回轉窯-礦熱爐（RKEF）冶煉鎳鐵工藝的煙氣處理技術探討

摘 要：本文對回轉窯-礦熱爐（RKEF）冶煉鎳鐵過程中產生的煙氣進行全面論述，分析了煙氣的化學成分和利用價值，提出了煙氣的回收方法及回用途徑，從而達到節能減排降耗的目的，增加企業的經濟效益和社會效益，為鋼鐵行業的建設發展提供參考。

關鍵詞：回轉窯-礦熱爐（RKEF）;節能降耗減排;煙氣回收;冶煉鎳鐵;凈化除塵

目前工業生產和環境污染的矛盾日益突出，冶煉行業已成為主要的污染源之一，為了改善人們的生存環境，冶煉行業需要遵從“既要金山銀山也要綠水青山”的可持續性發展要求，對生產過程中的污染物進行處理，包括對廢水、廢氣和固體廢棄物回收利用及無害化處理，達到節能降耗減排的目的，并確保符合國家和地方的環保要求。

回轉窯-礦熱爐（RKEF）冶煉生產工藝于20世紀50年代開始使用，利用該法以相對廉價的紅土鎳礦為原料冶煉鎳鐵合金，與高爐冶煉工藝相比，產品品質更好、效率更高，更加節能環保。隨著鋼鐵冶煉技術的不斷發展，RKEF生產技術的設計、制造、安裝和自動化控制水平不斷提高，逐漸成為生產各類鐵合金的主流技術。全流程基本生產工藝為：原料場→篩分、破碎和混勻配料→烘干窯→回轉窯→礦熱爐→鐵包脫硫→精煉（AOD、LF爐）→連鑄→熱軋→退火酸洗→冷軋。

1 回轉窯-礦熱爐（RKEF）冶煉鎳鐵工藝的設備構成及工藝流程

該工藝法的主要設備有干燥窯、回轉窯、礦熱爐、鑄鐵機和公輔系統。紅土鎳礦經汽車、皮帶等運輸工具轉運進干燥窯進行烘干，經進一步破碎篩分后送到配料站，在配料站經計量稱重配比后送到回轉窯。配料進一步升溫脫去自由水和結晶水且部分發生預還原反應。在封閉隔熱的狀態下，經過預還原的焙燒原料通過不同位置的下料管道分配到礦熱爐，在全封閉式的礦熱爐中，經過電極的電弧放電加熱，鎳鐵和爐渣發生熔化、還原和分層，完成冶煉過程。

2 礦熱爐煙氣的性能指標

在礦熱爐內冶煉的過程中會產生含碳量較高的礦熱爐煙氣（亦稱作礦熱爐煤氣），該煙氣若能加以充分利用，則可成為一種既免費又寶貴的能源，若不加以回收利用，就成為危害環境的廢氣。未經處理的礦熱爐煤氣的化學成分及相關技術參數一般為：煙氣產量約為1000立方/噸鐵，CO含量約75%，烷類物質約為0～5%，二氧化碳含量約2～10%，氫氣含量約6%，發熱值約為2000～2500大卡/立方，煙氣溫度約600℃。相比之下，高爐煤氣產量約2500立方/噸鐵、熱值約700大卡/立方，因此礦熱爐煤氣的產量較低，熱值更大。可見對礦熱爐煙氣加以回收利用，變廢為寶，是非常有必要的。

3 礦熱爐煙氣處理技術

目前鋼鐵行業回收高爐煤氣的技術和應用實踐比較成熟，而礦熱爐煤氣相對而言難度較大，一般的回收途徑主要有燃氣鍋爐發電、燃氣鍋爐與余熱鍋爐聯合發電、煙氣收集儲存再利用等。

3.1 燃氣鍋爐發電

礦熱爐出口的煙氣首先經過重力除塵和布袋除塵等凈化工序，再輸送至專門的儲氣柜中進行穩壓和緩沖，之后到達燃氣鍋爐進行燃燒，燃燒產生的蒸汽進入汽輪機發電，實現煙氣→蒸汽→機械能→電能的能量轉變。主要設備一般有：重力除塵和布袋除塵、儲氣柜、燃氣鍋爐、汽輪發電機組、發配電控制設備、各種輔助系統等等。

該方法的技術和經驗比較成熟，國內鋼鐵行業的應用實例較多，成本較低，投入的回報期短，缺點是流程較長會降低礦熱爐煤氣的溫度以致約70%的熱量被浪費，節能效率較一般。

3.2 燃氣鍋爐與余熱鍋爐聯合發電

礦熱爐廢氣經過重力除塵和布袋除塵后，再經過升壓泵送入燃氣輪機，經過燃燒發電，燃燒后產生的尾氣溫度約為5～600℃，這部分熱能還可進一步利用，即尾氣通過排氣管道進入余熱鍋爐，余熱鍋爐產生的蒸汽帶動汽輪機旋轉及發電，從而提高了能源的利用率。主要設備與上述的單獨燃氣鍋爐發電類似，但是增加了余熱鍋爐及其附屬設備。

3.3 煙氣收集儲存再利用

由于冶煉鎳鐵工藝全流程使用熱量的工序較多，而各鋼鐵企業自身設備及其布置各有差異，余熱發電雖然能回收較多能量，但是也無法適應所有工序和設備的使用要求，比如有些離礦熱爐較遠的工序需要礦熱爐煤氣來加熱，因此將礦熱爐煙氣凈化收集儲存，再通過加壓機輸送到遠程用燃氣的設備實現二次能源的利用，也是煙氣回收的重要途徑。該方法的主要設備有重力除塵和布袋除塵、余熱鍋爐、約10萬立方米儲氣柜、加壓設備、放散塔、公輔系統等。

余熱鍋爐可以將礦熱爐出口高達5～600℃的煙氣熱量進行回收，產生的蒸汽可以拿來發電也可以帶動除塵風機以達到節電的目的。溫度下降的煙氣進入10萬立方米儲氣柜進行儲存，再根據全廠生產調度安排分至各個用氣點使用。該技術應用較靈活，不受設備場地布局的限制，應用范圍廣泛，而且回收率可以達到80%以上，目前越來越多的鋼鐵行業采用這種方法。不足的方面，建設大型儲氣柜需要較大土地面積，維護成本較大，而且具有較大的安全隱患。

4 經濟效益分析

目前在燃料市場，各種氣體燃料的價格均以發熱值來結算，比如天然氣的熱值約8000大卡/立方、價格約3元/立方，煉廠干氣的熱值約9000大卡/立方、價格約3.4元/立方，高爐煤氣的熱值約700大卡/立方、價格約0.3元/立方，而礦熱爐煙氣的發熱值約2000～2500大卡/立方，因此其實際價值約1元/立方。

5 結語

在回收利用礦熱爐煙氣的實際應用中還有許多具體而復雜的問題，尤其是煙氣凈化面臨較大的壓力，因為凈化效果直接影響到后續鍋爐、管道、氣柜和用戶的使用安全，管道堵塞結垢導致鍋爐無法使用的例子不在少數。礦熱爐煙氣回收利用技術具有廣闊的發展前景，還需要廣大專業技術人員在生產實踐中對各個關鍵環節不斷地發展和創新。

參考文獻：

[1]黃建平.鎳鐵冶煉的生產實踐.鐵合金，2017.

[2]牛前進.我市多點發力節能減排.太行日報，2015.

作者簡介：黃浩才（1981-），男，壯族，廣西南寧馬山縣人，本科，助理工程師，畢業于武漢大學，研究方向：不銹鋼冶金企業節能改造，節能新技術應用，節能減排降耗。