王龍崗，周曉青，譚誠(chéng)，李文林

( 中冶長(zhǎng)天國(guó)際工程有限責(zé)任公司，湖南長(zhǎng)沙410205)

摘要:介紹了燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝在某鋼廠的應(yīng)用情況，采用內(nèi)循環(huán)工藝，循環(huán)煙氣取風(fēng)高溫、富氧、低硫燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱支管煙氣，混合環(huán)冷機(jī)低溫段廢氣返回至燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)面，燒結(jié)煙氣循環(huán)效率25%。綜合考慮煙氣循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)備投入，由于末端需要處理的燒結(jié)煙氣量的減少，整體的設(shè)備投入不會(huì)增加太多。

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

引言

某鋼廠根據(jù)自身發(fā)展需要，為提高燒結(jié)礦產(chǎn)品質(zhì)量，降低燒結(jié)成本，對(duì)原2 臺(tái)60m² 和1 臺(tái)90m²及1 臺(tái)132m² 的燒結(jié)機(jī)進(jìn)行置換，新建設(shè)1 臺(tái)360m² 燒結(jié)機(jī)以滿足高爐對(duì)燒結(jié)礦的需求。新建燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)寬4. 5m，抽風(fēng)長(zhǎng)度80m，有效抽風(fēng)面積360m²。

為滿足公司長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展需求，燒結(jié)機(jī)采用臺(tái)車(chē)擴(kuò)展式技術(shù)，臺(tái)車(chē)上口寬度由4m 擴(kuò)寬至4. 5m，主機(jī)年工作340d，年出廠成品燒結(jié)礦396. 576 萬(wàn)t。為順應(yīng)行業(yè)發(fā)展的要求，盡量減少燒結(jié)煙氣的排放，該燒結(jié)工程同步配套燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝。

1 煙氣循環(huán)工藝

1. 1 工藝方案及流程

燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)是選擇性地將部分燒結(jié)煙氣返回到點(diǎn)火器后燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)上部的循環(huán)煙氣罩中循環(huán)使用的一種煙氣利用技術(shù)，通過(guò)回收燒結(jié)煙氣中顯熱和潛熱、提高二氧化硫、氮氧化物及粉塵的處理濃度，減少脫硫脫硝系統(tǒng)的煙氣處理量，降低凈化系統(tǒng)的固定投資和運(yùn)行成本，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排^［1］。根據(jù)燒結(jié)機(jī)煙氣取風(fēng)位置的不同可以分為內(nèi)循環(huán)工藝和外循環(huán)工藝，內(nèi)循環(huán)工藝在燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱支管取風(fēng)，外循環(huán)工藝在主抽風(fēng)機(jī)后煙道取風(fēng)。研究表明^［2］: 內(nèi)循環(huán)工藝操作靈活，可避免循環(huán)氣流短路，更適于新建的項(xiàng)目。

1. 2 風(fēng)箱分配

據(jù)中南大學(xué)的相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果^［3］: 經(jīng)過(guò)燒結(jié)臺(tái)車(chē)熱風(fēng)的氧含量體積濃度達(dá)到15% 時(shí)，對(duì)燒結(jié)礦的產(chǎn)質(zhì)量影響較大，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度下降約8%，當(dāng)濃度達(dá)到18%以上時(shí)，對(duì)燒結(jié)礦的產(chǎn)質(zhì)量影響不大，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度下降約2%，產(chǎn)品能夠滿足高爐的要求。為保證燒結(jié)生產(chǎn)的產(chǎn)質(zhì)量，循環(huán)煙氣含氧量須按18%以上進(jìn)行控制，因此燒結(jié)煙氣應(yīng)盡量選擇O₂含量高、SO₂ 低的風(fēng)箱進(jìn)行取風(fēng)，并且往燒結(jié)煙氣中兌環(huán)冷機(jī)的富熱煙氣。

燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱的分配形式為: 固定進(jìn)入循環(huán)煙道的風(fēng)箱為3# ～ 5#、19# ～ 20#，共5 個(gè)風(fēng)箱。3# ～ 5#、18#風(fēng)箱支管設(shè)置切換閥，當(dāng)需要調(diào)節(jié)主煙道和循環(huán)煙道的溫度時(shí)，18#風(fēng)箱可以與3# ～ 5#的任意1 個(gè)風(fēng)箱走向?qū)φ{(diào)。另外，為了便于循環(huán)系統(tǒng)檢修時(shí)，燒結(jié)機(jī)能正常生產(chǎn)，檢修時(shí)3# ～ 5#、18#均可切換至主抽煙道，保持生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

1. 3 關(guān)鍵設(shè)備

1. 3. 1 循環(huán)風(fēng)機(jī)

循環(huán)風(fēng)機(jī)是煙氣循環(huán)系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備。燒結(jié)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，以克服煙氣在管道輸送過(guò)程中的阻力。環(huán)冷循環(huán)風(fēng)機(jī)主要為環(huán)冷循環(huán)煙氣供動(dòng)力，以克服煙氣在管道輸送過(guò)程中的阻力。

燒結(jié)循環(huán)煙道取了燒結(jié)機(jī)最后兩個(gè)風(fēng)箱的高溫的煙氣，平均溫度較高，燒結(jié)煙氣按200℃考慮，環(huán)冷循環(huán)煙氣取環(huán)冷機(jī)余熱發(fā)電后中后段的煙氣，溫度按180℃考慮。以燒結(jié)循環(huán)煙氣和環(huán)冷循環(huán)煙氣混合后煙氣含氧量須大于18%為基礎(chǔ)。

1. 3. 2 混氣裝置

混氣裝置是將燒結(jié)循環(huán)煙氣和環(huán)冷低溫段熱廢氣充分混合的裝置，一方面混氣裝置能夠使得2股循環(huán)煙氣充分混合，同時(shí)盡可能減少兩股氣流的阻力損失。2 股循環(huán)煙氣錯(cuò)位進(jìn)入混氣裝置，并在混氣裝置中設(shè)置導(dǎo)流筒，使2 股煙氣能夠在繞流爬升過(guò)程中充分混合，再經(jīng)過(guò)煙氣分配箱均勻分配到燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)煙氣罩中?；鞖庋b置設(shè)置外保溫減少循環(huán)煙氣溫度損耗。

建立煙氣循環(huán)系統(tǒng)模型，對(duì)關(guān)鍵參數(shù)及結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析及優(yōu)化，可分別采用k-epsilon 模型模擬氣體流動(dòng)與組分輸運(yùn)模型模擬煙氣氧含量成分，混氣裝置出口氣體濃度達(dá)到18%。

1. 3. 3 多管除塵器

多管除塵器的作用是將煙氣中的顆粒物控制在合適的水平，減少循環(huán)風(fēng)機(jī)和后續(xù)管路系統(tǒng)的磨損。多管除塵器收集的灰塵通過(guò)氣力輸送裝置送至主電除塵器粉塵倉(cāng)。

燒結(jié)循環(huán)煙氣用多管除塵器的工作溫度定為200℃，工作壓力約－ 18000Pa，處理風(fēng)量約為9000m³ /min( 最大能力) ，多管除塵器外表面設(shè)保溫層，盡量減少循環(huán)煙氣的熱量損失。

1. 3. 4 循環(huán)煙氣罩

循環(huán)煙氣罩的作用是將循環(huán)煙氣均勻地分配到燒結(jié)機(jī)料面上，循環(huán)煙氣罩為負(fù)壓吸附式，該循環(huán)煙氣罩為拱形結(jié)構(gòu)，通過(guò)立柱支撐在燒結(jié)機(jī)骨架上。循環(huán)煙氣罩為活動(dòng)式結(jié)構(gòu)，方便拆卸和吊裝。

循環(huán)煙氣罩頂部采用隔熱保溫。循環(huán)煙氣罩為10 段，每段4m，段與段之間設(shè)有膨脹節(jié)，以吸收熱膨脹。循環(huán)煙氣罩設(shè)有端部密封，密封在循環(huán)煙氣罩頭尾置于臺(tái)車(chē)欄板的頂面，采用鋼板密封并與臺(tái)車(chē)欄板頂面留有間隙，為方便觀察，密封罩上設(shè)有多個(gè)觀察門(mén)，同時(shí)，當(dāng)煙氣循環(huán)關(guān)閉時(shí)，可打開(kāi)觀察門(mén)取風(fēng)。

在循環(huán)煙氣罩適當(dāng)位置設(shè)溫度、壓力、氧含量監(jiān)測(cè)點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)煙氣動(dòng)態(tài)平衡控制提供參數(shù)。當(dāng)總循環(huán)風(fēng)量小于燒結(jié)臺(tái)車(chē)面上需要風(fēng)量，循環(huán)煙氣罩內(nèi)是微負(fù)壓狀態(tài); 當(dāng)總循環(huán)風(fēng)量大于燒結(jié)臺(tái)車(chē)面上需要風(fēng)量，循環(huán)煙氣罩內(nèi)是正壓狀態(tài)，此時(shí)既可通過(guò)自動(dòng)卸壓閥進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，也可以通過(guò)風(fēng)機(jī)變頻實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)整，恢復(fù)循環(huán)煙氣罩內(nèi)的微負(fù)壓狀態(tài)。

2 采用煙氣循環(huán)工藝的效果

2. 1 節(jié)能減排

燒結(jié)循環(huán)煙氣和環(huán)冷循環(huán)煙氣在煙氣混合器中混勻，并進(jìn)入燒結(jié)臺(tái)車(chē)面機(jī)罩內(nèi)。燒結(jié)機(jī)部分循環(huán)煙氣和環(huán)冷機(jī)部分循環(huán)煙氣混合后的煙氣溫度為180℃ 。

根據(jù)煙氣比熱: 0. 309kcal /( m³·℃) ，循環(huán)煙氣輸送過(guò)程中溫度損失約為20℃，燒結(jié)機(jī)附近環(huán)境溫度取30℃計(jì)算，則相比常規(guī)燒結(jié)，采用煙氣循環(huán)后多帶入的熱量為: E循環(huán)= Q循環(huán)× C空氣× △T =7453 ×0. 309 ×141 =324720kcal /min =2783kgce /h。

按煙氣帶入的熱量利用率50% 考慮，燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)為1. 35t /( m²·h) ，焦粉折算標(biāo)煤系數(shù)0. 971 計(jì)算，采用煙氣循環(huán)后噸燒結(jié)礦節(jié)約的標(biāo)煤為: m節(jié)標(biāo)煤/噸礦= E循環(huán)× η /Y燒結(jié)礦小時(shí)產(chǎn)量= ( 2783 × 0. 5× 0. 971) /( 360 × 1. 35) = 2. 78kgce /tsinter。

即在未考慮自用電的情況下，噸燒結(jié)礦可節(jié)約標(biāo)煤2. 78kg。

燒結(jié)煙氣循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將燒結(jié)機(jī)的煙氣量的25%得到循環(huán)利用，直接減少末端燒結(jié)煙氣的處理量，達(dá)到減排目的。同時(shí)循環(huán)煙氣中利用了一部分環(huán)冷機(jī)中低溫段廢氣，也減少了環(huán)冷機(jī)廢氣的直接外排。煙氣排放量為無(wú)煙氣循環(huán): 39000m³ /min;煙氣循環(huán): 30000m³ /min。

2. 2 主要設(shè)備投資分析

某鋼廠燒結(jié)煙氣循環(huán)系統(tǒng)，采用內(nèi)循環(huán)工藝，將煙道分為了脫硫煙道和循環(huán)煙道，需要末端治理的風(fēng)量減少，脫硫煙道相比未采用煙氣循環(huán)設(shè)計(jì)風(fēng)量減少9000m³ /min，主抽風(fēng)機(jī)選型功率減小1800kW，但是燒結(jié)煙氣循環(huán)增加了燒結(jié)循環(huán)風(fēng)機(jī)和環(huán)冷循環(huán)風(fēng)機(jī)4200kW，總的風(fēng)機(jī)投入增加2400kW。對(duì)比有煙氣循環(huán)時(shí)和無(wú)煙氣循環(huán)時(shí)主要設(shè)備選型的對(duì)比如表1 所示。

煙氣循環(huán)主要將低SO₂ 煙氣進(jìn)行循環(huán)，對(duì)脫硫主煙道的SO₂ 含量有一定的富集作用，可以提高脫硫的效率。采用煙氣循環(huán)后需要脫硫處理的煙氣量減少9000m³ /min，以活性炭法脫硫?yàn)槔O(shè)備投入減少約2000 萬(wàn)，運(yùn)行成本與活性炭吸附的硫含量濃度有關(guān)，相比沒(méi)有變化。

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)下環(huán)保要求越來(lái)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)工序中逐步推廣應(yīng)用。文中介紹了某鋼廠燒結(jié)工程煙氣循環(huán)的應(yīng)用情況，結(jié)合工程的實(shí)際特點(diǎn)，燒結(jié)煙氣循環(huán)采用內(nèi)循環(huán)工藝，燒結(jié)煙道分為脫硫煙道和循環(huán)煙道，燒結(jié)循環(huán)煙氣混合來(lái)自環(huán)冷機(jī)低溫富氧段廢氣保證進(jìn)入燒結(jié)臺(tái)車(chē)面的循環(huán)煙氣的含氧量，燒結(jié)煙氣循環(huán)利用率25%，并有效利用了環(huán)冷機(jī)部分廢氣。綜合考慮煙氣循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)備投入，由于末端需要處理的燒結(jié)煙氣量的減少，整體的設(shè)備投入不會(huì)增加太多。

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