內(nèi)循環(huán)式煙氣循環(huán)工藝在安鋼一號燒結(jié)機的應(yīng)用

呂 文 劉月建 孫沛勛 關(guān)紅兵

（安陽鋼鐵股份有限公司）

0 前言

燒結(jié)過程的余熱回收與再利用是鐵前系統(tǒng)節(jié)能降耗的重要途徑之一[1-3]。近年來，燒結(jié)機大煙道中高溫與中溫廢氣的再利用逐漸引起國內(nèi)鋼鐵企業(yè)的重視[4]。大煙道廢氣具有氧含量低、廢氣溫度波動范圍大等特點，從提高能源利用效率的角度考慮，將大煙道高溫廢氣引回?zé)Y(jié)料面進(jìn)行煙氣循環(huán)燒結(jié)是最有效的余熱回收方式。同時，隨著國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升，通過燒結(jié)煙氣循環(huán)實現(xiàn)污染物總量減排，也是解決環(huán)保問題的有效手段之一[5]。

1 工藝路線的選擇

當(dāng)前國內(nèi)已經(jīng)實施的煙氣循環(huán)工藝路線分為內(nèi)循環(huán)方式和外循環(huán)方式兩種，兩種方式各有利弊[6-8]。我們根據(jù)安鋼1#燒結(jié)機的工藝技術(shù)特點，借鑒兄弟鋼鐵企業(yè)開展的煙氣循環(huán)工程的成功經(jīng)驗，充分對比了兩種方式的優(yōu)缺點后，最終決定采用煙氣內(nèi)循環(huán)工藝。

該方案計劃通過一臺循環(huán)風(fēng)機將燒結(jié)機尾部溫度較高、O2含量較高、SO2含量較低的部分風(fēng)箱煙氣以及中部溫度較低、O2含量較低、SO2含量較高的部分煙氣分別抽入新增的煙道，在多管除塵前的煙箱混合器中進(jìn)行混勻，然后進(jìn)入燒結(jié)機臺車上的煙氣罩內(nèi)，參與正常的燒結(jié)過程。因為這部分從風(fēng)箱抽出的煙氣不經(jīng)過主抽風(fēng)機直接返回了燒結(jié)機料面，所以稱為“煙氣內(nèi)循環(huán)工藝”。與煙氣外循環(huán)工藝相比，該工藝方式的優(yōu)點是利用了高溫?zé)煔獾臒崃浚梢赃_(dá)到降低燒結(jié)礦固體燃耗，減少主抽及脫硫負(fù)荷的目的，缺點則是新建的熱循環(huán)風(fēng)機需要耐受較高溫度，投資較大。同時，內(nèi)循環(huán)方式下煙氣含氧量偏低，不利于燒結(jié)過程維持氧化性環(huán)境，不利于發(fā)展鐵酸鈣液相，對燒結(jié)礦質(zhì)量可能有不利影響。安鋼1#燒結(jié)機煙氣循環(huán)工藝流程如圖1所示。

在設(shè)備建設(shè)完成后，該系統(tǒng)需要與燒結(jié)工藝深入結(jié)合，以達(dá)到在不影響燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的前提下，充分發(fā)揮系統(tǒng)作用的目的。針對煙氣內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)的特點，合理控制廢氣中的氧含量和溫度將成為影響大煙道廢氣熱回收效果的關(guān)鍵因素，為此，技術(shù)人員在設(shè)備與工藝調(diào)試的同時不斷摸索調(diào)整，最終確定了適宜的操作參數(shù)。

2 系統(tǒng)操作參數(shù)的確定

圖1 燒結(jié)機煙氣內(nèi)循環(huán)工藝流程

2.1 燒結(jié)機運行條件

在1#燒結(jié)機煙氣循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)調(diào)結(jié)束后，開始對工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，通過分析各系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)試情況以及燒結(jié)煙氣排放數(shù)據(jù)的變化，摸索出燒結(jié)系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)之間的參數(shù)匹配關(guān)系。調(diào)試期間燒結(jié)機的運行條件見表1。

2.2 調(diào)試過程中各系統(tǒng)參數(shù)的匹配

表1 煙氣循環(huán)調(diào)試期間燒結(jié)機運行工藝條件

在調(diào)試過程中，對燒結(jié)機生產(chǎn)參數(shù)與循環(huán)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了多次調(diào)整，最終達(dá)到了較為適宜的運行區(qū)間，煙氣循環(huán)系統(tǒng)調(diào)試過程中的重要數(shù)據(jù)見表2。

表2 煙氣循環(huán)系統(tǒng)調(diào)試過程中的重要參數(shù)

通過本次系統(tǒng)調(diào)試，明確了關(guān)鍵設(shè)備的運行參數(shù)，重要參數(shù)：（1）循環(huán)系統(tǒng)投入運行前，要求燒結(jié)機大煙道兩側(cè)的廢氣溫度保證在130 ℃以上；（2）循環(huán)系統(tǒng)投入運行前，混合熱風(fēng)支管處5個手動翻板閥保持全開狀態(tài)；（3）啟動循環(huán)風(fēng)機前關(guān)閉循環(huán)風(fēng)機風(fēng)門到0，上位機啟動循環(huán)風(fēng)機后，頻率暫設(shè)定在30～35 Hz；（4）切換導(dǎo)氣管閥門需要依次進(jìn)行，先打開熱風(fēng)通道，對應(yīng)關(guān)閉主抽通道閥門；（5）系統(tǒng)運行時，參與熱風(fēng)循環(huán)的風(fēng)箱支管壓力需與周圍風(fēng)箱保持一致；（6）燒結(jié)機料面循環(huán)罩內(nèi)的煙氣含氧量控制在≥16%，煙氣溫度控制在200～250 ℃，罩內(nèi)壓力控制在≤-20 Pa；（7）通過控制循環(huán)風(fēng)機頻率和主抽風(fēng)機風(fēng)門開度，在保持上述參數(shù)的基礎(chǔ)上，確保燒結(jié)過程穩(wěn)定，終點溫度和位置合理。

2.3 調(diào)試結(jié)論

根據(jù)煙氣循環(huán)系統(tǒng)的調(diào)試結(jié)果，可得出以下結(jié)論：

（1）調(diào)試期內(nèi)，在燒結(jié)機系統(tǒng)接近滿負(fù)荷生產(chǎn)的情況下，5月份和6月份煙氣循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)煙氣量分別達(dá)到總煙氣量的15.1%和18.1%，能夠達(dá)到設(shè)計指標(biāo)15%～20%的要求。

（2）在上述循環(huán)比例條件下，5月份和6月份進(jìn)入后道脫硫脫硝系統(tǒng)的煙氣量分別減少15.1%和18.1%，減輕了脫硫脫硝系統(tǒng)的工作負(fù)荷。

（3）通過高溫?zé)煔獾难h(huán)后，機頭電除塵器、主抽風(fēng)機的工作溫度與目前的實際工作溫度相比降低了10 ℃左右，工況煙氣量相應(yīng)減少。經(jīng)測量，除塵器內(nèi)的煙氣流速由之前的1.07 m/s降低至0.92 m/s，煙氣流速降低后，機頭電除塵器的除塵效果得到提高。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 燒結(jié)燃料用量變化分析

由于煙氣循環(huán)工藝?yán)酶邷責(zé)犸L(fēng)提供了部分熱量，因此在投用煙氣循環(huán)系統(tǒng)后可適當(dāng)降低燒結(jié)配碳量，從而降低燒結(jié)礦固體燃料消耗。通過分析工業(yè)試驗投用煙氣循環(huán)系統(tǒng)前后的數(shù)據(jù)可知，在保證高爐對燒結(jié)礦FeO和轉(zhuǎn)鼓強度要求的前提下，投用煙氣循環(huán)系統(tǒng)后，噸燒結(jié)礦固體燃料消耗降低約2.5 kg/t，降低幅度明顯，具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用前后燒結(jié)礦固耗對比

3.2 燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)分析

1#燒結(jié)機煙氣循環(huán)系統(tǒng)調(diào)試前后燒結(jié)礦的重要指標(biāo)數(shù)據(jù)見表4。

表4 煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用前后燒結(jié)礦的主要質(zhì)量指標(biāo)對比

從表4可以看出，1#燒結(jié)機煙氣循環(huán)系統(tǒng)調(diào)試前后燒結(jié)礦的重要指標(biāo)并無較大變化，說明該系統(tǒng)投用后，在燃料消耗降低的前提下，燒結(jié)礦強度、粒度等指標(biāo)并未受到影響。

但由于內(nèi)循環(huán)工藝降低了煙氣氧濃度，造成燒結(jié)過程還原性氣氛加重，因此對燒結(jié)礦FeO含量的穩(wěn)定性帶來一定影響。通過摸索，發(fā)現(xiàn)根據(jù)循環(huán)量及時調(diào)整燃料配比，可以保持燒結(jié)礦FeO含量的穩(wěn)定。對比熱風(fēng)燒結(jié)循環(huán)系統(tǒng)投用前后的數(shù)據(jù)，1#燒結(jié)機燒結(jié)礦FeO的平均值能夠維持在8.0左右，±1%合格率達(dá)到85%以上。同時，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度高位穩(wěn)定，≥78%合格率保持在95%以上，滿足了高爐對燒結(jié)礦FeO穩(wěn)定率和強度的要求。

3.3 污染物排放指標(biāo)分析

理論分析認(rèn)為，煙氣循環(huán)工藝對污染物的減排作用主要靠五個方面來實現(xiàn)：

（1）將富含污染物的高溫?zé)煔獬榛責(zé)Y(jié)機料面，重新參與燒結(jié)過程，燒結(jié)餅充當(dāng)了“過濾器”的部分功能；

（2）利用了高溫?zé)煔獾臒崃亢?，降低了燒結(jié)配碳量，從而減少了由燃料燃燒產(chǎn)生的SO2及NOx，實現(xiàn)了源頭減排；

（3）通過煙氣循環(huán)減少了進(jìn)入脫硫脫硝系統(tǒng)的煙氣量，減少了系統(tǒng)的工作負(fù)荷；

（4）在減少煙氣量的同時提高了煙氣中的污染物濃度，降低了塔內(nèi)煙氣流速，有利于提高活性炭層的吸附效果，從而提高脫硫脫硝系統(tǒng)的運行效率；

（5）降低了煙氣含氧量，避免按16%的含氧量折算后污染物排放超標(biāo)。煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用前后脫硫脫硝系統(tǒng)出口的煙氣污染物濃度對比見表5，試驗期間脫硫脫硝系統(tǒng)出口煙氣中SO2、NOx和粉塵的排放趨勢如圖2所示。

表5 煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用前后脫硫脫硝系統(tǒng)出口煙氣污染物濃度對比

圖2 試驗期間脫硫脫硝系統(tǒng)出口SO2、NOx及粉塵的排放趨勢

從表5可以看出，與熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)投用前相比，工業(yè)試驗期間脫硫脫硝系統(tǒng)出口的SO2、NOx和粉塵的排放值分別下降了7%、12%及10%，而煙氣含氧量由17.1%下降到16.05%。因此，1#機熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)的投用對污染物減排起到了積極作用。

4 結(jié)論

安鋼1#燒結(jié)機采取煙氣內(nèi)循環(huán)工藝模式后，一部分燒結(jié)風(fēng)箱的煙氣被循環(huán)使用，減少了排入大氣的煙氣量，在環(huán)保方面取得明顯收益，具體效果體現(xiàn)在除塵、污染物減量排放及降低固體燃耗等幾個方面。

（1）燒結(jié)煙氣內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)需要與燒結(jié)機本體系統(tǒng)進(jìn)行匹配調(diào)試，確定適宜的操作參數(shù)范圍，在確保熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)比例的基礎(chǔ)上，保證燒結(jié)過程正常進(jìn)行。

（2）煙氣循環(huán)工藝?yán)酶邷責(zé)犸L(fēng)提供了部分熱量，從而降低了燒結(jié)礦固體燃料消耗。投用煙氣循環(huán)系統(tǒng)后，噸燒結(jié)礦固體燃料消耗降低了約2.5 kg/t。

（3）熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)投用后，雖然對燒結(jié)礦FeO穩(wěn)定帶來一定難度，但通過配碳量優(yōu)化調(diào)整后，確保了燒結(jié)礦FeO合格率。同時，該系統(tǒng)對燒結(jié)礦強度無顯著影響。

（4）煙氣循環(huán)工藝對污染物的減排作用主要靠燒結(jié)餅“過濾”、減少配碳量、減少煙氣量、降低流速以及降低含氧量來實現(xiàn)。從試驗數(shù)據(jù)分析可以得出，脫硫脫硝系統(tǒng)出口的SO2、NOx和粉塵排放值分別下降了7%、12%及10%，減排效果顯著。