王雪偉 耿雪濤 劉書龍 王昆 張國全
（1.敬業(yè)集團(tuán)有限公司，河北 石家莊；2.河南焦作邁科冶金機(jī)械有限公司，河南 焦作 ）
摘要：通過技改工程，在敬業(yè)1#230燒結(jié)機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)了煙氣內(nèi)循環(huán)工藝，不僅回收利用了燒結(jié)煙道廢氣余熱，減少了燒結(jié)礦固體燃料消耗，而且通過降低主抽風(fēng)機(jī)、機(jī)頭電除塵器和脫硫裝置負(fù)荷，達(dá)到了減少燒結(jié)煙氣污染物排放的目的。
關(guān)鍵詞：煙氣循環(huán)；污染物；固體燃料消耗
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。近年來，燒結(jié)機(jī)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。大煙道廢氣具有氧含量低、廢氣溫度波動范圍大等特點(diǎn)，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。
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。我們根據(jù)敬業(yè)1#230燒結(jié)機(jī)的工藝技術(shù)特點(diǎn)，借鑒對標(biāo)單位開展的煙氣循環(huán)工程的改造經(jīng)驗，充分對比了兩種方式的優(yōu)缺點(diǎn)后，最終決定采用煙氣內(nèi)循環(huán)工藝。該方案通過一臺循環(huán)風(fēng)機(jī)將燒結(jié)機(jī)尾部溫度較高、O2含量較高、SO2含量較低的部分風(fēng)箱煙氣以及頭部溫度較低、O2含量較低、SO2含量較高的部分煙氣分別抽入新增的煙道，在重力除塵前的煙道中進(jìn)行混合，然后進(jìn)入燒結(jié)機(jī)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(jī)直接返回了燒結(jié)機(jī)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(diǎn)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。敬業(yè)1#230燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)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(diǎn)，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，經(jīng)過生產(chǎn)、工藝、設(shè)備人員的共同努力，不斷完善配套設(shè)施、優(yōu)化生產(chǎn)操作參數(shù)，使燒結(jié)主抽風(fēng)系統(tǒng)與煙氣循環(huán)系統(tǒng)能平衡運(yùn)行，實現(xiàn)了燒結(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定順產(chǎn)，并在機(jī)頭煙氣減排、降低固體燃耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量方面取得了一定效果。
2 系統(tǒng)配置介紹
2.1 工藝流程
在230m2燒結(jié)機(jī)系統(tǒng)中，應(yīng)用了焦作邁科研發(fā)的燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)，利用一部分燒結(jié)煙氣和冷卻廢氣代替環(huán)境空氣，在燒結(jié)過程中回收利用這部分氣體的熱量。
2.2 相關(guān)設(shè)施
230m2燒結(jié)機(jī)系統(tǒng)的核心部分是燒結(jié)風(fēng)流系統(tǒng)，在煙氣循環(huán)模式下，風(fēng)流系統(tǒng)分為兩部分:主抽風(fēng)系統(tǒng)和煙氣循環(huán)系統(tǒng)。其中，主抽風(fēng)系統(tǒng)的主要設(shè)備為:主電除塵器、主抽風(fēng)機(jī)、脫硫脫硝等;煙氣循環(huán)系統(tǒng)的主要設(shè)備包括:循環(huán)風(fēng)機(jī)、重力除塵器、多管除塵器、循環(huán)煙氣罩(熱風(fēng)罩)、各種閥門等。
230m2燒結(jié)機(jī)共24個風(fēng)箱，其中4號、5號、6號、7號、20號、21號風(fēng)箱的支管上設(shè)置了氣流切換裝置，這6個風(fēng)箱中，任意1個風(fēng)箱的燒結(jié)煙氣均可在主抽風(fēng)系統(tǒng)和煙氣循環(huán)系統(tǒng)間進(jìn)行切換。
循環(huán)利用的煙氣匯集后進(jìn)入煙氣循環(huán)主管道，經(jīng)過多管除塵器除塵以后，由循環(huán)風(fēng)機(jī)送入燒結(jié)機(jī)廠房側(cè)面的燒結(jié)煙氣循環(huán)總管;環(huán)冷機(jī)中段廢氣送入燒結(jié)機(jī)廠房側(cè)面的煙氣循環(huán)總管與燒結(jié)循環(huán)煙氣混合進(jìn)入多管除塵。熱風(fēng)罩設(shè)置在燒結(jié)機(jī)中前部，兩股氣體(燒結(jié)煙氣和冷卻廢氣)混合后經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)入熱風(fēng)罩內(nèi)參與燒結(jié)過程;其余未進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)的風(fēng)箱煙氣經(jīng)由主電除塵器、主抽風(fēng)機(jī)進(jìn)入脫硫脫硝后外排。
230m2燒結(jié)機(jī)風(fēng)流系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)配置如下:
1)主抽風(fēng)機(jī)(兩臺)，單臺風(fēng)機(jī)流量(入口，工況):75萬m3/h，風(fēng)機(jī)壓力:入口－15kPa，出口200-700Pa，進(jìn)口煙氣溫度:～160℃;
2)循環(huán)風(fēng)機(jī)(一臺)，風(fēng)機(jī)流量(入口，工況):45萬m3/h，風(fēng)機(jī)全壓升:18.5kPa，進(jìn)口煙氣溫度:～250℃(最高300℃);
3 系統(tǒng)操作參數(shù)的確定
3.1 燒結(jié)機(jī)運(yùn)行條件
在1#230燒結(jié)機(jī)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(jī)的運(yùn)行條件見表1。
表1煙氣循環(huán)調(diào)試期間燒結(jié)機(jī)運(yùn)行工藝條件
|
月份 |
料批/(t·h-1) |
負(fù)壓/Pa |
燃料配比/% |
布料厚度/mm |
|
4 |
475 |
14.45 |
3.5 |
850 |
|
5 |
490 |
15.80 |
3.4 |
850 |
3.2 調(diào)試過程中各系統(tǒng)參數(shù)的匹配
在調(diào)試過程中，對燒結(jié)機(jī)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(yùn)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)
|
月份 |
總調(diào)節(jié)閥開度/% |
循環(huán)風(fēng)量/ （萬m3·h-1） |
風(fēng)箱閥組 |
循環(huán)煙氣含氧量/% |
脫硫入口煙氣總量/（萬m3·h-1） |
循環(huán)比例/% |
|
4 |
40 |
26 |
20~35 |
19 |
140 |
18.6 |
|
5 |
60 |
33 |
20~35 |
19.6 |
130 |
25.4 |
通過本次系統(tǒng)調(diào)試，明確了關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，重要參數(shù)：（1）循環(huán)系統(tǒng)投入運(yùn)行前，要求燒結(jié)機(jī)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(yùn)行前，煙罩上方支管處7個翻板閥保持全開狀態(tài)；（3）啟動循環(huán)風(fēng)機(jī)前關(guān)閉循環(huán)風(fēng)機(jī)風(fēng)門到0，啟動循環(huán)風(fēng)機(jī)后，頻率暫設(shè)定在30～35Hz；（4）切換導(dǎo)氣管閥門需要依次進(jìn)行，風(fēng)機(jī)進(jìn)口負(fù)壓達(dá)到要求范圍后，先打開熱風(fēng)通道；（5）系統(tǒng)運(yùn)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(jī)料面循環(huán)罩內(nèi)的煙氣含氧量控制在≥19.5%，煙氣溫度控制在200～250℃，罩內(nèi)壓力控制在≤-25Pa；（7）通過控制循環(huán)風(fēng)機(jī)頻率和主抽風(fēng)機(jī)變頻開度，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(diǎn)溫度和位置合理。
3.3 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(jī)系統(tǒng)接近滿負(fù)荷生產(chǎn)的情況下，4月份和5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18.6%和25.4%，調(diào)試后能夠達(dá)到設(shè)計指標(biāo)25%的要求。（2）在上述循環(huán)比例條件下，4月份和5月份進(jìn)入后道脫硫脫硝系統(tǒng)的煙氣量分別減少18.6%和25.4%，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(jī)頭電除塵器、主抽風(fēng)機(jī)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，脫硝出口的煙氣流速由之前的12.7m/s降低至11.53m/s，煙氣流速降低后，機(jī)頭電除塵器的除塵效果得到提高。
4 應(yīng)用效果分析
4.1 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(qiáng)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1.7kg/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
|
時期 |
燃料配比/% |
噸礦固體燃料消耗/（kg·t-1） |
|
投用前 |
3.5 |
49.94 |
|
投用后 |
3.4 |
48.26 |
4.2 燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)分析1#230燒結(jié)機(jī)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
|
時期 |
轉(zhuǎn)鼓指數(shù)% |
篩分指數(shù)% |
5-10mm粒度占比% |
FeO均值% |
|
投用前 |
76.6 |
6.45 |
20.43 |
7.9 |
|
投用后 |
77 |
6.51 |
20.12 |
8.1 |
從表4可以看出，1#230燒結(jié)機(jī)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(qiáng)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#230燒結(jié)機(jī)燒結(jié)礦FeO的平均值能夠維持在8.0左右。同時，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度基本穩(wěn)定，≥76%，滿足了高爐對燒結(jié)礦FeO含量和強(qiáng)度的要求。
4.3 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(jī)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降低了煙氣中的污染物濃度，降低了塔內(nèi)煙氣流速，有利于提高脫硫脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行效率；
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。
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
|
項目 |
出口煙氣SO2濃度/（mg·m-3） |
出口煙氣NOx濃度/（mg·m-3） |
出口煙氣粉塵濃度/（mg·m-3） |
煙氣含氧量/% |
|
試驗基準(zhǔn)期 |
19.30 |
27 |
4.93 |
15.3 |
|
試驗期 |
18.01 |
21 |
4.03 |
14.9 |
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6.68%、22%及18.26%，而煙氣含氧量由15.3%下降到14.9%。因此，1#230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。
5 結(jié)論
敬業(yè)1#230燒結(jié)機(jī)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(jī)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1.7kg/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含量合理控制。同時，該系統(tǒng)對燒結(jié)礦強(qiáng)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6.68%、22%及18.26%，減排效果顯著。
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