曹樹志¹  范蘭濤¹  桂鑒俠²  姚松³

（1總工程師辦公室2煉鐵事業部3生產制造部）

摘要：唐鋼新區建設的500m²燒結機是河鋼集團最大的燒結產線，建設標準基于國家A類企業的設計標準，在雙碳背景下充分發揮極致能效，實現超低排低碳綠色生產。通過燒結煙氣循環、環冷機高效水密封、厚料層燒結、循環流化床+SCR脫硝、富氧熱風點火及燃料預篩分等多項技術的合理應用，固體燃耗較傳統工藝降低16.3%，煙氣排放量降低30%，實現了燒結高效清潔生產。

關鍵詞：燒結機；煙氣循環；水密封；厚料層；活性焦；循環流化床；SCR

0前言

唐鋼新區為深入貫徹落實習近平總書記關于“堅決去、主動調、加快轉”的重要指示精神和河北省鋼鐵產業結構調整的具體實踐，河鋼集團堅持創新發展理念，在唐山市樂亭縣臨港工業園區建設了重點示范項目河鋼唐鋼新區。2023年5月份根據生產結構的調整開始進行3^#燒結機（500m²）和4^#高爐的建設工作。

1工藝流程設計

500m²燒結機設計年產高堿度燒結礦475萬t，利用系數為1.164t/（m²•h），年作業時間為8160h，配套設備利用系數不低于1.5t/（m²﹒h）。產品為溫度＜120℃的冷燒結礦，燒結礦粒度范圍5～150mm，燒結礦＜5mm含量＜5%，堿度：2.1控制。

整個工藝流程包括：燃料破碎系統（燃料緩沖倉、燃料破碎）、配混料系統（上料系統、配料系統、混合制粒系統、加污泥泵站）、燒結冷卻系統（燒結主廠房、環冷機及帶式輸送機和轉運站）、燒結風機系統（主抽風機室、煙氣循環系統）、成品篩分系統（成品篩分室及帶式輸送機和轉運站）、成品輸出系統（皮帶機、轉運站、成品倉）、能源介質接入系統及相關公輔設施。

2 主要工序設計

2.1 燃料破碎系統

每個系列采用兩段開路破碎流程，共設置3個破碎系列，2個系列生產，1個系列備用。每個破碎系列由1臺對輥破碎機和1臺四輥破碎機串聯組成，單系統破碎能力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區的返焦三個來源。從表1可以看出進廠焦粉粒度偏小，＜3ｍｍ的占比65.18％，采用燃料預篩分工藝，小于1mm焦粉直接進入配料室，大于1mm進入緩沖倉，經燃料緩沖倉儲存及輸出，燃料由膠帶機運輸至燒結區域燃料破碎室，經破碎后送至配料室參與配料。采用預篩分工藝后配料室0-3mm燃料粒度72.65%（表1），采用預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 預篩分前后燃料粒度組成

2.2 配料系統

配料室采用單列式布置，有19個礦倉：高爐返礦倉1個（可調整數量，保證檢修時存儲容量）、燒結返礦倉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、燒結返礦、燃料、焦灰，幾種原料按設定比例經配料秤稱量后，輸送到混合料膠帶機上。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＋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+密封皮帶秤；

3）燃料灰下料采用插板閥+葉輪給料機+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

配好的各種原料經膠帶機運至混料室進行混勻，混料室設有1臺φ5.1×21m圓筒混合機，筒體轉速6r/min，混合時間不低于3min，正常處理量為1150t/h~ 1450t/h，混合機具有同時自動加水、加污泥的功能。

混勻好的混合料經膠帶機運往1臺φ5.1×25m的圓筒制粒機。筒體轉速可調5.8r/min。制粒時間不低于4min，正常處理量為1150t/h~1450t/h，制粒機可自動加水加蒸汽。圓筒制粒機排料后由膠帶機運往燒結機室。

混合、制粒共用一個加水泵站，包括泵房和一個240m3的儲水池。 水池進行通蒸汽伴熱作業至60~90℃。 混合機水泵供水流量80t/h，制粒機水泵供水流量20t/h，混合機二用一備、制粒機為一用一備，共5臺水泵。

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

2.4 燒結機本體系統

燒結主廠房主要包括鋪底、布料、點火、燒結、熱破碎、煙氣循環、蒸汽噴吹和冷卻工序。配置1臺燒結機，臺車寬5m，長1.5m，燒結機有效抽風長度100m，臺車欄板高900mm。

2.4.1 鋪底料系統

鋪底料由皮帶機從成品燒結礦篩分室運到燒結室，在進入燒結室前一個轉運站設一個70m³鋪底料緩沖倉，作為檢修儲備用。燒結室內鋪底料礦槽80m³。 這兩個鋪底料倉均采用Ｑ345B鋼板制作，上部采用角鋼鋪設料襯耐磨結構，錐段加22mm厚陶瓷熔鑄耐磨襯板。經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機上。

2.4.2混合料槽

混合料經過皮帶機運往燒結室，采用B=2000mm梭式布料器給到燒結機的混合料礦槽內，礦槽有效容積85m³，混合料礦槽下部設有蒸汽預熱裝置，蒸汽口設有護板，混合料預熱后溫度不低于60℃。并加設8臺空氣炮及1套疏堵器。

2.4.3布料裝置

混合料經過圓輥給料機及九輥布料器均勻布到燒結機臺車上，在混合料布料裝置的下方設3排松料器，在燒結機布料裝置的上方，設懸掛調節型平料器，在臺車的兩側加裝壓料輥。布料時采用主調和7個微調閘門相結合的方式對料面進行調整，圓輥平臺處安裝7根分體式料層測厚儀，檢測數據引入PLC。

2.4.4點火裝置

燒結機點火采用富氧點火技術，使燒結煙氣排放CO濃度低于4000mg/m³。點火爐與圓輥側采用擋墻設計，點火爐端墻與點火爐設計為分體式，便于后期維護。 點火燃料為高爐煤氣，設引火裝置，引火介質為焦爐煤氣，助燃空氣從環冷機低溫段引熱風，并與富氧相結合，滿足點火溫度（1150±50）℃的工藝要求。

2.4.5抽風燒結系統

燒結機共有26個風箱，其中4^#~7^#、23^#~26^#風箱、變徑管、風箱支管焊16mm厚襯板，材質為Q235B。風箱支管彎頭全部為獨立耐磨成品件，其中4^#~7^#、23^#~26^#風箱彎頭采用熔鑄陶瓷耐磨襯板彎頭。點火爐下風箱采用氣料分離裝置，5^#~8^#風箱、22^#~26^#風箱采用可調式，其余為開閉式。每臺燒結機雙煙道獨立布置，配2臺主抽風機，單臺風量22000m³/h，全壓19kPa。

2.4.6厚料層燒結

通過采用霧化加水、優化環冷機設計改善混合料粒度、煙氣循環和熱風點火等措施改善料層熱態透氣性，采用混合料槽加蒸汽和白灰預熱工藝提高混合料料溫，為厚料層作業的實施創造條件。500m²燒結機布料欄板高度實現900mm，通過增加梯形布料擋板等裝置增加料層厚度20~30 mm，實現920mm的布料厚度。

2.4.7破碎系統

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

2.4.8煙氣循環系統

燒結煙氣循環技術是將燒結過程排出的一部分載熱氣體返回燒結臺車上再循環使用的一種燒結技術，具有節能減排的雙重效果。煙氣循環系統設計為內循環方式，引入環冷機3段熱風，與燒結機大煙道部分風箱的風量混合，混風后經過旋風除塵器及循環風機回至燒結機料面。煙風系統采用雙側引風、單風機、單側回風的方式，燒結機風箱共26個，取5^#~8^#、22^#~26^#10個風箱進行煙氣循環，煙氣循環率按30%設計。

表2  3#500m²燒結機煙氣循環工藝設計初步方案

2.4.9料面噴蒸汽系統

燒結機料面進行噴吹蒸汽，蒸汽管線分布于煙氣循環密封罩內，總共44根，每根上設置18個噴嘴，噴嘴形式為直徑圓孔Φ10mm圓孔。蒸汽管線設自動切斷閥，疏水器污水引流至污排井，管線布置要覆蓋CO產生主要區域。

2.5環冷系統

2.5.1上、下水密封設置

破碎后的燒結礦進入環冷機，設計采用新型多功能高效環冷機，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。冷卻后的燒結礦經環冷機下板式給礦機卸到排料皮帶機上。上、下密封設置防止物料灰塵進入水槽的可靠設施，漏風率≤5%。設置蒸汽伴熱管，具備手動和自動補水功能，自動清污和排污設施實現對環冷機上下水密封水槽板結料和淤泥清理。

2.5.2傳動方式和冷卻

環冷機傳動方式采用電機＋摩擦定扭矩聯軸器＋減速機＋開式齒輪＋傳動機構。主傳動齒輪組采用固定安裝方式。銷齒鏈安裝于環冷機回轉框架外側，銷齒鏈采用銷套形式，可實現在線更換。環冷機配6臺冷卻風機，低溫段煙氣采用零排放技術，6臺風機的風量、風壓均不相同。零排放實際運行時風機冷風、熱風可用閥門進行控制切換，見圖2。 

圖2  600m²環冷機煙氣零排放設計示意圖

2.5.3礦溫控制

為防止高溫引起膠帶著火，在環冷機上部檢修口、板式給礦機上部及排礦皮帶機均設置高溫自動打水裝置。環冷機緩沖礦槽的有效儲量為150ｔ，可滿足下游設備故障時短時間內燒結機不停機的要求。

2.6燒結礦篩分系統

唐鋼新區500 m²燒結機成品篩分配置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，篩網結構為雙層棒條型，并設計清掃裝置防止篩孔堵死。正常生產時通過皮帶機下方的三通分料器實現（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的燒結礦進入二次篩，經二次篩分后，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中的“Ｅ型料庫”，由3個筒倉構成，筒倉直徑為φ16 m，頂28 m，總貯量３萬ｔ。 筒倉內壁鑲嵌鑄石襯板，厚度50 mm。倉下設皮帶，每個筒倉設2個出口，每個出口配置２臺振動給料機，單臺給料機處理能力為300 t/h。

2.7其它環保設計

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。料倉頂部設置布袋除塵器，每個倉設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，管道選用陶瓷內襯耐磨管。

整個燒結系統環境除塵灰，機頭、機尾、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（機頭三、四電場因堿金屬高除外），其余全部參與燒結混勻配料，實現除塵灰循環利用，大幅減少汽運過程飄灑、機動車尾氣二次污染等問題。

2.7.2煙氣脫硫脫銷

燒結機配套兩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。

脫硫后的煙氣進入到脫硝系統，工藝流程按照GGH換熱器→煙氣升溫裝置→中溫SCR脫硝→引風機→煙囪來進行，采用一對一配置（一套脫硫裝置配置一套脫硝裝置），實現燒結機煙氣外排SO₂排放<20mg/Nm³，NO_x排放量<30mg/Nm³，粉塵排放設計<5mg/Nm³，氨逃逸濃度<2.4mg/Nm³。

3效果

唐鋼南區360m²燒結機是傳統大型燒結機的代表，唐鋼新區500m²燒結機是新時期綠色低碳燒結機的代表，通過對比可以發現500m²燒結機外排煙氣量減小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燒結機排放對比

4結語

唐鋼新區3^#500m²燒結機基于低碳綠色建設理念，充分考慮智能化、自動化技術應用，在此基礎上優化工藝參數，發揮產線效率。在低碳設計方面，主要采用厚料層操作理念，采用高循環煙氣、極致能效環冷機梯級能量利用、燃料分級利用、高效成球制粒技術，極大的降低了燒結工序能耗；同時對于環保生產，循環煙氣減排量達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燒結機，由于前期準備充分，整體設計工藝合理，流程先進緊湊，更加環保低碳，此次500m²燒結機的建設和投產為全國燒結產線的生產建設提供了寶貴經驗。