內循環式煙氣循環工藝在安鋼一號燒結機的應用

呂 文 劉月建 孫沛勛 關紅兵

（安陽鋼鐵股份有限公司）

0 前言

燒結過程的余熱回收與再利用是鐵前系統節能降耗的重要途徑之一[1-3]。近年來，燒結機大煙道中高溫與中溫廢氣的再利用逐漸引起國內鋼鐵企業的重視[4]。大煙道廢氣具有氧含量低、廢氣溫度波動范圍大等特點，從提高能源利用效率的角度考慮，將大煙道高溫廢氣引回燒結料面進行煙氣循環燒結是最有效的余熱回收方式。同時，隨著國家環保標準的不斷提升，通過燒結煙氣循環實現污染物總量減排，也是解決環保問題的有效手段之一[5]。

1 工藝路線的選擇

當前國內已經實施的煙氣循環工藝路線分為內循環方式和外循環方式兩種，兩種方式各有利弊[6-8]。我們根據安鋼1#燒結機的工藝技術特點，借鑒兄弟鋼鐵企業開展的煙氣循環工程的成功經驗，充分對比了兩種方式的優缺點后，最終決定采用煙氣內循環工藝。

該方案計劃通過一臺循環風機將燒結機尾部溫度較高、O2含量較高、SO2含量較低的部分風箱煙氣以及中部溫度較低、O2含量較低、SO2含量較高的部分煙氣分別抽入新增的煙道，在多管除塵前的煙箱混合器中進行混勻，然后進入燒結機臺車上的煙氣罩內，參與正常的燒結過程。因為這部分從風箱抽出的煙氣不經過主抽風機直接返回了燒結機料面，所以稱為“煙氣內循環工藝”。與煙氣外循環工藝相比，該工藝方式的優點是利用了高溫煙氣的熱量，可以達到降低燒結礦固體燃耗，減少主抽及脫硫負荷的目的，缺點則是新建的熱循環風機需要耐受較高溫度，投資較大。同時，內循環方式下煙氣含氧量偏低，不利于燒結過程維持氧化性環境，不利于發展鐵酸鈣液相，對燒結礦質量可能有不利影響。安鋼1#燒結機煙氣循環工藝流程如圖1所示。

在設備建設完成后，該系統需要與燒結工藝深入結合，以達到在不影響燒結礦產質量穩定的前提下，充分發揮系統作用的目的。針對煙氣內循環系統的特點，合理控制廢氣中的氧含量和溫度將成為影響大煙道廢氣熱回收效果的關鍵因素，為此，技術人員在設備與工藝調試的同時不斷摸索調整，最終確定了適宜的操作參數。

2 系統操作參數的確定

圖1 燒結機煙氣內循環工藝流程

2.1 燒結機運行條件

在1#燒結機煙氣循環系統設備聯調結束后，開始對工藝參數進行調試，通過分析各系統參數的調試情況以及燒結煙氣排放數據的變化，摸索出燒結系統、煙氣系統和脫硫系統之間的參數匹配關系。調試期間燒結機的運行條件見表1。

2.2 調試過程中各系統參數的匹配

表1 煙氣循環調試期間燒結機運行工藝條件

在調試過程中，對燒結機生產參數與循環系統參數進行了多次調整，最終達到了較為適宜的運行區間，煙氣循環系統調試過程中的重要數據見表2。

表2 煙氣循環系統調試過程中的重要參數

通過本次系統調試，明確了關鍵設備的運行參數，重要參數：（1）循環系統投入運行前，要求燒結機大煙道兩側的廢氣溫度保證在130 ℃以上；（2）循環系統投入運行前，混合熱風支管處5個手動翻板閥保持全開狀態；（3）啟動循環風機前關閉循環風機風門到0，上位機啟動循環風機后，頻率暫設定在30～35 Hz；（4）切換導氣管閥門需要依次進行，先打開熱風通道，對應關閉主抽通道閥門；（5）系統運行時，參與熱風循環的風箱支管壓力需與周圍風箱保持一致；（6）燒結機料面循環罩內的煙氣含氧量控制在≥16%，煙氣溫度控制在200～250 ℃，罩內壓力控制在≤-20 Pa；（7）通過控制循環風機頻率和主抽風機風門開度，在保持上述參數的基礎上，確保燒結過程穩定，終點溫度和位置合理。

2.3 調試結論

根據煙氣循環系統的調試結果，可得出以下結論：

（1）調試期內，在燒結機系統接近滿負荷生產的情況下，5月份和6月份煙氣循環系統的循環煙氣量分別達到總煙氣量的15.1%和18.1%，能夠達到設計指標15%～20%的要求。

（2）在上述循環比例條件下，5月份和6月份進入后道脫硫脫硝系統的煙氣量分別減少15.1%和18.1%，減輕了脫硫脫硝系統的工作負荷。

（3）通過高溫煙氣的循環后，機頭電除塵器、主抽風機的工作溫度與目前的實際工作溫度相比降低了10 ℃左右，工況煙氣量相應減少。經測量，除塵器內的煙氣流速由之前的1.07 m/s降低至0.92 m/s，煙氣流速降低后，機頭電除塵器的除塵效果得到提高。

3 應用效果分析

3.1 燒結燃料用量變化分析

由于煙氣循環工藝利用高溫熱風提供了部分熱量，因此在投用煙氣循環系統后可適當降低燒結配碳量，從而降低燒結礦固體燃料消耗。通過分析工業試驗投用煙氣循環系統前后的數據可知，在保證高爐對燒結礦FeO和轉鼓強度要求的前提下，投用煙氣循環系統后，噸燒結礦固體燃料消耗降低約2.5 kg/t，降低幅度明顯，具體數據見表3。

表3 煙氣循環系統投用前后燒結礦固耗對比

3.2 燒結礦質量指標分析

1#燒結機煙氣循環系統調試前后燒結礦的重要指標數據見表4。

表4 煙氣循環系統投用前后燒結礦的主要質量指標對比

從表4可以看出，1#燒結機煙氣循環系統調試前后燒結礦的重要指標并無較大變化，說明該系統投用后，在燃料消耗降低的前提下，燒結礦強度、粒度等指標并未受到影響。

但由于內循環工藝降低了煙氣氧濃度，造成燒結過程還原性氣氛加重，因此對燒結礦FeO含量的穩定性帶來一定影響。通過摸索，發現根據循環量及時調整燃料配比，可以保持燒結礦FeO含量的穩定。對比熱風燒結循環系統投用前后的數據，1#燒結機燒結礦FeO的平均值能夠維持在8.0左右，±1%合格率達到85%以上。同時，燒結礦轉鼓強度高位穩定，≥78%合格率保持在95%以上，滿足了高爐對燒結礦FeO穩定率和強度的要求。

3.3 污染物排放指標分析

理論分析認為，煙氣循環工藝對污染物的減排作用主要靠五個方面來實現：

（1）將富含污染物的高溫煙氣抽回燒結機料面，重新參與燒結過程，燒結餅充當了“過濾器”的部分功能；

（2）利用了高溫煙氣的熱量后，降低了燒結配碳量，從而減少了由燃料燃燒產生的SO2及NOx，實現了源頭減排；

（3）通過煙氣循環減少了進入脫硫脫硝系統的煙氣量，減少了系統的工作負荷；

（4）在減少煙氣量的同時提高了煙氣中的污染物濃度，降低了塔內煙氣流速，有利于提高活性炭層的吸附效果，從而提高脫硫脫硝系統的運行效率；

（5）降低了煙氣含氧量，避免按16%的含氧量折算后污染物排放超標。煙氣循環系統投用前后脫硫脫硝系統出口的煙氣污染物濃度對比見表5，試驗期間脫硫脫硝系統出口煙氣中SO2、NOx和粉塵的排放趨勢如圖2所示。

表5 煙氣循環系統投用前后脫硫脫硝系統出口煙氣污染物濃度對比

圖2 試驗期間脫硫脫硝系統出口SO2、NOx及粉塵的排放趨勢

從表5可以看出，與熱風循環系統投用前相比，工業試驗期間脫硫脫硝系統出口的SO2、NOx和粉塵的排放值分別下降了7%、12%及10%，而煙氣含氧量由17.1%下降到16.05%。因此，1#機熱風循環系統的投用對污染物減排起到了積極作用。

4 結論

安鋼1#燒結機采取煙氣內循環工藝模式后，一部分燒結風箱的煙氣被循環使用，減少了排入大氣的煙氣量，在環保方面取得明顯收益，具體效果體現在除塵、污染物減量排放及降低固體燃耗等幾個方面。

（1）燒結煙氣內循環系統需要與燒結機本體系統進行匹配調試，確定適宜的操作參數范圍，在確保熱風循環系統循環比例的基礎上，保證燒結過程正常進行。

（2）煙氣循環工藝利用高溫熱風提供了部分熱量，從而降低了燒結礦固體燃料消耗。投用煙氣循環系統后，噸燒結礦固體燃料消耗降低了約2.5 kg/t。

（3）熱風循環系統投用后，雖然對燒結礦FeO穩定帶來一定難度，但通過配碳量優化調整后，確保了燒結礦FeO合格率。同時，該系統對燒結礦強度無顯著影響。

（4）煙氣循環工藝對污染物的減排作用主要靠燒結餅“過濾”、減少配碳量、減少煙氣量、降低流速以及降低含氧量來實現。從試驗數據分析可以得出，脫硫脫硝系統出口的SO2、NOx和粉塵排放值分別下降了7%、12%及10%，減排效果顯著。