马钢新建冶金固废挥发窑提锌项目设计与研究

官明徽

(马钢工程技术集团设计研究院 安徽马鞍山 243000)

目前，马钢本部年产铁约1 400万t、产钢约1 500万t，每年约产生钢渣170万t、高炉水渣500万t。

现调研分析100多个固废产尘点，对固废分成六类(包括危险废物)，(总量不含港原处理污矿、转底炉处理固废、二、三铁OG泥)(具体见表1)。

表1 马钢固体废弃物分类表

1 建设规模及内容

在马钢利民固废处置示范基地内新建一条处理能力20万t/a的挥发窑工艺生产线，主要处理瓦斯灰、泥等固体废弃物等，辅助配套设施有固废库房、配料间、供配电站、循环水处理泵房等设施。

2 工艺流程及设计特点

2.1 工艺简介

挥发窑是回收低品位固态含锌物料的最佳工艺，原料中碳燃烧放出大量的热同时产生一定的一氧化碳，在高温下一氧化碳还原原料中以次氧化锌物相存在的锌，使锌还原成锌金属并迅速被气化成锌蒸气，锌蒸汽脱离物料后被过剩的热空气氧化成次氧化锌随着炉气挥发，铁能部分还原，但不能挥发，这样达到分离铁、硅、钙等主要杂质富集锌的目的，挥发窑的还原过程是部分金属氧化物被还原成金属态，高价氧化物被还原成低价氧化物；窑渣中的主要物象是硅酸盐(玻璃体可以低于毒性浸出试验标准)。在挥发窑固化一般固废的同时回收了沸点较低的有价金属是目前比较理想的工艺流程。

而马钢的瓦斯泥、瓦斯灰含碳较高，采用回转窑法处理基本不需另配燃料，含锌平均在10%左右的原料[1]，进入回转窑处理后，原料中的锌等挥发进入烟气中，经过收尘后得到含锌45%以上的次氧化锌烟尘，铁能部分还原，但不能挥发，铁富集在窑渣中，这样达到分离、富集的目的，同时将上述固体废弃物中危害元素固化在渣中，消除环境污染。

总之，采用挥发回转窑—磁选法法处理马钢的瓦斯泥等烟尘，可以充分利用原料中的热能及碳，有效的回收其中的有价金属，减少低含量物料的堆存，提高磁选时铁的回收率，降低磁选的处理量，具有良好的经济效益和环保效益。

2.2 工艺流程

原料准备

马钢生产的固废除尘湿灰、泥等用汽车运输到配料库房内料坑内，用库房内吊车进行倒运，除尘干灰用罐车运输至相应的灰仓旁，然后用气力将灰输送到仓内，减少二次扬尘污染环境；干灰在使用前与湿料进行混合搅拌，主要采用螺旋给料机与双螺旋加湿机配合使用。

配料

将各种收尘烟灰、瓦斯灰、瓦斯泥视发热值情况配入少量的焦粉，保持混合料含水在8～12%，热值在1 500 kcal/t以上，配料仓下设置有圆盘给料机、配料秤等设施，实现精准配料，配合好的料通过胶带机倒运到挥发窑下料管。

还原氧化

物料由窑尾进入挥发窑，物料随挥发窑的转动向窑头运动，经干燥段、预热段、反应段和冷却段，与窑内的热烟气充分接触，逐渐被烟气加热。物料与烟气逆向流动，物料温度逐渐升高，在干燥段和预热段内首先进行水的蒸发，窑内高温反应带温度达到900 ℃至1 100 ℃时[2]，窑内物料发生化学反应，锌等有价金属被一氧化碳还原成锌蒸汽，再被富余的氧气氧化成氧化锌，随烟气一起进入冷却收尘；产生的窑渣从窑头排出，用水冲入渣坑，在由抓斗桥式起重机捞出，通过汽车运到选矿进行再加工。

挥发窑内物料的燃烧采用外鼓空气的方式，燃烧用助燃风机采用罗茨鼓风机，风机风量为6 000 m3/h，升压为100 kPa，采用1用1备。

冷却沉降室

挥发窑产生的含尘烟气先进入沉降室，利用重力沉降使烟气夹带的渣料沉降下来，收集的渣料用热链板机送回配料。

烟气冷却

经过冷却沉降室的废气，除掉部分烟尘后，再进入表面冷却系统，烟气在表面冷却器中要求降温到200 ℃以下，同时部分氧化锌烟尘在重力作用下沉降，聚集在灰仓内，收集的氧化锌烟尘由真空负压输送至氧化锌仓库[3]。

烟气收尘

烟气经过表面冷却器后，温度降到200 ℃以下，烟气随后进入5 000m2布袋除尘器收集氧化性，氧化锌烟尘与烟气得以分离，收集的氧化锌烟尘由真空负压输送至氧化锌仓库。

烟气脱硫

本工程采用石灰-石膏法脱硫工艺，设计采用一炉一塔形式配置一套气动乳化脱硫系统，挥发窑的烟气除尘后由引风机和增压风机送人气动乳化脱硫塔，经脱硫后的烟气通过塔顶烟囱排放。

氧化锌成品收集

在配料仓库边上设置氧化锌成品仓库，表冷器下的氧化锌灰尘、5 000m2布袋除尘器的氧化锌灰尘用罗茨真空泵输送到成品库，库内设置接收系统，旋风除尘+布袋除尘+罗茨真空泵+烟囱排放；氧化锌通过旋风及布袋除尘器下的灰斗来放灰装袋。

2.3 设计特点

挥发窑

挥发窑是比较关键设备，本次设计采用φ4×60 m的挥发窑，正常生产时，主传动转速为0.402 r/min-1.35 r/min左右，砌砖、烘炉、临时停机、检修时采用辅助传动，其转速为8.128 r/h。

挥发窑内砌砖

脱锌挥发窑内的耐材一般寿命为11个月左右，挥发窑窑衬损坏的主要原因是熔体物理渗透、化学侵蚀和机械冲刷。

选择品质优良的内衬、合理的砌窑和烘窑方法为长时间生产打下了良好的基础，但正确使用、优化操作、平稳运行及良好的生产管理对延长挥发窑寿命更为关键，其中又以挂渣操作尤为重要。

窑尾进料端采用钢纤维浇筑料，浇筑料在窑内长度为10 m。

窑身到窑头均采用使用抗侵蚀耐磨砖，同时要求窑内砌砖砖的化学成分Al2O3含量≥70%，体积密度2.9 g/cm2，显气孔率≤18，荷重软化温度为>1 500 ℃。

助燃用风机

燃烧用罗茨鼓风机，风机风量为6 000m3/h，升压为100 kPa，采用1用1备。罗茨鼓风机的特点是结构合理、体积小、升压高、效率高、噪音低、运行平稳、性能优良、使用寿命长、维修简单等。

5 000m2布袋除尘器

因氧化锌烟气分中还含有部分氯离子、SO2及水蒸汽等，氯离子粘附性很强，同时SO2与水结合具有易腐蚀性，必须保证气体温度不能低于露点以下，除在生产操作工程中控制好废气温度，另外考虑整个除尘器的保温，特别是在灰斗处增加辅助加热设施、振动装置及声波清灰器，防止灰斗堵料。

布袋采用耐高温混纺针刺毡滤料(覆膜耐酸型)，PTEF覆膜处理，900 g/m2。

袋龙采用20#φ4有机硅涂层。

脱硫

新建氧化锌4.0 mx60 m回转窑一台，烟气量约为120000 m3/h-150000 m3/h，结合马钢现场的实际情况，选择石灰-石膏法脱硫工艺，以石灰为脱硫剂，配套气动脱硫吸收技术来对烟气中的SO2进行脱除。

石灰-石膏法湿法脱硫工程采用一炉一塔的配置方式，预留副塔基础。脱硫塔采用气动乳化脱硫塔技术，同时配套相应脱硫附属设备及系统，具备较高的自动化程度，能实现长期、稳定、可靠地达标运行，且脱硫效率高，烟气侧实际运行系统阻力小，负荷适应强和可调节范围广，在满足上述前提下，还能最大程度上地减少脱硫系统材料和能源消耗，并合理控制投资规模。

脱硫系统设计参数

脱硫系统设计参加见表2。

给排水设计

冲渣采用浊环水，可利用雨水收集池中的雨水，适当补充一些新水，水质无特殊要求，循环量约200 t/h。

表2 脱硫系统设计参数

净循环水主要用在设备冷却上，循环量约为180 t/h左右。

初期雨排水进入收集池收集，并作为冲渣池补充用水。

生活用水考虑到环保要求采用一体化处理设施进行处理后再排放。

整个生产区域除生活用水处理后外排外，其它零外排。

3 结语

目前该项目正在利民固废工业园区加紧建设中，主体结构及厂房目前已施工完毕，正进行大型设备的安装阶段。