烧结工序绿色烧结技术应用

刘     磊    魏     尧    和      冰    张      申

(唐山钢铁集团有限责任公司)

摘要 为达到“碳达峰、碳中和”的环保目标，钢铁行业需要正视节能减排，烧结工序作为钢铁行业污染物排放 大户，亟需解决污染物排放问题。从烧结工序的源头减排、过程控制、末端治理三个方面，研究了污染物排放 规律，实施了相应的有效措施。2021年全年，烧结作业区总排放出口粉尘、SO₂、NOx在线监测浓度数据分别 低于5mg/m³ 、15mg/m³ 、30mg/m³, 符合政府超低排放的要求，取得了良好的效果。

关键词  烧结 源头减排  过程控制  末端治理

0  引言

2019年1月，河北省环境保护厅发布实施钢 铁企业烧结球团工序粉尘、SO₂ 、NOx 在线监测浓 度数据不得高于10mg/m³ 、35mg/m³ 、50mg/m³    的排放标准；2019年8月，生态环境部印发了《关于加强重污染天气应对夯实应急减排措施的指导 意见》,对钢铁、焦化、铸造、玻璃、石化等15 个行业明确了绩效分级(A、B、C、D)指标以及差异化应急减排措施；2020年9月，中国在联合国大会上向世界宣布了2030年前实现碳达峰、 2060年前实现碳中和的目标。为响应国家环保政 策的号召，公司新设计并已投产的两台360 m² 烧结机，采用了目前国内最先进的绿色烧结技术助力公司超低排放，烧结生产近一年多来，各项排放与节能指标均达到了业内先进水平。笔者从源头减排、过程控制、末端治理三个方面进行了介绍，以供同行之间交流学习。

1.1  物料运输流程清洁化

港口物料需经皮带通廊运输至封闭料库，其他铁矿物料利用氢能源重型卡车运至矿石卡车槽，在经封闭皮带通廊运至封闭料库。熔剂料用氢能源重型卡车运至熔剂卡车槽后，经皮带通廊运至熔剂贮仓。封闭料库物料用半门式取料机取料，料库上部设计雾化装置，降低粉尘外溢，物料经皮带通廊运输至混匀配料槽，而熔剂通过贮仓底部皮带运至混匀配料槽，配料圆盘按照预先计算的配比进行下料，经过全封闭皮带运  输至混匀料场，采用定终点，变起点的堆料方式进行堆料，再经料场混取料机、皮带通廊运 送至烧结作业区配料系统。物料采用全程封闭运输，同时皮带关键卸料点以及仓顶都设有除尘系统，除尘灰利用吸排罐车运至混匀配料槽除尘灰仓，实现了物料清洁循环利用。与此同时，公司还是全国第 一 家利用氢能源重型卡车运输 铁前物料的企业，真正实现了物料运输过程的绿色清洁化。

1.2  烧结工序粉料处理封闭化

粉料气力输送主要包括烧结系统除尘灰气力 输送和生石灰气力打灰上料。除碱金属含量较高的  烧结机机头3、4电场除尘灰进行单独处理外，配 料室仓上和仓下除尘、混合制粒除尘、成品筛分 除尘、机尾除尘、机头1电场和2电场除尘，这  些系统产生的除尘灰以压缩空气为动力，利用管 道气力输送至烧结配料室除尘灰仓进行单独配加。 为安全起见，燃破除尘系统除尘灰以氮气作为气  力输送介质运至焦灰仓，再经密闭皮带通廊运至  烧结配料室焦粉仓。而 N0.5、NO.6、NO.7、NO.8  烧结矿转运站、1#—10#成品仓、矿石受料槽等  这些布袋除尘器，利用吸排罐车进行周期性排灰， 之后再通过管道输送的形式配加至原料仓中参与  预配料。生石灰通过大型封闭罐车运输至烧结配  料室，再通过管道进行气力打灰上料。

1.3  配料室密封改造粉尘防溢化

针对配料室粉尘浓度大的情况，在烧结作业 区对配料区域进行了密封改造，利用铁板制作成 密封罩子，置于配料室皮带秤上方防止粉尘外溢，同时密封罩上方开设一小门孔方便岗位作业。皮带秤密封罩外再制作尺寸更大的密封罩，把皮带 秤整个包围在里面，同时开设一平开门便于岗位作业，这样就形成了配料室下料过程的双密封机制，使粉尘外溢量进一步降低，同时配料秤上方设置集尘罩，而收集的粉尘通过气力输送方式重新回到烧结配料室除尘灰仓。

2 过程控制

2.1 提高混合料温

在烧结生产中，烧结混合料温是影响烧结生产的重要因素之一。点火前的料温如过低，水汽就会从料层中冷凝析出，低于露点温度(约60~65 ℃)时就会在下部凝结成水，形成过湿带，过湿带的 形成和增厚会使料层阻力大幅增加，使料层透气 性变坏，降低垂直烧结速度，烧结利用系数下降，固体燃料单耗上升，还会导致烧结矿产量和质量 的波动[12]。混合料温度大于65℃时，过湿层基本 消失。混合料的热量来源主要有两方面，一是生石灰消化过程放热；二是外部供热。外部供热切 入点主要是一次和二次混合工序，以及混合料槽。一次混合机加水方式有配加污泥浆液(炼钢污泥)和厂内循环水，利用公司管网蒸汽和脱硫脱硝系统外排蒸汽预热污泥和循环水，而二次混合机根 据混合料水分大小来控制热水添加量，以此来提高混合料温。混合料槽增加蒸汽预热装置，采取环形布置，多点喷射多点控制的方式调控蒸汽流 量。通过采用以上措施，目前在布料圆辊取料测得混合料温度可达到60 ℃以上。

2.2  料面喷洒蒸汽

有资料表明3],在烧结料面喷吹水蒸气，使 其参与烧结过程的燃烧反应，可以有效降低烧结 烟气中残余的 CO,  同时改善烧结料层的传热机制，利于烧结料层上部的热量传递和蓄积到烧结高温区，进而改善烧结料层温度场分布，有效抑制NOx和二噁英的生成与排放。同时，料面喷吹 适宜的蒸汽可起到CO 减排和改善烧结矿质量的 效果4]。烧结作业区在4—7号风箱位置台车料面上方喷水蒸汽，设备可拆卸，采用密集布置，多 点喷射的方式进行，与烟气循环系统相结合，有利于降低固体燃耗和改善烧结矿质量。

2.3  烟气循环

烧结烟气循环是把烧结过程中产生的废气循 环至烧结料面上进行再利用的过程。采用烟气循 环方式为内循环，该方式具有很多优点：(1)能够 利用烧结废气热量，降低烧结过程中的固体燃耗； (2)废气循环能够降低烟气中粉尘浓度含量，降低 后续除尘系统的压力；(3)改善烧结料层温度分布， 有利于烧结过程中液相的充分形成，从而提高烧 结矿产质量；(4)烧结烟气循环能够降低通往脱 硫脱硝系统的烟气量，提高系统的脱出效率。

公司360 m² 烧结机采用双主抽风机双烟道 布置， 一共设置22个风箱。烧结机南北两侧 各配备1台循环风机，同时每台循环风机前配 备1台高温多管除尘系统，用于降低循环烟气 中粉尘浓度。烧结机的机头和机尾烟气中SO₂   浓度低，中部烟气中SO₂ 浓 度 高 。NOx 浓度在 点火之后开始迅速上升，在烧结过程中始终处 于较高水平，波动较小无明显峰值，直到烧结 终点后NOx 浓度才开始迅速下降9]。根据烧结 烟气中 CO 、O₂ 、NOx 、SO₂ 气体含量在烧结生 产过程中的分布规律，同时考虑到后续脱硫脱  硝系统脱除效率，选取4 — 7号、20 — 22号共 七个风箱烟气进行循环，在8—19号风箱位置 料面上方安装密封罩。环冷三段的烟气温度为 150～250 ℃,且具有灰尘少、风量足、氧气含  量高的特点，其利用方式有两种： 一是采用与循 环烟气混合，能够提高循环烟气含氧量和温度； 二是引至多管除尘器进行除尘，再由风机送至  点火炉用作点火炉助燃风和保温使用，同时又 不影响高温区余热回收。循环风机前主管道上 设置冷风阀，根据仪表显示循环烟气含氧量来 调节开度，以保证料面氧含量大于18%。循环 烟气氧含量控制在18%以上，既有利于烧结矿 转鼓强度的提高，又有助于保持或增加烧结矿产量0。密封烟罩上方支管管道设置泄压阀门，防止密封罩内正压造成烟气外溢。其中，循环 风机风量可达到5500m³/min,   根据烧结烟气量 计算，烟气循环效率约为18%~23%。

2.4  环冷水密封技术

环形冷却机有效面积415 m²,   处理能力达 730~850 t/h,采用上部、下部水密封技术，漏风 率≤5%,冷却风机通过传统的大风箱进行供风， 可以降低风阻，提高冷却效率。因环冷水密封技 术的实施，能够减少粉尘外溢，同时冷却风与热 矿进行充分的热交换，从而提高了余热烟罩热 风温度，提高了余热发电量。其中，公司两台360m²烧结机配置两台余热锅炉和一台22 MW 余热汽轮机组发电设备，2021年吨矿平均发电量 为18.44 kW·h/t,1—12      月份吨矿余热发电量如

2.5  环保筛分技术

成品筛分室共设计3个筛分系列，每个系列由 2台环保型悬臂振动筛垂直串联组成，每条生产  线对应1个系列，2工1备，三个筛分系列均密封  状态进行筛分。各烧结系统冷却后的烧结矿经车 式三通分料器通过三条皮带机供至3个筛分系列， 一次筛分机筛上为10 ～20 mm粒级和大于20 mm  粒度的成品矿，筛下粒度≤10 mm 进入二次筛， >10～20   mm粒级经铺底料皮带机输送至烧结机 作为铺底料使用。经二次筛分后，分出≤5mm、  >5~10 mm 粒级成品矿，其中≤5mm 粒级作为冷  返矿经各自系统的皮带机分别运至配料室返矿矿  仓参加配料，>5~10 mm 粒级作为小成品矿与> 10 mm粒级合并经各自成品皮带输送至高炉。筛  分效率要求≥85%,烧结矿中小于5mm 级别含量 ≤5%。现场情况如图4所示。