绿色烧结粗烟气调温稳压降尘实践

廖海欧 方 伟 姜 曦

1.前言

现代大型化烧结生产中，燃烧产生的粗烟气中含有大量的金属、金属氧化物、燃烧不完全的燃料粉尘颗粒，以及燃烧产生的氯化氢（HCL）、硫氧化物（SOX）、氮氧化物（NOX）等。烟气温度最高450℃左右、最低90℃左右。生产过程中的各种波动，表现为烟气系统的压力波动、温度波动，造成电除尘不达标。

随着绿色生产标准不断升级，国家实施超净排放新标准，要求粉尘浓度小于10mg/Nm3, NOX浓度小于50mg/Nm3, SO2浓度小于35mg/Nm3。因此，烧结烟气处理由单一的短流程电除尘装置收尘，升级为长流程的电除尘+脱硫+布袋除尘器+脱硝处置。

然而，烟气系统较大的压力、温度波动以及大颗粒金属粉尘，都给电除尘整个系统高效稳定运行带来极大影响，在实际生产中难以实现烟气除尘粉尘浓度小于10mg/Nm3的目标。烟气中较多的金属颗粒尘，给主风机及其他风机叶轮及壳体造成较大的磨损，温度的波动更不利于脱硫、脱硝的稳定高效运行。

2.绿色烧结生产现状

马钢某大型烧结机为了满足烧结烟气超净排放的需求，对烟气长流程处理进行了技术改造。为保障烟气处理系统的电除尘、脱硫、脱硝工艺稳定高效运行，技改设计要求电除尘入口烟气温度稳定在150℃±5℃，烟气压力稳定在-15 KPa±0.5KPa, 电除尘后粉尘浓度小于30mg/Nm3。由于烧结生产传统工艺未变，产出的粗烟气与超净排放烟气净化处理的技术要求不匹配，生产的电耗、能耗居高不下，无法达到预期目标。

2.1 烟气压力波动较大

由于电除尘入口压力最大值-10.5 Kpa，最小值-17.5 Kpa，压力满足生产工艺控制目标-14.5KPa～-15.5 KPa范围仅有26.3%。压力波动主要是兑冷风阀的开启，也是直接导致烧结矿产品质量下降、成品率降低的原因。

2.2 烟气温度波动较大

电除尘入孔温度最大值为170 ℃，最小值85 ℃，温度满足生产工艺控制目标145℃～155 ℃范围仅有36.3%。烧结生产烟气温度波动是由于其工艺特点，难以避免，只有依靠兑冷风来保护除尘设备。所带来的不利影响有：

①系统压力波动直接影响产品质量；

②烟气含氧量增加，不符合绿色生产要求；

③脱硫脱硝系统的烟气处理量增加，降低了效率；

④主风机及脱硫脱硝增压风机的负荷及电耗增加。

2.3 电除尘粉尘入口浓度严重超量

大量的金属、金属氧化物及燃烧不完全燃料粉尘颗粒进入电除尘器，粉尘的收集每天高达15000㎏，烟气粉尘浓度高达120mg/Nm3。带来的不利影响有：

①电除尘器超负荷工作，导致维护检修量增加，生产作业率低；

②主风机磨损加剧，检修量增加，导致设备维护量及修理费增加；

③脱硫系统再生危废量增加了约4倍多；

④循环利用的粉尘回收率大幅减少。

在绿色烧结生产的新背景下，首先需要将烧结生产粗烟气中的金属、金属氧化物及燃烧不完全的燃料粉尘中毫米级颗粒物粉尘，采用机械除尘器收集和预收集直接循环利用；再将半净化粗烟气引入电除尘，通过电场收集毫米级以下粉尘颗粒，以提升电除尘效率。同时，集成智能控制技术开发的新预处理装置，可以完成对粗烟气的调温、稳压、降尘，满足绿色烧结生产的需求。

3.绿色烧结长流程生产工艺再升级

绿色烧结需要解决以上问题，唯一的办法是对烧结生产粗烟气进行调温、稳压、降尘预处理进行研究，将有效技术路径由现在的流程（电除尘+脱硫脱硝）再次升级为烧结烟气超净排长流程的生产工艺，即：大烟道+调温稳压降尘预处理装置+电除尘+主风机+脱硫+脱硝。

3.1 工艺升级的先决条件

调温稳压降尘预处理装置的关键是杜绝系统兑冷风，这可以大大提升烧结生产的稳定性，提高烧结矿产品质量，降低返粉，提高产量，降低生产空气消耗，减少固体燃料消耗及主抽风机电耗，减少脱硫、脱硝的烟气处理量。同时，也可以降低电除尘入口浓度，解决粗烟气粉尘浓度高的问题，提升降尘效率。

3.2 预处理装置升级的关键环节

优化前置粗烟气预处理装置，可以协同完成调温稳压降尘三大功能，提升电除尘效率。

预处理装置采用箱型结构，最大限度利用有限占地，增大箱体的容积。前置预处理装置结构充分契合进、出气管上下布置，满足烧结烟气出口与电除尘烟气进口高度差的要求，减少2个900弯头的压力损失。这样的箱型结构，装置压力阻损不大于200Pa，不影响主工艺生产风机的运行。

预处理装置采用二级隔板上下对称，与进、出气管布置上下对应，保障了气流三次改变方向，以实现金属、金属氧化物、及燃烧不完全的燃料粉尘、毫米级颗粒充分沉降收集。

4.调温稳压降尘预处理装置结构形式

4.1 粗烟气预处理装置的结构特点

粗烟气预处理装置采用间掺兑冷风式温度控制调节设计，分别在调节箱两侧开口，并固定连接烟气输入管和烟气输出管，间掺兑冷风式箱体采用垂直烟气输入管和烟气输出管；另外两侧下部设置调节风门，通过调节箱体增加间掺兑冷风，杜绝直接冷风掺兑量，避免冷风对系统烟气产生强力扰动。同时，稳定烟气输送管道及系统的压力，且烟气输出管在箱壁的位置要高于烟气输入管，以实现高温烟气由下至上的流动通道，充分协同生产系统与烟气净化系统的匹配，保障整个生产系统的压力稳定。

4.2 预处理装置的关键技术

为更好地通过间接兑冷风实现稳温调节，装置采用空气自对流换热隔板，二级隔板上下对称，与进、出气管上下对应布置，充分发挥机械式隔板的收尘效率，完成毫米级颗粒沉降收集。兑入的空气从下部气孔进入，根据进入电除尘烟气目标温度来调节入口空气量，以保障气流双S路径四次改变方向，

优化前置预处理装置隔板高度为管道直径的5倍，这样可以不增加占地。间接兑冷风隔板装置的计算设计容积与粗烟气量相匹配，可同时满足稳压稳温协同的需求。

5.间接兑冷风调温隔板结构及联动方式

5.1 自流式空气热交换隔板

隔板在降尘稳压调温箱体内等间距分布，使整个热交换过程均匀交接，进一步避免冷风对烟气产生强力的扰动，以稳定烟气输送管道的压力。

隔板的前、后内壁之间有呈“W”形的导流板连接，可防止大气在箱体内迂回式扰动，提高大气的流速，同时起到加强筋的作用，增强了降尘稳压调温箱体的机械强度。前、后外壁均有换热片连接，以提高生产粗烟气与降尘稳压调温箱体内间接掺兑冷空气的热交换面积。

左右两个自流式空气热交换隔板中，左隔板顶端和右隔板底端均有耐磨套固定连接，以提高隔板的使用寿命，颗粒粉尘收集斗的底部有排灰阀连接。

5.2 空气进气管

空气进气的管口安装有可调式风门，可根据生产粗烟气的温度调节风门大小，调节间掺兑冷风量。

5.3 风门

风门包括百叶片和电动推杆，百叶片自上而下均匀分布多个。百叶片的两端通过销轴与空气进气管口的左沿、右沿转动连接。电动推杆连接在进气管口外侧面，一端伸缩杆与摇臂转动连接，另一端摇臂与百叶片的销轴连接，通过控制电动推杆即可实现调节间掺兑冷风量的大小，无需人工实地调节，提高了操作的自动化和方便性。

5.4 换热片和导流板

换热片和导流板均匀分布，以提高热交换的均匀稳定性。

5.5 风门的联动方式及应用范围

当进口烟气温度高于或低于出口的目标温度时，左侧的可调式风门打开或关闭；当出口烟气温度高于或低于出口的目标温度时，右侧的可调式风门打开或关闭。

该结构的形式应用于冶金生产炼钢、烧结、球铁、转底炉、废钢加热等高温烟气系统的调节，通过自流式空气热交换隔板内自对流的冷风对烟气降温，较理想的实现间接式掺兑冷风。

6.智能调温控制模型

稳温调节智能控制模型包括：烟气温度监测单元、位于箱体两端的进气风门以及用于控制风门开度的定位控制单元。通过合理的调节控制模型设计，实现精准、联动以及差值延迟的调节方式保持箱体热交换，实现自对流箱体稳温系统自动调节，解决传统的直接掺冷风降温调节缺陷，满足生产系统烟气温度稳定调节需求。

6.1 烟气温度监测单元

包括箱体外分别位于烟道进出口位置的两组温度传感器。烟道外部还设有用于对两组温度传感器进行吹扫的管路，并分别有并联分布的电磁阀和旁通阀控制通断。

6.2 稳温调节控制主要控制单元

包括烟气温度监测单元、DCS控制单元。检测烟道内的烟气实际温度，根据实际温度与标准温度值的差值的正负或大小，确定进气风门的开闭状态。根据实际温度与标准温度值的差值的大小确定并控制进气风门开度大小。烟气温度监测单元采用两组温度传感器对烟气进行实时测量，经DCS控制系统取平均值后得出烟气实际温度T1。烟气温度监测单元有吹扫装置定期吹扫。

6.3 温度调节控制逻辑

DCS控制系统计算烟气实际温度T1与标准温度T的差值ΔT，风门开度和环境温度的关系存在一个@系数：@=1+（25+环境温度t）/100。当ΔT为正值时，进气风门的开度自动调节按以下规则进行：

0℃＜ΔT＜3℃时，进气风门开始关闭，触发延时信号，等待90～150s后直至全关；

3℃≤ΔT＜5℃时，调节进气风门开度至@*30%±5%后，反馈信号至DCS控制系统，DCS控制系统发出进气风门停止信号，进气风门停止动作；

5℃≤ΔT≤8℃时，进气风门的开度至@*60%±5%后，反馈信号至DCS控制系统，DCS控制系统发出进气风门停止信号，进气风门停止动作；

ΔT ＞8℃以上时，进气风门的开度至100%后，反馈信号至DCS控制系统，DCS控制系统发出进气风门停止信号，进气风门停止动作。

当ΔT为非正值时，进气风门的开度自动调节按照以下规则进行：

-2℃＜ΔT＜0℃时，进气风门开始关闭，触发延时信号，等待90～150s后直至全关；

-2℃≤ΔT≤-5℃时，调节进气风门开度至@*50%±5%后，反馈信号至DCS控制系统，DCS控制系统发出进气风门停止信号，进气风门停止动作；

ΔT＜-5℃时，调节进气风门开度至0%后，反馈信号至DCS控制系统，DCS控制系统发出进气风门停止信号，进气风门停止动作；

ΔT=0时，进气风门状态保持不动。

以上所述标准温度T为100℃～200℃。

7.绿色烧结烟气预处理技术优势

当前绿色烧结生产存在许多不足，还需要应用系统的思维方式进行技术创新，不能单独针对节能降耗、电除尘达标、脱硫脱硝进行升级，只有以全系统高效协同为切入点，才能取得事半功倍的效果。隔板式间接兑冷风调温的方式，不仅实现了烟气温度的调节，同时稳定了系统压力，且隔板式结构又实现了机械收尘功能，可谓一举多得。

绿色冶金生产要实现超低排放的新目标，从现有技术发展的现状来创新当前烟气处理的短流程工艺，增加机械式烟气预处理装置是较为简单实用的解决方案。

创新的绿色烧结生产粗烟气双隔板结构预处理装置具有以下优势：

优势一：解决现有传统烧结产线改造空间局促的难题，无缝契合现有烧结生产线的传统标准形式。

优势二：解决电除尘烟气入口浓度不可控的难题，双隔板上下对称布置，结构与进、出气管布置上下对应，保障气流S形三次改变方向，形成机械式粉尘高效沉降收集，协同提升电除尘效率。

优势三：解决高效脱硫脱硝烟气温度波动的难题，双隔板布置结构协同出入口烟气温度差值延迟，自动调节方式，提升了自对流箱体稳温系统调节命中率。

优势四：解决直接兑冷风的传统调节工艺而造成系统压力波动大，导致烧结矿产品质量下降、成品率降低的难题。

优势五：使脱硫系统再生危废量减少了四分之三。

优势六：使主风机及脱硫脱硝增压风机负荷及电耗降低。

优势七：使排放烟气含氧量降低。

优势八：调温产生的洁净热空气可用于热风烧结、生球烘干等各种余热利用场景。

预处理装置的容积要尽可能大，以充分发挥装置缓冲、混匀、稳定烟气的功能。这样就可以协同稳定生产主工艺系统，杜绝掺冷风阀，进一步提升生产系统、工艺参数、操作调整及产品质量的稳定性。

8.结论

根据绿色冶金生产烟气高标准超低排放的新要求，粗烟气的预处理是当今工程应用的简洁路径，冶金前生产工序每个阶段产生的大量烟气，如炼钢烟气、废钢加热烟气、高炉烟气、焦化烟气、烧结烟气、球团烟气、原料烘干烟气、脱锌烟气等，采用灵活布置隔板间接兑冷风方式，以满足各种生产烟气调温、降温、收粉、收锌等功能需求。

针对炼钢、废钢加热、高炉、烧结、球团、转底炉等各个生产线不同的烟气成分及生产工艺的特点，可研究“量身定制”开发系列预处理装置，同时进一步拓展具体的工程应用方法，应用现代成熟技术，如降温冷却热量交换可选取风冷、水冷、油冷等不同介质进行热能回收应用。可以预计，随着未来钢铁产业的绿色升级，此项技术会有更加广阔的应用前景。

参考文献略