煙氣內(nèi)循環(huán)技術(shù)在400 m2燒結(jié)的應(yīng)用實(shí)踐

唐唯一 李 冬 鄭綏旭 張志剛

(1.江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇 江陰 214400；2.中冶北方(大連)工程技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116600)

0 引言

2020年10月16日，400 m2燒結(jié)機(jī)配套的燒結(jié)煙氣循環(huán)系統(tǒng)熱試成功，正式開啟燒結(jié)煙氣循環(huán)生產(chǎn)模式。為了方便實(shí)際生產(chǎn)過程中對循環(huán)煙氣的調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)將燒結(jié)機(jī)頭部4個(gè)風(fēng)箱和尾部兩個(gè)風(fēng)箱接入到煙氣循環(huán)系統(tǒng)中，通過實(shí)際投產(chǎn)后的不斷摸索，確定了目前將頭部3號、4號和尾部20號、21號風(fēng)箱煙氣循環(huán)利用的方式。煙氣循環(huán)的生產(chǎn)模式相比傳統(tǒng)燒結(jié)機(jī)對生產(chǎn)操作工人的要求很高，在試生產(chǎn)和調(diào)試過程中，崗位工逐步接受了新操作方式，操作水平明顯提高。

經(jīng)過生產(chǎn)、工藝、設(shè)備人員的共同努力，不斷完善配套設(shè)施、優(yōu)化生產(chǎn)操作參數(shù)，使燒結(jié)主抽風(fēng)系統(tǒng)與煙氣循環(huán)系統(tǒng)能平衡運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定順產(chǎn)，并在機(jī)頭煙氣減排、降低固體燃耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量方面取得了一定效果。

1 系統(tǒng)配置介紹

1.1 工藝流程

在400 m2燒結(jié)機(jī)系統(tǒng)中，應(yīng)用了中冶北方自主研發(fā)的第二代燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)，利用一部分燒結(jié)煙氣和冷卻廢氣代替環(huán)境空氣，在燒結(jié)過程中回收利用這部分氣體的熱量。

400 m2燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)系統(tǒng)采用煙氣內(nèi)循環(huán)工藝模式，其工藝流程示意圖見圖1。

圖1 燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝流程示意圖

1.2 相關(guān)設(shè)施

400 m2燒結(jié)機(jī)系統(tǒng)的核心部分是燒結(jié)風(fēng)系統(tǒng)，在煙氣循環(huán)模式下，風(fēng)系統(tǒng)分為兩部分：主抽風(fēng)系統(tǒng)和煙氣循環(huán)系統(tǒng)。其中，主抽風(fēng)系統(tǒng)的主要設(shè)備為：主電除塵器、主抽風(fēng)機(jī)、活性焦裝置等；煙氣循環(huán)系統(tǒng)的主要設(shè)備包括：1號循環(huán)風(fēng)機(jī)、1號多管除塵器、2號循環(huán)風(fēng)機(jī)、2號多管除塵器、循環(huán)煙氣罩(熱風(fēng)罩)、各種閥門等。

400 m2燒結(jié)機(jī)共21個(gè)風(fēng)箱，其中1號、2號、3號、4號、20號、21號風(fēng)箱的支管上設(shè)置了氣流切換裝置，這6個(gè)風(fēng)箱中，任意1個(gè)風(fēng)箱的燒結(jié)煙氣均可在主抽風(fēng)系統(tǒng)和煙氣循環(huán)系統(tǒng)間進(jìn)行切換。

循環(huán)利用的煙氣匯集后進(jìn)入煙氣循環(huán)主管道，經(jīng)過1號多管除塵器除塵以后，由1號循環(huán)風(fēng)機(jī)送入燒結(jié)機(jī)廠房側(cè)面的燒結(jié)煙氣循環(huán)總管；環(huán)冷機(jī)中段廢氣經(jīng)過2號多管除塵器除塵以后，由2號循環(huán)風(fēng)機(jī)送入燒結(jié)機(jī)廠房側(cè)面的環(huán)冷廢氣循環(huán)總管。熱風(fēng)罩設(shè)置在燒結(jié)機(jī)中前部,兩股氣體(燒結(jié)煙氣和冷卻廢氣)在熱風(fēng)罩支管內(nèi)按適當(dāng)?shù)谋壤旌希缓筮M(jìn)入熱風(fēng)罩內(nèi)參與燒結(jié)過程；其余未進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)的風(fēng)箱煙氣經(jīng)由主電除塵器、主抽風(fēng)機(jī)進(jìn)入活性焦裝置，經(jīng)過脫硫脫硝后外排。

400 m2燒結(jié)機(jī)風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)配置如下：

1)主抽風(fēng)機(jī)(兩臺)，單臺風(fēng)機(jī)流量(入口，工況)：18 000 m3/min，風(fēng)機(jī)壓力：入口 -18 000 Pa，出口0 Pa，進(jìn)口煙氣溫度：～150 ℃；

2)1號循環(huán)風(fēng)機(jī)(一臺)，風(fēng)機(jī)流量(入口，工況)：9 000 m3/min，風(fēng)機(jī)全壓升：20 000 Pa，進(jìn)口煙氣溫度：～200 ℃(最高350 ℃)；

3)2號循環(huán)風(fēng)機(jī)(一臺)，風(fēng)機(jī)流量(入口，工況)：7 500 m3/min，風(fēng)機(jī)全壓升：3 478 Pa，進(jìn)口煙氣溫度：80～200 ℃。

1.3 技術(shù)路線

第二代燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)，是中冶北方充分考慮了循環(huán)氣體熱量、水分、含氧量等對燒結(jié)過程的影響，采用新技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化升級的成果。應(yīng)用該技術(shù)，可根據(jù)燒結(jié)過程中不同階段的需求，優(yōu)化廢氣在燒結(jié)不同階段的分配方式，助力燒結(jié)廠“減排”、“節(jié)能”、“提質(zhì)”、“增效”，打造綠色燒結(jié)的理念。

1)減排。多管齊下降低煙(廢)氣排放總量，既降低經(jīng)過主電除塵器、脫硫脫硝裝置(活性焦法)的燒結(jié)煙氣有組織排放量，又降低燒結(jié)環(huán)冷機(jī)的冷卻廢氣無組織排放量，具體措施包括：通過頭尾煙氣分流減少通過主抽風(fēng)機(jī)的風(fēng)量；通過調(diào)低大煙道主管煙氣溫度減少活性焦裝置的冷風(fēng)兌入量；通過回收利用冷卻廢氣降低燒結(jié)環(huán)冷機(jī)的無組織排放量。

2)節(jié)能。衡量煙氣循環(huán)燒結(jié)的節(jié)能效果，要對整個(gè)燒結(jié)系統(tǒng)進(jìn)行評價(jià)，主要體現(xiàn)在：通過煙氣循環(huán)利用降低外排系統(tǒng)的電耗；通過充分利用廢氣余熱降低燒結(jié)固體燃料消耗。

3)提質(zhì)。根據(jù)燒結(jié)過程中不同階段的需求，通過優(yōu)化熱風(fēng)罩內(nèi)的廢氣分配方式，更充分地對冷卻廢氣余熱進(jìn)行有效利用，強(qiáng)化熱風(fēng)燒結(jié)效果，改善成品燒結(jié)礦的質(zhì)量指標(biāo)(轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、粒度組成等)。

4)增效。在主抽風(fēng)系統(tǒng)規(guī)格偏小的情況下，煙氣循環(huán)風(fēng)機(jī)也承擔(dān)燒結(jié)抽風(fēng)任務(wù)，可增加燒結(jié)系統(tǒng)的總抽風(fēng)能力，提高燒結(jié)系統(tǒng)生產(chǎn)效率，為增加燒結(jié)礦產(chǎn)量創(chuàng)造條件；一系列煙氣減排手段的運(yùn)用，使進(jìn)入脫硫脫硝裝置的煙氣量減少，可降低反應(yīng)塔內(nèi)的煙氣流速，延長塔內(nèi)煙氣停留時(shí)間，提高煙氣凈化效率。

2 應(yīng)用情況

2.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，400 m2燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)系統(tǒng)的1號循環(huán)風(fēng)機(jī)和2號循環(huán)風(fēng)機(jī)均投用，將3號、4號、20號、21號風(fēng)箱的煙氣分流，與環(huán)冷機(jī)中段的廢氣混合后通過熱風(fēng)罩進(jìn)入燒結(jié)料層。根據(jù)2021年1月份和2月份的各項(xiàng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用前后的煙氣排放、能源消耗、產(chǎn)品質(zhì)量、利用系數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行了對比分析。

2.2 煙氣排放

煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用后，對機(jī)頭煙氣排放的影響如下：

1)減量：煙氣循環(huán)量最高達(dá)到30×104m3/h以上，同步減少經(jīng)主抽風(fēng)機(jī)送入活性焦裝置的煙氣總量；

2)降溫：減少主煙道內(nèi)高溫?zé)釤煔膺M(jìn)入主抽風(fēng)系統(tǒng)的比例，主抽風(fēng)機(jī)排出煙氣溫度降低，活性焦裝置前的兌冷風(fēng)量減少。

上述變化均有利于減少活性焦裝置的處理量，降低脫硫脫硝系統(tǒng)的負(fù)荷。

2.3 能源消耗

煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用前后，燒結(jié)主要能源消耗指標(biāo)變化比較明顯，見表1。其中固體燃耗減少1.02～1.5 kg/t，主要是因?yàn)闊犸L(fēng)余熱進(jìn)入料層上部，起到了補(bǔ)充熱量的作用，減少了燃料的消耗；電耗增加3.97 度/t，主要是因?yàn)闊煔庋h(huán)系統(tǒng)的2臺風(fēng)機(jī)增加了電力消耗。煤氣消耗增加5.2 m3/t，主要是因?yàn)榱蠈咏档停笟庑赃^好，煤氣流量大，煤氣消耗增加。

表1 主要能源消耗指標(biāo)對比

根據(jù)表1可知，電耗和煤氣消耗的變化反應(yīng)了煙氣循環(huán)系統(tǒng)投運(yùn)初期的生產(chǎn)實(shí)際情況，還沒有達(dá)到應(yīng)用第二代燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)的預(yù)期效果，在相關(guān)配套設(shè)施完善后，對生產(chǎn)操作方式進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，系統(tǒng)電耗和煤氣消耗均可降低。

2.4 產(chǎn)品質(zhì)量

燒結(jié)礦的主要化學(xué)成分取決于各種原料的比例和成分，與煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用與否關(guān)系不大。目前，只對煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用前后的燒結(jié)礦物理性能進(jìn)行了比較和分析，燒結(jié)礦冶金性能是否變化尚不明確，需進(jìn)一步開展相關(guān)探索工作。

由表2可知，煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用后燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)增加0.07%，表明機(jī)械強(qiáng)度增幅較小。燒結(jié)礦中40～25 mm粒級比例增加2.17%，表明燒結(jié)礦粒度組成有一定的優(yōu)化。

表2 燒結(jié)礦物理性能對比(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

2.5 利用系數(shù)

由表3可知，與煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用前相比，煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用后的燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)提高0.08 t/(m2·h)，增產(chǎn)幅度為6%，燒結(jié)生產(chǎn)效率明顯提高。

表3 燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)對比 t·(m2·h)-1

3 問題及應(yīng)對措施

3.1 燒結(jié)生產(chǎn)波動

造成燒結(jié)生產(chǎn)過程波動的原因很多，影響400 m2燒結(jié)生產(chǎn)的主要因素有：混勻礦中雜物影響燒結(jié)機(jī)布料、燒結(jié)混合料布料設(shè)備穩(wěn)定性、風(fēng)機(jī)風(fēng)量波動等。具體應(yīng)對措施如下：

1)安排專人定期到原料場檢查堆料情況，督促原料場人員清理混勻礦中的大塊，盡可能減少混勻礦的成分波動及夾雜的大塊，并在3個(gè)混勻礦給料機(jī)上增設(shè)了格柵，過濾掉了混勻礦中的大部分石塊等雜物，提高了燒結(jié)料面的平整度，降低了料面不平對燒結(jié)生產(chǎn)的影響；

2)對布料器閘門重新改型，將原有的氣動閘門更換成電動閘門，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性；

3)通過提高1號循環(huán)風(fēng)機(jī)的頻率，減小其入口風(fēng)門開度，使1號循環(huán)風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓趨于穩(wěn)定，解決了1號循環(huán)風(fēng)機(jī)和主抽風(fēng)機(jī)搶風(fēng)的問題，使循環(huán)風(fēng)量保持平穩(wěn)，消除了風(fēng)量波動對燒結(jié)生產(chǎn)的影響。

3.2 主抽風(fēng)機(jī)出口管道振動

煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用前，存在主抽風(fēng)機(jī)與脫硫脫硝增壓風(fēng)機(jī)間的管道振動問題，經(jīng)過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)后能消除振動，煙氣循環(huán)系統(tǒng)投用后，該部分管道振動出現(xiàn)的頻率升高，振動問題變得更為突出，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)消除振動的難度變大。

除了避免原料、布料設(shè)備對生產(chǎn)的影響外，還對主抽風(fēng)機(jī)的工作方式進(jìn)行了調(diào)整：通過減小2號主抽風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)門開度，使主抽風(fēng)量紊亂現(xiàn)象變?yōu)殡S頻率變化而變化的線性現(xiàn)象，保證了主抽風(fēng)量的穩(wěn)定，解決了因2臺主抽風(fēng)機(jī)之間的風(fēng)量波動而引起的管道異常震動情況。

3.3 燒結(jié)系統(tǒng)復(fù)產(chǎn)時(shí)間長

在現(xiàn)有裝備條件下，煙氣循環(huán)系統(tǒng)與主抽風(fēng)系統(tǒng)間不能完全隔離，尤其在檢修復(fù)產(chǎn)時(shí),環(huán)境空氣會經(jīng)由煙氣循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)入主抽風(fēng)系統(tǒng)，導(dǎo)致主抽風(fēng)系統(tǒng)煙道內(nèi)的煙氣溫度長時(shí)間達(dá)不到脫硫脫硝需要的溫度，提產(chǎn)過程緩慢。通過采取以下措施，分步解決這個(gè)問題。

1)當(dāng)前采取的措施是：復(fù)產(chǎn)時(shí)，先啟動1號煙氣循環(huán)風(fēng)機(jī)，減少被吸入到燒結(jié)主抽風(fēng)系統(tǒng)中的環(huán)境空氣量，縮短復(fù)產(chǎn)時(shí)間；

2)待燒結(jié)機(jī)停機(jī)檢修時(shí)，增設(shè)煙氣循環(huán)系統(tǒng)與主抽風(fēng)系統(tǒng)間的隔離設(shè)施。

4 結(jié)語

1)煙氣循環(huán)裝置是燒結(jié)主系統(tǒng)的重要組成部分，該裝置投入使用后，燒結(jié)機(jī)料面供風(fēng)方式將發(fā)生改變，該裝置投入使用后，生產(chǎn)操作人員要有一個(gè)適應(yīng)過程，在傳統(tǒng)燒結(jié)生產(chǎn)操作內(nèi)容的基礎(chǔ)上，還要增加循環(huán)煙氣壓力、含氧量、溫度變化的關(guān)注；

2)在生產(chǎn)過程中對相關(guān)配套設(shè)施不斷進(jìn)行完善，提高操作工人的作業(yè)水平，發(fā)揮煙氣循環(huán)裝置應(yīng)用效果最大化的效果，提高系統(tǒng)生產(chǎn)的穩(wěn)定性，使該裝置在減排、節(jié)能、提質(zhì)、增效方面發(fā)揮的作用進(jìn)一步地得到提升。