烧结机节能环保新技术应用

陆春玲

（宝钢工程技术集团有限公司，上海201900）

烧结机节能环保新技术应用

陆春玲

（宝钢工程技术集团有限公司，上海201900）

烧结是钢铁联合企业最重要的生产工艺环节之一，不仅能耗高，且产生大量高温有害烟气。近年来烧结工艺通过不断的技术创新，电能、燃气、固体燃料等消耗不断下降，加之环冷机余热回收技术的发展，进一步降低了工序能耗，机头烟气的脱硫、脱硝以及二恶英治理技术也取得了突破性发展。文章以国内某钢厂一台烧结机改造为例，汇总分析了主要节能技术和污染治理措施，并从环保角度提出了一些建议。

烧结；节能；环保

1 前言

随着钢铁工业的快速发展，烧结机规模也在不断扩大，2005年7月国家发改委发布了《钢铁产业发展政策》，要求烧结机使用面积达到180 m2及以上，目前国内实际最大的烧结机已达600 m2。设备朝着大型化发展的同时，生产技术也逐步得到提高，这不仅体现在工艺的先进性，还表现在将节能技术贯穿于整个生产过程。国家环保部于2012年发布了《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》(GB28662-2012)，对烧结机头烟气中多种有害物质以及机尾等设施颗粒物排放，均严格进行了浓度限值，这意味着钢铁企业必须在这几年完成对现有烧结系统的环保设施改造，新建的烧结机在设计时就需考虑选用高效的治理设施，确保达标排放。

国内某大型钢厂现有的1台450 m2烧结机建成于1998年，其工艺设备、节能环保技术和自动化控制水平已明显落后，拟拆除重建，烧结面积达到600 m2，在设计过程中采用了当前国内外先进的节能环保技术。

2 主要节能技术

2.1 工艺技术和设备方面的节能措施

2.1.1 混合制粒技术

设计采用三段式混合技术，一次混合为强力混合机，主要目的是混匀；二、三段混合均为圆筒混合机，主要目的是制粒。总混合时间超过8 min，使造球性能得到进一步提高，明显改善了烧结料层的透气性，并且燃料在圆筒混合机的作用下，均匀地粘在混合料表面，有助于强化烧结和降低固体燃耗。

2.1.2 厚料层烧结技术

设计料层厚度1000 mm，其中铺底料厚度控制在20～40 mm，有利于保护台车篦条，增加烧结透气性。

烧结过程是从料层表面开始逐惭往下进行，因而沿料层高度方向就有明显的分层性，抽入烧结料层的空气经过热烧结矿层被预热，参与燃烧层的燃烧，燃烧后的废气又将下层的烧结料预热，因而料层越是向下，热量积蓄得越多，以至于达到更高的温度，这种积蓄热量的过程称为自动蓄热作用[1]。采用厚料层烧结强化了自动蓄热作用，使烧结温度随料层的提高而提高，因而烧结矿强度增加，成品率提高，返矿率下降，从而减少了固体燃耗。

2.1.3 多辊布料技术

采用圆辊给料机和九辊布料装置，将混合料均匀布在烧结机台车上，使料层均匀，降低燃料配比。通过调节布料辊的转速，可控制混合料粒度的偏析度，使烧结料层上下温度趋于均匀，提高垂直烧结速度，从而降低烧结能耗。

2.1.4 采用双斜带式节能型点火炉及保温炉

点火炉炉顶设三排烧嘴，采用双斜交叉烧嘴气氛点火技术，其高温火焰带宽度适中，温度均匀，高温点火时间可与机速良好匹配，特别是保温段设有烧嘴，可以提高料面质量。

2.2 余热回收利用技术

烧结矿冷却产生的废热气温度随环冷机部位的不同而不同，给料部位温度最高约450℃，卸料部位温度最低约80℃[2]。该烧结系统环冷机热废气采用分级回收、梯级利用方式，可最大程度地利用废热，使热回收效率达到最高水平。

2.2.1 环冷机高温段废气

从高温段收集的大部分热废气通过风罩依次进入高参数和低参数余热锅炉，产生的蒸汽并网利用。小部分热废气作为点火炉助燃风，进行热风点火，可降低点火煤气消耗，并对点火后的料面进行保温，从而降低固体燃耗，此为热风烧结技术。利用后排出的废气返回环冷机风箱作为烧结矿冷却介质，实现闭路循环。

2.2.2 环冷机中温段和低温段废气

利用中温段热废气以及双压余热锅炉富裕的次低压蒸汽，进行低温余热发电，此项技术是在烧结系统的首次尝试。低温发电工艺的核心为有机朗肯循环（ORC）发电系统，是以低沸点有机物质（四氟丙烷）为工质的朗肯循环，工艺流程：四氟丙烷在预热器、蒸发器内吸收外界热源的热量，生成高温高压蒸汽，然后进入透平机膨胀推动发电机转子做功，输出电能。随后蒸汽降温降压排出，进入冷凝器冷凝成液态工质，而后进入预热器、蒸发器再吸热蒸发，完成系统热功转化过程。

利用后排出的废气与低温段废气一并返回烧结机，用作助燃空气，再一次利用了热风烧结技术。生产实践表明，热风烧结技术能提高烧结矿转鼓指数0.3%～0.5%，提高烧结矿产量3%～4%[3]。

3 主要环保措施

3.1 无组织粉尘减排

环冷机高温段废气经热回收和除尘后返回环冷机风箱，中温段废气经热回收后与低温段烟气一并返回烧结机进行热风烧结。通过这些循环方式，以及环冷机自身漏风率的降低，可以大大减少环冷区域无组织粉尘排放量。

3.2 颗粒物的治理

塑烧板除尘器是以独特的波浪式塑烧板过滤芯取代传统布袋，塑烧板表面经过深度处理，孔径细小均匀，具有疏水性，特别适用于治理含水率较高的粉尘，因此选用该除尘器治理一、二次混合工序粉尘，根据实践经验，颗粒物排放浓度可控制在10 mg/m3以下。

3.3 烧结机头烟气治理

烧结机头烟气是烧结混合料点火后，随台车运行，在高温烧结成型过程中产生的烟气，含烟粉尘、SO2、NOX、HCl、HF、二恶英等多种污染物。烧结机头烟气是烧结工序乃至整个全流程钢铁企业环境治理的重中之重。

3.3.1 脱硫脱硝

烧结烟气脱硫工艺多数是借鉴火电燃煤锅炉烟气脱硫工艺发展而来，种类较多，可简单分为湿法、半干法和干法，大多属于钙基法，脱硫率一般可达到70%以上。由于烟气中NOX与脱硫剂也会发生酸碱反应，从而具有一定的脱硝效率。宝钢某烧结机采用气喷旋冲塔石灰石-石膏湿法脱硫工艺，实测的脱硝率为10%左右。

近年来出现了“吸收再生法”新型脱硫工艺，主要有活性炭吸附法和有机胺（离子液）循环吸收法。有机胺(离子液)循环吸收法是烧结烟气首先在水洗塔洗涤酸雾后，在吸收塔内与有机胺溶液接触，吸收SO2后的富液在再生塔内加热再生为热贫液，经换热降温返回吸收塔循环使用，解析出的高浓度SO2气体制备硫酸。2012年11月建成投运的攀钢260 m2烧结机采用此工艺，入口SO2平均浓度为6500 mg/m3，脱硫率90%以上[4]。在洗涤塔和吸收塔内对SO2吸收过程中，还可以除掉相当部分的NO和NO2，脱硝率可达到40%～50%。

活性炭吸附法是利用了活性炭的吸附性能，SO2首先在吸附塔中被活性炭吸附，然后在解析塔内释放，再去进一步制取硫酸，活性炭再循环利用，脱硫率95%以上。在吸附塔内吸附SO2的同时进行喷氨脱硝，据报道，太钢已运行的活性炭工艺脱硝效率可以达到50%以上。由于活性炭吸附法兼具脱硫、脱硝、脱二恶英、除粉尘的作用，目前是作为全面的、一体化的烧结烟气净化技术在运用。

专门的烟气脱硝技术是选择性催化还原（SCR）法，即还原剂在催化剂作用下，在设定的反应温度范围内，只与NO发生还原反应，从而达到脱硝目的。据报道，台湾中钢公司3台烧结机建设运行了SCR脱硝工艺，采用双效触媒剂，在250～320℃温度范围内，脱硝与分解二恶英效率皆可达到80%以上[5]。

3.3.2 二恶英减排措施

二恶英产生于烧结机台车料层中，在250～450℃的温度区间和氧化气氛条件下,大分子碳与有机氯在铜等重金属离子的催化作用下生成。

减排方法一是从源头控制，即减少氯源，对烧结工艺进行优化，改善混合料的透气性；二是末端治理，由于二恶英绝大部分都以固态形式吸附在微细颗粒上，采用高效除尘技术可减少排放量，静电除尘器净化效率50%左右，袋式除尘器80%～90%；TiO2加紫外光催化分解技术，二恶英去除率可达95%以上，同时还能分解烟气中55%左右的NOX，但该技术投资大，运行成本也高，尚未工业应用；三是协同净化，利用脱硫脱硝技术，可同时脱除一定量的二恶英，如采用半干法脱硫，二恶英减排70%左右；SCR脱硝工艺可以同时催化氧化二恶英，效率达到80%；活性炭净化工艺，二恶英在解析塔内催化裂解，可减排80%以上。

3.3.3 烧结烟气协同净化

经综合比选后，该烧结机机头烟气治理设计采用能综合处理烟粉尘、SO2、NOX及二恶英等有害物质的协同净化工艺——活性炭吸附。

目前太钢有2套活性炭吸附烟气净化装置已建成运行，据了解运行情况良好，各项指标均达到设计目标值，实测SO2、NOX、二恶英外排浓度分别小于50 mg/m3、200 mg/m3、0.2 ng-TEQ/m3，达到《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》（GB28662-2012）表3标准限值。

（1）工艺原理

活性炭吸附工艺主要由吸收、解析、制酸三部分组成。烟气经电除尘后进入吸收塔，SO2在氧气、水蒸汽和氨存在的条件下被氧化为H2SO4和（NH4）2SO4，并被储存在活性炭孔隙内；活性炭吸附层在不同部位还可以捕集大部分粉尘颗粒。吸附饱和后的活性炭在解析塔内通过加热，H2SO4、（NH4）2SO4被还原为SO2释放出来，生成“富硫气体”，输送至制酸工段制取H2SO4；因活性炭中添加催化剂，NOX在解析塔内与氨发生SCR或non-SCR反应，生成N2与H2O；同时在适宜的温度下，二恶英在活性炭内催化剂的作用下裂解为无害物质。活性炭经过冷却恢复吸附性能，循环使用[6]。

（2）系统设置及工艺流程

活性炭吸附工艺主要由烟气系统、吸附系统、解析系统、活性炭输送系统组成，辅助系统有活性炭卸料存贮系统、供氨系统和制酸系统等。

具体工艺流程图详见图1。

4 问题和建议

（1）ORC发电技术的运用，使得环冷机中低温段的热废气得到有效利用，进一步降低了烧结工序能耗，但该技术的核心设备低温发电机组国内处于研发试验阶段，在烧结机上尚无应用实例，需从国外进口，且低温发电效率属于偏低，投资回收期会较长。

（2）活性炭吸附技术最大的优点在于能在一个系统中同时去除SO2、NOX、二恶英，属当前先进、高效的烧结机烟气治理方法，但该装置投资大，系统复杂，可能是将来制约其大规模发展的因素，而且制酸工序将产生少量废水，其中含铅、汞等重金属，必须建造独立的废水处理系统，治理达标后再纳入全厂废水处理站进一步处理。废水处理污泥中含一定量的铅、汞等重金属，应作为危废妥善处置。废活性炭孔隙中填充了大量附有二恶英除尘灰，不可随意处置，应利用高温环境使二恶英分解。副产物硫酸因含较多杂质而品位较低，外售经济效益可能不佳，建议考虑在厂内自行消化。

（3）大型钢铁联合企业大多有焦化，有废氨水产生，将废氨水用于烧结烟气脱硫既可以“以废治废化废为宝”，又可以得到硫铵产品达到“以废产肥”的目的，而且脱硫效率也很高（可达95%以上），同时又具有一定的脱硝效果（30%左右），但硫铵中会含重金属和二恶英，影响其再利用，因此氨法用于烧结烟气脱硫，还需慎重考虑。

（4）烧结烟气工况条件不同于电厂锅炉，NOX的产生情况、浓度水平等也完全不同，污染物成份复杂，易造成SCR催化剂中毒失效，而且除尘后烟气需升温，系统比电厂更加复杂，但脱除效率又要比电厂低得多，故不建议机械地采用SCR等仅适用于电厂脱硝的工艺。除非能开发出新型的还原剂和与之相适应的低温催化剂，不仅解决了NH3的二次污染，并且无需烟气升温，符合节能减排和低碳经济要求。另外提供一个脱硝的思路，即“部分脱硝”，NOX浓度沿风箱/台车方向是变化的，中部偏前位置浓度最高，可只对这部分超标的烟气进行脱硝。这样，系统可大大简化、投资省、运行成本低，脱硝效率也相对提高。

（5）烧结烟气循环技术，是一项很好的节能减排措施，节能主要表现在：烧结烟气平均温度150℃左右，但机尾几个风箱的温度可达300～350℃，并含有较多的氧气，循环烟气中的显热可以得到利用，烟气外排量可减少30%～50%，后续烟气净化设备的运行能耗也可以明显降低，采用该技术后总能耗可下降低5%～15%。污染物减排主要表现在：由于烟气量的明显减少和SO2浓度的富集，脱硫效率将有所提高，SO2得到进一步减排；循环烟气中的二恶英大部分可在烧结机料床上被烧掉，最终排放量最大可以减排60%～70%，这种二恶英减排技术的综合优势是其他任何减排技术(活性炭吸附、催化分解等)无法比拟的。尽管烟气循环会使NOX富集，导致浓度升高约10%左右，但NOX排放总量还是明显减少的。

图1 活性炭吸附净化装置工艺流程图

5 结语

烧结机的节能减排技术近年来取得了突破性进展，通过生产工艺、主体设备、节电技术的革新，以及环冷机余热回收利用技术的进步，烧结工序能耗得到了明显降低，可确保符合清洁生产要求。烧结机头烟气的治理，由原先的单一脱硫，尝试进行多污染物的协同净化，例如活性炭吸附法，但此类方法带来的二次污染不可忽视。烧结烟气循环技术是一项较好的节能减排措施，值得推广运用，对于脱硝开发新型还原剂和催化剂，是未来发展的方向。

[1]肖扬，翁得明.烧结生产技术[M].北京：冶金工业出版社，2013.171-172，175.

[2]王为术等.烧结冷却废气余热回收循环系统设计[J].华北水利水电学院学报，2009，30（6）：67.

[3]吕海滨等.莱钢2×265 m2烧结机节能减排实践[J].山东冶金，2012，34（3）：46.

[4]邱正秋等.攀钢烧结烟气脱硫技术应用现状分析[J].冶金环境保护，2014（3）：37.

[5]李庭寿.烧结烟气综合治理探讨[J].冶金环境保护，2014（3）：7.

[6]廖继勇等.活性炭净化技术在烧结烟气治理领域的应用[J].烧结球团，2012，37（4）：62.

Application of New Technology of Energy Saving and Environment Protection for Sintering Machine

LI Chunling
(Baosteel Engineering&Technology Group Co.Ltd.,Shanghai 201900,China)

Sintering is one of the most important processes in iron and steel enterprises and is also a process of high energy consumption producing great amount of high temperature harmful smokes.In recent years,through technical innovation of sinter process the consumption of electricity,gas and solid fuel has been continuously reducing.Furthermore,with the development of waste heat recovery by circular cooler,energy consumption of the process has been further reduced and the technologies for desulfurization,denitrification and dioxin treatment of sintering flue gas have also made breakthroughs.The main technologies for energy saving and pollution treatment measures are summarized,taking the sintering machine in a domestic steel plant as an example,while some suggestions are provided from the angle of environment protection.

sintering;energy saving;environment protection

TF325.1

B

1006-6764(2015)05-0074-04

2015－02－03

陆春玲（1980－），女，毕业于上海海洋大学，工程师，现从事环境、节能方面的咨询工作以及钢铁行业环保、安全、卫生方面的设计工作。