彭坤乾 智 謙,2 李文武

(1.北京首鋼國際工程技術(shù)有限公司燒結(jié)球團(tuán)事業(yè)部，北京 100043；2.北京市冶金三維仿真設(shè)計工程研究中心，北京 100043)

0 引言

近年來，國家為改善大氣環(huán)境質(zhì)量，化解鋼鐵產(chǎn)能過剩，推進(jìn)實施了鋼鐵行業(yè)超低排放技術(shù)改造,同時要求淘汰落后裝備，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級，以促進(jìn)鋼鐵行業(yè)高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展。根據(jù)相關(guān)政策要求，首鋼礦業(yè)公司6臺99 m2燒結(jié)機已不符合國家鋼鐵產(chǎn)業(yè)政策、環(huán)保政策，需要建設(shè)新的大型化燒結(jié)機，實現(xiàn)技術(shù)升級，裝備更新?lián)Q代。

根據(jù)高爐原料需要和淘汰落后產(chǎn)能要求，決定新建一條360 m2燒結(jié)機，淘汰現(xiàn)有的99 m2燒結(jié)機。在設(shè)計過程中，調(diào)研了國內(nèi)外大量燒結(jié)機項目設(shè)計和實施案例，綜合應(yīng)用了一系列新工藝、新技術(shù)、新裝備，貫徹了綠色環(huán)保設(shè)計理念，為實現(xiàn)“碳達(dá)峰”、“碳中和”的目標(biāo)愿景創(chuàng)造了條件。

1 主要燒結(jié)工藝技術(shù)創(chuàng)新

1.1 立式強力混合+圓筒混合工藝

傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝都是通過兩段滾筒混合機來進(jìn)行混合和制粒的，由于圓筒混合機自身的局限性，不能將各種原料和水分進(jìn)行充分混勻，從而影響了混勻料的制粒，進(jìn)而對燒結(jié)過程的透氣性和燒結(jié)成礦產(chǎn)生不利影響[1]。

根據(jù)范曉慧、李強等人的研究，采用強力混合機，混合料中水分、生石灰和核顆粒分布更為均勻，制粒效果得到明顯改善，燒結(jié)料層透氣性、燒結(jié)礦成品率以及轉(zhuǎn)鼓強度都有明顯提高[2]。

本工程采用一混立式強力混合機+二、三混圓筒混合機的混合工藝。采用一臺德國進(jìn)口愛立許R33/70立式強力混合機，混合機外形見圖1?；旌蠙C工作時，壁底部刮板使混合料轉(zhuǎn)向并輸送其至轉(zhuǎn)子區(qū)域，在高速轉(zhuǎn)子區(qū)域進(jìn)行高效的微觀混合，從而也強化了由壁底部刮板形成的宏觀混合。為保護(hù)強力混合機的轉(zhuǎn)子和槳葉，在混合機進(jìn)料口之前設(shè)置了一臺雜物篩，篩除大于50 mm的雜物。

圖1 立式強力混合機

由于燒結(jié)原料中不可避免會混入一些石塊和其他雜物，為保護(hù)強力混合機的轉(zhuǎn)子和槳葉，在混合機進(jìn)料口之前設(shè)置了一臺雜物篩，篩除大于50 mm的雜物。

另外，在進(jìn)料口還設(shè)置了旁通溜槽，當(dāng)強力混合機需要檢修時，可通過旁路直接進(jìn)入二段滾筒混合機，保障燒結(jié)生產(chǎn)線的作業(yè)率。通過對比兩種工況下的混勻效果，經(jīng)過強力混合機后，混勻料適宜水分由8.8%下降至8.2%，混勻料透氣性可由-780 Pa提高至-650 Pa，對于提高料層透氣性效果明顯。

1.2 低負(fù)壓點火工藝

目前國內(nèi)燒結(jié)廠大多采用高負(fù)壓、大風(fēng)量的點火制度，普遍采用厚料層燒結(jié)。

高負(fù)壓點火容易夯實點火段的燒結(jié)混合料層，嚴(yán)重降低混合料的透氣性，增加風(fēng)機電耗。并且高的點火負(fù)壓容易使混合料層不均勻收縮加大，增加燒結(jié)機漏風(fēng)率；提高點火負(fù)壓后，還會增加進(jìn)入點火爐的冷風(fēng)量，達(dá)不到需要的點火溫度和時間。所以點火質(zhì)量尤其是點火負(fù)壓對燒結(jié)礦質(zhì)量影響很大，需要采用合理手段加以控制[3]。

本臺燒結(jié)機共22個風(fēng)箱，燒結(jié)機抽風(fēng)負(fù)壓為16 000 Pa，其中1#～2#風(fēng)箱為點火爐覆蓋區(qū)域。在設(shè)計過程中，在1#～2#風(fēng)箱支管上設(shè)置了低負(fù)壓點火裝置，可靈活調(diào)節(jié)點火負(fù)壓。生產(chǎn)實踐表明，合理的點火負(fù)壓一般為抽風(fēng)負(fù)壓的50%～60%，即6～8 kPa。采用該負(fù)壓點火工藝后，燒結(jié)返礦率可降低1.5%，焦?fàn)t煤氣消耗量降低0.5 m3/t。

1.3 在線換臺車技術(shù)

燒結(jié)機臺車的工作環(huán)境惡劣，溫度變化大，需要更換的頻率高。傳統(tǒng)的臺車更換是在燒結(jié)機主平臺上，將燒結(jié)機物料排空，燒結(jié)機停機，利用頂部天車來更換臺車。這種更換方式耗時長，一般需要2 h以上，對作業(yè)率影響大，嚴(yán)重影響燒結(jié)機產(chǎn)量。

本工程借鑒帶式焙燒機的臺車更換裝置，在燒結(jié)機頭部星輪外側(cè)設(shè)置了一套在線換臺車裝置。

通過訓(xùn)練，整個換臺車時間可控制在5 min以內(nèi)，大幅縮短了臺車更換時間，并且更換過程中無須停機，無須清料，將臺車更換對生產(chǎn)的影響降至最低，有效保障了燒結(jié)機的作業(yè)率，提高了燒結(jié)機產(chǎn)量。

1-頭部星輪；2-臺車；3-換臺車吊具；4-可拆卸外曲軌

1.4 液密封環(huán)冷機

傳統(tǒng)環(huán)冷機密封形式見圖3，動密封為錐面，錐面難以形成平滑、理想的錐面；靜密封為平面，難以形成連續(xù)、光滑的平面，并且密封橡膠損壞快，密封不嚴(yán)，不能適應(yīng)回轉(zhuǎn)框架的跑偏，漏風(fēng)嚴(yán)重，能耗高[4]。

圖3 傳統(tǒng)型環(huán)冷機動靜密封結(jié)構(gòu)

本項目燒結(jié)礦冷卻采用415 m2球團(tuán)式水封環(huán)冷機，密封結(jié)構(gòu)見圖3和圖4。動密封通過水槽中的水進(jìn)行良好的密封，該密封形式密封可靠、漏風(fēng)率低，可控制環(huán)冷機漏風(fēng)率≤5%；可適應(yīng)回轉(zhuǎn)框架的跑偏運動，阻力小，能源消耗少，可減少風(fēng)機裝機容量。本次新建360 m2燒結(jié)機選用10臺環(huán)冷鼓風(fēng)機，每臺風(fēng)量140 000 m3/h，相比老二燒配置的5臺450 000 m3/h環(huán)冷鼓風(fēng)機，總冷卻風(fēng)量降低38%，風(fēng)機總裝機功率由3 550 kW降低到1 600 kW，降低55%。節(jié)能降耗效果十分明顯。

環(huán)冷機液密封示意圖 臺車下回轉(zhuǎn)密封 臺車上部回轉(zhuǎn)密封

1.5 環(huán)冷機階梯余熱利用技術(shù)

由于采用液密封環(huán)冷機，保證了較低的漏風(fēng)率，從而能夠?qū)崿F(xiàn)較高的余熱回收效果。本項目將環(huán)冷機Ⅰ段產(chǎn)生的約375 ℃熱廢氣、Ⅱ段產(chǎn)生的約300 ℃熱廢氣通過余熱鍋爐生產(chǎn)余熱蒸汽，送至現(xiàn)有1×26 MW汽輪發(fā)電機組發(fā)電。Ⅲ段余熱產(chǎn)生的約250 ℃的低溫廢氣，通過管道送至燒結(jié)機上罩，用作熱風(fēng)燒結(jié)，進(jìn)一步提高了余熱利用效率。

2 燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝

煙氣循環(huán)利用的具體實施模式比較多，按照煙氣選取部位來劃分，大體可將燒結(jié)煙氣循環(huán)利用工藝模式分為兩大類—內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)[5]。

本工程通過前期研究，結(jié)合二燒360 m2燒結(jié)機已有的煙氣循環(huán)生產(chǎn)實踐效果，采用了內(nèi)循環(huán)+外循環(huán)+環(huán)冷機熱風(fēng)燒結(jié)的協(xié)同煙氣循環(huán)工藝方案。

2.1 煙氣內(nèi)循環(huán)

燒結(jié)煙氣內(nèi)循環(huán)，是將燒結(jié)機部分風(fēng)箱的煙氣經(jīng)過初步除塵后，由耐熱風(fēng)機送至燒結(jié)機臺車上方的熱風(fēng)罩內(nèi)作為燒結(jié)空氣使用。這里的耐熱風(fēng)機可以作為生產(chǎn)風(fēng)機分擔(dān)一部分主抽風(fēng)機的功能，循環(huán)煙氣在系統(tǒng)內(nèi)部流通，減少了末端煙氣排放量。

首鋼礦業(yè)新建360 m2燒結(jié)采用尾部煙氣循環(huán)模式，利用21#、22#風(fēng)箱循環(huán)煙氣的較高溫度，經(jīng)過多管除塵器+耐熱風(fēng)機將400～450 ℃的熱風(fēng)送入4#～12#風(fēng)箱對應(yīng)的臺車上罩進(jìn)行循環(huán)利用，設(shè)計循環(huán)風(fēng)量45萬m3/h，實現(xiàn)熱風(fēng)燒結(jié)和節(jié)能減排的效果。內(nèi)循環(huán)工作示意圖見圖5。

圖5 內(nèi)循環(huán)工作示意圖

2.2 煙氣外循環(huán)

燒結(jié)煙氣外循環(huán)是將燒結(jié)主抽風(fēng)機出口的一部分煙氣送回?zé)Y(jié)機循環(huán)使用。與內(nèi)循環(huán)相比，外循環(huán)風(fēng)機只起增壓作用，風(fēng)機負(fù)壓低，能耗較少；外循環(huán)煙氣因經(jīng)過主電除塵器，無需再配備除塵器，投資和運行費用相對較低。

首鋼礦業(yè)新建360 m2燒結(jié)將燒結(jié)主抽風(fēng)機出口煙氣經(jīng)過熱風(fēng)管道將160 ℃的熱風(fēng)送入17#～20#風(fēng)箱對應(yīng)的臺車上罩進(jìn)行循環(huán)利用，設(shè)計循環(huán)風(fēng)量20萬m3/h，實現(xiàn)熱風(fēng)燒結(jié)和節(jié)能減排的效果。外循環(huán)工作示意圖見圖6。

圖6 外循環(huán)工作示意圖

2.3 環(huán)冷機熱風(fēng)燒結(jié)

環(huán)冷機Ⅲ段余熱產(chǎn)生的約250 ℃的低溫廢氣通過熱風(fēng)管道送入燒結(jié)機14#～16#風(fēng)箱對應(yīng)的臺車上罩進(jìn)行熱風(fēng)燒結(jié)，有效利用了燒結(jié)礦物理顯熱，實現(xiàn)熱風(fēng)燒結(jié)和節(jié)能減排的效果。環(huán)冷機熱風(fēng)燒結(jié)工作示意圖見圖7。

圖7 環(huán)冷機熱風(fēng)燒結(jié)工作示意圖

通過以上3個熱風(fēng)循環(huán)的協(xié)同作用，熱風(fēng)循環(huán)總煙氣量達(dá)到65萬m3/h，燒結(jié)主抽風(fēng)機工況風(fēng)量為108萬m3/h，2臺主抽風(fēng)機風(fēng)量合計216萬m3/h，燒結(jié)煙氣循環(huán)風(fēng)量達(dá)到30%，有效減少了煙氣處理量，也實現(xiàn)了煙氣余熱的有效利用，極大降低了生產(chǎn)能耗。

3 煙氣綜合治理工藝

燒結(jié)主抽風(fēng)機出口的燒結(jié)煙氣進(jìn)入活性焦脫硫脫硝煙氣治理裝置。

整套裝備主要分為吸附系統(tǒng)，解析再生系統(tǒng)，活性焦循環(huán)輸送系統(tǒng)，煙氣系統(tǒng)和制酸系統(tǒng)。該工藝最大的特點是，集脫硫、脫硝、脫重金屬、脫二噁英、除塵，五位一體，綜合治理，且能夠?qū)崿F(xiàn)副產(chǎn)物的資源化利用。煙氣治理裝置示意圖如圖8所示。

圖8 活性焦煙氣綜合治理裝置

經(jīng)過活性焦煙氣處理系統(tǒng)后，排放煙氣中顆粒物<8 mg/Nm3、SO2<25 mg/Nm3、NOx<40 mg/Nm3，優(yōu)于國家超低排放技術(shù)指標(biāo)。

值得注意的是，在選用內(nèi)循環(huán)+外循環(huán)+環(huán)冷機熱風(fēng)燒結(jié)協(xié)同循環(huán)工藝后，燒結(jié)機煙氣溫度較常規(guī)冷風(fēng)燒結(jié)煙氣溫度有明顯提升，可達(dá)到160 ℃以上，這對活性焦煙氣綜合治理裝置產(chǎn)生了不利影響[6]。因此，在燒結(jié)大煙道和煙氣內(nèi)循環(huán)煙道上各設(shè)置了一套內(nèi)置式余熱鍋爐，將大煙道溫度控制在130 ℃以下，有效保證了脫硫脫硝裝置的順利運行。

4 結(jié)語

1)首鋼礦業(yè)新建360 m2燒結(jié)機采用了一系列新技術(shù)新工藝，如立式強力混合機+圓筒混合機的混合工藝、低負(fù)壓點火技術(shù)、在線換臺車裝置、液密封環(huán)冷機技術(shù)、環(huán)冷機階梯余熱利用技術(shù)等，能夠有效降低燒結(jié)生產(chǎn)能耗，保障生產(chǎn)線的作業(yè)率，提高燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量。

2)本工程采用了煙氣內(nèi)循環(huán)+外循環(huán)+環(huán)冷機熱風(fēng)燒結(jié)協(xié)同循環(huán)工藝，顯著降低了燒結(jié)煙氣處理量，減小了工程投資和生產(chǎn)費用，也提高了余熱利用率，降低了生產(chǎn)能耗。

3)燒結(jié)煙氣處理采用活性焦煙氣綜合治理裝置，排放指標(biāo)能夠達(dá)到超低排放要求。

4)一系列新工藝、新技術(shù)、新裝備的應(yīng)用，貫徹了綠色環(huán)保設(shè)計理念，為實現(xiàn)“碳達(dá)峰”、“碳中和”的目標(biāo)愿景創(chuàng)造了條件。