劉 磊 魏 堯 和 冰 張 申

（唐山鋼鐵集團有限責任公司）

摘要 為達到“碳達峰、碳中和”的環保目標，鋼鐵行業需要正視節能減排，燒結工序作為鋼鐵行業污染物排放大戶，亟需解決污染物排放問題。從燒結工序的源頭減排、過程控制、末端治理三個方面，研究了污染物排放規律，實施了相應的有效措施。2021 年全年，燒結作業區總排放出口粉塵、SO₂、NO_X 在線監測濃度數據分別低于 5 mg/m³ 、15 mg/m³ 、30 mg/m³ ，符合政府超低排放的要求，取得了良好的效果。

關鍵詞 燒結 源頭減排 過程控制 末端治理

0 引言

2019 年 1 月，河北省環境保護廳發布實施鋼鐵企業燒結球團工序粉塵、SO2、NOX 在線監測濃度數據不得高于 10 mg/m³ 、35 mg/m³ 、50 mg/m³ 的排放標準 ；2019 年 8 月，生態環境部印發了《關于加強重污染天氣應對夯實應急減排措施的指導意見》，對鋼鐵、焦化、鑄造、玻璃、石化等 15個行業明確了績效分級（A、B、C、D）指標以及差異化應急減排措施 ；2020 年 9 月，中國在聯合國大會上向世界宣布了 2030 年前實現碳達峰、2060 年前實現碳中和的目標。為響應國家環保政策的號召，公司新設計并已投產的兩臺 360 m² 燒結機，采用了目前國內最先進的綠色燒結技術助力公司超低排放，燒結生產近一年多來，各項排放與節能指標均達到了業內先進水平。筆者從源頭減排、過程控制、末端治理三個方面進行了介紹，以供同行之間交流學習。

1 源頭減排

1.1 物料運輸流程清潔化

港口物料需經皮帶通廊運輸至封閉料庫，其他鐵礦物料利用氫能源重型卡車運至礦石卡車槽，在經封閉皮帶通廊運至封閉料庫。熔劑料用氫能源重型卡車運至熔劑卡車槽后，經皮帶通廊運至熔劑貯倉。封閉料庫物料用半門式取料機取料，料庫上部設計霧化裝置，降低粉塵外溢，物料經皮帶通廊運輸至混勻配料槽，而熔劑通過貯倉底部皮帶運至混勻配料槽，配料圓盤按照預先計算的配比進行下料，經過全封閉皮帶運輸至混勻料場，采用定終點，變起點的堆料方式進行堆料，再經料場混取料機、皮帶通廊運送至燒結作業區配料系統。物料采用全程封閉運輸，同時皮帶關鍵卸料點以及倉頂都設有除塵系統，除塵灰利用吸排罐車運至混勻配料槽除塵灰倉，實現了物料清潔循環利用。與此同時，公司還是全國第一家利用氫能源重型卡車運輸鐵前物料的企業，真正實現了物料運輸過程的綠色清潔化。物料運輸流程以及燒結工藝如圖 1所示。

1.2 燒結工序粉料處理封閉化

粉料氣力輸送主要包括燒結系統除塵灰氣力輸送和生石灰氣力打灰上料。除堿金屬含量較高的燒結機機頭 3、4 電場除塵灰進行單獨處理外，配料室倉上和倉下除塵、混合制粒除塵、成品篩分除塵、機尾除塵、機頭 1 電場和 2 電場除塵，這些系統產生的除塵灰以壓縮空氣為動力，利用管道氣力輸送至燒結配料室除塵灰倉進行單獨配加。

為安全起見，燃破除塵系統除塵灰以氮氣作為氣力輸送介質運至焦灰倉，再經密閉皮帶通廊運至燒結配料室焦粉倉。而 NO.5、NO.6、NO.7、NO.8燒結礦轉運站、1#—10# 成品倉、礦石受料槽等這些布袋除塵器，利用吸排罐車進行周期性排灰，之后再通過管道輸送的形式配加至原料倉中參與預配料。生石灰通過大型封閉罐車運輸至燒結配料室，再通過管道進行氣力打灰上料。

1.3 配料室密封改造粉塵防溢化

針對配料室粉塵濃度大的情況，在燒結作業區對配料區域進行了密封改造，利用鐵板制作成密封罩子，置于配料室皮帶秤上方防止粉塵外溢，同時密封罩上方開設一小門孔方便崗位作業。皮帶秤密封罩外再制作尺寸更大的密封罩，把皮帶秤整個包圍在里面，同時開設一平開門便于崗位作業，這樣就形成了配料室下料過程的雙密封機制，使粉塵外溢量進一步降低，同時配料秤上方設置集塵罩，而收集的粉塵通過氣力輸送方式重新回到燒結配料室除塵灰倉。

2 過程控制

2.1 提高混合料溫

在燒結生產中，燒結混合料溫是影響燒結生產的重要因素之一。點火前的料溫如過低，水汽就會從料層中冷凝析出，低于露點溫度（約 60~65 ℃）時就會在下部凝結成水，形成過濕帶，過濕帶的形成和增厚會使料層阻力大幅增加，使料層透氣性變壞，降低垂直燒結速度，燒結利用系數下降，固體燃料單耗上升，還會導致燒結礦產量和質量的波動 ^[1,2]。混合料溫度大于 65 ℃時，過濕層基本消失。混合料的熱量來源主要有兩方面，一是生石灰消化過程放熱 ；二是外部供熱。外部供熱切入點主要是一次和二次混合工序，以及混合料槽。一次混合機加水方式有配加污泥漿液（煉鋼污泥）和廠內循環水，利用公司管網蒸汽和脫硫脫硝系統外排蒸汽預熱污泥和循環水，而二次混合機根據混合料水分大小來控制熱水添加量，以此來提高混合料溫。混合料槽增加蒸汽預熱裝置，采取環形布置，多點噴射多點控制的方式調控蒸汽流量。通過采用以上措施，目前在布料圓輥取料測得混合料溫度可達到 60 ℃以上。

2.2 料面噴灑蒸汽

有資料表明 ^[3]，在燒結料面噴吹水蒸氣，使其參與燒結過程的燃燒反應，可以有效降低燒結煙氣中殘余的 CO，同時改善燒結料層的傳熱機制，利于燒結料層上部的熱量傳遞和蓄積到燒結高溫區，進而改善燒結料層溫度場分布，有效抑制 NO_X 和二噁英的生成與排放。同時，料面噴吹適宜的蒸汽可起到 CO 減排和改善燒結礦質量的效果 ^[4]。燒結作業區在 4—7 號風箱位置臺車料面上方噴水蒸汽，設備可拆卸，采用密集布置，多點噴射的方式進行，與煙氣循環系統相結合，有利于降低固體燃耗和改善燒結礦質量，具體如圖2 所示。

2.3 煙氣循環

燒結煙氣循環是把燒結過程中產生的廢氣循環至燒結料面上進行再利用的過程。采用煙氣循環方式為內循環，該方式具有很多優點 ：（1）能夠利用燒結廢氣熱量，降低燒結過程中的固體燃耗 ；（2）廢氣循環能夠降低煙氣中粉塵濃度含量，降低后續除塵系統的壓力；（3）改善燒結料層溫度分布，有利于燒結過程中液相的充分形成，從而提高燒結礦產質量 ；（4）燒結煙氣循環能夠降低通往脫硫脫硝系統的煙氣量，提高系統的脫出效率。

公司 360 m² 燒結機采用雙主抽風機雙煙道布置，一共設置 22 個風箱。燒結機南北兩側各配備 1 臺循環風機，同時每臺循環風機前配備 1 臺高溫多管除塵系統，用于降低循環煙氣中粉塵濃度。燒結機的機頭和機尾煙氣中 SO₂濃度低，中部煙氣中 SO₂ 濃度高。NO_X 濃度在點火之后開始迅速上升，在燒結過程中始終處于較高水平，波動較小無明顯峰值，直到燒結終點后 NO_X 濃度才開始迅速下降 ^[5]。根據燒結煙氣中 CO、O₂、NO_X、SO₂ 氣體含量在燒結生產過程中的分布規律，同時考慮到后續脫硫脫硝系統脫除效率，選取 4—7 號、20—22 號共七個風箱煙氣進行循環，在 8—19 號風箱位置料面上方安裝密封罩。環冷三段的煙氣溫度為150 ～ 250 ℃，且具有灰塵少、風量足、氧氣含量高的特點，其利用方式有兩種 ：一是采用與循環煙氣混合，能夠提高循環煙氣含氧量和溫度 ；二是引至多管除塵器進行除塵，再由風機送至點火爐用作點火爐助燃風和保溫使用，同時又不影響高溫區余熱回收。循環風機前主管道上設置冷風閥，根據儀表顯示循環煙氣含氧量來調節開度，以保證料面氧含量大于 18%。循環煙氣氧含量控制在 18% 以上，既有利于燒結礦轉鼓強度的提高，又有助于保持或增加燒結礦產量 ^[6]。密封煙罩上方支管管道設置泄壓閥門，防止密封罩內正壓造成煙氣外溢。其中，循環風機風量可達到 5 500 m³ /min，根據燒結煙氣量計算，煙氣循環效率約為 18%~23%。

2.4 環冷水密封技術

環形冷卻機有效面積 415 m² ，處理能力達730~850 t/h，采用上部、下部水密封技術，漏風率≤ 5%，冷卻風機通過傳統的大風箱進行供風，可以降低風阻，提高冷卻效率。因環冷水密封技術的實施，能夠減少粉塵外溢，同時冷卻風與熱礦進行充分的熱交換，從而提高了余熱煙罩熱風溫度，提高了余熱發電量。其中，公司兩臺360 m² 燒結機配置兩臺余熱鍋爐和一臺 22 MW 余熱汽輪機組發電設備，2021 年噸礦平均發電量為 18.44 kW·h/t，1—12 月份噸礦余熱發電量如圖 3 所示。

2.5 環保篩分技術

成品篩分室共設計 3 個篩分系列，每個系列由 2 臺環保型懸臂振動篩垂直串聯組成，每條生產線對應 1 個系列，2 工 1 備，三個篩分系列均密封狀態進行篩分。各燒結系統冷卻后的燒結礦經車式三通分料器通過三條皮帶機供至 3 個篩分系列，一次篩分機篩上為 10 ～ 20 mm 粒級和大于20 mm 粒度的成品礦，篩下粒度≤ 10 mm 進入二 次篩，>10 ～ 20 mm 粒級經鋪底料皮帶機輸送至燒結機作為鋪底料使用。經二次篩分后，分出≤ 5mm、>5~10 mm 粒級成品礦，其中≤ 5 mm 粒級作為冷返礦經各自系統的皮帶機分別運至配料室返礦礦倉參加配料，>5~10 mm 粒級作為小成品礦與＞ 10 mm 粒級合并經各自成品皮帶輸送至高爐。篩分效率要求≥ 85%，燒結礦中小于 5 mm 級別含量≤ 5%。現場情況如圖 4 所示。

3 末端治理

3.1 燒結煙氣循環流化床干式超凈脫硫 + 中溫 SCR 脫硝工藝公司 360 m² 燒結機煙氣流量 198×104 m³ /h，燒結機配套 2 臺雙室四電場靜電除塵器對燒結機煙氣進行有效處理后，引入脫硫脫硝系統。脫硫脫硝系統采用循環流化床半干法脫硫與低壓旋轉反吹布袋除塵器 +SCR 脫硝結合工藝，雙機（主抽風機）雙塔布置。總工藝煙氣處理流程為燒結機→電除塵器→主抽風機→吸收塔→布袋除塵器→ GGH 換熱器→中溫脫硝塔（包括熱風系統）→引風機→煙囪排放。其中，設計電除塵器出口排放顆粒物濃度≤ 50 mg/Nm³ ，脫硫脫硝系統入口 SO₂ ≤ 1 500 mg/Nm³ ，脫硫脫硝入口NOX 濃度≤ 400 mg/Nm³ 。以在線監測裝置分鐘平均折算值為準（干標，16% 氧），設計煙氣顆粒 - 物排放濃度≤ 5 mg/Nm³ ，二氧化硫排放濃度≤ 20 mg/Nm³ ，氮氧化物排放濃度≤ 30 mg/Nm³ ，氨逃逸濃度≤ 2.5 mg/Nm³ 。其中，脫硫脫硝工藝 如圖 5 所示。

循環流化床裝置吸收塔自下而上依次為進口段、塔底排灰裝置、文丘里加速段、循環流化床反應段（包括工藝水噴淋裝置）、頂部循環出口段，吸收塔為鋼體結構。吸收塔入口段氣流分布均勻，設有導流裝置，以使氣流均勻經過吸收塔。本脫硫系統以消石灰作為脫硫吸收劑，生石灰由粉罐車運至廠內→生石灰倉→三級干式消化器→氣力 輸送→消石灰倉→消石灰調節供料裝置→進料斜槽→脫硫反應塔。

除塵器采用干法脫硫專用低壓旋轉脈沖布袋除塵器，主要由灰斗、過濾室、凈氣室、進口煙箱、出口煙箱、低壓脈沖清灰裝置、電控裝置、閥門等部分組成，在脫硫工況下滿足出口≤ 5 mg/Nm³ 的排放要求，適合高濃度及高粘度粉塵過濾。它的工作原理是粉塵通過濾布時產生的篩分、慣性、粘附、擴散和靜電等作用而被捕集。濾袋采用進口 PPS 濾料 +PTFE 表面處理，持續運行溫度小于 150 ℃，瞬間可耐 200 ℃，單位重量不低于 580 g/m² 。

脫硝工藝處于半干法脫硫除塵工藝后，SCR 反應器系統主要由氨水儲存供應系統、稀釋及計量系統、氨水蒸發混合器及 SCR 反應器組成。布袋除塵器出口溫度為 80 ℃左右，SCR 中溫催化劑反應溫度為 280~320 ℃。布袋除塵器出口的煙氣需經過 GGH 換熱和直燃爐加熱，將溫度提高到300 ℃左右，再進入 SCR 反應器脫硝，從而達到排放要求。反應器出口的凈煙氣經過 GGH 換熱器，將熱量換熱給原煙氣，凈煙氣溫度降到 120 ℃左右，通過引風機進入煙囪排放。脫硝工藝反應原理示意如圖 6 所示。

3.2 脫硫灰綜合利用途徑

鋼鐵行業燒結機脫硫系統所生產的脫硫副產物，亞硫酸鈣含量在 50% 左右，氫氧化鈣含量在25% 左右，碳酸鈣含量在 25% 左右，此外還含有其他微量雜質。這種脫硫副產物產量大、活性低、溶解度小，不具有水硬性。從相關的分析規律來看，脫硫灰的中各種物質的成分含量均以化合物的狀態呈現。利用馬爾文激光粒度儀看，清楚的發現在脫硫灰中，總鈣、殘鈣等都是以 CaO 的形式存在的，也就是氧化鈣化合物。而亞硫酸根等是以SO₃ ^2- 的根基形式存在，鋼渣中含有大量的硅、錳、鐵等氧化物。根據循環流化床脫硫灰、鋼渣的特點，采用灰渣之卜作嵐作用或堿激發作用等兩種機制，利用其他固廢物作為補助材料，如粉煤灰、爐石粉、鋼渣、石灰等將二者綜合利用，可用于以下兩方面：（1）制造作為混凝土再生粗骨材 ；（2）制作各型磚包括一般民用磚，及具有功能性之透水磚，或 具有大量使用于河岸或高速兩旁之護坡磚或路緣石等。

3.3 應用效果

燒結煙氣經過末端脫硫脫硝系統凈化后，排放煙氣中顆粒物、SO₂、NO_X 濃度均達到了地方政府超低排放要求。其中，2021 年 1—12 月份環保在線監測月平均數據如圖 7 所示。

4 結論

燒結工序通過源頭減排、過程控制、末端治理三個方面對污染物進行綜合治理，取得了不錯的減排效果，達到了國內超低排放的水準。

（1）封閉通廊、配料室密封改造、除塵灰利用方式等都可以解決物料在輸送過程中粉塵外溢的問題，這樣不僅能夠保護環境，同時也降低了物料資源的浪費，而氫能源重型卡車的投用，實現了車輛運行清潔化。

（2）提高混合料溫度、料面噴灑水蒸汽、煙氣循環都是通過改變能源利用方式而達到減排目的。環冷水密封技術不僅提高了環冷風機設備的利用效率，同時燒結礦余熱也得到充分利用，提高了余熱發電量。

（3）燒結煙氣凈化產生的副產品不應該造成二 次污染，而是通過循環利用，可持續發展的手段來解決。

5參考文獻

［ 1 ］ 馮根生，吳勝利，趙佐軍，等 . 改善厚料層燒結熱態透氣性的研究［J］. 燒結球團，2011，36（1）：1-5.

［ 2 ］ 劉欣，袁春雨，張建強 . 改善燒結機混合料粒度組成和提高混合料溫度研究［J］. 北方釩鈦，2022（1）：21-23.

［ 3 ］ 張福明 . 首鋼綠色低碳煉鐵技術的發展與展望［J］. 鋼鐵，2020，55（8）：11-18.

［ 4 ］ 羅云飛 , 楊濤 , 周江虹，等 . 料面噴吹蒸汽對燒結礦產質量和 CO 排放的影響［J］. 鋼鐵，2021，56（11）：47-54.

［ 5 ］ 馮二蓮，李飛，劉繼強 . 現代燒結生產實用技術［M］. 太原：山西興達科技出版，2018 ：242-243.

［ 6 ］ 熊林，李咸偉，李建 .煙氣氧含量對循環燒結的影響研究［J］. 礦業工程，2015，35（6）：109-113.