廖海歐 方 偉 姜 曦

1.前言

現(xiàn)代大型化燒結(jié)生產(chǎn)中，燃燒產(chǎn)生的粗煙氣中含有大量的金屬、金屬氧化物、燃燒不完全的燃料粉塵顆粒，以及燃燒產(chǎn)生的氯化氫（HCL）、硫氧化物（SOX）、氮氧化物（NOX）等。煙氣溫度最高450℃左右、最低90℃左右。生產(chǎn)過程中的各種波動，表現(xiàn)為煙氣系統(tǒng)的壓力波動、溫度波動，造成電除塵不達(dá)標(biāo)。

隨著綠色生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)不斷升級，國家實施超凈排放新標(biāo)準(zhǔn)，要求粉塵濃度小于10mg/Nm3, NOX濃度小于50mg/Nm3, SO2濃度小于35mg/Nm3。因此，燒結(jié)煙氣處理由單一的短流程電除塵裝置收塵，升級為長流程的電除塵+脫硫+布袋除塵器+脫硝處置。

然而，煙氣系統(tǒng)較大的壓力、溫度波動以及大顆粒金屬粉塵，都給電除塵整個系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行帶來極大影響，在實際生產(chǎn)中難以實現(xiàn)煙氣除塵粉塵濃度小于10mg/Nm3的目標(biāo)。煙氣中較多的金屬顆粒塵，給主風(fēng)機及其他風(fēng)機葉輪及殼體造成較大的磨損，溫度的波動更不利于脫硫、脫硝的穩(wěn)定高效運行。

2.綠色燒結(jié)生產(chǎn)現(xiàn)狀

馬鋼某大型燒結(jié)機為了滿足燒結(jié)煙氣超凈排放的需求，對煙氣長流程處理進(jìn)行了技術(shù)改造。為保障煙氣處理系統(tǒng)的電除塵、脫硫、脫硝工藝穩(wěn)定高效運行，技改設(shè)計要求電除塵入口煙氣溫度穩(wěn)定在150℃±5℃，煙氣壓力穩(wěn)定在-15 KPa±0.5KPa, 電除塵后粉塵濃度小于30mg/Nm3。由于燒結(jié)生產(chǎn)傳統(tǒng)工藝未變，產(chǎn)出的粗煙氣與超凈排放煙氣凈化處理的技術(shù)要求不匹配，生產(chǎn)的電耗、能耗居高不下，無法達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

2.1 煙氣壓力波動較大

由于電除塵入口壓力最大值-10.5 Kpa，最小值-17.5 Kpa，壓力滿足生產(chǎn)工藝控制目標(biāo)-14.5KPa～-15.5 KPa范圍僅有26.3%。壓力波動主要是兌冷風(fēng)閥的開啟，也是直接導(dǎo)致燒結(jié)礦產(chǎn)品質(zhì)量下降、成品率降低的原因。

2.2 煙氣溫度波動較大

電除塵入孔溫度最大值為170 ℃，最小值85 ℃，溫度滿足生產(chǎn)工藝控制目標(biāo)145℃～155 ℃范圍僅有36.3%。燒結(jié)生產(chǎn)煙氣溫度波動是由于其工藝特點，難以避免，只有依靠兌冷風(fēng)來保護除塵設(shè)備。所帶來的不利影響有：

①系統(tǒng)壓力波動直接影響產(chǎn)品質(zhì)量；

②煙氣含氧量增加，不符合綠色生產(chǎn)要求；

③脫硫脫硝系統(tǒng)的煙氣處理量增加，降低了效率；

④主風(fēng)機及脫硫脫硝增壓風(fēng)機的負(fù)荷及電耗增加。

2.3 電除塵粉塵入口濃度嚴(yán)重超量

大量的金屬、金屬氧化物及燃燒不完全燃料粉塵顆粒進(jìn)入電除塵器，粉塵的收集每天高達(dá)15000㎏，煙氣粉塵濃度高達(dá)120mg/Nm3。帶來的不利影響有：

①電除塵器超負(fù)荷工作，導(dǎo)致維護檢修量增加，生產(chǎn)作業(yè)率低；

②主風(fēng)機磨損加劇，檢修量增加，導(dǎo)致設(shè)備維護量及修理費增加；

③脫硫系統(tǒng)再生危廢量增加了約4倍多；

④循環(huán)利用的粉塵回收率大幅減少。

在綠色燒結(jié)生產(chǎn)的新背景下，首先需要將燒結(jié)生產(chǎn)粗煙氣中的金屬、金屬氧化物及燃燒不完全的燃料粉塵中毫米級顆粒物粉塵，采用機械除塵器收集和預(yù)收集直接循環(huán)利用；再將半凈化粗煙氣引入電除塵，通過電場收集毫米級以下粉塵顆粒，以提升電除塵效率。同時，集成智能控制技術(shù)開發(fā)的新預(yù)處理裝置，可以完成對粗煙氣的調(diào)溫、穩(wěn)壓、降塵，滿足綠色燒結(jié)生產(chǎn)的需求。

3.綠色燒結(jié)長流程生產(chǎn)工藝再升級

綠色燒結(jié)需要解決以上問題，唯一的辦法是對燒結(jié)生產(chǎn)粗煙氣進(jìn)行調(diào)溫、穩(wěn)壓、降塵預(yù)處理進(jìn)行研究，將有效技術(shù)路徑由現(xiàn)在的流程（電除塵+脫硫脫硝）再次升級為燒結(jié)煙氣超凈排長流程的生產(chǎn)工藝，即：大煙道+調(diào)溫穩(wěn)壓降塵預(yù)處理裝置+電除塵+主風(fēng)機+脫硫+脫硝。

3.1 工藝升級的先決條件

調(diào)溫穩(wěn)壓降塵預(yù)處理裝置的關(guān)鍵是杜絕系統(tǒng)兌冷風(fēng)，這可以大大提升燒結(jié)生產(chǎn)的穩(wěn)定性，提高燒結(jié)礦產(chǎn)品質(zhì)量，降低返粉，提高產(chǎn)量，降低生產(chǎn)空氣消耗，減少固體燃料消耗及主抽風(fēng)機電耗，減少脫硫、脫硝的煙氣處理量。同時，也可以降低電除塵入口濃度，解決粗煙氣粉塵濃度高的問題，提升降塵效率。

3.2 預(yù)處理裝置升級的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

優(yōu)化前置粗煙氣預(yù)處理裝置，可以協(xié)同完成調(diào)溫穩(wěn)壓降塵三大功能，提升電除塵效率。

預(yù)處理裝置采用箱型結(jié)構(gòu)，最大限度利用有限占地，增大箱體的容積。前置預(yù)處理裝置結(jié)構(gòu)充分契合進(jìn)、出氣管上下布置，滿足燒結(jié)煙氣出口與電除塵煙氣進(jìn)口高度差的要求，減少2個900彎頭的壓力損失。這樣的箱型結(jié)構(gòu)，裝置壓力阻損不大于200Pa，不影響主工藝生產(chǎn)風(fēng)機的運行。

預(yù)處理裝置采用二級隔板上下對稱，與進(jìn)、出氣管布置上下對應(yīng)，保障了氣流三次改變方向，以實現(xiàn)金屬、金屬氧化物、及燃燒不完全的燃料粉塵、毫米級顆粒充分沉降收集。

4.調(diào)溫穩(wěn)壓降塵預(yù)處理裝置結(jié)構(gòu)形式

4.1 粗煙氣預(yù)處理裝置的結(jié)構(gòu)特點

粗煙氣預(yù)處理裝置采用間摻兌冷風(fēng)式溫度控制調(diào)節(jié)設(shè)計，分別在調(diào)節(jié)箱兩側(cè)開口，并固定連接煙氣輸入管和煙氣輸出管，間摻兌冷風(fēng)式箱體采用垂直煙氣輸入管和煙氣輸出管；另外兩側(cè)下部設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)門，通過調(diào)節(jié)箱體增加間摻兌冷風(fēng)，杜絕直接冷風(fēng)摻兌量，避免冷風(fēng)對系統(tǒng)煙氣產(chǎn)生強力擾動。同時，穩(wěn)定煙氣輸送管道及系統(tǒng)的壓力，且煙氣輸出管在箱壁的位置要高于煙氣輸入管，以實現(xiàn)高溫?zé)煔庥上轮辽系牧鲃油ǖ?，充分協(xié)同生產(chǎn)系統(tǒng)與煙氣凈化系統(tǒng)的匹配，保障整個生產(chǎn)系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定。

4.2 預(yù)處理裝置的關(guān)鍵技術(shù)

為更好地通過間接兌冷風(fēng)實現(xiàn)穩(wěn)溫調(diào)節(jié)，裝置采用空氣自對流換熱隔板，二級隔板上下對稱，與進(jìn)、出氣管上下對應(yīng)布置，充分發(fā)揮機械式隔板的收塵效率，完成毫米級顆粒沉降收集。兌入的空氣從下部氣孔進(jìn)入，根據(jù)進(jìn)入電除塵煙氣目標(biāo)溫度來調(diào)節(jié)入口空氣量，以保障氣流雙S路徑四次改變方向，

優(yōu)化前置預(yù)處理裝置隔板高度為管道直徑的5倍，這樣可以不增加占地。間接兌冷風(fēng)隔板裝置的計算設(shè)計容積與粗煙氣量相匹配，可同時滿足穩(wěn)壓穩(wěn)溫協(xié)同的需求。

5.間接兌冷風(fēng)調(diào)溫隔板結(jié)構(gòu)及聯(lián)動方式

5.1 自流式空氣熱交換隔板

隔板在降塵穩(wěn)壓調(diào)溫箱體內(nèi)等間距分布，使整個熱交換過程均勻交接，進(jìn)一步避免冷風(fēng)對煙氣產(chǎn)生強力的擾動，以穩(wěn)定煙氣輸送管道的壓力。

隔板的前、后內(nèi)壁之間有呈“W”形的導(dǎo)流板連接，可防止大氣在箱體內(nèi)迂回式擾動，提高大氣的流速，同時起到加強筋的作用，增強了降塵穩(wěn)壓調(diào)溫箱體的機械強度。前、后外壁均有換熱片連接，以提高生產(chǎn)粗煙氣與降塵穩(wěn)壓調(diào)溫箱體內(nèi)間接摻兌冷空氣的熱交換面積。

左右兩個自流式空氣熱交換隔板中，左隔板頂端和右隔板底端均有耐磨套固定連接，以提高隔板的使用壽命，顆粒粉塵收集斗的底部有排灰閥連接。

5.2 空氣進(jìn)氣管

空氣進(jìn)氣的管口安裝有可調(diào)式風(fēng)門，可根據(jù)生產(chǎn)粗煙氣的溫度調(diào)節(jié)風(fēng)門大小，調(diào)節(jié)間摻兌冷風(fēng)量。

5.3 風(fēng)門

風(fēng)門包括百葉片和電動推桿，百葉片自上而下均勻分布多個。百葉片的兩端通過銷軸與空氣進(jìn)氣管口的左沿、右沿轉(zhuǎn)動連接。電動推桿連接在進(jìn)氣管口外側(cè)面，一端伸縮桿與搖臂轉(zhuǎn)動連接，另一端搖臂與百葉片的銷軸連接，通過控制電動推桿即可實現(xiàn)調(diào)節(jié)間摻兌冷風(fēng)量的大小，無需人工實地調(diào)節(jié)，提高了操作的自動化和方便性。

5.4 換熱片和導(dǎo)流板

換熱片和導(dǎo)流板均勻分布，以提高熱交換的均勻穩(wěn)定性。

5.5 風(fēng)門的聯(lián)動方式及應(yīng)用范圍

當(dāng)進(jìn)口煙氣溫度高于或低于出口的目標(biāo)溫度時，左側(cè)的可調(diào)式風(fēng)門打開或關(guān)閉；當(dāng)出口煙氣溫度高于或低于出口的目標(biāo)溫度時，右側(cè)的可調(diào)式風(fēng)門打開或關(guān)閉。

該結(jié)構(gòu)的形式應(yīng)用于冶金生產(chǎn)煉鋼、燒結(jié)、球鐵、轉(zhuǎn)底爐、廢鋼加熱等高溫?zé)煔庀到y(tǒng)的調(diào)節(jié)，通過自流式空氣熱交換隔板內(nèi)自對流的冷風(fēng)對煙氣降溫，較理想的實現(xiàn)間接式摻兌冷風(fēng)。

6.智能調(diào)溫控制模型

穩(wěn)溫調(diào)節(jié)智能控制模型包括：煙氣溫度監(jiān)測單元、位于箱體兩端的進(jìn)氣風(fēng)門以及用于控制風(fēng)門開度的定位控制單元。通過合理的調(diào)節(jié)控制模型設(shè)計，實現(xiàn)精準(zhǔn)、聯(lián)動以及差值延遲的調(diào)節(jié)方式保持箱體熱交換，實現(xiàn)自對流箱體穩(wěn)溫系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)，解決傳統(tǒng)的直接摻冷風(fēng)降溫調(diào)節(jié)缺陷，滿足生產(chǎn)系統(tǒng)煙氣溫度穩(wěn)定調(diào)節(jié)需求。

6.1 煙氣溫度監(jiān)測單元

包括箱體外分別位于煙道進(jìn)出口位置的兩組溫度傳感器。煙道外部還設(shè)有用于對兩組溫度傳感器進(jìn)行吹掃的管路，并分別有并聯(lián)分布的電磁閥和旁通閥控制通斷。

6.2 穩(wěn)溫調(diào)節(jié)控制主要控制單元

包括煙氣溫度監(jiān)測單元、DCS控制單元。檢測煙道內(nèi)的煙氣實際溫度，根據(jù)實際溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度值的差值的正負(fù)或大小，確定進(jìn)氣風(fēng)門的開閉狀態(tài)。根據(jù)實際溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度值的差值的大小確定并控制進(jìn)氣風(fēng)門開度大小。煙氣溫度監(jiān)測單元采用兩組溫度傳感器對煙氣進(jìn)行實時測量，經(jīng)DCS控制系統(tǒng)取平均值后得出煙氣實際溫度T1。煙氣溫度監(jiān)測單元有吹掃裝置定期吹掃。

6.3 溫度調(diào)節(jié)控制邏輯

DCS控制系統(tǒng)計算煙氣實際溫度T1與標(biāo)準(zhǔn)溫度T的差值ΔT，風(fēng)門開度和環(huán)境溫度的關(guān)系存在一個@系數(shù)：@=1+（25+環(huán)境溫度t）/100。當(dāng)ΔT為正值時，進(jìn)氣風(fēng)門的開度自動調(diào)節(jié)按以下規(guī)則進(jìn)行：

0℃＜ΔT＜3℃時，進(jìn)氣風(fēng)門開始關(guān)閉，觸發(fā)延時信號，等待90～150s后直至全關(guān)；

3℃≤ΔT＜5℃時，調(diào)節(jié)進(jìn)氣風(fēng)門開度至@*30%±5%后，反饋信號至DCS控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)發(fā)出進(jìn)氣風(fēng)門停止信號，進(jìn)氣風(fēng)門停止動作；

5℃≤ΔT≤8℃時，進(jìn)氣風(fēng)門的開度至@*60%±5%后，反饋信號至DCS控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)發(fā)出進(jìn)氣風(fēng)門停止信號，進(jìn)氣風(fēng)門停止動作；

ΔT ＞8℃以上時，進(jìn)氣風(fēng)門的開度至100%后，反饋信號至DCS控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)發(fā)出進(jìn)氣風(fēng)門停止信號，進(jìn)氣風(fēng)門停止動作。

當(dāng)ΔT為非正值時，進(jìn)氣風(fēng)門的開度自動調(diào)節(jié)按照以下規(guī)則進(jìn)行：

-2℃＜ΔT＜0℃時，進(jìn)氣風(fēng)門開始關(guān)閉，觸發(fā)延時信號，等待90～150s后直至全關(guān)；

-2℃≤ΔT≤-5℃時，調(diào)節(jié)進(jìn)氣風(fēng)門開度至@*50%±5%后，反饋信號至DCS控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)發(fā)出進(jìn)氣風(fēng)門停止信號，進(jìn)氣風(fēng)門停止動作；

ΔT＜-5℃時，調(diào)節(jié)進(jìn)氣風(fēng)門開度至0%后，反饋信號至DCS控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)發(fā)出進(jìn)氣風(fēng)門停止信號，進(jìn)氣風(fēng)門停止動作；

ΔT=0時，進(jìn)氣風(fēng)門狀態(tài)保持不動。

以上所述標(biāo)準(zhǔn)溫度T為100℃～200℃。

7.綠色燒結(jié)煙氣預(yù)處理技術(shù)優(yōu)勢

當(dāng)前綠色燒結(jié)生產(chǎn)存在許多不足，還需要應(yīng)用系統(tǒng)的思維方式進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，不能單獨針對節(jié)能降耗、電除塵達(dá)標(biāo)、脫硫脫硝進(jìn)行升級，只有以全系統(tǒng)高效協(xié)同為切入點，才能取得事半功倍的效果。隔板式間接兌冷風(fēng)調(diào)溫的方式，不僅實現(xiàn)了煙氣溫度的調(diào)節(jié)，同時穩(wěn)定了系統(tǒng)壓力，且隔板式結(jié)構(gòu)又實現(xiàn)了機械收塵功能，可謂一舉多得。

綠色冶金生產(chǎn)要實現(xiàn)超低排放的新目標(biāo)，從現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀來創(chuàng)新當(dāng)前煙氣處理的短流程工藝，增加機械式煙氣預(yù)處理裝置是較為簡單實用的解決方案。

創(chuàng)新的綠色燒結(jié)生產(chǎn)粗煙氣雙隔板結(jié)構(gòu)預(yù)處理裝置具有以下優(yōu)勢：

優(yōu)勢一：解決現(xiàn)有傳統(tǒng)燒結(jié)產(chǎn)線改造空間局促的難題，無縫契合現(xiàn)有燒結(jié)生產(chǎn)線的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)形式。

優(yōu)勢二：解決電除塵煙氣入口濃度不可控的難題，雙隔板上下對稱布置，結(jié)構(gòu)與進(jìn)、出氣管布置上下對應(yīng)，保障氣流S形三次改變方向，形成機械式粉塵高效沉降收集，協(xié)同提升電除塵效率。

優(yōu)勢三：解決高效脫硫脫硝煙氣溫度波動的難題，雙隔板布置結(jié)構(gòu)協(xié)同出入口煙氣溫度差值延遲，自動調(diào)節(jié)方式，提升了自對流箱體穩(wěn)溫系統(tǒng)調(diào)節(jié)命中率。

優(yōu)勢四：解決直接兌冷風(fēng)的傳統(tǒng)調(diào)節(jié)工藝而造成系統(tǒng)壓力波動大，導(dǎo)致燒結(jié)礦產(chǎn)品質(zhì)量下降、成品率降低的難題。

優(yōu)勢五：使脫硫系統(tǒng)再生危廢量減少了四分之三。

優(yōu)勢六：使主風(fēng)機及脫硫脫硝增壓風(fēng)機負(fù)荷及電耗降低。

優(yōu)勢七：使排放煙氣含氧量降低。

優(yōu)勢八：調(diào)溫產(chǎn)生的潔凈熱空氣可用于熱風(fēng)燒結(jié)、生球烘干等各種余熱利用場景。

預(yù)處理裝置的容積要盡可能大，以充分發(fā)揮裝置緩沖、混勻、穩(wěn)定煙氣的功能。這樣就可以協(xié)同穩(wěn)定生產(chǎn)主工藝系統(tǒng)，杜絕摻冷風(fēng)閥，進(jìn)一步提升生產(chǎn)系統(tǒng)、工藝參數(shù)、操作調(diào)整及產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

8.結(jié)論

根據(jù)綠色冶金生產(chǎn)煙氣高標(biāo)準(zhǔn)超低排放的新要求，粗煙氣的預(yù)處理是當(dāng)今工程應(yīng)用的簡潔路徑，冶金前生產(chǎn)工序每個階段產(chǎn)生的大量煙氣，如煉鋼煙氣、廢鋼加熱煙氣、高爐煙氣、焦化煙氣、燒結(jié)煙氣、球團煙氣、原料烘干煙氣、脫鋅煙氣等，采用靈活布置隔板間接兌冷風(fēng)方式，以滿足各種生產(chǎn)煙氣調(diào)溫、降溫、收粉、收鋅等功能需求。

針對煉鋼、廢鋼加熱、高爐、燒結(jié)、球團、轉(zhuǎn)底爐等各個生產(chǎn)線不同的煙氣成分及生產(chǎn)工藝的特點，可研究“量身定制”開發(fā)系列預(yù)處理裝置，同時進(jìn)一步拓展具體的工程應(yīng)用方法，應(yīng)用現(xiàn)代成熟技術(shù)，如降溫冷卻熱量交換可選取風(fēng)冷、水冷、油冷等不同介質(zhì)進(jìn)行熱能回收應(yīng)用?？梢灶A(yù)計，隨著未來鋼鐵產(chǎn)業(yè)的綠色升級，此項技術(shù)會有更加廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)略