环保新常态下非对称烟道的单风机生产探索与研究

供稿|路伟，王岳飞

内容导读

为适应环保新常态，烧结机限产30%～40%情况下。邯钢邯宝炼铁厂2 台360 m2烧结机针对目前的环保形势采用一种新的生产工艺。原360 m2烧结机大烟道分为脱硫与非脱硫段烟道非对称性设计工艺，采取选择性脱硫，但随着环保排放标准的提高，要求烧结烟气全处理，非对称烟道结构两烟道内部风量、有害气体及粉尘含量差别较大，制约了现有脱硫工艺的能力发挥，且由于两烟道不对称，单台风机运行无法维持生产。对烟道进行改造，平衡非对称烟道的工艺参数，实现了烧结机的单风机生产操作。

邯宝炼铁厂烧结机烟道原设计采用了非对称结构，随着钢铁行业环保要求的变化，原设计结构已无法满足现有环保设备的工艺要求，非对称烟道结构两侧烟道一侧负责烧结机机头、机尾的抽风，一侧负责机身的抽风，单台风机运行烧结机无法正常生产[1]。活性炭脱硫脱硝投产后，由于其采用两组对称吸附塔模块组分别对应两侧烟道的结构，导致烧结废气内有害含量高的一侧烟道对应的吸附塔模块组负荷大，能力饱和；另一侧负荷小，脱硫脱硝能力无法有效发挥[2]。为解决该问题，采取了一些列设备改造及操作优化，符合环保工艺要求，且能够在减排情况下实现单风机生产操作[3-4]。

原非对称烟道设计缺点及对称性改进

原烟道不适应新的环保要求

原360 m2烧结机采用选择性脱硫方式，为脱硫与非脱硫段非对称双烟道设计，其中一个为脱硫烟道，另一个为非脱硫烟道。烧结过程中产生的烟气，SO2浓度高的部分用风箱收集导入脱硫烟道，使SO2富集于脱硫烟道，经后续脱硫处理后达标排放，而SO2浓度低的部分用风箱收集导入非脱硫烟道直接排放。脱硫烟道SO2富集程度一方面取决于非脱硫烟道的SO2浓度极限值，另一方面还要兼顾两个烟道的烟气流量、温度平衡[4]。

目前我厂采用的活性炭烟气脱硫脱硝（CSCR）技术（以下简称脱硫），两组吸附塔分别对应两组烟道的废气，为保证烟气全处理，采用了对称结构[2]。而原有脱硫与非脱硫烟道设计中，两烟道中废气差别非常大。实际在运行期间，含硫量大的一侧烟道对应的吸附塔模块处于饱和运行状态；另一侧含硫量小的烟道对应的吸附塔模块闲置能力较多。这大大制约了烧结机的产量发挥及进一步提产，为释放烧结机产能，并保证良好的脱硫效果，分别对两台烧结机烟道风箱支管的布置进行改造，消除非对称烟道的影响[3]。

烟道的对称性改进

原烟道的设计特点

原360 m2烧结机烟道设计为双主排抽风系统，一台风机负责对烧结机头、尾部抽风，另一台风机负责对烧结机中部抽风。为优化和平衡两台风机风量，在24 对风箱中设置有6 组风箱支管可在脱硫与非脱硫烟道之间进行切换，用于调节风量。

双烟道风量分配工艺设计特点：如图1 所示，1#烟道为非脱硫烟道，与1#主抽风机匹配，负责1～5、8、21、23、24 风箱（烧结机头、尾部分）烧结抽风，此段烟气内SO2浓度较低；2#烟道为脱硫烟道，与2#主抽风机匹配，负责9、12～19 风箱（烧结机中部）的烧结抽风，此段为高温烧结过程脱硫段，烟气SO2浓度较高；6、7、10、11、20、22 风箱采用交叉布置形式，可同时通向1#、2#烟道，这6 个风箱通过调整阀门的方式分配通向1#、2#烟道的风量，用以平衡双烟道负压与双风机负荷。表1 列出了2 台主抽风机所单独负责的风箱以及能够进行切换的风箱分配关系[4]。

表1 360 m2 烧结机风机及风箱分配表

图1 邯钢邯宝炼铁厂360 m2 烧结脱硫非脱硫烟道分布示意图

如图2 所示，改造前一部分风箱支管结构相互交叉，两侧烟道及2 台主抽风机负责的风箱位置不一致。改造的目的是使两侧风箱与两侧烟道分别连通，另外，在改造过程将短烟道延长，使两侧烟道长度一致[3]。

图2 改造前烟道结构断面示意图

在改造前对烧结机风箱烟气浓度与污染物烟气浓度进行测量，其主要成分组成如表2 所示，由于两侧烟道所负责位置不同，随着烧结过程的进行，烧结废气成分也在不断变化，导致了两侧烟道内废气成分及污染物浓度差别较大。

表2 改造前烟气与污染物浓度数据表

改进后烟气管道分布特点

按环保要求两侧烟道均需进行脱硫，该非对称烟道设计反而使两侧烟道的脱硫设备在不均衡状态下运行，为保证新脱硫设备的正常有效运转，对风箱支管进行改造，改造后1#、2#烟道与风箱支管的对应关系如图3 所示，使两侧结构实现对称。其目的是使风箱支管分别连通1#、2#烟道，去除交叉连通支管使两台主抽风机气流均布，烟气温度、流量、成分等一致。改造后对废气内主要参数分析数据如表3 所示，两烟道基本趋于一致。

表3 改造后烟气与污染物浓度测量数据表

图3 改造后烟道结构断面示意图

改造后，其一，实现了两个烟道的废气成分接近，进而和脱硫系统匹配，而不必对新建脱硫项目进行改动；其二，如出现环保限产，可实现单风机生产，降低电耗；其三，能减少脱硫烟道中废气对机头电除尘器的腐蚀，提高机头电除尘器寿命。

单风机生产方案的设计

调整操作方案

在环保限排的情况下，为最大限度地降低损失，烧结机采用单风机生产模式。在实践中对单风机试生产的操作参数进行了摸索，并结合生产过程中出现的问题采取了相应措施，确定烧结单风机生产预案，满足了邯钢西区3200 m3高炉生产的需求，避免高炉炉料结构大调整。

（1）单风机生产操作按“薄料层、慢机速、机尾烧透”的操作原则，开机过程要注意风量与负压等参数的匹配，尽量采用与双风机生产时接近的负压风量，密切关注烧结过程的温度变化过程，提前调整。

（2）中控操作在原有基础上燃料配比减0.3%，返矿配比按25%左右，开机过程中保证返矿料位不上涨，开机烧结机驱动电机转速330 r/min，上料量500 t/h 以内，混合机控制好水分保证尽快点火，料层厚度550～600 mm 保证料面点火强度。

（3）根据机尾红火层厚度情况调节两侧料层厚度，目标机尾红火层厚度一致；根据生产情况和设备承受能力主抽风门逐步开展；

（4）根据烧结过程烧结终点温度（BTP）、位置、烟道温度等参数，逐步加快机速或提高料层提高上料量，直至和烧结能力匹配。单风机生产根据生产情况和设备承受能力（风机电流控制400 A 以下），主抽风门逐步开至95%。

原燃料条件与结构配比

根据现有熔剂与混匀料堆配矿结构条件下，实行单风机生产工业实验，为了避免烧结矿对高炉的影响，提高烧结矿的碱度基准，由1.95 提高到2.15，一方面有利于高炉增加球团矿、块矿的使用比例，确保高炉物料需求平衡，另一方面有利于改善烧结过程，提升烧结矿质量，另外，由于参与配矿的品种比较少，外矿配比较多，原料粒度较大，透气性较好，便于烧结过程在单风机生产情况下进行操作控制。表4 列出了混匀料主要结构成分。

表4 混匀料配比及成分组成

单风机生产实践

基于单风机与双风机生产过程原料配加比例与混合料性能、操作参数指标与烧结矿性能要求，进行对比研究，如表5，单风机比双风机情况下，返矿配比增加，水分要求加大，并且料层降低，烧结矿碱度提高，其他条件一致。

表5 烧结生产过程主要操作指标参数

以实际生产为例，单风机1#主抽风机运行，2#主抽风机停转，如表6，停机侧2#主抽风机及2#烟道对应19 风箱前的风箱温度基本在100 ℃以下，20 风箱后开始上升，最高达365 ℃左右，而风机运行一侧温度最高为410 ℃左右，并且正常情况下，风机转速960 r/min，风门开度85%左右，料层可达到810 mm 左右，负压水平在-15.8 kPa 左右，点火炉下风箱压力控制在7.5～8.5 kPa，单风机生产风机满负荷开度（1000 r/min，风门100%）情况下，料层厚度达720 mm 左右，负压水平在-9.8 kPa 左右，点火炉下风箱压力控制在4.5～5.2 kPa。

表6 单风机生产情况下1#、2#烟道对应两侧风箱温度情况统计

在实际烧结过程中，由于对烟道风箱支管的改造，除实现双风机生产过程烧结产能的释放，确保脱硫设备的生产效率外，还实现了在环保限产减排模式下的单风机生产，且在单风机生产过程可有效利用脱硫设备的能力。

表7 列举了单双风机生产模式下各10 d 的生产情况平均值，可以发现，在实际生产过程，单风机生产模式，日烧结产量约为正常双风机模式产量的71%，料层厚度在730 mm 左右，转鼓指数由于垂直烧结速度的降低，有所升高，在固体燃耗配比不变情况下，烧结矿FeO 水平有所上升，在烧结过程稳定情况下，返矿水平略有下降。

表7 改造后不同生产模式情况对比

结束语

为适应脱硫工艺以及实现单风机生产，将原有烟道进行改造：取消交叉风箱支管，对支管进行更换及取直，实现支管与烟道对应，保证脱硫设备运行效率；延长风箱烟道，使两侧烟道基本对称，使单风机生产具备条件。单风机生产过程采用有别于双风机生产的操作模式，主要特点是：料层薄、机速慢，稳定增加负载，逐步提高单风机产量。通过生产实践证明，即使在不增加设备的情况下，非对称双烟道烧结机通过改造及改进实现单风机生产也是可行的，且单风机期间实现了稳产高产，保证了高炉炉况的稳定顺行。

经济性分析：若烧结机不具备单风机生产条件，活性炭脱硫设备前还需增设烟气混合装置。通过改造，减少了设备投入及运营费用，预计节约200 万元。且在改造完成后可使每侧烟道单独对应单独的脱硫塔模块，保证了脱硫设备的顺利稳定运行。同时在冬季环保限产30%～40%的情况，可实现单风机生产，利于降低烧结电耗，烧结主抽风机为6500 kW，采暖季限产时间120 d，限产概率按0.5，作 业 率 按0.97 计 算，节 约 电 耗6500×24×120×0.97×0.5=908 万kW·h。