曹樹志¹  范蘭濤¹  桂鑒俠²  姚松³

（1總工程師辦公室2煉鐵事業(yè)部3生產(chǎn)制造部）

摘要：唐鋼新區(qū)建設(shè)的500m²燒結(jié)機(jī)是河鋼集團(tuán)最大的燒結(jié)產(chǎn)線，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)基于國家A類企業(yè)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在雙碳背景下充分發(fā)揮極致能效，實(shí)現(xiàn)超低排低碳綠色生產(chǎn)。通過燒結(jié)煙氣循環(huán)、環(huán)冷機(jī)高效水密封、厚料層燒結(jié)、循環(huán)流化床+SCR脫硝、富氧熱風(fēng)點(diǎn)火及燃料預(yù)篩分等多項(xiàng)技術(shù)的合理應(yīng)用，固體燃耗較傳統(tǒng)工藝降低16.3%，煙氣排放量降低30%，實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)高效清潔生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)機(jī)；煙氣循環(huán)；水密封；厚料層；活性焦；循環(huán)流化床；SCR

0前言

唐鋼新區(qū)為深入貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記關(guān)于“堅(jiān)決去、主動調(diào)、加快轉(zhuǎn)”的重要指示精神和河北省鋼鐵產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的具體實(shí)踐，河鋼集團(tuán)堅(jiān)持創(chuàng)新發(fā)展理念，在唐山市樂亭縣臨港工業(yè)園區(qū)建設(shè)了重點(diǎn)示范項(xiàng)目河鋼唐鋼新區(qū)。2023年5月份根據(jù)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的調(diào)整開始進(jìn)行3^#燒結(jié)機(jī)（500m²）和4^#高爐的建設(shè)工作。

1工藝流程設(shè)計(jì)

500m²燒結(jié)機(jī)設(shè)計(jì)年產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦475萬t，利用系數(shù)為1.164t/（m²•h），年作業(yè)時間為8160h，配套設(shè)備利用系數(shù)不低于1.5t/（m²﹒h）。產(chǎn)品為溫度＜120℃的冷燒結(jié)礦，燒結(jié)礦粒度范圍5～150mm，燒結(jié)礦＜5mm含量＜5%，堿度：2.1控制。

整個工藝流程包括：燃料破碎系統(tǒng)（燃料緩沖倉、燃料破碎）、配混料系統(tǒng)（上料系統(tǒng)、配料系統(tǒng)、混合制粒系統(tǒng)、加污泥泵站）、燒結(jié)冷卻系統(tǒng)（燒結(jié)主廠房、環(huán)冷機(jī)及帶式輸送機(jī)和轉(zhuǎn)運(yùn)站）、燒結(jié)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)（主抽風(fēng)機(jī)室、煙氣循環(huán)系統(tǒng)）、成品篩分系統(tǒng)（成品篩分室及帶式輸送機(jī)和轉(zhuǎn)運(yùn)站）、成品輸出系統(tǒng)（皮帶機(jī)、轉(zhuǎn)運(yùn)站、成品倉）、能源介質(zhì)接入系統(tǒng)及相關(guān)公輔設(shè)施。

2 主要工序設(shè)計(jì)

2.1 燃料破碎系統(tǒng)

每個系列采用兩段開路破碎流程，共設(shè)置3個破碎系列，2個系列生產(chǎn)，1個系列備用。每個破碎系列由1臺對輥破碎機(jī)和1臺四輥破碎機(jī)串聯(lián)組成，單系統(tǒng)破碎能力50t/h。

燃料主要是煤和焦粉。焦粉要求固定碳大于80%，粒度為0～10mm，其中0～1mm粒度低于20%。 焦粉有高爐返焦、佳華焦化廠的碎焦和煤焦受卸作業(yè)區(qū)的返焦三個來源。從表1可以看出進(jìn)廠焦粉粒度偏小，＜3ｍｍ的占比65.18％，采用燃料預(yù)篩分工藝，小于1mm焦粉直接進(jìn)入配料室，大于1mm進(jìn)入緩沖倉，經(jīng)燃料緩沖倉儲存及輸出，燃料由膠帶機(jī)運(yùn)輸至燒結(jié)區(qū)域燃料破碎室，經(jīng)破碎后送至配料室參與配料。采用預(yù)篩分工藝后配料室0-3mm燃料粒度72.65%（表1），采用預(yù)篩分工藝可以避免燃料過分破碎，有利于降低燃料消耗減少CO排放。

表1 預(yù)篩分前后燃料粒度組成

2.2 配料系統(tǒng)

配料室采用單列式布置，有19個礦倉：高爐返礦倉1個（可調(diào)整數(shù)量，保證檢修時存儲容量）、燒結(jié)返礦倉2個、混勻礦倉7個、生石灰3個、輕燒白云石和除塵灰倉各1個，燃料倉3個、燃料灰倉1個。從配料主皮帶尾輪開始，配料料序依次為高爐返礦、混勻礦、熔劑、除塵灰、燒結(jié)返礦、燃料、焦灰，幾種原料按設(shè)定比例經(jīng)配料秤稱量后，輸送到混合料膠帶機(jī)上。配料室粉狀物料下料的具體方式如下：

1）生石灰下料保證不噴灰波動采用插板閥＋葉輪給料機(jī)＋密封皮帶秤；

2）輕燒白云石和除塵灰下料采用插板閥+葉輪給料機(jī)+密封皮帶秤；

3）燃料灰下料采用插板閥+葉輪給料機(jī)+密封皮帶秤；

4）白灰皮帶秤、除塵灰、輕燒白云石下料口上方加減壓防噴灰裝置。

2.3 混合制粒系統(tǒng)

配好的各種原料經(jīng)膠帶機(jī)運(yùn)至混料室進(jìn)行混勻，混料室設(shè)有1臺φ5.1×21m圓筒混合機(jī)，筒體轉(zhuǎn)速6r/min，混合時間不低于3min，正常處理量為1150t/h~ 1450t/h，混合機(jī)具有同時自動加水、加污泥的功能。

混勻好的混合料經(jīng)膠帶機(jī)運(yùn)往1臺φ5.1×25m的圓筒制粒機(jī)。筒體轉(zhuǎn)速可調(diào)5.8r/min。制粒時間不低于4min，正常處理量為1150t/h~1450t/h，制粒機(jī)可自動加水加蒸汽。圓筒制粒機(jī)排料后由膠帶機(jī)運(yùn)往燒結(jié)機(jī)室。

混合、制粒共用一個加水泵站，包括泵房和一個240m3的儲水池。 水池進(jìn)行通蒸汽伴熱作業(yè)至60~90℃。 混合機(jī)水泵供水流量80t/h，制粒機(jī)水泵供水流量20t/h，混合機(jī)二用一備、制粒機(jī)為一用一備，共5臺水泵。

為消耗煉鋼污泥，混合室旁建一污泥泵站，向混合機(jī)加泥，污泥池300m3，污泥池內(nèi)通入蒸汽進(jìn)行伴熱至60~90℃，設(shè)2臺攪拌泵和自動補(bǔ)水稀釋管線，污泥泵站設(shè)3臺污泥泵，二用一備。

2.4 燒結(jié)機(jī)本體系統(tǒng)

燒結(jié)主廠房主要包括鋪底、布料、點(diǎn)火、燒結(jié)、熱破碎、煙氣循環(huán)、蒸汽噴吹和冷卻工序。配置1臺燒結(jié)機(jī)，臺車寬5m，長1.5m，燒結(jié)機(jī)有效抽風(fēng)長度100m，臺車欄板高900mm。

2.4.1 鋪底料系統(tǒng)

鋪底料由皮帶機(jī)從成品燒結(jié)礦篩分室運(yùn)到燒結(jié)室，在進(jìn)入燒結(jié)室前一個轉(zhuǎn)運(yùn)站設(shè)一個70m³鋪底料緩沖倉，作為檢修儲備用。燒結(jié)室內(nèi)鋪底料礦槽80m³。 這兩個鋪底料倉均采用Ｑ345B鋼板制作，上部采用角鋼鋪設(shè)料襯耐磨結(jié)構(gòu)，錐段加22mm厚陶瓷熔鑄耐磨襯板。經(jīng)過鋪底料礦槽下的給料閘門及擺動漏斗將鋪底料均勻布到燒結(jié)機(jī)上。

2.4.2混合料槽

混合料經(jīng)過皮帶機(jī)運(yùn)往燒結(jié)室，采用B=2000mm梭式布料器給到燒結(jié)機(jī)的混合料礦槽內(nèi)，礦槽有效容積85m³，混合料礦槽下部設(shè)有蒸汽預(yù)熱裝置，蒸汽口設(shè)有護(hù)板，混合料預(yù)熱后溫度不低于60℃。并加設(shè)8臺空氣炮及1套疏堵器。

2.4.3布料裝置

混合料經(jīng)過圓輥給料機(jī)及九輥布料器均勻布到燒結(jié)機(jī)臺車上，在混合料布料裝置的下方設(shè)3排松料器，在燒結(jié)機(jī)布料裝置的上方，設(shè)懸掛調(diào)節(jié)型平料器，在臺車的兩側(cè)加裝壓料輥。布料時采用主調(diào)和7個微調(diào)閘門相結(jié)合的方式對料面進(jìn)行調(diào)整，圓輥平臺處安裝7根分體式料層測厚儀，檢測數(shù)據(jù)引入PLC。

2.4.4點(diǎn)火裝置

燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火采用富氧點(diǎn)火技術(shù)，使燒結(jié)煙氣排放CO濃度低于4000mg/m³。點(diǎn)火爐與圓輥側(cè)采用擋墻設(shè)計(jì)，點(diǎn)火爐端墻與點(diǎn)火爐設(shè)計(jì)為分體式，便于后期維護(hù)。 點(diǎn)火燃料為高爐煤氣，設(shè)引火裝置，引火介質(zhì)為焦?fàn)t煤氣，助燃空氣從環(huán)冷機(jī)低溫段引熱風(fēng)，并與富氧相結(jié)合，滿足點(diǎn)火溫度（1150±50）℃的工藝要求。

2.4.5抽風(fēng)燒結(jié)系統(tǒng)

燒結(jié)機(jī)共有26個風(fēng)箱，其中4^#~7^#、23^#~26^#風(fēng)箱、變徑管、風(fēng)箱支管焊16mm厚襯板，材質(zhì)為Q235B。風(fēng)箱支管彎頭全部為獨(dú)立耐磨成品件，其中4^#~7^#、23^#~26^#風(fēng)箱彎頭采用熔鑄陶瓷耐磨襯板彎頭。點(diǎn)火爐下風(fēng)箱采用氣料分離裝置，5^#~8^#風(fēng)箱、22^#~26^#風(fēng)箱采用可調(diào)式，其余為開閉式。每臺燒結(jié)機(jī)雙煙道獨(dú)立布置，配2臺主抽風(fēng)機(jī)，單臺風(fēng)量22000m³/h，全壓19kPa。

2.4.6厚料層燒結(jié)

通過采用霧化加水、優(yōu)化環(huán)冷機(jī)設(shè)計(jì)改善混合料粒度、煙氣循環(huán)和熱風(fēng)點(diǎn)火等措施改善料層熱態(tài)透氣性，采用混合料槽加蒸汽和白灰預(yù)熱工藝提高混合料料溫，為厚料層作業(yè)的實(shí)施創(chuàng)造條件。500m²燒結(jié)機(jī)布料欄板高度實(shí)現(xiàn)900mm，通過增加梯形布料擋板等裝置增加料層厚度20~30 mm，實(shí)現(xiàn)920mm的布料厚度。

2.4.7破碎系統(tǒng)

燒結(jié)餅經(jīng)單輥破碎機(jī)破碎至0~180mm，篦板間隙180mm。單輥破碎機(jī)φ2400 mm×5270 mm，采用電機(jī)＋摩擦式軟啟動節(jié)能安全聯(lián)軸器（配打滑檢測報(bào)警裝置）＋減速機(jī)＋ZL柱銷齒輪聯(lián)軸器＋開式齒輪的方式。卷揚(yáng)是雙進(jìn)雙出形式。

2.4.8煙氣循環(huán)系統(tǒng)

燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)是將燒結(jié)過程排出的一部分載熱氣體返回?zé)Y(jié)臺車上再循環(huán)使用的一種燒結(jié)技術(shù)，具有節(jié)能減排的雙重效果。煙氣循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為內(nèi)循環(huán)方式，引入環(huán)冷機(jī)3段熱風(fēng)，與燒結(jié)機(jī)大煙道部分風(fēng)箱的風(fēng)量混合，混風(fēng)后經(jīng)過旋風(fēng)除塵器及循環(huán)風(fēng)機(jī)回至燒結(jié)機(jī)料面。煙風(fēng)系統(tǒng)采用雙側(cè)引風(fēng)、單風(fēng)機(jī)、單側(cè)回風(fēng)的方式，燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱共26個，取5^#~8^#、22^#~26^#10個風(fēng)箱進(jìn)行煙氣循環(huán)，煙氣循環(huán)率按30%設(shè)計(jì)。

表2  3#500m²燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)工藝設(shè)計(jì)初步方案

2.4.9料面噴蒸汽系統(tǒng)

燒結(jié)機(jī)料面進(jìn)行噴吹蒸汽，蒸汽管線分布于煙氣循環(huán)密封罩內(nèi)，總共44根，每根上設(shè)置18個噴嘴，噴嘴形式為直徑圓孔Φ10mm圓孔。蒸汽管線設(shè)自動切斷閥，疏水器污水引流至污排井，管線布置要覆蓋CO產(chǎn)生主要區(qū)域。

2.5環(huán)冷系統(tǒng)

2.5.1上、下水密封設(shè)置

破碎后的燒結(jié)礦進(jìn)入環(huán)冷機(jī)，設(shè)計(jì)采用新型多功能高效環(huán)冷機(jī)，有效冷卻面積600m²，中徑58 m，臺車上、下部密封均采用水密封形式。冷卻后的燒結(jié)礦經(jīng)環(huán)冷機(jī)下板式給礦機(jī)卸到排料皮帶機(jī)上。上、下密封設(shè)置防止物料灰塵進(jìn)入水槽的可靠設(shè)施，漏風(fēng)率≤5%。設(shè)置蒸汽伴熱管，具備手動和自動補(bǔ)水功能，自動清污和排污設(shè)施實(shí)現(xiàn)對環(huán)冷機(jī)上下水密封水槽板結(jié)料和淤泥清理。

2.5.2傳動方式和冷卻

環(huán)冷機(jī)傳動方式采用電機(jī)＋摩擦定扭矩聯(lián)軸器＋減速機(jī)＋開式齒輪＋傳動機(jī)構(gòu)。主傳動齒輪組采用固定安裝方式。銷齒鏈安裝于環(huán)冷機(jī)回轉(zhuǎn)框架外側(cè)，銷齒鏈采用銷套形式，可實(shí)現(xiàn)在線更換。環(huán)冷機(jī)配6臺冷卻風(fēng)機(jī)，低溫段煙氣采用零排放技術(shù)，6臺風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓均不相同。零排放實(shí)際運(yùn)行時風(fēng)機(jī)冷風(fēng)、熱風(fēng)可用閥門進(jìn)行控制切換，見圖2。 

圖2  600m²環(huán)冷機(jī)煙氣零排放設(shè)計(jì)示意圖

2.5.3礦溫控制

為防止高溫引起膠帶著火，在環(huán)冷機(jī)上部檢修口、板式給礦機(jī)上部及排礦皮帶機(jī)均設(shè)置高溫自動打水裝置。環(huán)冷機(jī)緩沖礦槽的有效儲量為150ｔ，可滿足下游設(shè)備故障時短時間內(nèi)燒結(jié)機(jī)不停機(jī)的要求。

2.6燒結(jié)礦篩分系統(tǒng)

唐鋼新區(qū)500 m²燒結(jié)機(jī)成品篩分配置3個篩分系列，每個系列由2臺環(huán)保型懸臂振動篩垂直串聯(lián)組成，篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)為雙層棒條型，并設(shè)計(jì)清掃裝置防止篩孔堵死。正常生產(chǎn)時通過皮帶機(jī)下方的三通分料器實(shí)現(xiàn)（兩用一備）。一次振動篩篩上物為12~20 mm 粒級和＞20 mm 粒度的成品礦。 篩下粒度＜12 mm的燒結(jié)礦進(jìn)入二次篩，經(jīng)二次篩分后，分出0~5 mm粒級 的冷返礦和5~12 mm 粒級的成品礦。成品料倉采用新型原料貯存技術(shù)中的“Ｅ型料庫”，由3個筒倉構(gòu)成，筒倉直徑為φ16 m，頂28 m，總貯量３萬ｔ。 筒倉內(nèi)壁鑲嵌鑄石襯板，厚度50 mm。倉下設(shè)皮帶，每個筒倉設(shè)2個出口，每個出口配置２臺振動給料機(jī)，單臺給料機(jī)處理能力為300 t/h。

2.7其它環(huán)保設(shè)計(jì)

2.7.1除塵灰氣力輸送

除塵灰、生石灰、輕燒白云石倉、焦灰采用高效耐磨氣力輸送技術(shù)。料倉頂部設(shè)置布袋除塵器，每個倉設(shè)兩個氣力輸送打灰管（一用一備），彎頭選用高壽命的鋼基熔鑄陶瓷耐磨彎頭，管道選用陶瓷內(nèi)襯耐磨管。

整個燒結(jié)系統(tǒng)環(huán)境除塵灰，機(jī)頭、機(jī)尾、四輥破碎等部位工藝灰全部采用氣力輸送方式，直接輸送到除塵灰倉中（機(jī)頭三、四電場因堿金屬高除外），其余全部參與燒結(jié)混勻配料，實(shí)現(xiàn)除塵灰循環(huán)利用，大幅減少汽運(yùn)過程飄灑、機(jī)動車尾氣二次污染等問題。

2.7.2煙氣脫硫脫銷

燒結(jié)機(jī)配套兩臺雙室四電場靜電除塵器對燒結(jié)機(jī)煙氣進(jìn)行有效處理后，引入脫硫脫硝系統(tǒng)。脫硫脫硝系統(tǒng)采用循環(huán)流化床半干法脫硫與低壓旋轉(zhuǎn)反吹布袋除塵器+SCR脫硝結(jié)合工藝，雙機(jī)（主抽風(fēng)機(jī)）雙塔布置。

脫硫后的煙氣進(jìn)入到脫硝系統(tǒng)，工藝流程按照GGH換熱器→煙氣升溫裝置→中溫SCR脫硝→引風(fēng)機(jī)→煙囪來進(jìn)行，采用一對一配置（一套脫硫裝置配置一套脫硝裝置），實(shí)現(xiàn)燒結(jié)機(jī)煙氣外排SO₂排放<20mg/Nm³，NO_x排放量<30mg/Nm³，粉塵排放設(shè)計(jì)<5mg/Nm³，氨逃逸濃度<2.4mg/Nm³。

3效果

唐鋼南區(qū)360m²燒結(jié)機(jī)是傳統(tǒng)大型燒結(jié)機(jī)的代表，唐鋼新區(qū)500m²燒結(jié)機(jī)是新時期綠色低碳燒結(jié)機(jī)的代表，通過對比可以發(fā)現(xiàn)500m²燒結(jié)機(jī)外排煙氣量減小30萬m³/h，固體燃耗降低16.3%，工序能耗降低12%左右。

表3  360m²與500 m²燒結(jié)機(jī)排放對比

4結(jié)語

唐鋼新區(qū)3^#500m²燒結(jié)機(jī)基于低碳綠色建設(shè)理念，充分考慮智能化、自動化技術(shù)應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化工藝參數(shù)，發(fā)揮產(chǎn)線效率。在低碳設(shè)計(jì)方面，主要采用厚料層操作理念，采用高循環(huán)煙氣、極致能效環(huán)冷機(jī)梯級能量利用、燃料分級利用、高效成球制粒技術(shù)，極大的降低了燒結(jié)工序能耗；同時對于環(huán)保生產(chǎn)，循環(huán)煙氣減排量達(dá)30%以上，SO₂、NO_X、顆粒物等污染物的排放大幅度降低。相對于360m²燒結(jié)機(jī)，由于前期準(zhǔn)備充分，整體設(shè)計(jì)工藝合理，流程先進(jìn)緊湊，更加環(huán)保低碳，此次500m²燒結(jié)機(jī)的建設(shè)和投產(chǎn)為全國燒結(jié)產(chǎn)線的生產(chǎn)建設(shè)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。