趙立卓，郝永壽， 張海兵

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司， 山西 太原 030003）

摘 要：針對太鋼 450 m² 燒結機在燒結工序中環(huán)冷機熱廢氣余熱利用率低、廢氣無組織排放等問題，通過熱風循環(huán)梯級利用技術實踐，解決了環(huán)冷機廢氣無組織排放的難題，達到了燒結礦質量指標提升、固體燃耗降低的多重效果，實現(xiàn)了燒結優(yōu)質、低碳生產(chǎn)。

關鍵詞：熱風循環(huán)；梯級利用；低碳

0 引言

環(huán)冷機 100~250 ℃的廢氣熱能無法得到有效利用，且廢氣的無組織排放導致熱能浪費和環(huán)境污染，這一直是燒結行業(yè)亟待解決的難題。山西太鋼不銹鋼股份有限公司（全文簡稱“太鋼”）燒結實行高比例微細精礦粉燒結生產(chǎn)，燒結料層透氣性惡化，導致燒結礦質量指標下降、能耗升高等負面后果，不利于大型高爐的高需求生產(chǎn)及燒結工序節(jié)能減排^[1-3]。針對上述問題，太鋼煉鐵廠針對 450 m² 燒結機進行了多項技術攻關，實施了熱風循環(huán)梯級利用技術，取得了產(chǎn)質量提升、節(jié)能降耗和無組織排放治理的多重效果。

1 技術方案

1.1 工藝流程

環(huán)冷機的廢氣組成主要由高溫段、中溫段及低溫段廢氣組成。400~550 ℃的高溫廢氣主要用于余熱回收發(fā)電；150~200 ℃的中溫段廢氣引入燒結機熱風罩內(nèi)進行熱風燒結，低溫段廢氣平均溫度約 100 ℃，引入中溫段環(huán)鼓風機進風進行循環(huán)利用，同時可控制廢氣外排。

太鋼環(huán)冷機（520 m² ）共設置 6 臺冷卻風機，自高溫段至低溫段依次為 1—6 號環(huán)鼓風機，其中 1 號環(huán)鼓風機已拆除^[4]。環(huán)冷機共有 24 個風箱，從高溫段開始依次為 1—24 號，按溫度的差異，將三燒環(huán)冷機冷卻廢氣分為三部分，對各部分廢氣予以分別處理、梯級利用。熱風循環(huán)梯級利用工藝布置如圖 1 所示。

1）第一部分：

1—11 號風箱對應上罩覆蓋 2 號冷卻風機和 3 號冷卻風機的一部分，其廢氣溫度為400~ 550 ℃，經(jīng)過余熱鍋爐換熱后作為冷卻風循環(huán)利用。

2）第二部分：12—17 號風箱對應上罩覆蓋 3 號和 4 號冷卻風機，取出約 50×104 m³ /h 廢氣（150~200 ℃）經(jīng)電除塵器后，用于燒結機料面的熱風燒結。燒結機主抽風量約 110×104 m³ /h，經(jīng)過風量平衡計算，熱風需鼓入 205 m² （11 個風箱跨度面積）燒結機料面以滿足要求。太鋼 450 m² 燒結機采取在點火爐后6—16 號風箱安裝熱風罩來進行熱風燒結工藝改造。

3）第三部分：18—24 號環(huán)冷機風箱對應上罩覆蓋 5 號、6 號冷卻風機，其廢氣平均溫度約 100 ℃，通 過管道引入 3 號、4 號冷卻風機進口，實現(xiàn)冷卻風循環(huán)利用和環(huán)冷機顆粒物零排放。

1.2 燒結機熱風罩及進風風道流場分布計算

熱風燒結風道系統(tǒng)與點火爐后 11 個燒結機臺車熱風罩相連。熱風由母管分配進入各自獨立的 11 根支管，最后由各自風罩流出^[5]。母管是由三段不同直徑管段相互串聯(lián)所組成。支管 1—4 號與粗管相連，支管 5—8 號與中管相連，支管 9—11 號與細管相連，11個支管的水平中心與母管水平中心保持相同。熱風支管與燒結機熱風罩連接示意圖如圖 2 所示。

1.3 熱風管道系統(tǒng)計算模型

圖 3 為燒結機 11 個熱風支管的氣體體積流量模擬計算結果。

由圖 3 可知，8 號支管氣體流量最大，3 號支管氣體流量最小。這是由于煙氣在母管內(nèi)的流動是由 1 號支管逐漸流向 11 號支管，導致流速改變。

圖 4 表示在 3 個不同支管截面處的氣體速度變化。其中，2 號支管連接始端的粗徑母管，7 號支管連接中端的中徑母管，10 號支管連接末端的細徑母管。

由圖 4 可知，盡管母管管徑已優(yōu)化匹配，但支管流速仍有所差別，為消除流量差異，在 11 個熱風支管上分別安裝電動調(diào)節(jié)閥及流量實時監(jiān)測裝置，通過閥門開度控制實現(xiàn)熱風流量最佳匹配^[6-7]。

2 實踐效果

2.1 燒結礦主要經(jīng)濟技術指標

太鋼 450 m² 燒結含鐵原料主要有太鋼自產(chǎn)鐵礦粉 A（典型的高品位磁鐵精粉）、鐵礦粉 B（赤鐵礦、磁鐵礦構成的混合型鐵精粉）、鐵礦粉 C（高品位磁鐵精粉）、礦粉 D（赤鐵礦）和綜合粉（一種二次回收的以磁鐵礦為主的混合型含鐵為原料），5 種含鐵原料的主要化學組成如表 1 所示。太鋼 450 m² 燒結鐵料配礦方案及生產(chǎn)配料方案分別如表 2、表 3 所示。

對比太鋼 450 m² 燒結熱風循環(huán)梯級利用技術應用前后燒結礦固體燃料消耗和主要物理化學指標，具體數(shù)據(jù)如表 4 所示。

從表 4 可知，投用熱風循環(huán)梯級利用技術后，燒結礦質量及能耗指標得到改善^[8]。其中，燒結礦轉鼓指數(shù)和平均粒徑分別提高 0.84%和 0.6 mm，燒結礦w（FeO）及返礦率分別降低 0.35%和 1.1%。固體燃料消耗由 41.17 kg/t 降低為 40.58 kg/t，降低 0.59 kg/t。

研究數(shù)據(jù)表明，環(huán)冷機熱風替代常溫空氣參與燒結過程后，料面表層物理熱增加，有效節(jié)省了固體燃料消耗，同時大大減輕了因急冷造成的燒結礦表層強度降低程度，燒結層上下熱量和溫度趨于均勻分布，避免了急冷應力的破壞，燒結礦結晶更加充分，改善了表層燒結礦質量，返礦率降低。固體燃料消耗降低后，有利于燒結過程氧化氣氛的增強，還原區(qū)相對減少，燒結礦中 FeO 含量降低，燒結礦還原性指標得到改善。

2.2 環(huán)境效益

太鋼環(huán)冷機廢氣全部得到回收，經(jīng)電除塵再進入燒結機料面參加燒結過程，出口顆粒物質量濃度由20 mg/m³ 降低為 3 mg/m³。廢氣最終由抽風系統(tǒng)、脫硫脫硝系統(tǒng)進行處理，符合超低排放標準后外排大氣^[9]。

熱風循環(huán)梯級利用技術實施后，按照環(huán)冷機實際運行 3 臺冷卻風機（每臺 50×104 m³ /h 風量）計算，每年可減少環(huán)冷機直排廢氣 131.4×108 m³，減少有害粉塵外排 223 t，環(huán)境效益顯著^[10]。

3 存在的問題及改進思路

投用熱風循環(huán)梯級利用技術后，環(huán)冷機熱煙氣取代常溫空氣參與燒結化學反應過程，抽風空氣溫度由20 ℃升高至約 200 ℃，根據(jù)熱力學方程計算，熱風體積膨脹為原來的 1.5 倍。在燒結料層抽入空氣體積不變的情況下，空氣提供的氧氣降為熱風燒結前的91%，不利于固體燃料的充分燃燒^[11]。因此，在氧氣資源富裕條件下，可考慮在熱煙氣中進行富氧，進一步提高燒結礦質量，并降低固體燃耗。

4 結論

1）應用熱風循環(huán)梯級利用技術后，燒結礦質量指標明顯改善。燒結礦轉鼓強度提高 0.84%，w（FeO）降低 0.35%，返礦率降低 1.10%，為高爐生產(chǎn)提供了更為優(yōu)質的爐料。

2）熱風循環(huán)梯級利用技術環(huán)境效益顯著，可解決環(huán)冷機廢氣無組織排放的難題，余熱能得到充分利用，可實現(xiàn)節(jié)能減排的效果，太鋼 450 m² 燒結可減少顆粒物排放約 223 t/a。

3）熱煙氣參與燒結過程存在氧體積含量下降的問題，若想進一步提高燒結礦質量及降低能耗，可考慮通過富氧熱風匹配生產(chǎn)予以解決。

參考文獻

[1] 陳平，王常秋，吳鏗，等.用赤鐵細精粉生產(chǎn)高質量燒結礦的工業(yè)實踐[J].鋼鐵，2004，39（5）：1- 4.

[2] 張英，梁棟，何劍飛.熱風燒結對燒結礦 FeO 及碳耗影響的試驗研究[J].新技術新工藝，2015（3）：89- 91.

[3] 姜濤.燒結球團生產(chǎn)技術手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2014：82.

[4] 林滋，宋憲平，劉榮輝，等.鞍鋼新三燒冷卻廢熱利用評述[J].鋼鐵，1995，30（12）：64.

[5] 朱德慶，吳浩方.梅山燒結礦冷卻廢氣熱風燒結工藝的研究[J]. 燒結球團，1997，22（5）：13- 17.

[6] 石寶云，周小輝，劉德訓.萊鋼 3 號 105 m² 燒結機梯級熱風燒結試驗研究[J].萊鋼科技，2013（6）：24- 26.

[7] 張同山，唐博.燒結礦余熱回收新工藝設計及生產(chǎn)效果[J].燒結球團，2000（6）：38- 39.

[8] 馬若非.熱風燒結技術在長鋼 4 號 200 m2 燒結機上的應用[J].山西冶金，2010（4）：53- 54.

[9] 金永龍，徐南平，鄔士英，等.寶鋼熱廢氣燒結試驗室研究燒結礦礦相分析[J].燒結球團，1999（5）：8- 10.

[10] 周文濤.燒結機噴吹氣體燃料新技術[J].世界金屬導報，2011 （8）：20 458.

[11] 賀淑珍，馮煥林，甘曉靳，等.微細精礦比例對燒結的影響及強化技術[J].鋼鐵研究學報，2016，28（9）：10- 16.