燒結(jié)環(huán)冷機(jī)低溫段煙氣烘干焦炭可行性分析

（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東濟(jì)南 250101）

引言

焦炭在現(xiàn)代高爐煉鐵中是不可或缺的，煉鐵所需的熱量主要來自焦炭的燃燒，焦炭在高爐冶煉中起著熱量來源、還原劑、料柱骨架和滲碳劑等作用[1]，因此穩(wěn)定焦炭入爐質(zhì)量是高爐煉鐵最基本的保證。

焦炭含水量過高容易導(dǎo)致高爐生產(chǎn)過程中產(chǎn)生各種問題，一是導(dǎo)致槽下篩分效果變差，進(jìn)入高爐焦粉量增加，高爐透氣性惡化；二是降低高爐爐頂煤氣溫度，導(dǎo)致干法布袋除塵器板結(jié)、破損；三是高爐煤氣中水汽含量增加，降低煤氣熱值。為減少焦炭含水量偏高帶來的不利因素，目前主要考慮采用熱風(fēng)爐廢氣對(duì)焦炭進(jìn)行烘干，但由于廢氣量有限，且熱風(fēng)爐廢氣中含有CO，對(duì)崗位生產(chǎn)人員存在一定的安全隱患[2]。

針對(duì)現(xiàn)有焦炭烘干工藝問題，綜合鋼廠余熱利用情況，燒結(jié)環(huán)冷機(jī)低溫段約200 ℃，煙氣量相對(duì)穩(wěn)定，且尚未利用，此部分滿足焦炭加熱要求。

本文結(jié)合某鋼廠實(shí)際情況，高爐焦炭含水率干燥天氣條件下在7%～8%，潮濕天氣條件下含水率在11%～12%，分析采用燒結(jié)低溫段煙氣烘干焦炭的可行性。

1 焦炭烘干

1.1 烘干工藝

本工藝熱源采用燒結(jié)環(huán)冷機(jī)三段煙氣，煙氣溫度約180～200 ℃，最高可達(dá)250 ℃。

首先對(duì)該鋼廠燒結(jié)環(huán)冷機(jī)上部進(jìn)行改造，將環(huán)冷機(jī)低溫段用鋼制煙罩進(jìn)行密封，用于回收煙氣。煙罩制作安裝過程中，連續(xù)焊接每個(gè)部件，同時(shí)保持臺(tái)車隔板和煙罩的間距，保證臺(tái)車上邊緣和煙罩下邊緣盡量接近。在煙罩的下邊緣外的側(cè)面安裝耐高溫材料，將擋皮固定在臺(tái)車楔形上緣的斜面，這樣可以降低對(duì)外漏氣量。另外，煙罩內(nèi)設(shè)置保溫涂層，減少向外熱輻射。

在煙罩頂部設(shè)置放散煙囪，煙囪上安裝電動(dòng)蝶閥1臺(tái)，從閥門前開孔引入煙氣總管，將廢煙氣通過管道引至高爐礦槽?？偣艿郎习惭b耐磨、耐高溫引風(fēng)機(jī)1臺(tái)以克服管道及料層阻力，當(dāng)引風(fēng)機(jī)開啟后，關(guān)閉煙囪上電動(dòng)蝶閥，燒結(jié)煙氣進(jìn)入焦炭干燥系統(tǒng)管網(wǎng)。風(fēng)機(jī)出口總管分出4 個(gè)支管分別至4 個(gè)焦炭倉，為均衡4個(gè)焦炭倉的進(jìn)風(fēng)量，保證每個(gè)焦炭倉焦炭烘干程度均勻，每個(gè)焦炭倉均設(shè)置煙氣環(huán)管，從每個(gè)環(huán)管引出4個(gè)分支管進(jìn)入倉內(nèi)，4個(gè)煙氣支管均安裝風(fēng)量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量。為了避免烘干過程中焦炭倉出口的煙氣溫度過高，本系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速，當(dāng)焦炭倉開始受料時(shí)，降低引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速至最小，受料結(jié)束轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常，風(fēng)機(jī)變頻可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連鎖控制。同時(shí)，本系統(tǒng)可以根據(jù)焦炭烘干效果，通過風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)風(fēng)量，降低運(yùn)行成本。風(fēng)機(jī)出口管道上增加放散管及閥門，以進(jìn)一步保護(hù)除塵器。

具體流程見圖1。

圖1 焦炭烘干工藝流程圖

為了保證烘干效果，進(jìn)風(fēng)口均勻布置在倉體的錐面，保證焦炭受熱均勻，煙氣從焦炭倉底部往上滲透，煙氣對(duì)底部焦炭烘干后，余熱進(jìn)而對(duì)上部焦炭進(jìn)行預(yù)熱，煙氣最終通過除塵管道進(jìn)入除塵器；同時(shí)在保證焦炭倉自身強(qiáng)度的前提下，進(jìn)風(fēng)口盡量靠近底部，使進(jìn)風(fēng)大面積覆蓋下行焦炭，保證有效蒸發(fā)焦炭水分，提高焦炭烘干效果。

1.2 溫度控制

焦炭著火溫度為450～650 ℃,環(huán)冷機(jī)三段廢煙氣溫度180～200 ℃，不會(huì)引起焦炭燃燒，但焦炭在運(yùn)輸過程中無法避免夾雜易燃物，如紙屑、塑料、木片等，著火溫度在250 ℃左右。因此，煙氣溫度必須控制在250 ℃以下，為防止燒結(jié)廢煙氣溫度過高，系統(tǒng)在引風(fēng)機(jī)入口管道上設(shè)置電動(dòng)混風(fēng)閥，根據(jù)進(jìn)入倉內(nèi)煙氣溫度調(diào)節(jié)混風(fēng)閥開度，以避免焦炭燃燒。

1.3 煙罩及管道

環(huán)冷機(jī)三段在其中各個(gè)風(fēng)箱頂部設(shè)置密封煙罩及放散煙囪，從煙囪開孔引出煙氣總管至高爐礦槽，煙罩、風(fēng)機(jī)及所有的煙氣管道均進(jìn)行外保溫，保溫材料為巖棉氈，保護(hù)層采用0.5 mm鋁板。管道敷設(shè)方式采用架空敷設(shè)，根據(jù)需要設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)管道支架及金屬波紋補(bǔ)償器。

2 煙氣除塵

該鋼廠焦炭通過移動(dòng)卸料小車進(jìn)入焦炭倉，現(xiàn)場已設(shè)除塵系統(tǒng)，本焦炭烘干系統(tǒng)考慮烘干后煙氣含有大量焦炭粉塵，須新上一套除塵系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行合理的煙塵治理，滿足環(huán)境排放和工業(yè)衛(wèi)生的要求，煙塵排放濃度＜10 mg/m3。

2.1 工藝管路

保證與整體除塵工藝匹配，減少工藝路線中的死角及大阻力彎頭。除塵管道風(fēng)速設(shè)計(jì)合理，長時(shí)間使用粉塵不沉降。工藝管線設(shè)置低位排水裝置，避免泥水在管道內(nèi)淤積，并起到預(yù)處理泥水作用。

2.2 設(shè)備布置

除塵系統(tǒng)的布置、運(yùn)行及塵源點(diǎn)密閉，不影響生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行及崗位人員的操作；根據(jù)工藝總體狀況和現(xiàn)場實(shí)際情況安裝與工藝生產(chǎn)線就近位置，除塵器灰斗排灰由除塵器控制系統(tǒng)程序定期排灰，排入集中收納裝置。

3 焦炭烘干理論計(jì)算

3.1 計(jì)算基礎(chǔ)

(1)焦炭烘干前含水量，11%;

(2)焦炭烘干后含水量，7%;

(3)焦炭倉出料量，4×16 t/h;

(4)焦炭設(shè)計(jì)起始溫度，20 ℃;

(5)焦炭烘干后終點(diǎn)溫度，90 ℃;

(6)煙氣烘干前溫度，200 ℃;

(7)煙氣烘干后溫度，100 ℃。

3.2 焦炭烘干需要的總熱量

Q總=Q1+Q2+Q3[2]

Q1—焦炭從起始溫度加熱到終點(diǎn)溫度所吸收的熱量;

Q2—焦炭烘干的水分蒸發(fā)所帶走的熱量;

Q3—焦炭中的終點(diǎn)水分從起始溫度加熱到終點(diǎn)溫度所吸收的熱量。

相對(duì)烘干前焦炭減少含水量為：

3.3 焦炭烘干需要的煙氣量

V=Q總÷（h始-h終）

h始—煙氣起始溫度焓值;

h終—煙氣終點(diǎn)溫度焓值。

V=1167×104÷（261-130）=8.9×104m3/h

200 ℃工況煙氣量：

8.9×104×(273+200)÷273=15.4×104m3/h

該鋼廠燒結(jié)環(huán)冷機(jī)三段煙氣量能滿足理論計(jì)算要求要求。

4 設(shè)備選型

本工藝主要設(shè)備為烘干風(fēng)機(jī)、除塵器、除塵風(fēng)機(jī)等。

（1）烘干風(fēng)機(jī)選型：所需風(fēng)量由上述公式計(jì)算得出，風(fēng)機(jī)風(fēng)壓主要包含兩部分：一是穿透焦炭料層所需的阻力，二是克服管道的阻力損失。

（2）除塵器選型：主要考慮煙塵排放濃度控制在10 mg/m3以下，過濾風(fēng)速小于1.0 m/min。

（3）除塵風(fēng)機(jī)選型：風(fēng)量主要由焦炭烘干所需煙氣量確定；風(fēng)壓也包含兩部分，一是除塵器設(shè)備阻力阻力，二是克服管道的阻力損失。

5 工程經(jīng)濟(jì)效益分析

焦炭含水量對(duì)高爐煉鐵過程產(chǎn)生諸多問題，最主要表現(xiàn)在會(huì)引起的爐況波動(dòng)，從而使焦比升高，每增加1%的水分約增加焦炭用量1.1%～1.3%[3]，考慮實(shí)際工程效果達(dá)不到理論計(jì)算要求，焦炭烘干后含水量減少3%是很難的。工程按照減少水分4%設(shè)計(jì)，實(shí)際效果在2%～2.5%范圍內(nèi)。

按照含水量降低2%，焦炭增加比例1.1%考慮，則焦炭用量降低2.2%。該鋼廠年消耗焦炭約52 萬t，每年節(jié)省焦炭1.1 萬t，年節(jié)約費(fèi)用約2000 萬元。該鋼廠焦炭烘干項(xiàng)目投資約1200萬元，加上每年運(yùn)行成本約500 萬元，運(yùn)行一年后整個(gè)項(xiàng)目投資即可回收。

6 結(jié)語

利用燒結(jié)低溫段煙氣烘干焦炭具有建設(shè)可行性。一是解決了焦炭水分過高導(dǎo)致的問題，降低運(yùn)行成本、帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，二是達(dá)到了節(jié)能降耗、環(huán)境友好的企業(yè)環(huán)保宗旨。