燒結煙氣循環工藝的應用前景

鄭綏旭　張志剛　謝朝明

摘要：在鋼鐵聯合企業中，燒結是必不可少的原料處理環節，燒結生產過程中會產生大量的煙氣，其中含有粉塵、SOX、NOX、二惡英等有害物質，煙氣排入大氣會對環境造成嚴重污染。通過采用燒結煙氣循環工藝，大幅減少燒結廠煙氣排放量，既能減輕大氣污染，又能降低能耗。

關鍵詞：燒結廢氣；煙氣循環；節能；減排

中圖分類號：X701 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）09-0062-03

1 概述

鋼鐵行業是高能耗、重污染的行業，鋼鐵生產過程中的煙氣排放主要集中在燒結工序，燒結廠煙氣排放量占鋼鐵企業總排放量的一半以上，燒結煙氣污染已成為制約我國鋼鐵行業持續協調發展的一個重要因素。盡管如此，燒結工藝以其優良的資源適應性為鋼鐵企業帶來了顯著的經濟效益，它作為鋼鐵生產的重要原料處理環節還將長期存在。

顯而易見，鋼鐵企業節能減排的戰略重點在燒結廠，環保要求嚴格的國家從20世紀開始，相繼在燒結廠采用了脫硫（SOX）、脫硝（NOX）、二惡英等煙氣處理裝置。不同于燃煤電廠，燒結煙氣處理裝置投資大、運行費用高、效率低、副產品復雜。此外，外排的燒結煙氣會帶走大量的熱量，造成了能源的浪費。鋼鐵行業的節能減排工作必然伴隨著燒結工藝本身的變革調整，才能取得顯著成效。

2 燒結煙氣污染現狀

燒結煙氣是燒結混合料經點火后，隨臺車運行，在高溫燒結成型過程中所產生的含塵廢氣。由于國內燒結機漏風率高（40%～50%）和固體料循環率高，有相當一部分空氣沒有通過燒結料層，每生產1噸燒結礦大約產生4000～6000m3煙氣。燒結煙氣的主要特點是：煙氣量大、溫度較高、攜帶粉塵多、CO含量較高、二氧化硫（SO2）濃度較低、含濕量大、含腐蝕性氣體、含二惡英類物質等。由于燒結煙氣排放源集中、總量較大，因此對局部地區大氣質量的影響較大。

2.1 煙塵污染

燒結工序的煙塵排放量約占鋼鐵工業的20%，燒結煙氣中的粉塵主要由金屬、金屬氧化物或不完全燃燒物質等組成，粉塵會對人體造成一定程度的危害，粉塵侵入人體的途徑主要有呼吸系統（能引起塵肺、肺粉塵沉著癥、腫瘤等病癥）、眼睛（可引起結膜炎、角膜混濁、眼瞼水腫等癥狀）和皮膚（可引起毛囊炎、粉刺、皮炎等）。

2.2 二氧化硫（SO2）污染

燒結工序的SO2排放量約占鋼鐵工業的60%，燒結煙氣中SO2主要來源是固體燃料的燃燒，SO2濃度隨原料和燃料的差異而變化，一般為1000～3000mg/Nm3。SO2的主要危害體現在：空氣中的SO2濃度過高易形成酸雨，酸雨會破壞生態環境，影響動植物的生存，還會損壞雕塑及建筑物，造成經濟損失；空氣中的SO2濃度過高對人體健康也會造成危害，SO2會刺激人的鼻腔和呼吸道黏膜，嚴重時造成鼻腔出血、呼吸道受阻。

2.3 氮氧化物（NOX）污染

燒結工序的NOX排放量約占鋼鐵工業的50%，燒結煙氣中的NOX主要來源是燃料的燃燒，主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），NO與血液中的血紅蛋白的親和力比CO還強，NO通過呼吸道及肺進入血液，能使血液失去輸氧能力，產生與CO中毒類似的嚴重后果。NO很容易氧化成劇毒的NO2，進入肺臟深處的肺毛細血管，引起肺水腫，同時還能刺激眼黏膜、麻痹嗅覺。

2.4 其他污染

燒結煙氣中還含有二惡英等有害物質。目前鋼鐵行業的二惡英排放居世界第二位，僅次于垃圾焚燒行業。燒結煙氣中的二惡英主要源自燒結過程的無機氯化物、軋鋼含油廢鐵渣等反應生成，二惡英是毒性很強的有機化合物，具有致癌作用。

3 燒結煙氣循環工藝

3.1 燒結煙氣循環工藝簡介

燒結煙氣循環工藝，顧名思義，就是燒結過程中產生的煙氣沒有全部外排，而是將其中一部分熱煙氣再次引入燒結過程循環使用，采用該工藝可在節能、減排兩方面帶來效益，在國外一些燒結廠早已應用了該工藝。

1981年11月，煙氣循環工藝裝置在日本住友金屬工業公司小倉鋼鐵廠的燒結機上投入使用。具體做法是，將燒結機后半段的高溫廢氣（氧濃度為18%～21%）引回到燒結機前半段使用。實踐證明，循環煙氣中氧濃度為18%以上就能滿足燒結生產的需要，燒結礦的產量和質量都不受影響。典型的燒結煙氣循環工藝還有EOS（Emission Optimized Sintering）、LEEP（Low Emission & Energy optimized sinter Production）、Eposint（環保型工藝優化燒結的縮寫）等。

1995年，EOS工藝在荷蘭克魯斯艾莫伊登燒結廠實現工業化應用。他們將主抽風機排出的煙氣大約50%引回到燒結機上的熱風罩內，剩余部分外排。熱風罩將燒結機全長都罩起來，在燒結過程中，為調整循環煙氣的氧含量，鼓入少量新鮮空氣與循環廢氣混合。這樣，僅需對約50%的外排燒結煙氣進行處理，使之達到環保要求，灰塵、NOX被減少約45%，二惡英被減少約70%。

LEEP工藝是由德國HKM開發的，已在其燒結機上投入使用。該燒結機采用兩根廢氣管道，一根管道回收燒結機后段的熱廢氣（約200℃，用于循環使用），另一根管道回收燒結機前段的冷廢氣（約65℃，經處理后外排），兩根管道分別經過電除塵器和抽風機，在進入電除塵器前，兩根管道中的廢氣經過換熱器，使外排廢氣溫度提高到110℃，循環廢氣溫度降到150℃。LEEP工藝中，循環廢氣罩沒有完全覆蓋燒結機，允許一部分空氣漏進來補充循環廢氣中氧含量的不足。經過幾年的生產操作實踐，LEEP工藝實現了減少燒結廢氣排放量45%，減少燒結焦粉單耗5kg/t燒結礦，并維持燒結礦質量不降低的目標。

Eposint工藝，于2005年3月在奧鋼聯鋼鐵公司投入應用。Eposint工藝，又稱選擇性廢氣循環工藝，根據燒結機各風箱的流量和污染物排放濃度決定循環煙氣的來源，用于循環的氣流來自廢氣溫度升高區域的風箱，這一區域大致位于燒結機總長的3/4處。根據工藝條件的變動，可按需選擇循環區域的各個風箱進入外排系統還是循環系統。應用Eposint工藝能在不影響燒結產量的情況下使現有燒結廠的排放指標降低30%左右。

實踐證明，采用燒結煙氣循環工藝主要有以下優點：排入大氣的煙氣量顯著減少，廢氣凈化裝置（主電除塵器、脫硫裝置、脫硝裝置等）的規格顯著減小，節省設備投資和運行成本；廢熱回收量顯著增加，固體燃料的用量降低；對燒結礦單位生產率和燒結礦質量無明顯影響。

3.2 采用煙氣循環工藝的節能作用

采用煙氣循環工藝的節能作用主要體現在節省固體燃料和節電兩個方面。

燒結過程的熱收入中約80%來自固體燃料燃燒產生的熱量，熱支出中約25%是煙氣帶走的熱量。由于煙氣的循環利用，熱煙氣再次通過燒結料層時，除自身攜帶熱量外，其中的CO在燒結過程中可再次參加反應，提供熱量。以30%煙氣循環使用為例，減排煙氣相當于熱損失減少了5%～8%，理論上可節省固體燃料6%～10%（相當于每生產1t燒結礦，節省固體燃料3～5kg）。

部分煙氣循環使用，外排系統的主排風機、主電除塵器、脫硫等煙氣處理裝置處理風量相應降低，設備規格小，整個外排系統的單位耗電量降低。

3.3 采用煙氣循環工藝的減排原理

從國外煙氣循環工藝的使用效果來看，外排煙氣量減少了30%～50%，這是個相當可觀的數據。在同樣排放標準下，單位燒結礦產量排放的粉塵等污染物總量相應按比例減少。

熱煙氣再次通過燒結料層燃燒帶時，煙氣中的二惡英和氮氧化物能夠通過熱分解被部分破壞，硫氧化物和粉塵能夠被部分吸附并滯留于燒結料層中；循環中的CO參加反應，可減少外排煙氣中的CO含量。固體燃料的節省，也減少了外排煙氣中二氧化硫、氮氧化物等的來源，減輕了其污染程度。

4 應用前景

在國內的燒結廠，燒結煙氣循環工藝的應用尚在起步階段。隨著業內人士對能源、環保問題認識的提高，燒結煙氣循環工藝逐漸吸引了大家的視線。大家把目標主要集中在三個方面：節能、減排和增產。

4.1 在新建燒結機上應用

根據國家環保最新要求，新建燒結機必須配套建設煙氣處理設施，對脫硫裝置的要求是全部外排煙氣都要經過脫硫。為了適應發展的需要，以減低燒結煙氣處理裝置的基建成本和生產成本，應用節能技術為目的，應在新建燒結機上實施煙氣循環工藝。

針對我國的生產現狀，宜采用頭尾循環的模式——抽取燒結機頭部幾個風箱和尾部幾個風箱的煙氣混合后循環使用，根據混合后煙氣溫度來調整循環與外排交界處風箱的氣流走向。這種模式優點如下：循環煙氣不經過主電除塵器，可降低外排系統設備規格，降低其投資和運行費用；頭部煙氣溫度低，尾部煙氣溫度高，兩股煙氣按一定比例混合后，能按需調整煙氣溫度，保證外排煙氣溫度不低于主電除塵器要求的工作溫度下限；我國燒結機漏風率高，頭尾漏入的空氣較多，漏入的新鮮空氣能提高煙氣含氧量。

4.2 在已投產的燒結機上改造

在已經投產的燒結機上實施改造，應用煙氣循環工藝，應針對各廠自身的實際情況和需求，站在不同的角度，有針對性地實施。

對于擬建煙氣處理設施的工廠，可采用類似EOS的模式，從主抽風機后取一部分煙氣用于循環，減少外排的煙氣量。在進行脫硫等煙氣處理設施選型時，可以降低規格，減少其投資和運行費用。這樣做的好處是：對原有生產系統影響小，改造簡便易行；循環風機只起增壓作用，循環系統的工藝布置簡單，投資和運行費用低。但是，整個燒結機的煙氣混合后含氧量一般在12%左右，滿足不了燒結生產，必須采用兌風措施，提高循環煙氣的含氧量。

對于已經建設煙氣處理設施的工廠，可以在不增加外排煙氣量，不改變原有的機頭煙氣處理系統的基礎上，將燒結機加寬、加長，增加燒結面積，通過增加循環風機來增加燒結風量，解決原有風機能力不足的問題，達到增產的目的。針對這種情況，有幾種選擇：采用頭尾循環的模式，保證循環煙氣的含氧量，穩定燒結生產；采用尾部循環的模式，提高循環廢氣的溫度，提高回收廢熱的比例，節省能源；采用中部選擇性循環的模式，取有害物質濃度高的部分煙氣循環使用，這部分煙氣再次通過燒結料層時，其中的部分有害物質分解，達到有害物質減排的目的。

5 結語

（1）采用燒結煙氣循環工藝，減少燒結煙氣的外排總量，是減輕燒結廠煙氣污染的最有效手段。

（2）采用該工藝，可大幅降低燒結廠煙氣處理設施（靜電除塵、脫硫、脫氮）的投資和運行費用。

（3）熱煙氣循環使用，再次經過燒結料層，可使煙氣中的部分有害物質發生化學變化或受到抑制，可降低單位產量的有害物質排放量。

（4）熱煙氣循環使用，外排煙氣量大幅減少，可減少外排煙氣帶走的熱量，減少熱損失，從而降低固體燃料消耗，節省能源。

（5）燒結煙氣循環工藝，是一種節能減排型的綠色生產工藝，符合我國當前發展的需要。該工藝在新建的和原有的燒結機上都能應用，值得在國內大力推廣應用。

參考文獻

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作者簡介：鄭綏旭（1972—），男，遼寧燈塔人，中冶北方工程技術有限公司高級工程師，研究方向：燒結、球團廠節能減排工藝。

（責任編輯：周 瓊）