王躍飛

(寶山鋼鐵股份有限公司煉鐵廠，上 海 200941)

摘要：寶鋼寶山基地燒結區域通過近十年的節能減排環保升級改造，應用了超高料層燒結技術、液密封環冷機技術、燒結煙氣綜合循環技術、燒結煙氣超低排放控制技術、粉塵制粒綜合利用技術、環冷區域煙氣零排放技術等，大幅提升燒結過程的能源利用效率，有效降低各種污染物排放濃度，全面提升燒結生產經濟技術指標，基本實現綠色燒結生產。進一步研發和應用新技術，系統策劃綜合回收利用城市水處理污泥、生物質熱能資源等城市副產物，以及集中供應社區生活熱水等節能項目，促進鋼鐵企業和城市建設有效融合，實現城市鋼廠持續發展。

關鍵詞：燒結；節能減排；綠色生產；城市鋼廠

1 概述

寶鋼股份寶山基地燒結區域節能減排環保升級改造規劃，從 2 0 0 9年起，計劃用 1 0年時間逐步對原來 3 臺 495 m² 燒結機進行環保節能升級改造。改造完畢后，寶山基地燒結將擁有3 臺 600 m² 級的特大型燒結機，配備全煙氣脫硫、脫硝、脫二 噁英、除重金屬 等綜合治理裝置 ，年產能達到2 100萬 t 以上，燒結料層厚度最高可達1 000 mm，燒結系統工序能耗達到4 5 * k g標準煤/t (1 kg 標 準 煤 = 29. 27 M J) 以內，二氧化硫排放達到35 mg/m³ 以內，氮氧化物排放達到 50 mg/m³ 以內，粉塵排放控制在 10 mg/m³ 以內，環冷機區域無組織排放為零，燒結區域環境顯著改善，全面實現“清潔、高效、低耗”燒結生產，建成綠色燒結的世界樣板工廠。

2  綠色燒結技術

從四燒結規劃設計開始，燒結項目團隊從環保、節能、減排、高效等方面系統思考，全面規劃，應用前期掌握的新工藝、新技術、新裝備，大幅提升燒結過程能源效率，有效降低污染物排放總量。目前已經建成和投運的三燒結和四燒結基本實現了綠色燒結的預期目標，達到生態環境部發布的鋼鐵行業超低排放要求，燒結區域環境顯著改善，燒結機廠房區域綠樹成蔭。

2 . 1 已建成的綠色燒結技術

2 . 1 . 1 超高料層燒結技術

寶山基地燒結機采用“三段混合工藝 + 機頭組合偏析布料+ 專用通氣棒裝置”（寶鋼專利）的方式實現超高料層燒結目標。通過三段混合工藝強化混合料制粒，其中強力混合機可提高物料混勻效果，并提前加水潤濕，強化生石灰消化，二/三段圓筒混合機進行制粒，延長混合料的制粒時間，提高制粒效果，改善燒結物料的原始透氣性條件。臥式強力混合機如圖1。

同時，機頭布料采用圓輥給料機、磁性偏析反射板、九輥布料器組合方式（如 圖 2 )提高混合料偏析效果。將混合料均勻地布在燒結機臺車上，因組合偏析布料裝置提高了物料縱向落下高度，提高了其在布料過程中的水平分速度，增加了偏析度，使燒結機臺車混合料層從上到下混合料粒度逐漸增大，含碳量逐步減少，彌補了料層上部熱量不足、下部熱量過剩的缺陷，促使熱量分布更趨合理，改善料層透氣性，強化燒結過程。

另外，在燒結機頭還增設了專用通氣棒裝置，該裝置可改善燒結物料原始料層透氣性條件，即物料在布到臺車上時通過通氣棒將物料進行初步分流疏松，使料層具有一定的原始松散性;同時在點火后能夠確保整個料層橫向、縱向斷面處留有均勻的孔洞，確保燒結熱氣流均勻，能夠貫通阻力較大的料層區間，最終改善燒結過程的熱態透氣性。燒結料層從原來 700 mm左右逐步提升至900 mm， 最高可達到 1 000 mm。

2. 1.2 液密封環冷機技術

液密封環冷機技術是以液態水為密封介質，可以實現運動部件與固定部件在結合處的良好密封 ，取消了原來環冷機錐面加平面的雙層密封結構 ，重新設計了由多個單元靜密封組成的靜密封系統和以液態水為密封介質的動密封系統，徹底解決了原環冷機漏風嚴重的問題，系統漏風率從原來 50x 左右降低到 10x 以內。取消雙層卸灰閥、環形拉鏈機或小車等配套設施，與傳統環冷機相比，綜合運行成本可以降低約20x ，同時，還能提高環冷機余熱回收水平,改善環冷機區域的環境 (如圖 3 )。

2. 1.3  燒結煙氣綜合循環技術

寶山基地燒結煙氣綜合循環技術所利用的煙氣主要分為環冷機煙氣和大煙道煙氣兩部分:前者顯熱較高，氧含量在 21% 左右;后者根據位置不同性質各有區別。大煙道頭部煙氣氧氣含量高 ，水分和溫度低；中部煙氣SO₂ 濃度高 ,氧氣含量低;尾部煙氣SO₂濃度高，氧氣含量高，水分低，溫度高。寶鋼煙氣循環利用頭部和尾部煙氣，氧含量在 16% ?18% 。來自燒結主煙道的煙氣與環冷機中低溫段的熱廢氣在煙氣混勻器內混合后 ,通過總管再分成若干分支進入循環煙氣罩(如圖 4 )。控制循環煙氣氧含量是循環煙氣燒結生產的關鍵技術，較傳統燒結工藝,煙氣循環后氧含量減少，不利于燃料的燃燒過程,使燃燒溫度降低和高溫保持時間縮短。基礎試驗研究表明，循環煙氣燒結生產氧含量應該控制在18% 以上，否則對燒結礦產質量有明顯的影響。

2. 1 . 4 燒結煙氣超低排放控制技術

二、三燒結煙氣治理采用二級活性炭串聯吸附法，主要包括煙氣系統、吸附系統、解析系統、活性炭輸送系統、活性炭裝料系統、制酸及廢水預處理系統等。燒結煙氣經混勻進入兩套凈化設施，煙氣被調節至135℃以下，先后經過兩級增壓風機及吸附塔。吸附塔入口前噴入氨氣，煙氣依次經過吸附塔前室、中室和后室 三 個 通 道 ，SO₂、NO_x、二噁英、重金屬及粉塵等污染物被活性炭層吸附，或經催化反應生成無害物質,凈煙氣由主煙囪排放。吸附污染物的活性炭進入解析塔，解析出富硫氣體SRG，并被送往制酸系統，再通過凈化、轉化、干吸等工序，制備 98% 濃硫酸。活性炭系統如圖5 。

四燒結煙氣治理采用循環硫化床（CFB) +SCR脫硝裝置。循環流化床（CFB)脫硫系統主要由吸收劑制備與供應裝置、吸收塔、物料再循環裝置、袋式除塵器以及脫硫灰外排裝置等構成 。SCR脫硝裝置主要包括 G G H換熱器、加熱爐、SCR反應器、噴氨裝置等。燒結煙氣經脫硫后被引出，經過GGH換熱器與脫硝凈煙氣換熱升溫后進入脫硝反應器入口煙道,與加熱爐產生的高溫煙氣混合升溫至 280℃左右，熱煙氣與氨一空氣混合氣再混合后進入反應器，經催化還原反應生成無害的氮氣和水，同時二噁英經催化裂解成CO₂、水及 HCl。脫硝后的凈煙氣由出口煙道送至GGH換熱器，與原煙氣換熱降溫 ,最后由脫硝引風機送至煙囪排放。四燒結脫硫脫硝系統如圖 6。

2 . 1 . 5 粉塵制粒綜合利用技術

高爐和燒結生產內部粉塵粒度細、成分雜，直接配入燒結使用，不僅影響全流程粉塵污染加重,而且對燒結過程透氣性、產質量影響較大。寶鋼采取粉塵制粒綜合利用技術措施，即將高爐干法二次灰、高爐出鐵場灰、高爐原料灰、燒結機尾除塵灰、燒結成品除塵灰、燒結配料除塵灰、燒結主電除塵灰和一二煉鋼鋼水精煉除塵灰等經造球處理后加入燒結混合料，采用配料一混合一潤磨一圓盤造球工藝流程（圖 7),具體包括含鐵粉塵和黏結劑的接受、配料、混合、潤磨、造球以及粉塵生球的輸出。采用粉塵制粒綜合利用技術可以實現高爐和燒結內部粉塵集中高效處理，減少燒結環境污染 ,改善燒結過程，提高燒結產質量指標。

2 1.6 環冷區域煙氣零排放技術

根據三燒結環冷機煙氣品質不同，煙氣分為高溫段、中溫段、低溫段。高溫段主要用來生產蒸汽和熱風點火；中溫段主要用來低溫余熱發電;低溫段主要引入熱風罩，實行熱風燒結，減少廢氣排放。通過環冷機區域風量平衡計算，還 有 46 萬 m³/h 低溫廢氣富余，采用串級利用的形式，引入 4 號、5 號環冷風機的入口，實現環冷機煙氣無組織排放為零的目標，改善燒結環冷機區域環境。

環冷機高溫段煙氣設直聯爐罩式余熱鍋爐，為雙壓立式無補燃自然循環鍋爐，此部分煙氣量為 108萬m³/h ，平均煙氣溫度約350℃鍋爐排氣溫度約 133.5℃ ，采用煙氣部分循環系統，約78%排氣經循環風機直接返回環冷機母管，約2 2 % 排氣經引風機進入原 2#環冷鼓風機入口。另外，有 12. 8 4萬 m³/h 的高溫煙氣作為熱風點火及熱風保溫。環冷機中溫段( 3號煙囪）煙氣的熱量采用低溫余熱ORC發電技術回收熱能，回收前煙氣溫度約為180℃，余熱回收后的廢氣溫度約為115℃ 。環冷機低溫段( 4號煙囪）煙氣溫度約 為 75℃，3號、4 號煙囪各6 0 萬m³/h 風量通過軸流風機和均勻送風裝置送到燒結機臺車面上的熱風循環煙氣罩內進行熱風燒結生產，熱風循環的工藝以環冷機煙氣的物理熱代替部分固體燃料的化學熱，改善表層燒結礦質量。環冷機熱廢氣綜合利用平衡如圖8。

2 . 2 綠色燒結的規劃設想

2.2.1 水處理污泥回收利用

城市水處理污泥主要以SiO₂、CaO、Al₂O₃ 為主，還含有鉀、鈉、鋅、氯等有害元素，含水率高達5 0 % 以上，容易結塊，對鋼鐵企業來說沒有任何回收利用價值，一般采用填埋、堆積、綠化培土等處理 ，長此以往，堆存場地非常緊張且容易出現二次污染等環境問題。寶鋼策劃將水處理污泥干化處理 ，控制含水率 20%以內，采用罐車輸送至燒結粉塵配料槽，利用密封稱量裝置，均勻配入燒結混合料，燒結成燒結礦后裝入高爐，通過高爐冶煉變成水渣。水渣是生產水泥的主要原料之一，即通過干化、混合、燒結、高爐冶煉等工藝，將水處理污泥固廢轉變成水渣，生產成水泥而進行回收利用，形成城市 + 鋼廠污泥回收處理鏈，為城市發展做出貢獻。

2.2.2 生活熱水集中供應

燒結區域的環冷機低溫煙氣、主抽風機排出煙氣的溫度為120 ~ 180℃，用來余熱發電的價值不高，目前沒有較好的回收利用。由于煙氣量非常大，熱能資源浪費嚴重，寶鋼策劃將低溫煙氣通過換熱器的形式，生產 80 ~ 100 ℃的生活熱水，然后用管道或者專用車輛輸送到寶鋼周邊社區，為居民提供生活熱水。初步計算，燒結區域每小時 可以生產熱水500 ~ 600 ℃，可以供給 6 ~ 8萬人日常使用的生活熱水，每天為社會節約燃氣消耗約 2 0 萬 m³，同時也大幅降低城市CO₂的排放總量 ，進一步拓展藍天保衛的行動方案。

2.2.3 生物質熱能資源回收利用

生物質是光合作用產生的有機可燃物，我國生物質資源總量相當于煤炭年開采量的50% ，但其利用率不足 10% 。每年可開發為能源的生物質可達 3 億 ：主要包括薪炭林木質類、林業加工廢棄物、農業廢棄物如桔桿玉米芯、加工廢棄物及城市垃圾等。生物質具有低硫低氮的特點，通過回收利用可以降低燒結過程二氧化硫、氮氧化物的排放量，同時可以實現生物質資源綜合利用，減少城市處理費用，促進鋼廠和城市融合化合，相互依存。但是生物質如何收集加工處理、生物質與焦粉的特性差異對傳統燒結工藝的影響、燒結工藝如何適應生物質資源綜合利用等，都需要統籌思考和系統深入的研究，該技術是綠色燒結發展的方向之一。

2 . 2 . 4 微波燒結技術

傳統燒結的燃料成本低，生產操作方便，設備維護比較簡單，工藝技術成熟可靠，但是其污染物排放量大。傳統燒結工序主要污染物占全流程鋼鐵企業的比例非常高，其中二氧化硫約 60% ，氮氧化物約50% ，粉塵約 50% ，二噁英約 90% 。面對排放限值日趨嚴格的環保政策要求，燒結煙氣治理的環保壓力巨大，直接影響燒結廠在城市的生存。通過實驗室的探索研究，微波燒結可以大幅減少污染物排放 ，其中二氧化硫可以減少7 0 % ，氮氧化物、二噁英可以減少 90% 以上，生產的燒結礦主要質量指標基本可以滿足高爐生產需求。但是，微波燒結的成礦機理、微波升溫特性需要深入探索研究，微波燒結工程化、大型化需要與設備廠家深入探討和研究，微波燒結設備制造技術、維護技術需要深入研究。相信微波燒結是解決污染排放的綠色燒結的前沿技術之一。

3 結論

寶鋼寶山基地燒結區域通過近十年的節能減排環保升級改造，從環保、節能、減排、高效等方面應用新工藝、新技術、新裝備，大幅提升燒結過程能源效率，有效降低污染物排放總量，全面提升燒結生產經濟技術指標，基本實現綠色燒結的預期目標，燒結區域環境顯著改善。

同時也促進燒結技術工作者改變老舊觀念，進一步研發和應用新技術、新工藝，提高能源利用效率，大幅降低能源消耗，減少粉塵、二氧化硫、氮氧化物等排放濃度，實現超低排放標準，全面實現綠色燒結生產。系統策劃綜合回收利用城市水處理污泥、綠化處置等城市副產物，實現鋼鐵企業和城市融合化合、互相依存，為城市經濟建設做出鋼鐵企業的貢獻。