陸春玲

（寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海201900）

燒結(jié)機(jī)節(jié)能環(huán)保新技術(shù)應(yīng)用

陸春玲

（寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海201900）

燒結(jié)是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)最重要的生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)之一，不僅能耗高，且產(chǎn)生大量高溫有害煙氣。近年來(lái)燒結(jié)工藝通過(guò)不斷的技術(shù)創(chuàng)新，電能、燃?xì)?、固體燃料等消耗不斷下降，加之環(huán)冷機(jī)余熱回收技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步降低了工序能耗，機(jī)頭煙氣的脫硫、脫硝以及二惡英治理技術(shù)也取得了突破性發(fā)展。文章以國(guó)內(nèi)某鋼廠一臺(tái)燒結(jié)機(jī)改造為例，匯總分析了主要節(jié)能技術(shù)和污染治理措施，并從環(huán)保角度提出了一些建議。

燒結(jié)；節(jié)能；環(huán)保

1 前言

隨著鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展，燒結(jié)機(jī)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，2005年7月國(guó)家發(fā)改委發(fā)布了《鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》，要求燒結(jié)機(jī)使用面積達(dá)到180 m2及以上，目前國(guó)內(nèi)實(shí)際最大的燒結(jié)機(jī)已達(dá)600 m2。設(shè)備朝著大型化發(fā)展的同時(shí)，生產(chǎn)技術(shù)也逐步得到提高，這不僅體現(xiàn)在工藝的先進(jìn)性，還表現(xiàn)在將節(jié)能技術(shù)貫穿于整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。國(guó)家環(huán)保部于2012年發(fā)布了《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB28662-2012)，對(duì)燒結(jié)機(jī)頭煙氣中多種有害物質(zhì)以及機(jī)尾等設(shè)施顆粒物排放，均嚴(yán)格進(jìn)行了濃度限值，這意味著鋼鐵企業(yè)必須在這幾年完成對(duì)現(xiàn)有燒結(jié)系統(tǒng)的環(huán)保設(shè)施改造，新建的燒結(jié)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)就需考慮選用高效的治理設(shè)施，確保達(dá)標(biāo)排放。

國(guó)內(nèi)某大型鋼廠現(xiàn)有的1臺(tái)450 m2燒結(jié)機(jī)建成于1998年，其工藝設(shè)備、節(jié)能環(huán)保技術(shù)和自動(dòng)化控制水平已明顯落后，擬拆除重建，燒結(jié)面積達(dá)到600 m2，在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的節(jié)能環(huán)保技術(shù)。

2 主要節(jié)能技術(shù)

2.1 工藝技術(shù)和設(shè)備方面的節(jié)能措施

2.1.1 混合制粒技術(shù)

設(shè)計(jì)采用三段式混合技術(shù)，一次混合為強(qiáng)力混合機(jī)，主要目的是混勻；二、三段混合均為圓筒混合機(jī)，主要目的是制粒?？偦旌蠒r(shí)間超過(guò)8 min，使造球性能得到進(jìn)一步提高，明顯改善了燒結(jié)料層的透氣性，并且燃料在圓筒混合機(jī)的作用下，均勻地粘在混合料表面，有助于強(qiáng)化燒結(jié)和降低固體燃耗。

2.1.2 厚料層燒結(jié)技術(shù)

設(shè)計(jì)料層厚度1000 mm，其中鋪底料厚度控制在20～40 mm，有利于保護(hù)臺(tái)車(chē)篦條，增加燒結(jié)透氣性。

燒結(jié)過(guò)程是從料層表面開(kāi)始逐慚往下進(jìn)行，因而沿料層高度方向就有明顯的分層性，抽入燒結(jié)料層的空氣經(jīng)過(guò)熱燒結(jié)礦層被預(yù)熱，參與燃燒層的燃燒，燃燒后的廢氣又將下層的燒結(jié)料預(yù)熱，因而料層越是向下，熱量積蓄得越多，以至于達(dá)到更高的溫度，這種積蓄熱量的過(guò)程稱(chēng)為自動(dòng)蓄熱作用[1]。采用厚料層燒結(jié)強(qiáng)化了自動(dòng)蓄熱作用，使燒結(jié)溫度隨料層的提高而提高，因而燒結(jié)礦強(qiáng)度增加，成品率提高，返礦率下降，從而減少了固體燃耗。

2.1.3 多輥布料技術(shù)

采用圓輥給料機(jī)和九輥布料裝置，將混合料均勻布在燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)上，使料層均勻，降低燃料配比。通過(guò)調(diào)節(jié)布料輥的轉(zhuǎn)速，可控制混合料粒度的偏析度，使燒結(jié)料層上下溫度趨于均勻，提高垂直燒結(jié)速度，從而降低燒結(jié)能耗。

2.1.4 采用雙斜帶式節(jié)能型點(diǎn)火爐及保溫爐

點(diǎn)火爐爐頂設(shè)三排燒嘴，采用雙斜交叉燒嘴氣氛點(diǎn)火技術(shù)，其高溫火焰帶寬度適中，溫度均勻，高溫點(diǎn)火時(shí)間可與機(jī)速良好匹配，特別是保溫段設(shè)有燒嘴，可以提高料面質(zhì)量。

2.2 余熱回收利用技術(shù)

燒結(jié)礦冷卻產(chǎn)生的廢熱氣溫度隨環(huán)冷機(jī)部位的不同而不同，給料部位溫度最高約450℃，卸料部位溫度最低約80℃[2]。該燒結(jié)系統(tǒng)環(huán)冷機(jī)熱廢氣采用分級(jí)回收、梯級(jí)利用方式，可最大程度地利用廢熱，使熱回收效率達(dá)到最高水平。

2.2.1 環(huán)冷機(jī)高溫段廢氣

從高溫段收集的大部分熱廢氣通過(guò)風(fēng)罩依次進(jìn)入高參數(shù)和低參數(shù)余熱鍋爐，產(chǎn)生的蒸汽并網(wǎng)利用。小部分熱廢氣作為點(diǎn)火爐助燃風(fēng)，進(jìn)行熱風(fēng)點(diǎn)火，可降低點(diǎn)火煤氣消耗，并對(duì)點(diǎn)火后的料面進(jìn)行保溫，從而降低固體燃耗，此為熱風(fēng)燒結(jié)技術(shù)。利用后排出的廢氣返回環(huán)冷機(jī)風(fēng)箱作為燒結(jié)礦冷卻介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)。

2.2.2 環(huán)冷機(jī)中溫段和低溫段廢氣

利用中溫段熱廢氣以及雙壓余熱鍋爐富裕的次低壓蒸汽，進(jìn)行低溫余熱發(fā)電，此項(xiàng)技術(shù)是在燒結(jié)系統(tǒng)的首次嘗試。低溫發(fā)電工藝的核心為有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）發(fā)電系統(tǒng)，是以低沸點(diǎn)有機(jī)物質(zhì)（四氟丙烷）為工質(zhì)的朗肯循環(huán)，工藝流程：四氟丙烷在預(yù)熱器、蒸發(fā)器內(nèi)吸收外界熱源的熱量，生成高溫高壓蒸汽，然后進(jìn)入透平機(jī)膨脹推動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子做功，輸出電能。隨后蒸汽降溫降壓排出，進(jìn)入冷凝器冷凝成液態(tài)工質(zhì)，而后進(jìn)入預(yù)熱器、蒸發(fā)器再吸熱蒸發(fā)，完成系統(tǒng)熱功轉(zhuǎn)化過(guò)程。

利用后排出的廢氣與低溫段廢氣一并返回?zé)Y(jié)機(jī)，用作助燃空氣，再一次利用了熱風(fēng)燒結(jié)技術(shù)。生產(chǎn)實(shí)踐表明，熱風(fēng)燒結(jié)技術(shù)能提高燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)0.3%～0.5%，提高燒結(jié)礦產(chǎn)量3%～4%[3]。

3 主要環(huán)保措施

3.1 無(wú)組織粉塵減排

環(huán)冷機(jī)高溫段廢氣經(jīng)熱回收和除塵后返回環(huán)冷機(jī)風(fēng)箱，中溫段廢氣經(jīng)熱回收后與低溫段煙氣一并返回?zé)Y(jié)機(jī)進(jìn)行熱風(fēng)燒結(jié)。通過(guò)這些循環(huán)方式，以及環(huán)冷機(jī)自身漏風(fēng)率的降低，可以大大減少環(huán)冷區(qū)域無(wú)組織粉塵排放量。

3.2 顆粒物的治理

塑燒板除塵器是以獨(dú)特的波浪式塑燒板過(guò)濾芯取代傳統(tǒng)布袋，塑燒板表面經(jīng)過(guò)深度處理，孔徑細(xì)小均勻，具有疏水性，特別適用于治理含水率較高的粉塵，因此選用該除塵器治理一、二次混合工序粉塵，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，顆粒物排放濃度可控制在10 mg/m3以下。

3.3 燒結(jié)機(jī)頭煙氣治理

燒結(jié)機(jī)頭煙氣是燒結(jié)混合料點(diǎn)火后，隨臺(tái)車(chē)運(yùn)行，在高溫?zé)Y(jié)成型過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣，含煙粉塵、SO2、NOX、HCl、HF、二惡英等多種污染物。燒結(jié)機(jī)頭煙氣是燒結(jié)工序乃至整個(gè)全流程鋼鐵企業(yè)環(huán)境治理的重中之重。

3.3.1 脫硫脫硝

燒結(jié)煙氣脫硫工藝多數(shù)是借鑒火電燃煤鍋爐煙氣脫硫工藝發(fā)展而來(lái)，種類(lèi)較多，可簡(jiǎn)單分為濕法、半干法和干法，大多屬于鈣基法，脫硫率一般可達(dá)到70%以上。由于煙氣中NOX與脫硫劑也會(huì)發(fā)生酸堿反應(yīng)，從而具有一定的脫硝效率。寶鋼某燒結(jié)機(jī)采用氣噴旋沖塔石灰石-石膏濕法脫硫工藝，實(shí)測(cè)的脫硝率為10%左右。

近年來(lái)出現(xiàn)了“吸收再生法”新型脫硫工藝，主要有活性炭吸附法和有機(jī)胺（離子液）循環(huán)吸收法。有機(jī)胺(離子液)循環(huán)吸收法是燒結(jié)煙氣首先在水洗塔洗滌酸霧后，在吸收塔內(nèi)與有機(jī)胺溶液接觸，吸收SO2后的富液在再生塔內(nèi)加熱再生為熱貧液，經(jīng)換熱降溫返回吸收塔循環(huán)使用，解析出的高濃度SO2氣體制備硫酸。2012年11月建成投運(yùn)的攀鋼260 m2燒結(jié)機(jī)采用此工藝，入口SO2平均濃度為6500 mg/m3，脫硫率90%以上[4]。在洗滌塔和吸收塔內(nèi)對(duì)SO2吸收過(guò)程中，還可以除掉相當(dāng)部分的NO和NO2，脫硝率可達(dá)到40%～50%。

活性炭吸附法是利用了活性炭的吸附性能，SO2首先在吸附塔中被活性炭吸附，然后在解析塔內(nèi)釋放，再去進(jìn)一步制取硫酸，活性炭再循環(huán)利用，脫硫率95%以上。在吸附塔內(nèi)吸附SO2的同時(shí)進(jìn)行噴氨脫硝，據(jù)報(bào)道，太鋼已運(yùn)行的活性炭工藝脫硝效率可以達(dá)到50%以上。由于活性炭吸附法兼具脫硫、脫硝、脫二惡英、除粉塵的作用，目前是作為全面的、一體化的燒結(jié)煙氣凈化技術(shù)在運(yùn)用。

專(zhuān)門(mén)的煙氣脫硝技術(shù)是選擇性催化還原（SCR）法，即還原劑在催化劑作用下，在設(shè)定的反應(yīng)溫度范圍內(nèi)，只與NO發(fā)生還原反應(yīng)，從而達(dá)到脫硝目的。據(jù)報(bào)道，臺(tái)灣中鋼公司3臺(tái)燒結(jié)機(jī)建設(shè)運(yùn)行了SCR脫硝工藝，采用雙效觸媒劑，在250～320℃溫度范圍內(nèi)，脫硝與分解二惡英效率皆可達(dá)到80%以上[5]。

3.3.2 二惡英減排措施

二惡英產(chǎn)生于燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)料層中，在250～450℃的溫度區(qū)間和氧化氣氛條件下,大分子碳與有機(jī)氯在銅等重金屬離子的催化作用下生成。

減排方法一是從源頭控制，即減少氯源，對(duì)燒結(jié)工藝進(jìn)行優(yōu)化，改善混合料的透氣性；二是末端治理，由于二惡英絕大部分都以固態(tài)形式吸附在微細(xì)顆粒上，采用高效除塵技術(shù)可減少排放量，靜電除塵器凈化效率50%左右，袋式除塵器80%～90%；TiO2加紫外光催化分解技術(shù)，二惡英去除率可達(dá)95%以上，同時(shí)還能分解煙氣中55%左右的NOX，但該技術(shù)投資大，運(yùn)行成本也高，尚未工業(yè)應(yīng)用；三是協(xié)同凈化，利用脫硫脫硝技術(shù)，可同時(shí)脫除一定量的二惡英，如采用半干法脫硫，二惡英減排70%左右；SCR脫硝工藝可以同時(shí)催化氧化二惡英，效率達(dá)到80%；活性炭?jī)艋に?，二惡英在解析塔?nèi)催化裂解，可減排80%以上。

3.3.3 燒結(jié)煙氣協(xié)同凈化

經(jīng)綜合比選后，該燒結(jié)機(jī)機(jī)頭煙氣治理設(shè)計(jì)采用能綜合處理煙粉塵、SO2、NOX及二惡英等有害物質(zhì)的協(xié)同凈化工藝——活性炭吸附。

目前太鋼有2套活性炭吸附煙氣凈化裝置已建成運(yùn)行，據(jù)了解運(yùn)行情況良好，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)值，實(shí)測(cè)SO2、NOX、二惡英外排濃度分別小于50 mg/m3、200 mg/m3、0.2 ng-TEQ/m3，達(dá)到《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB28662-2012）表3標(biāo)準(zhǔn)限值。

（1）工藝原理

活性炭吸附工藝主要由吸收、解析、制酸三部分組成。煙氣經(jīng)電除塵后進(jìn)入吸收塔，SO2在氧氣、水蒸汽和氨存在的條件下被氧化為H2SO4和（NH4）2SO4，并被儲(chǔ)存在活性炭孔隙內(nèi)；活性炭吸附層在不同部位還可以捕集大部分粉塵顆粒。吸附飽和后的活性炭在解析塔內(nèi)通過(guò)加熱，H2SO4、（NH4）2SO4被還原為SO2釋放出來(lái)，生成“富硫氣體”，輸送至制酸工段制取H2SO4；因活性炭中添加催化劑，NOX在解析塔內(nèi)與氨發(fā)生SCR或non-SCR反應(yīng)，生成N2與H2O；同時(shí)在適宜的溫度下，二惡英在活性炭?jī)?nèi)催化劑的作用下裂解為無(wú)害物質(zhì)?；钚蕴拷?jīng)過(guò)冷卻恢復(fù)吸附性能，循環(huán)使用[6]。

（2）系統(tǒng)設(shè)置及工藝流程

活性炭吸附工藝主要由煙氣系統(tǒng)、吸附系統(tǒng)、解析系統(tǒng)、活性炭輸送系統(tǒng)組成，輔助系統(tǒng)有活性炭卸料存貯系統(tǒng)、供氨系統(tǒng)和制酸系統(tǒng)等。

具體工藝流程圖詳見(jiàn)圖1。

4 問(wèn)題和建議

（1）ORC發(fā)電技術(shù)的運(yùn)用，使得環(huán)冷機(jī)中低溫段的熱廢氣得到有效利用，進(jìn)一步降低了燒結(jié)工序能耗，但該技術(shù)的核心設(shè)備低溫發(fā)電機(jī)組國(guó)內(nèi)處于研發(fā)試驗(yàn)階段，在燒結(jié)機(jī)上尚無(wú)應(yīng)用實(shí)例，需從國(guó)外進(jìn)口，且低溫發(fā)電效率屬于偏低，投資回收期會(huì)較長(zhǎng)。

（2）活性炭吸附技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)在于能在一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)去除SO2、NOX、二惡英，屬當(dāng)前先進(jìn)、高效的燒結(jié)機(jī)煙氣治理方法，但該裝置投資大，系統(tǒng)復(fù)雜，可能是將來(lái)制約其大規(guī)模發(fā)展的因素，而且制酸工序?qū)a(chǎn)生少量廢水，其中含鉛、汞等重金屬，必須建造獨(dú)立的廢水處理系統(tǒng)，治理達(dá)標(biāo)后再納入全廠廢水處理站進(jìn)一步處理。廢水處理污泥中含一定量的鉛、汞等重金屬，應(yīng)作為危廢妥善處置。廢活性炭孔隙中填充了大量附有二惡英除塵灰，不可隨意處置，應(yīng)利用高溫環(huán)境使二惡英分解。副產(chǎn)物硫酸因含較多雜質(zhì)而品位較低，外售經(jīng)濟(jì)效益可能不佳，建議考慮在廠內(nèi)自行消化。

（3）大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)大多有焦化，有廢氨水產(chǎn)生，將廢氨水用于燒結(jié)煙氣脫硫既可以“以廢治廢化廢為寶”，又可以得到硫銨產(chǎn)品達(dá)到“以廢產(chǎn)肥”的目的，而且脫硫效率也很高（可達(dá)95%以上），同時(shí)又具有一定的脫硝效果（30%左右），但硫銨中會(huì)含重金屬和二惡英，影響其再利用，因此氨法用于燒結(jié)煙氣脫硫，還需慎重考慮。

（4）燒結(jié)煙氣工況條件不同于電廠鍋爐，NOX的產(chǎn)生情況、濃度水平等也完全不同，污染物成份復(fù)雜，易造成SCR催化劑中毒失效，而且除塵后煙氣需升溫，系統(tǒng)比電廠更加復(fù)雜，但脫除效率又要比電廠低得多，故不建議機(jī)械地采用SCR等僅適用于電廠脫硝的工藝。除非能開(kāi)發(fā)出新型的還原劑和與之相適應(yīng)的低溫催化劑，不僅解決了NH3的二次污染，并且無(wú)需煙氣升溫，符合節(jié)能減排和低碳經(jīng)濟(jì)要求。另外提供一個(gè)脫硝的思路，即“部分脫硝”，NOX濃度沿風(fēng)箱/臺(tái)車(chē)方向是變化的，中部偏前位置濃度最高，可只對(duì)這部分超標(biāo)的煙氣進(jìn)行脫硝。這樣，系統(tǒng)可大大簡(jiǎn)化、投資省、運(yùn)行成本低，脫硝效率也相對(duì)提高。

（5）燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)，是一項(xiàng)很好的節(jié)能減排措施，節(jié)能主要表現(xiàn)在：燒結(jié)煙氣平均溫度150℃左右，但機(jī)尾幾個(gè)風(fēng)箱的溫度可達(dá)300～350℃，并含有較多的氧氣，循環(huán)煙氣中的顯熱可以得到利用，煙氣外排量可減少30%～50%，后續(xù)煙氣凈化設(shè)備的運(yùn)行能耗也可以明顯降低，采用該技術(shù)后總能耗可下降低5%～15%。污染物減排主要表現(xiàn)在：由于煙氣量的明顯減少和SO2濃度的富集，脫硫效率將有所提高，SO2得到進(jìn)一步減排；循環(huán)煙氣中的二惡英大部分可在燒結(jié)機(jī)料床上被燒掉，最終排放量最大可以減排60%～70%，這種二惡英減排技術(shù)的綜合優(yōu)勢(shì)是其他任何減排技術(shù)(活性炭吸附、催化分解等)無(wú)法比擬的。盡管煙氣循環(huán)會(huì)使NOX富集，導(dǎo)致濃度升高約10%左右，但NOX排放總量還是明顯減少的。

圖1 活性炭吸附凈化裝置工藝流程圖

5 結(jié)語(yǔ)

燒結(jié)機(jī)的節(jié)能減排技術(shù)近年來(lái)取得了突破性進(jìn)展，通過(guò)生產(chǎn)工藝、主體設(shè)備、節(jié)電技術(shù)的革新，以及環(huán)冷機(jī)余熱回收利用技術(shù)的進(jìn)步，燒結(jié)工序能耗得到了明顯降低，可確保符合清潔生產(chǎn)要求。燒結(jié)機(jī)頭煙氣的治理，由原先的單一脫硫，嘗試進(jìn)行多污染物的協(xié)同凈化，例如活性炭吸附法，但此類(lèi)方法帶來(lái)的二次污染不可忽視。燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)是一項(xiàng)較好的節(jié)能減排措施，值得推廣運(yùn)用，對(duì)于脫硝開(kāi)發(fā)新型還原劑和催化劑，是未來(lái)發(fā)展的方向。

[1]肖揚(yáng)，翁得明.燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2013.171-172，175.

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Application of New Technology of Energy Saving and Environment Protection for Sintering Machine

LI Chunling
(Baosteel Engineering&Technology Group Co.Ltd.,Shanghai 201900,China)

Sintering is one of the most important processes in iron and steel enterprises and is also a process of high energy consumption producing great amount of high temperature harmful smokes.In recent years,through technical innovation of sinter process the consumption of electricity,gas and solid fuel has been continuously reducing.Furthermore,with the development of waste heat recovery by circular cooler,energy consumption of the process has been further reduced and the technologies for desulfurization,denitrification and dioxin treatment of sintering flue gas have also made breakthroughs.The main technologies for energy saving and pollution treatment measures are summarized,taking the sintering machine in a domestic steel plant as an example,while some suggestions are provided from the angle of environment protection.

sintering;energy saving;environment protection

TF325.1

B

1006-6764(2015)05-0074-04

2015－02－03

陸春玲（1980－），女，畢業(yè)于上海海洋大學(xué)，工程師，現(xiàn)從事環(huán)境、節(jié)能方面的咨詢(xún)工作以及鋼鐵行業(yè)環(huán)保、安全、衛(wèi)生方面的設(shè)計(jì)工作。