn)來(lái)補(bǔ)充循環(huán)廢氣中氧含量的不足。經(jīng)過(guò)幾年的生產(chǎn)操作實(shí)踐，LEEP工藝實(shí)現(xiàn)了減少燒結(jié)廢氣排放量45%，減少燒結(jié)焦粉單耗5kg/t燒結(jié)礦，并維持燒結(jié)礦質(zhì)量不降低的目標(biāo)。

Eposint工藝，于2005年3月在奧鋼聯(lián)鋼鐵公司投入應(yīng)用。Eposint工藝，又稱(chēng)選擇性廢氣循環(huán)工藝，根據(jù)燒結(jié)機(jī)各風(fēng)箱的流量和污染物排放濃度決定循環(huán)煙氣的來(lái)源，用于循環(huán)的氣流來(lái)自廢氣溫度升高區(qū)域的風(fēng)箱，這一區(qū)域大致位于燒結(jié)機(jī)總長(zhǎng)的3/4處。根據(jù)工藝條件的變動(dòng)，可按需選擇循環(huán)區(qū)域的各個(gè)風(fēng)箱進(jìn)入外排系統(tǒng)還是循環(huán)系統(tǒng)。應(yīng)用Eposint工藝能在不影響燒結(jié)產(chǎn)量的情況下使現(xiàn)有燒結(jié)廠的排放指標(biāo)降低30%左右。

實(shí)踐證明，采用燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝主要有以下優(yōu)點(diǎn)：排入大氣的煙氣量顯著減少，廢氣凈化裝置（主電除塵器、脫硫裝置、脫硝裝置等）的規(guī)格顯著減小，節(jié)省設(shè)備投資和運(yùn)行成本；廢熱回收量顯著增加，固體燃料的用量降低；對(duì)燒結(jié)礦單位生產(chǎn)率和燒結(jié)礦質(zhì)量無(wú)明顯影響。

3.2 采用煙氣循環(huán)工藝的節(jié)能作用

采用煙氣循環(huán)工藝的節(jié)能作用主要體現(xiàn)在節(jié)省固體燃料和節(jié)電兩個(gè)方面。

燒結(jié)過(guò)程的熱收入中約80%來(lái)自固體燃料燃燒產(chǎn)生的熱量，熱支出中約25%是煙氣帶走的熱量。由于煙氣的循環(huán)利用，熱煙氣再次通過(guò)燒結(jié)料層時(shí)，除自身攜帶熱量外，其中的CO在燒結(jié)過(guò)程中可再次參加反應(yīng)，提供熱量。以30%煙氣循環(huán)使用為例，減排煙氣相當(dāng)于熱損失減少了5%～8%，理論上可節(jié)省固體燃料6%～10%（相當(dāng)于每生產(chǎn)1t燒結(jié)礦，節(jié)省固體燃料3～5kg）。

部分煙氣循環(huán)使用，外排系統(tǒng)的主排風(fēng)機(jī)、主電除塵器、脫硫等煙氣處理裝置處理風(fēng)量相應(yīng)降低，設(shè)備規(guī)格小，整個(gè)外排系統(tǒng)的單位耗電量降低。

3.3 采用煙氣循環(huán)工藝的減排原理

從國(guó)外煙氣循環(huán)工藝的使用效果來(lái)看，外排煙氣量減少了30%～50%，這是個(gè)相當(dāng)可觀的數(shù)據(jù)。在同樣排放標(biāo)準(zhǔn)下，單位燒結(jié)礦產(chǎn)量排放的粉塵等污染物總量相應(yīng)按比例減少。

熱煙氣再次通過(guò)燒結(jié)料層燃燒帶時(shí)，煙氣中的二惡英和氮氧化物能夠通過(guò)熱分解被部分破壞，硫氧化物和粉塵能夠被部分吸附并滯留于燒結(jié)料層中；循環(huán)中的CO參加反應(yīng)，可減少外排煙氣中的CO含量。固體燃料的節(jié)省，也減少了外排煙氣中二氧化硫、氮氧化物等的來(lái)源，減輕了其污染程度。

4 應(yīng)用前景

在國(guó)內(nèi)的燒結(jié)廠，燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝的應(yīng)用尚在起步階段。隨著業(yè)內(nèi)人士對(duì)能源、環(huán)保問(wèn)題認(rèn)識(shí)的提高，燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝逐漸吸引了大家的視線。大家把目標(biāo)主要集中在三個(gè)方面：節(jié)能、減排和增產(chǎn)。

4.1 在新建燒結(jié)機(jī)上應(yīng)用

根據(jù)國(guó)家環(huán)保最新要求，新建燒結(jié)機(jī)必須配套建設(shè)煙氣處理設(shè)施，對(duì)脫硫裝置的要求是全部外排煙氣都要經(jīng)過(guò)脫硫。為了適應(yīng)發(fā)展的需要，以減低燒結(jié)煙氣處理裝置的基建成本和生產(chǎn)成本，應(yīng)用節(jié)能技術(shù)為目的，應(yīng)在新建燒結(jié)機(jī)上實(shí)施煙氣循環(huán)工藝。

針對(duì)我國(guó)的生產(chǎn)現(xiàn)狀，宜采用頭尾循環(huán)的模式——抽取燒結(jié)機(jī)頭部幾個(gè)風(fēng)箱和尾部幾個(gè)風(fēng)箱的煙氣混合后循環(huán)使用，根據(jù)混合后煙氣溫度來(lái)調(diào)整循環(huán)與外排交界處風(fēng)箱的氣流走向。這種模式優(yōu)點(diǎn)如下：循環(huán)煙氣不經(jīng)過(guò)主電除塵器，可降低外排系統(tǒng)設(shè)備規(guī)格，降低其投資和運(yùn)行費(fèi)用；頭部煙氣溫度低，尾部煙氣溫度高，兩股煙氣按一定比例混合后，能按需調(diào)整煙氣溫度，保證外排煙氣溫度不低于主電除塵器要求的工作溫度下限；我國(guó)燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率高，頭尾漏入的空氣較多，漏入的新鮮空氣能提高煙氣含氧量。

4.2 在已投產(chǎn)的燒結(jié)機(jī)上改造

在已經(jīng)投產(chǎn)的燒結(jié)機(jī)上實(shí)施改造，應(yīng)用煙氣循環(huán)工藝，應(yīng)針對(duì)各廠自身的實(shí)際情況和需求，站在不同的角度，有針對(duì)性地實(shí)施。

對(duì)于擬建煙氣處理設(shè)施的工廠，可采用類(lèi)似EOS的模式，從主抽風(fēng)機(jī)后取一部分煙氣用于循環(huán)，減少外排的煙氣量。在進(jìn)行脫硫等煙氣處理設(shè)施選型時(shí)，可以降低規(guī)格，減少其投資和運(yùn)行費(fèi)用。這樣做的好處是：對(duì)原有生產(chǎn)系統(tǒng)影響小，改造簡(jiǎn)便易行；循環(huán)風(fēng)機(jī)只起增壓作用，循環(huán)系統(tǒng)的工藝布置簡(jiǎn)單，投資和運(yùn)行費(fèi)用低。但是，整個(gè)燒結(jié)機(jī)的煙氣混合后含氧量一般在12%左右，滿足不了燒結(jié)生產(chǎn)，必須采用兌風(fēng)措施，提高循環(huán)煙氣的含氧量。

對(duì)于已經(jīng)建設(shè)煙氣處理設(shè)施的工廠，可以在不增加外排煙氣量，不改變?cè)械臋C(jī)頭煙氣處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將燒結(jié)機(jī)加寬、加長(zhǎng)，增加燒結(jié)面積，通過(guò)增加循環(huán)風(fēng)機(jī)來(lái)增加燒結(jié)風(fēng)量，解決原有風(fēng)機(jī)能力不足的問(wèn)題，達(dá)到增產(chǎn)的目的。針對(duì)這種情況，有幾種選擇：采用頭尾循環(huán)的模式，保證循環(huán)煙氣的含氧量，穩(wěn)定燒結(jié)生產(chǎn)；采用尾部循環(huán)的模式，提高循環(huán)廢氣的溫度，提高回收廢熱的比例，節(jié)省能源；采用中部選擇性循環(huán)的模式，取有害物質(zhì)濃度高的部分煙氣循環(huán)使用，這部分煙氣再次通過(guò)燒結(jié)料層時(shí)，其中的部分有害物質(zhì)分解，達(dá)到有害物質(zhì)減排的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）采用燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝，減少燒結(jié)煙氣的外排總量，是減輕燒結(jié)廠煙氣污染的最有效手段。

（2）采用該工藝，可大幅降低燒結(jié)廠煙氣處理設(shè)施（靜電除塵、脫硫、脫氮）的投資和運(yùn)行費(fèi)用。

（3）熱煙氣循環(huán)使用，再次經(jīng)過(guò)燒結(jié)料層，可使煙氣中的部分有害物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化或受到抑制，可降低單位產(chǎn)量的有害物質(zhì)排放量。

（4）熱煙氣循環(huán)使用，外排煙氣量大幅減少，可減少外排煙氣帶走的熱量，減少熱損失，從而降低固體燃料消耗，節(jié)省能源。

（5）燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝，是一種節(jié)能減排型的綠色生產(chǎn)工藝，符合我國(guó)當(dāng)前發(fā)展的需要。該工藝在新建的和原有的燒結(jié)機(jī)上都能應(yīng)用，值得在國(guó)內(nèi)大力推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]佐藤政，等.燒結(jié)廠廢氣循環(huán)的利用[J].燒結(jié)球團(tuán)，

1984，（6）.

[2]朱廷鈺.燒結(jié)煙氣凈化技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版

社，2008.

[3]Alexander Fleischanderl，等.環(huán)保型燒結(jié)生產(chǎn)新技

術(shù)——Eposint and MEROS[J].中國(guó)冶金，2008，

（11）.

[4]沈曉林.燒結(jié)煙氣污染治理技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)[J].寶鋼

技術(shù)，2009，（S1）.

作者簡(jiǎn)介：鄭綏旭（1972—），男，遼寧燈塔人，中冶北方工程技術(shù)有限公司高級(jí)工程師，研究方向：燒結(jié)、球團(tuán)廠節(jié)能減排工藝。

（責(zé)任編輯：周 瓊）