烧结烟气循环处理工艺在某钢铁企业的应用

马 跃，果乃涛，周宇曌

（1.北京中冶设备研究设计总院有限公司，北京 100009；2.31441部队，辽宁 沈阳 110000）

近年来，国家针对大气污染，更新和出台很多环保规范和要求，用以减少工业生产大气污染物的排放，维护环境健康。钢铁行业是高能耗，高污染的行业，钢铁生产流程中，烧结这一工序的烟气排放量，在钢铁企业烟气总排放量中，占比约为50.00%，由此可见，烧结烟气污染，当前已经发展成为导致钢铁行业稳定协调发展受到影响的主要因素之一。

目前烧结厂已采用脱硫、脱硝等烟气处理装置，其中具有投资金额高、运行成本高、工作速度慢、副产品数量多等多项不足。此外，向外排放的烧结烟气能够导致热量大量流失，致使能源被浪费。所以，节能减排工作逐渐受到了钢铁行业的重视，并且，为了推进钢铁行业发展，必须促使烧结工艺得到变革。

1 烧结烟气循环工艺

经过30年左右的发展，烧结烟气循环技术已经成为余热回收研究工作的重点，该项工艺不仅能够实现应用烧结工艺生产时废气排放总量的缩减，还可以控制污染物的总排放量，另外，末端烟气治理设备的投资及运行的成本均可相应降低，且烟气余热可减少烧结能耗，使节能减排得到了进一步的落实。

国外烧结烟气循环技术发展较早，主要有日本、荷兰、德国等国家，技术则为新日铁的“区域性废气循环技术”、艾默伊顿登的（）、开发的（）以及奥钢联公司开发的（）。

烧结烟气循环工艺的开发，初衷是降低污染物排放，利用烟气余热提高产量，实现节能减排效果。从烟气循环工艺来讲，主要分为内循环和外循环工艺：内循环在烧结风箱直接取风，操作灵活，工艺调节性好，但需要设置大功率引风机，工程整体的改造量较大，所需设备数量较多，固定投资成本金额高，更加适合在改造或新建项目中进行应用；外循环为由主抽风机的后分流部分产生的烟气，需要与小功率引风机配套应用，改造过程较为简洁，但是存在烟气温度较低的情况，所以烧结效果通常不显著，烟气循环量较低，实际使用效果较差。

2 烧结烟气循环工艺的具体应用策略分析

2.1 工艺实施过程

对烧结烟气循环技术进行应用，可以将部分烧结后的烟气进行具有针对性的选择，使其返回至循环烟气罩中，以促使烟循环效果得到提升，同时，因为烧结后烟气中的潜热及显热回收能够进一步落实二氧化硫、氮氧化物以及粉尘浓度的处理工作，所以能够有效降低脱硫脱硝系统中的烟气处理总量，并实现净化器系统建设与应用过程中的固定投资以及运行成本的进一步节约，同时也可以达到良好的节能减排效果，在降低能源消耗的基础上尽最大限度降低污染物的排放总量，以此来达到良好的环保效果。针对烧结烟气的循环工艺，如果按照烧结机中的具体取风位置对其进行分类，则该技术可以按照两种类型来进行方案划分：第一个工艺方案为内循环形式；第二个工艺方案是外循环形式。内循环形式中的取风位置应该在烧结机风箱中所设置的支管；外循环形式的工艺方案取风位置是主轴风机中的后烟道。通过相关的实验和研究发现，相比较外循环形式的工艺方案而言，内循环形式的工艺方案在操作中更具灵活性，可有效防止循环气流短路情况的发生，在当今的新建烧结烟气循环项目中更加适用。

2.2 风箱分配策略分析

通过数次试验及研究可以了解到，烧结台车若处于热风中含氧量为15%的情况下，整个烧结矿产量将会受到较大程度的影响，其转鼓强度将会降低8%左右；而在其中的含氧量体积浓度超过18%的情况下，整体烧结矿的产量则不会受到很大影响，其转鼓强度仅仅会降低2%左右，烧结产品也可以与高炉的实际需求相符。因此，在具体的烧结过程中，为确保产品的产量和质量，应该将循环烟气中的含氧量体积浓度控制在18%以上。在烧结烟气的具体选择中，为达到这一目标，就需要应用含氧量高、同时二氧化硫浓度较低的风箱开展科学合理的取风工作，且需要在烧结烟气中适量添加环冷机的富热烟气。

在对风箱进行分配式，若条件允许，最好可以设置5个能够在循环烟道中进行固定的风箱，每一个风箱支管位置都应该进行切换阀的设置，在需要对主烟道以及循环烟道中的温度进行调节时，便可通过相应的风箱走向对调来实现。同时，在具体分配中，为了给循环系统后期的检修工作提供足够便利，应该对这五个风箱进行切换方式的科学设计，使其在检修过程中可以直接切换到主抽烟道中。通过这样的方式，便可有效确保烧结机的应用与维修效果，确保整体系统烧结生产的顺利进行。

2.3 国内某钢厂的应用

国内某钢厂，目前有256㎡烧结机1座，为了提供企业发展动力，烧结机可以应用台车扩展式的技术，将台车上口宽由原本的4m增加到4.5m，主机每年的工作时间不可超过340天。为了保障实际生产过程与行业发展标准相符合，应该尽可能避免排放烧结烟气，且在开展烧结工作的过程中，必须对配套的烟气循环措施进行应用。

根据本台烧结机的特性及使用目的，综合考虑内循环和外循环的工艺技术特点，本项目最终选择内循环烧结工艺。

3 钢厂烧结工艺特点及设备选型

3.1 工艺设计要点

根据烧结工艺的要求，本项目中，烟气循环系统设计主要有以下几个特点：

（1）以既往经验和相关试验为根据，热风经过烧结台车时，若其含氧量在16%以下，烧结矿的质量及产量均能够受到较大的影响，此时需要将转鼓强度控制在8%~10%的范围之内。在含氧量为18%以上的情况下，烧结矿的质量及产量能够受到的影响相对较小，此时可将转鼓强度控制在2%以下，以保障产品能够与高炉要求相符合。同时，为了保障烧结生产工作能够持续处于稳定状态，需要注意将循环烟气中的氧气浓度控制在至少18%的水平上。

（2）因脱硫脱硝工艺要求和防止烟气露点腐蚀的要求，烧结大烟道出口烟气一般要求不低于120℃。本项目设计取风点为氧含量较高同时二氧化硫含量较低的风箱中开展取风工作，并可对烧结环冷机所需的低温烟气起到补充作用。一般来说，烧结取风的风箱为3-5#、16-19#风箱，各风箱取风支管均设置切换阀。烟气循环系统运行中，烧结烟气取6个风箱烟气，当主烟道烟气温度低时，5#风箱与16#风箱可切换运行，以保证大烟道烟气温度满足后续脱硫脱硝运行。烟气循环系统检修时，烟气可切换至原烧结烟气系统，保证生产过程的顺利。

3.2 设备选型

3.2.1 循环风机

在烟气循环系统之中，循环风机可谓是最为重要的一项设备，原因在于烧结烟气循环风机可以在生产过程中进行应用，同时也能够针对烧结循环烟气落实起到推动作用，从而保障管道输送烟气整个过程的顺利。同时，环冷烟气增压风机可以提供环冷热烟气的发展动力，有利于保障管道输送烟气过程的顺利。烧结烟气机尾部烟气温度高，取风烟气平均温度高，按240℃进行设计。循环风机设计升压考虑大烟道工况压力和管道设备阻力损失，设计升压力为18.5KPa，烟气含尘800mg/Nm³。环冷烟气增压风机设计温度250℃，设计升压力为1500KPa，烟气含尘400mg/Nm³。

3.2.2 混风装置

简单来说，混风装置也就是对烧结循环烟气以及环冷热烟气进行混合的一项装置，其不仅能够将两个方面的烟气进行充分混合，使其中的氧气含量更加均匀，还可尽量避免混合过程中出现阻力损失的情况。在烟气采用错位的形式进入到混风装置之中时。装置内可设置烟气混合腔，使烟气在混风装置内充分混合，再经过烟气主管道输送至烧结台车烟罩。

3.2.3 烧结烟气除尘器

在通常情况下，烟气循环需要以多管除尘器作为辅助。多管除尘器在其中的主要作用即为对烟气颗粒物进行合理控制，以避免循环风机以及管道系统受到严重磨损。与此同时，多管除尘器再对灰尘进行清除之后，可通过埋刮板机输送至返矿皮带。烧结循环烟气用多管除尘器工作温度250℃，工作压力-18KPa，处理烟气量10800m³/min，因为多管除尘器已经于表面部位设置了保温层，所以烟气循环系统中产生的热量损失更少。

3.2.4 烟气循环烟罩

循环烟罩属于负压式的拱形钢结构，通过支架立柱于烧结机骨架上进行固定，通常为活动式，以便于根据实际情况进行相应的拆卸或是吊装。对循环烟罩进行应用，主要目的在于促使循环运气在烧结料面进行均匀分布。

循环烟罩的保温形式为内保温，其整体可被划分成为14节，每节的长度为3m，且每两节之间均具有膨胀补偿，可以此对热膨胀进行吸收，并且在循环烟罩的两端均具有密封挡板，并与台车栏板之间留有一定间隙，以适应台车运行。烟罩顶部设置有增氧通风阀，在循环烟气含氧量低和烟气循环系统停用时烧结机取风用。

在循环烟罩上部设置3套监测仪表分别对温度、压力以及氧含量进行监测，对仪表进行应用的目的在于通过控制参数保持烟气的动态平衡。在总循环风量不能满足台车料面所需风量的状态下，循环烟罩处于微负压状态，而若总循环烟气量可对烧结台车料面所需的风进行超量供应，则循环烟罩之中处于正压状态，烟气外溢，此时可通过紧急排放阀进行泄压操作，或调节风机风量，恢复烟罩内微负压状态。

4 烟气循环工艺运行效果

烧结循环烟气和环冷余热烟气混合均匀后，进入烧结台车烟罩内。经过混合的烟气，在运行过程中平均温度可以达到180℃，以烟气比热1.24KJ/m3℃为依据。在对循环烟气进行输送时，可损失大约20℃的温度。同时将烧结机的平台环境温度控制在20℃由此相对于常规形式的烧结。对烟气循环工艺进行应用之后可带入Q=7453×1.24×141=1303MJ/min热量。但是因为针对烟气带热量。计算利用率需要取其中的50%，所以烧结机应以1.35t/m2h作为利用系数。同时，焦粉折算的标煤系数则应为0.971，通过对烟气循环技术进行充分应用。每一吨烧结矿能够节约2.78kgce/t标煤即在烧结正常运行状态下，吨烧结矿可以减少使用标煤2.78kg。

在对循环利用烧结烟气系统进行设计时，要求可以循环利用烧结机全部烟气量中的25%~30%。由此，末端需要处理的烧结烟气可以大幅度减少，同时烧结成本降低，也就能够更加有效的落实节能减排的目的。与此同时，减少环冷机废烟气外排，并回收部分低温烟气热量。

5 项目投资分析

某钢厂的烧结烟气循环系统，采用内循环工艺，取风点设置为烧结风箱下降管，并设置旁路，需要采用末端治理的形式进行处理的风量已经越来越少，且相对于尚未应用烟气循环设计的风量，脱硫烟道风量减少幅度为9000m3/min，主抽风机可降低1800KW的运行功率。但从实际上来看，此时，在烧结烟气循环之中，烧结循环风机以及环冷热风风机的功率已经达到4200KW，同时总风机的运行功率上升幅度为2400KW。

6 结语

在“人与自然和谐相处”的理念之下，人们对于环保工作越来越重视。作为一项先进的烟气治理技术，烧结烟气循环应该在烧结工作中得到更加广泛的应用。本文介绍了烟气循环技术和在某钢厂的应用实例。该项目结合烧结机的特点和改造要求，选用烧结内循环工艺，并利用部分环冷机低温废热烟气，烧结烟气循环利用率为30%，实际运行烟气循环量25-32%，有效利用烧结烟气和环冷废热烟气，取得良好的改造应用效果，实现烧结机满负荷工况运行。同时，在对烟气循环进行有效应用的过程中，能源的消耗以及污染物的排放均已经呈现出显著的降低，由此，企业的经济效益能够得到保障，环境效益也能够得到提升。也就更有利于未来我国社会在工业、环境以及资源方面实现协调的可持续发展。