王躍飛

(寶山鋼鐵股份有限公司煉鐵廠，上 海 200941)

摘要：寶鋼寶山基地?zé)Y(jié)區(qū)域通過近十年的節(jié)能減排環(huán)保升級改造，應(yīng)用了超高料層燒結(jié)技術(shù)、液密封環(huán)冷機(jī)技術(shù)、燒結(jié)煙氣綜合循環(huán)技術(shù)、燒結(jié)煙氣超低排放控制技術(shù)、粉塵制粒綜合利用技術(shù)、環(huán)冷區(qū)域煙氣零排放技術(shù)等，大幅提升燒結(jié)過程的能源利用效率，有效降低各種污染物排放濃度，全面提升燒結(jié)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，基本實(shí)現(xiàn)綠色燒結(jié)生產(chǎn)。進(jìn)一步研發(fā)和應(yīng)用新技術(shù)，系統(tǒng)策劃綜合回收利用城市水處理污泥、生物質(zhì)熱能資源等城市副產(chǎn)物，以及集中供應(yīng)社區(qū)生活熱水等節(jié)能項(xiàng)目，促進(jìn)鋼鐵企業(yè)和城市建設(shè)有效融合，實(shí)現(xiàn)城市鋼廠持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)；節(jié)能減排；綠色生產(chǎn)；城市鋼廠

1 概述

寶鋼股份寶山基地?zé)Y(jié)區(qū)域節(jié)能減排環(huán)保升級改造規(guī)劃，從 2 0 0 9年起，計(jì)劃用 1 0年時間逐步對原來 3 臺 495 m² 燒結(jié)機(jī)進(jìn)行環(huán)保節(jié)能升級改造。改造完畢后，寶山基地?zé)Y(jié)將擁有3 臺 600 m² 級的特大型燒結(jié)機(jī)，配備全煙氣脫硫、脫硝、脫二 噁英、除重金屬 等綜合治理裝置 ，年產(chǎn)能達(dá)到2 100萬 t 以上，燒結(jié)料層厚度最高可達(dá)1 000 mm，燒結(jié)系統(tǒng)工序能耗達(dá)到4 5 * k g標(biāo)準(zhǔn)煤/t (1 kg 標(biāo) 準(zhǔn) 煤 = 29. 27 M J) 以內(nèi)，二氧化硫排放達(dá)到35 mg/m³ 以內(nèi)，氮氧化物排放達(dá)到 50 mg/m³ 以內(nèi)，粉塵排放控制在 10 mg/m³ 以內(nèi)，環(huán)冷機(jī)區(qū)域無組織排放為零，燒結(jié)區(qū)域環(huán)境顯著改善，全面實(shí)現(xiàn)“清潔、高效、低耗”燒結(jié)生產(chǎn)，建成綠色燒結(jié)的世界樣板工廠。

2  綠色燒結(jié)技術(shù)

從四燒結(jié)規(guī)劃設(shè)計(jì)開始，燒結(jié)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)從環(huán)保、節(jié)能、減排、高效等方面系統(tǒng)思考，全面規(guī)劃，應(yīng)用前期掌握的新工藝、新技術(shù)、新裝備，大幅提升燒結(jié)過程能源效率，有效降低污染物排放總量。目前已經(jīng)建成和投運(yùn)的三燒結(jié)和四燒結(jié)基本實(shí)現(xiàn)了綠色燒結(jié)的預(yù)期目標(biāo)，達(dá)到生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的鋼鐵行業(yè)超低排放要求，燒結(jié)區(qū)域環(huán)境顯著改善，燒結(jié)機(jī)廠房區(qū)域綠樹成蔭。

2 . 1 已建成的綠色燒結(jié)技術(shù)

2 . 1 . 1 超高料層燒結(jié)技術(shù)

寶山基地?zé)Y(jié)機(jī)采用“三段混合工藝 + 機(jī)頭組合偏析布料+ 專用通氣棒裝置”（寶鋼專利）的方式實(shí)現(xiàn)超高料層燒結(jié)目標(biāo)。通過三段混合工藝強(qiáng)化混合料制粒，其中強(qiáng)力混合機(jī)可提高物料混勻效果，并提前加水潤濕，強(qiáng)化生石灰消化，二/三段圓筒混合機(jī)進(jìn)行制粒，延長混合料的制粒時間，提高制粒效果，改善燒結(jié)物料的原始透氣性條件。臥式強(qiáng)力混合機(jī)如圖1。

同時，機(jī)頭布料采用圓輥給料機(jī)、磁性偏析反射板、九輥布料器組合方式（如 圖 2 )提高混合料偏析效果。將混合料均勻地布在燒結(jié)機(jī)臺車上，因組合偏析布料裝置提高了物料縱向落下高度，提高了其在布料過程中的水平分速度，增加了偏析度，使燒結(jié)機(jī)臺車混合料層從上到下混合料粒度逐漸增大，含碳量逐步減少，彌補(bǔ)了料層上部熱量不足、下部熱量過剩的缺陷，促使熱量分布更趨合理，改善料層透氣性，強(qiáng)化燒結(jié)過程。

另外，在燒結(jié)機(jī)頭還增設(shè)了專用通氣棒裝置，該裝置可改善燒結(jié)物料原始料層透氣性條件，即物料在布到臺車上時通過通氣棒將物料進(jìn)行初步分流疏松，使料層具有一定的原始松散性;同時在點(diǎn)火后能夠確保整個料層橫向、縱向斷面處留有均勻的孔洞，確保燒結(jié)熱氣流均勻，能夠貫通阻力較大的料層區(qū)間，最終改善燒結(jié)過程的熱態(tài)透氣性。燒結(jié)料層從原來 700 mm左右逐步提升至900 mm， 最高可達(dá)到 1 000 mm。

2. 1.2 液密封環(huán)冷機(jī)技術(shù)

液密封環(huán)冷機(jī)技術(shù)是以液態(tài)水為密封介質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動部件與固定部件在結(jié)合處的良好密封 ，取消了原來環(huán)冷機(jī)錐面加平面的雙層密封結(jié)構(gòu) ，重新設(shè)計(jì)了由多個單元靜密封組成的靜密封系統(tǒng)和以液態(tài)水為密封介質(zhì)的動密封系統(tǒng)，徹底解決了原環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)嚴(yán)重的問題，系統(tǒng)漏風(fēng)率從原來 50x 左右降低到 10x 以內(nèi)。取消雙層卸灰閥、環(huán)形拉鏈機(jī)或小車等配套設(shè)施，與傳統(tǒng)環(huán)冷機(jī)相比，綜合運(yùn)行成本可以降低約20x ，同時，還能提高環(huán)冷機(jī)余熱回收水平,改善環(huán)冷機(jī)區(qū)域的環(huán)境 (如圖 3 )。

2. 1.3  燒結(jié)煙氣綜合循環(huán)技術(shù)

寶山基地?zé)Y(jié)煙氣綜合循環(huán)技術(shù)所利用的煙氣主要分為環(huán)冷機(jī)煙氣和大煙道煙氣兩部分:前者顯熱較高，氧含量在 21% 左右;后者根據(jù)位置不同性質(zhì)各有區(qū)別。大煙道頭部煙氣氧氣含量高 ，水分和溫度低；中部煙氣SO₂ 濃度高 ,氧氣含量低;尾部煙氣SO₂濃度高，氧氣含量高，水分低，溫度高。寶鋼煙氣循環(huán)利用頭部和尾部煙氣，氧含量在 16% ?18% 。來自燒結(jié)主煙道的煙氣與環(huán)冷機(jī)中低溫段的熱廢氣在煙氣混勻器內(nèi)混合后 ,通過總管再分成若干分支進(jìn)入循環(huán)煙氣罩(如圖 4 )。控制循環(huán)煙氣氧含量是循環(huán)煙氣燒結(jié)生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，較傳統(tǒng)燒結(jié)工藝,煙氣循環(huán)后氧含量減少，不利于燃料的燃燒過程,使燃燒溫度降低和高溫保持時間縮短。基礎(chǔ)試驗(yàn)研究表明，循環(huán)煙氣燒結(jié)生產(chǎn)氧含量應(yīng)該控制在18% 以上，否則對燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量有明顯的影響。

2. 1 . 4 燒結(jié)煙氣超低排放控制技術(shù)

二、三燒結(jié)煙氣治理采用二級活性炭串聯(lián)吸附法，主要包括煙氣系統(tǒng)、吸附系統(tǒng)、解析系統(tǒng)、活性炭輸送系統(tǒng)、活性炭裝料系統(tǒng)、制酸及廢水預(yù)處理系統(tǒng)等。燒結(jié)煙氣經(jīng)混勻進(jìn)入兩套凈化設(shè)施，煙氣被調(diào)節(jié)至135℃以下，先后經(jīng)過兩級增壓風(fēng)機(jī)及吸附塔。吸附塔入口前噴入氨氣，煙氣依次經(jīng)過吸附塔前室、中室和后室 三 個 通 道 ，SO₂、NO_x、二噁英、重金屬及粉塵等污染物被活性炭層吸附，或經(jīng)催化反應(yīng)生成無害物質(zhì),凈煙氣由主煙囪排放。吸附污染物的活性炭進(jìn)入解析塔，解析出富硫氣體SRG，并被送往制酸系統(tǒng)，再通過凈化、轉(zhuǎn)化、干吸等工序，制備 98% 濃硫酸?；钚蕴肯到y(tǒng)如圖5 。

四燒結(jié)煙氣治理采用循環(huán)硫化床（CFB) +SCR脫硝裝置。循環(huán)流化床（CFB)脫硫系統(tǒng)主要由吸收劑制備與供應(yīng)裝置、吸收塔、物料再循環(huán)裝置、袋式除塵器以及脫硫灰外排裝置等構(gòu)成 。SCR脫硝裝置主要包括 G G H換熱器、加熱爐、SCR反應(yīng)器、噴氨裝置等。燒結(jié)煙氣經(jīng)脫硫后被引出，經(jīng)過GGH換熱器與脫硝凈煙氣換熱升溫后進(jìn)入脫硝反應(yīng)器入口煙道,與加熱爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔饣旌仙郎刂?280℃左右，熱煙氣與氨一空氣混合氣再混合后進(jìn)入反應(yīng)器，經(jīng)催化還原反應(yīng)生成無害的氮?dú)夂退?，同時二噁英經(jīng)催化裂解成CO₂、水及 HCl。脫硝后的凈煙氣由出口煙道送至GGH換熱器，與原煙氣換熱降溫 ,最后由脫硝引風(fēng)機(jī)送至煙囪排放。四燒結(jié)脫硫脫硝系統(tǒng)如圖 6。

2 . 1 . 5 粉塵制粒綜合利用技術(shù)

高爐和燒結(jié)生產(chǎn)內(nèi)部粉塵粒度細(xì)、成分雜，直接配入燒結(jié)使用，不僅影響全流程粉塵污染加重,而且對燒結(jié)過程透氣性、產(chǎn)質(zhì)量影響較大。寶鋼采取粉塵制粒綜合利用技術(shù)措施，即將高爐干法二次灰、高爐出鐵場灰、高爐原料灰、燒結(jié)機(jī)尾除塵灰、燒結(jié)成品除塵灰、燒結(jié)配料除塵灰、燒結(jié)主電除塵灰和一二煉鋼鋼水精煉除塵灰等經(jīng)造球處理后加入燒結(jié)混合料，采用配料一混合一潤磨一圓盤造球工藝流程（圖 7),具體包括含鐵粉塵和黏結(jié)劑的接受、配料、混合、潤磨、造球以及粉塵生球的輸出。采用粉塵制粒綜合利用技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高爐和燒結(jié)內(nèi)部粉塵集中高效處理，減少燒結(jié)環(huán)境污染 ,改善燒結(jié)過程，提高燒結(jié)產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)。

2 1.6 環(huán)冷區(qū)域煙氣零排放技術(shù)

根據(jù)三燒結(jié)環(huán)冷機(jī)煙氣品質(zhì)不同，煙氣分為高溫段、中溫段、低溫段。高溫段主要用來生產(chǎn)蒸汽和熱風(fēng)點(diǎn)火；中溫段主要用來低溫余熱發(fā)電;低溫段主要引入熱風(fēng)罩，實(shí)行熱風(fēng)燒結(jié)，減少廢氣排放。通過環(huán)冷機(jī)區(qū)域風(fēng)量平衡計(jì)算，還 有 46 萬 m³/h 低溫廢氣富余，采用串級利用的形式，引入 4 號、5 號環(huán)冷風(fēng)機(jī)的入口，實(shí)現(xiàn)環(huán)冷機(jī)煙氣無組織排放為零的目標(biāo)，改善燒結(jié)環(huán)冷機(jī)區(qū)域環(huán)境。

環(huán)冷機(jī)高溫段煙氣設(shè)直聯(lián)爐罩式余熱鍋爐，為雙壓立式無補(bǔ)燃自然循環(huán)鍋爐，此部分煙氣量為 108萬m³/h ，平均煙氣溫度約350℃鍋爐排氣溫度約 133.5℃ ，采用煙氣部分循環(huán)系統(tǒng)，約78%排氣經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)直接返回環(huán)冷機(jī)母管，約2 2 % 排氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入原 2#環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)入口。另外，有 12. 8 4萬 m³/h 的高溫?zé)煔庾鳛闊犸L(fēng)點(diǎn)火及熱風(fēng)保溫。環(huán)冷機(jī)中溫段( 3號煙囪）煙氣的熱量采用低溫余熱ORC發(fā)電技術(shù)回收熱能，回收前煙氣溫度約為180℃，余熱回收后的廢氣溫度約為115℃ 。環(huán)冷機(jī)低溫段( 4號煙囪）煙氣溫度約 為 75℃，3號、4 號煙囪各6 0 萬m³/h 風(fēng)量通過軸流風(fēng)機(jī)和均勻送風(fēng)裝置送到燒結(jié)機(jī)臺車面上的熱風(fēng)循環(huán)煙氣罩內(nèi)進(jìn)行熱風(fēng)燒結(jié)生產(chǎn)，熱風(fēng)循環(huán)的工藝以環(huán)冷機(jī)煙氣的物理熱代替部分固體燃料的化學(xué)熱，改善表層燒結(jié)礦質(zhì)量。環(huán)冷機(jī)熱廢氣綜合利用平衡如圖8。

2 . 2 綠色燒結(jié)的規(guī)劃設(shè)想

2.2.1 水處理污泥回收利用

城市水處理污泥主要以SiO₂、CaO、Al₂O₃ 為主，還含有鉀、鈉、鋅、氯等有害元素，含水率高達(dá)5 0 % 以上，容易結(jié)塊，對鋼鐵企業(yè)來說沒有任何回收利用價值，一般采用填埋、堆積、綠化培土等處理 ，長此以往，堆存場地非常緊張且容易出現(xiàn)二次污染等環(huán)境問題。寶鋼策劃將水處理污泥干化處理 ，控制含水率 20%以內(nèi)，采用罐車輸送至燒結(jié)粉塵配料槽，利用密封稱量裝置，均勻配入燒結(jié)混合料，燒結(jié)成燒結(jié)礦后裝入高爐，通過高爐冶煉變成水渣。水渣是生產(chǎn)水泥的主要原料之一，即通過干化、混合、燒結(jié)、高爐冶煉等工藝，將水處理污泥固廢轉(zhuǎn)變成水渣，生產(chǎn)成水泥而進(jìn)行回收利用，形成城市 + 鋼廠污泥回收處理鏈，為城市發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

2.2.2 生活熱水集中供應(yīng)

燒結(jié)區(qū)域的環(huán)冷機(jī)低溫?zé)煔?、主抽風(fēng)機(jī)排出煙氣的溫度為120 ~ 180℃，用來余熱發(fā)電的價值不高，目前沒有較好的回收利用。由于煙氣量非常大，熱能資源浪費(fèi)嚴(yán)重，寶鋼策劃將低溫?zé)煔馔ㄟ^換熱器的形式，生產(chǎn) 80 ~ 100 ℃的生活熱水，然后用管道或者專用車輛輸送到寶鋼周邊社區(qū)，為居民提供生活熱水。初步計(jì)算，燒結(jié)區(qū)域每小時 可以生產(chǎn)熱水500 ~ 600 ℃，可以供給 6 ~ 8萬人日常使用的生活熱水，每天為社會節(jié)約燃?xì)庀募s 2 0 萬 m³，同時也大幅降低城市CO₂的排放總量 ，進(jìn)一步拓展藍(lán)天保衛(wèi)的行動方案。

2.2.3 生物質(zhì)熱能資源回收利用

生物質(zhì)是光合作用產(chǎn)生的有機(jī)可燃物，我國生物質(zhì)資源總量相當(dāng)于煤炭年開采量的50% ，但其利用率不足 10% 。每年可開發(fā)為能源的生物質(zhì)可達(dá) 3 億 ：主要包括薪炭林木質(zhì)類、林業(yè)加工廢棄物、農(nóng)業(yè)廢棄物如桔桿玉米芯、加工廢棄物及城市垃圾等。生物質(zhì)具有低硫低氮的特點(diǎn)，通過回收利用可以降低燒結(jié)過程二氧化硫、氮氧化物的排放量，同時可以實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)資源綜合利用，減少城市處理費(fèi)用，促進(jìn)鋼廠和城市融合化合，相互依存。但是生物質(zhì)如何收集加工處理、生物質(zhì)與焦粉的特性差異對傳統(tǒng)燒結(jié)工藝的影響、燒結(jié)工藝如何適應(yīng)生物質(zhì)資源綜合利用等，都需要統(tǒng)籌思考和系統(tǒng)深入的研究，該技術(shù)是綠色燒結(jié)發(fā)展的方向之一。

2 . 2 . 4 微波燒結(jié)技術(shù)

傳統(tǒng)燒結(jié)的燃料成本低，生產(chǎn)操作方便，設(shè)備維護(hù)比較簡單，工藝技術(shù)成熟可靠，但是其污染物排放量大。傳統(tǒng)燒結(jié)工序主要污染物占全流程鋼鐵企業(yè)的比例非常高，其中二氧化硫約 60% ，氮氧化物約50% ，粉塵約 50% ，二噁英約 90% 。面對排放限值日趨嚴(yán)格的環(huán)保政策要求，燒結(jié)煙氣治理的環(huán)保壓力巨大，直接影響燒結(jié)廠在城市的生存。通過實(shí)驗(yàn)室的探索研究，微波燒結(jié)可以大幅減少污染物排放 ，其中二氧化硫可以減少7 0 % ，氮氧化物、二噁英可以減少 90% 以上，生產(chǎn)的燒結(jié)礦主要質(zhì)量指標(biāo)基本可以滿足高爐生產(chǎn)需求。但是，微波燒結(jié)的成礦機(jī)理、微波升溫特性需要深入探索研究，微波燒結(jié)工程化、大型化需要與設(shè)備廠家深入探討和研究，微波燒結(jié)設(shè)備制造技術(shù)、維護(hù)技術(shù)需要深入研究。相信微波燒結(jié)是解決污染排放的綠色燒結(jié)的前沿技術(shù)之一。

3 結(jié)論

寶鋼寶山基地?zé)Y(jié)區(qū)域通過近十年的節(jié)能減排環(huán)保升級改造，從環(huán)保、節(jié)能、減排、高效等方面應(yīng)用新工藝、新技術(shù)、新裝備，大幅提升燒結(jié)過程能源效率，有效降低污染物排放總量，全面提升燒結(jié)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，基本實(shí)現(xiàn)綠色燒結(jié)的預(yù)期目標(biāo)，燒結(jié)區(qū)域環(huán)境顯著改善。

同時也促進(jìn)燒結(jié)技術(shù)工作者改變老舊觀念，進(jìn)一步研發(fā)和應(yīng)用新技術(shù)、新工藝，提高能源利用效率，大幅降低能源消耗，減少粉塵、二氧化硫、氮氧化物等排放濃度，實(shí)現(xiàn)超低排放標(biāo)準(zhǔn)，全面實(shí)現(xiàn)綠色燒結(jié)生產(chǎn)。系統(tǒng)策劃綜合回收利用城市水處理污泥、綠化處置等城市副產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)和城市融合化合、互相依存，為城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出鋼鐵企業(yè)的貢獻(xiàn)。