趙立卓，郝永壽， 張海兵

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司， 山西 太原 030003）

摘 要：針對太鋼 450 m² 燒結機在燒結工序中環冷機熱廢氣余熱利用率低、廢氣無組織排放等問題，通過熱風循環梯級利用技術實踐，解決了環冷機廢氣無組織排放的難題，達到了燒結礦質量指標提升、固體燃耗降低的多重效果，實現了燒結優質、低碳生產。

關鍵詞：熱風循環；梯級利用；低碳

0 引言

環冷機 100~250 ℃的廢氣熱能無法得到有效利用，且廢氣的無組織排放導致熱能浪費和環境污染，這一直是燒結行業亟待解決的難題。山西太鋼不銹鋼股份有限公司（全文簡稱“太鋼”）燒結實行高比例微細精礦粉燒結生產，燒結料層透氣性惡化，導致燒結礦質量指標下降、能耗升高等負面后果，不利于大型高爐的高需求生產及燒結工序節能減排^[1-3]。針對上述問題，太鋼煉鐵廠針對 450 m² 燒結機進行了多項技術攻關，實施了熱風循環梯級利用技術，取得了產質量提升、節能降耗和無組織排放治理的多重效果。

1 技術方案

1.1 工藝流程

環冷機的廢氣組成主要由高溫段、中溫段及低溫段廢氣組成。400~550 ℃的高溫廢氣主要用于余熱回收發電；150~200 ℃的中溫段廢氣引入燒結機熱風罩內進行熱風燒結，低溫段廢氣平均溫度約 100 ℃，引入中溫段環鼓風機進風進行循環利用，同時可控制廢氣外排。

太鋼環冷機（520 m² ）共設置 6 臺冷卻風機，自高溫段至低溫段依次為 1—6 號環鼓風機，其中 1 號環鼓風機已拆除^[4]。環冷機共有 24 個風箱，從高溫段開始依次為 1—24 號，按溫度的差異，將三燒環冷機冷卻廢氣分為三部分，對各部分廢氣予以分別處理、梯級利用。熱風循環梯級利用工藝布置如圖 1 所示。

1）第一部分：

1—11 號風箱對應上罩覆蓋 2 號冷卻風機和 3 號冷卻風機的一部分，其廢氣溫度為400~ 550 ℃，經過余熱鍋爐換熱后作為冷卻風循環利用。

2）第二部分：12—17 號風箱對應上罩覆蓋 3 號和 4 號冷卻風機，取出約 50×104 m³ /h 廢氣（150~200 ℃）經電除塵器后，用于燒結機料面的熱風燒結。燒結機主抽風量約 110×104 m³ /h，經過風量平衡計算，熱風需鼓入 205 m² （11 個風箱跨度面積）燒結機料面以滿足要求。太鋼 450 m² 燒結機采取在點火爐后6—16 號風箱安裝熱風罩來進行熱風燒結工藝改造。

3）第三部分：18—24 號環冷機風箱對應上罩覆蓋 5 號、6 號冷卻風機，其廢氣平均溫度約 100 ℃，通 過管道引入 3 號、4 號冷卻風機進口，實現冷卻風循環利用和環冷機顆粒物零排放。

1.2 燒結機熱風罩及進風風道流場分布計算

熱風燒結風道系統與點火爐后 11 個燒結機臺車熱風罩相連。熱風由母管分配進入各自獨立的 11 根支管，最后由各自風罩流出^[5]。母管是由三段不同直徑管段相互串聯所組成。支管 1—4 號與粗管相連，支管 5—8 號與中管相連，支管 9—11 號與細管相連，11個支管的水平中心與母管水平中心保持相同。熱風支管與燒結機熱風罩連接示意圖如圖 2 所示。

1.3 熱風管道系統計算模型

圖 3 為燒結機 11 個熱風支管的氣體體積流量模擬計算結果。

由圖 3 可知，8 號支管氣體流量最大，3 號支管氣體流量最小。這是由于煙氣在母管內的流動是由 1 號支管逐漸流向 11 號支管，導致流速改變。

圖 4 表示在 3 個不同支管截面處的氣體速度變化。其中，2 號支管連接始端的粗徑母管，7 號支管連接中端的中徑母管，10 號支管連接末端的細徑母管。

由圖 4 可知，盡管母管管徑已優化匹配，但支管流速仍有所差別，為消除流量差異，在 11 個熱風支管上分別安裝電動調節閥及流量實時監測裝置，通過閥門開度控制實現熱風流量最佳匹配^[6-7]。

2 實踐效果

2.1 燒結礦主要經濟技術指標

太鋼 450 m² 燒結含鐵原料主要有太鋼自產鐵礦粉 A（典型的高品位磁鐵精粉）、鐵礦粉 B（赤鐵礦、磁鐵礦構成的混合型鐵精粉）、鐵礦粉 C（高品位磁鐵精粉）、礦粉 D（赤鐵礦）和綜合粉（一種二次回收的以磁鐵礦為主的混合型含鐵為原料），5 種含鐵原料的主要化學組成如表 1 所示。太鋼 450 m² 燒結鐵料配礦方案及生產配料方案分別如表 2、表 3 所示。

對比太鋼 450 m² 燒結熱風循環梯級利用技術應用前后燒結礦固體燃料消耗和主要物理化學指標，具體數據如表 4 所示。

從表 4 可知，投用熱風循環梯級利用技術后，燒結礦質量及能耗指標得到改善^[8]。其中，燒結礦轉鼓指數和平均粒徑分別提高 0.84%和 0.6 mm，燒結礦w（FeO）及返礦率分別降低 0.35%和 1.1%。固體燃料消耗由 41.17 kg/t 降低為 40.58 kg/t，降低 0.59 kg/t。

研究數據表明，環冷機熱風替代常溫空氣參與燒結過程后，料面表層物理熱增加，有效節省了固體燃料消耗，同時大大減輕了因急冷造成的燒結礦表層強度降低程度，燒結層上下熱量和溫度趨于均勻分布，避免了急冷應力的破壞，燒結礦結晶更加充分，改善了表層燒結礦質量，返礦率降低。固體燃料消耗降低后，有利于燒結過程氧化氣氛的增強，還原區相對減少，燒結礦中 FeO 含量降低，燒結礦還原性指標得到改善。

2.2 環境效益

太鋼環冷機廢氣全部得到回收，經電除塵再進入燒結機料面參加燒結過程，出口顆粒物質量濃度由20 mg/m³ 降低為 3 mg/m³。廢氣最終由抽風系統、脫硫脫硝系統進行處理，符合超低排放標準后外排大氣^[9]。

熱風循環梯級利用技術實施后，按照環冷機實際運行 3 臺冷卻風機（每臺 50×104 m³ /h 風量）計算，每年可減少環冷機直排廢氣 131.4×108 m³，減少有害粉塵外排 223 t，環境效益顯著^[10]。

3 存在的問題及改進思路

投用熱風循環梯級利用技術后，環冷機熱煙氣取代常溫空氣參與燒結化學反應過程，抽風空氣溫度由20 ℃升高至約 200 ℃，根據熱力學方程計算，熱風體積膨脹為原來的 1.5 倍。在燒結料層抽入空氣體積不變的情況下，空氣提供的氧氣降為熱風燒結前的91%，不利于固體燃料的充分燃燒^[11]。因此，在氧氣資源富裕條件下，可考慮在熱煙氣中進行富氧，進一步提高燒結礦質量，并降低固體燃耗。

4 結論

1）應用熱風循環梯級利用技術后，燒結礦質量指標明顯改善。燒結礦轉鼓強度提高 0.84%，w（FeO）降低 0.35%，返礦率降低 1.10%，為高爐生產提供了更為優質的爐料。

2）熱風循環梯級利用技術環境效益顯著，可解決環冷機廢氣無組織排放的難題，余熱能得到充分利用，可實現節能減排的效果，太鋼 450 m² 燒結可減少顆粒物排放約 223 t/a。

3）熱煙氣參與燒結過程存在氧體積含量下降的問題，若想進一步提高燒結礦質量及降低能耗，可考慮通過富氧熱風匹配生產予以解決。

參考文獻

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