燒結(jié)漏風(fēng)率對煙氣循環(huán)燒結(jié)的影響

范振宇，高景棟，陳慧艷，李文琦

（中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京100176）

0 引言

煙氣循環(huán)燒結(jié)工藝是將部分燒結(jié)廢氣返回?zé)Y(jié)料層，重新參與燒結(jié)過程，利用其中潛熱和顯熱的一種方法。該方法可有效減少燒結(jié)排放廢氣量，減少氮氧化物、二噁英等污染物排放總量，使二氧化硫在煙氣中濃度富集，降低后續(xù)煙氣凈化設(shè)施的投資成本和運行成本[1-2]。近年來，由于鋼鐵行業(yè)面臨越來越大的環(huán)保壓力，煙氣循環(huán)燒結(jié)工藝已經(jīng)成為行業(yè)內(nèi)的熱點話題。

不同于電廠廢氣，燒結(jié)煙氣具有顯著的特殊性[3-5]，煙氣量大、污染物濃度較低、煙氣成分相對復(fù)雜、穩(wěn)定性差。鑒于這種特殊性和復(fù)雜性，煙氣循環(huán)燒結(jié)工藝中煙氣的合理使用已經(jīng)越來越重要，一旦處理不善，不僅燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量受到影響，甚至將導(dǎo)致燒結(jié)生產(chǎn)無法正常進行。某燒結(jié)廠在應(yīng)用煙氣循環(huán)燒結(jié)工藝后，曾發(fā)生了循環(huán)風(fēng)量無法平衡，燒結(jié)料層無法吸入更多的循環(huán)風(fēng)的問題，給生產(chǎn)造成了影響。

燒結(jié)風(fēng)量分為有效風(fēng)量和有害漏風(fēng)，其中通過料層的風(fēng)量為有效風(fēng)量，而從料層以外進入抽風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量稱之為有害漏風(fēng)。因而可以看出燒結(jié)機漏風(fēng)率將直接影響到燒結(jié)廢氣中的氧氣含量，而在煙氣循環(huán)燒結(jié)工藝中，較高的漏風(fēng)率將導(dǎo)致循環(huán)廢氣占燒結(jié)風(fēng)量的百分比降低，即較高的漏風(fēng)率可能導(dǎo)致循環(huán)廢氣無法被吸入至燒結(jié)料層中。

本文將以180 m2燒結(jié)機為例，針對不同燒結(jié)漏風(fēng)率，開展了對煙氣循環(huán)燒結(jié)風(fēng)量平衡的研究。

1 煙氣循環(huán)燒結(jié)工藝流程

煙氣循環(huán)燒結(jié)大煙道被分為兩段，其中前段為排放煙道，后段為循環(huán)煙道。排放煙道煙氣經(jīng)機頭電除塵器，由主抽風(fēng)機抽出，通過后續(xù)煙氣脫硫脫硝設(shè)施排放。循環(huán)煙道煙氣經(jīng)高溫除塵器，由循環(huán)風(fēng)機抽出，送至燒結(jié)機臺車上部的密封罩。煙氣被送入密封罩后，由于燒結(jié)料層的負(fù)壓被抽入料層，以提供燒結(jié)過程正常進行。工藝流程見圖1 所示。在煙氣循環(huán)燒結(jié)過程中，尤其要注意以下幾條原則：

（1）為了保證燒結(jié)過程擁有足夠的氧氣，要求循環(huán)煙氣氧氣含量在18%以上。

（2）燒結(jié)機密封罩僅覆蓋在燒結(jié)臺車上部，密封罩與臺車之間保留約100 mm 空隙，密封罩內(nèi)呈微負(fù)壓，保證外部空氣可以被吸入密封罩內(nèi)。

（3）為有效利用循環(huán)煙氣中的潛熱且避免循環(huán)過程中的煙氣重復(fù)循環(huán)問題，循環(huán)煙道對應(yīng)的燒結(jié)機上部，不再設(shè)置密封罩。

圖1 煙氣循環(huán)燒結(jié)工藝流程

2 煙氣循環(huán)燒結(jié)工藝計算

2.1 煙氣循環(huán)燒結(jié)基本參數(shù)

燒結(jié)機基本情況：燒結(jié)機面積：80 m2；臺車寬度：3 m；風(fēng)箱總長度：60 m；點火器覆蓋長度：9 m；主抽風(fēng)機風(fēng)量（工況）：16200 m3/min；點火燃料：采用焦?fàn)t煤氣；點火煤氣用量：6.512 m3/t-s；常規(guī)燒結(jié)綜合廢氣溫度：120 ℃；循環(huán)廢氣溫度：大于200 ℃；常溫空氣：25 ℃；循環(huán)風(fēng)箱長度：15 m；排放風(fēng)箱總長度：45 m；燒結(jié)臺車覆蓋密封罩長度：36 m；點火器覆蓋長度：9 m；露天臺車長度：15 m。

燒結(jié)主要原料的用量及化學(xué)成分見表1，點火煤氣組成見表2。

表1 燒結(jié)原料主要化學(xué)成分/%

表2 燒結(jié)點火煤氣組成

2.2 漏風(fēng)率對燒結(jié)廢氣成分的影響

當(dāng)采用常規(guī)燒結(jié)工藝時，燒結(jié)過程吸入氣體主要有點火煤氣、點火空氣、吸入燒結(jié)料層的空氣、燒結(jié)系統(tǒng)漏風(fēng)。而燒結(jié)排放的廢氣主要來自于點火產(chǎn)生的廢氣、燒結(jié)料層產(chǎn)生的廢氣以及燒結(jié)系統(tǒng)漏風(fēng)。表3 為燒結(jié)工藝點火廢氣組成，表4 為針對燒結(jié)機漏風(fēng)率在0%、20%、40%、60%條件下的常規(guī)燒結(jié)廢氣組成。

表3 燒結(jié)工藝點火廢氣組成

表4 不同漏風(fēng)率條件下常規(guī)燒結(jié)廢氣組成

由于燒結(jié)煙氣中CO 含量的影響因素太多，尤其是漏風(fēng)率的變化導(dǎo)致燒結(jié)料層中氧位的變化，導(dǎo)致煙氣中CO 含量的不確定性較大。考慮到燒結(jié)現(xiàn)場實際測量的CO 含量較低，對整體煙氣量影響較小，本研究按料層中CO 完全燃燒為CO2考慮。

由以上結(jié)果可以看出，隨著燒結(jié)機漏風(fēng)的增加，燒結(jié)煙氣中O2含量從9.25%逐漸提高至15.55%，CO2含量從9.84%降至4.52%，總體來看，每噸燒結(jié)礦的總廢氣量也隨漏風(fēng)率的升高而增大，在燒結(jié)主抽風(fēng)機能力不變的情況下，導(dǎo)致燒結(jié)有效風(fēng)量逐漸減少。

2.3 漏風(fēng)率對燒結(jié)廢氣平衡的影響

在燒結(jié)主要工藝參數(shù)及產(chǎn)量不變的條件下，燒結(jié)過程理論氧氣消耗含量不變，即燒結(jié)料層所需要的最低風(fēng)量不變，循環(huán)煙氣返回?zé)Y(jié)機上部密封罩，再次通過燒結(jié)料層參與燒結(jié)過程。在主抽風(fēng)機規(guī)格確定的情況下，采用煙氣循環(huán)燒結(jié)工藝，煙氣循環(huán)率為25%，漏風(fēng)率分別為0%、20%、40%、60%時對應(yīng)的風(fēng)量情況見表6。

由表6 結(jié)果可以看出，密封罩內(nèi)風(fēng)量差隨著燒結(jié)漏風(fēng)率的增加逐漸由負(fù)壓變?yōu)檎龎骸Ｒ虼丝梢钥闯觯^高的漏風(fēng)率不利于煙氣循環(huán)燒結(jié)工藝的風(fēng)量平衡。由于國內(nèi)燒結(jié)機經(jīng)過長時間運行，漏風(fēng)率大多在40～50%左右，由本結(jié)果可以看出，本案例中的25%的循環(huán)比例對于國內(nèi)大部分燒結(jié)機而言已無法保證密封罩負(fù)壓，若進一步考慮到燒結(jié)生產(chǎn)中的不平衡性，應(yīng)避免選擇高比例的循環(huán)風(fēng)量。在實際應(yīng)用過程中，可通過減少循環(huán)風(fēng)箱個數(shù)，或增加密封罩覆蓋范圍，從而保證密封罩內(nèi)微負(fù)壓，循環(huán)廢氣不被噴出密封罩。此外，對于生產(chǎn)狀況良好的燒結(jié)機，可盡量增加循環(huán)比例，單對于老舊系統(tǒng)，可考慮降低煙氣循環(huán)比例。

表6 不同漏風(fēng)率條件下循環(huán)廢氣分布 /m3·min-1

2.4 漏風(fēng)率對最大循環(huán)煙氣量的影響

根據(jù)表6 中計算結(jié)果，調(diào)整循環(huán)風(fēng)量以及密封罩覆蓋范圍，保證密封罩風(fēng)量差趨于0，保證風(fēng)量平衡，計算結(jié)果見表7。

通過上述計算可知，隨著燒結(jié)漏風(fēng)率的逐漸升高，為保證循環(huán)密封罩內(nèi)負(fù)壓適宜，煙氣循環(huán)燒結(jié)應(yīng)用時，最大循環(huán)風(fēng)箱的數(shù)量逐漸減少，密封罩覆蓋面積逐漸增加。當(dāng)燒結(jié)漏風(fēng)率在40%～50%時，最大的循環(huán)風(fēng)箱比例在22%～24%之間。

表7 不同漏風(fēng)率條件下循環(huán)最大循環(huán)比例

3 總結(jié)

（1）采用煙氣循環(huán)燒結(jié)工藝時，應(yīng)密切注意燒結(jié)機漏風(fēng)率的不利影響。尤其是對于改造項目來說，更高的漏風(fēng)率將影響循環(huán)風(fēng)的平衡，造成循環(huán)煙氣返回?zé)Y(jié)機臺車上部密封罩后，無法全部被吸入料層，繼而被噴出密封罩，影響系統(tǒng)正常運行且造成安全事故。

（2）隨著燒結(jié)機漏風(fēng)從0%逐步升高至60%，燒結(jié)煙氣中O2含量也逐漸升高，從9.25%逐漸提高至15.55%，而CO2含量則逐步降低，從9.84%降至4.52%。

（3）燒結(jié)漏風(fēng)率對煙氣循環(huán)燒結(jié)最大循環(huán)風(fēng)量存在負(fù)面影響，當(dāng)燒結(jié)漏風(fēng)率在40%～50%時，最大的循環(huán)風(fēng)箱比例在22%～24%之間。