烧结废气处理

冶金环境保护：
烧
结
废
气
处
理
期
末
论
文
姓名：***
时间：2011/6/25
在烧结厂的设计和生产中,环保问题已经成为了决定性的因素，所以在烧结过程中要严格控制污染源，有效的对烧结过程产生的废气进行处理。

关键词：
烧结，废气，环保，余热，MEROS，Eposin。

1．前言：
烧结是钢铁生产的重要工序:一方面,高质量的烧结矿能够提高高炉生产效率,降低生产成本;另一方面,烧结是钢铁联合企业的固体废物处理中心,铁、磷、除尘污泥、除尘灰等生产过程产生的绝大多数含铁废物都能作为烧结生产原料,重新回到生产流程中。

但是,烧结工艺本身也是钢铁生产过程一个主要的污染源,向周围环境排放废水、废气、废热和噪声等各种污染物。

因此,烧结污染预防是钢铁企业环保工作的重点。

下面介绍一下关于废气的处理内容。

2．烧结废气的来源及特点:
烧结原料在装卸、破碎、筛分和储运的过程中将产生含尘废气;在混合料系统中将产生水汽—粉尘的共生废气;混合料在烧结时，将产生含有粉尘、SO2和NOx的高温废气;烧结矿在破碎、筛分、冷却、贮存和转运的过程中也将产生含尘废气。

废气的气量很大，含尘和含SO2的浓度较高，所以对大气的污染较严重。

3．除尘设备：
烧结烟气常用除尘设备有旋风除尘器，多管除尘器和电除尘器等
3．1 旋风除尘器：
主要由进气管,筒体，椎体，中央排气筒，顶盖和排灰口组成。

烟气由除尘器上部进气管沿切线方向高速进入筒体和椎体中，气体先自上而下，后自下而上在旋风除尘器机体内形成双层螺旋形运动。

烟气中含有的尘粒受离心力作用被抛向四周，与除尘器器壁内边碰撞后，失去动能而沉降下来，落入灰斗中，再由锥形底的排出口排出。

除尘后的气体随着圆锥形的收缩而转向除尘器的中心，受底部所阻而返回，形成一股上升的旋流，经出口管逸出。

3．2 多管除尘器：
主要由多个小旋风除尘器组成，每个单体旋风子的直径约为250mm，含尘气体从开口进入，然后分别进入每个单体的旋风中，经导向器产生旋转运动，使灰尘沉降下来，进入旋风子下面的集灰斗中。

净化后的气体经导气管汇集于上部空间，由侧面开口处排出。

3．3 电除尘器：
主要是利用高压电场产生的静电力使尘粒荷电并从气流中分离出来的一种除尘装置。

气体通过两极间的高压电场，由于产生电晕现象，气体发生电离，带阴离子的气体聚集在粉尘上，在电场力的作用下向阳极运动，在阳极上气体失去电荷向上运动并排除，灰尘沉积在阳极上，用震动或水冲的方法使其脱离阳极，聚集和清除。

大多数烧结厂都安装有静电除尘器,主要用于减少烟尘排放。

但最终烟尘排放结果因烧结带的不同而差异很大。

通过分析设备配置和工厂的运行数
据,静电除尘器的效率实际上受以下因素的影响:
(1)与未净化气体数量和烟尘负荷有关的静电除尘器的有效表面积;
(2) 静电除尘器内部气体的分布和残留的时间;
(3) 静电除尘器的内部状态,特别是机械部分;
(4)高压电源的调节和控制;
(5)烟尘的化学成分,特别是烟尘中的氯和碱;
(6)烧结混合物中回收利用材料的使用,与它们的原料来源、化学成分、粒度和输入量有关。

为使静电除尘器达到最大除尘效率,烧结机经常应用下列措施:调整现有的静电除尘器,优化其尺寸和相应的配置;应用现代化的ＨＶ调节/控制系统,例如微脉冲技术;仔细选择非回收利用的材料;限制回收利用的材料,例如带油污的轧屑,带有氯和碱的烟尘和煤泥。

回收利用的材料预先混合均匀;清除含有大量氯和碱的静电除尘器最后一个室的灰尘;最后是烧结运行的修正,例如改变烧结产量,烧结带床的高度和清洁静电除尘器时的停工时间。

合理利用这些措施便可确保烧结废气中的烟尘排放量小于50ｍｇ/ｍ3。

然而,要想通过经典除尘器技术使烟尘排放质量浓度小于20ｍｇ/ｍ3则几乎不可能。

要使用静电除尘器减少废气中的二恶英和SOx排放,还需要额外的工艺。

目前已成功地应用或试用了3种工艺:
(1)在烧结原料混合物中加入尿素来减少二恶英的排放;
(2)在废气输送管中注入活性炭或褐煤的吸收工艺来减少二恶英的
排放。

(3)在废气输送管中注入碳酸氢钠来减少SOx的排放。

4．除尘工艺：
现在，国内烧结设备烟气净化80%是采用电除尘器，其余为多管除尘器。

电除尘器应用较普遍，而且去除颗粒物的效果也较好，能够满足当前的环保要求。

由于多管除尘器不适合处理机头含烟尘废气，除尘效率低，排放难以达标，难以达到环保要求，淘汰多管除尘器是必然趋势，新型环保烧结工艺应运而生。

5．Eposint—烧结废气选择性循环系统：Eposint是“环保型工艺优化烧结”的缩写。

该工艺是由西门子奥钢联和位于奥地利林茨的奥钢联钢铁公司联合开发的, Eposint 项目的实施减少了SOx和NOx的绝对排放量,而且,废气中的二恶英和汞的浓度也大幅度降低,焦碳的单位消耗量也得到减小。

典型的烧结废气中含有大约12 %～13%的剩余氧,在加入少量补充空气后循环返回到烧结工艺中。

5.1 烧结废气循环具有的优点:
⑴大幅度减少废气量,从而节省废气净化的投资和运行成本。

随着对粉尘、重金属、二恶英、SOx、NOx、HCl和HF等排放量的限制日益严格,这方面的重要性越来越凸显出来。

⑵废热利用和CO二次燃烧降低了燃料消耗。

⑶为利用现有烧结设备扩大产能提供了经济的解决方案。

在奥钢联钢铁公司和西门子奥钢联的一个合作项目中,一项称之为Eposint
的新技术被开发出来。

5.2 奥钢联钢铁公司的工艺和设计特点
Eposint工艺根据各个风箱的流量和污染物排放浓度,用于循环目的的气流只是取自位于废气温度升高区域的风箱。

在奥钢联钢铁公司,这一区域位于新加长烧结机的3/4长度处,第二台鼓风机与原有的工艺风机并排安装。

循环风机的作用是从废气升温的风箱中排出废气并将其送回到烧结机中。

烧结机废气温度升高的区域随烧结原料配比和其它操作条件的变化而改变。

因此,为了保证废气循环的效果,优化烧透曲线以及废气流中灰尘和污染物的浓度指标,各个风箱的废气流均可以单独排出,根据需要导向烟囱或返回烧结机进行循环。

奥钢联钢铁公司向循环废气中加入了来自冷却机的热空气,保证了富氧水平。

另外,冷却机被部分覆盖,以减少向环境中的颗粒物排放。

这种方案对于利用冷却机的热空气来达到富氧目的非常有效,而且也有利于降低烧结用焦碳以及点火气体的消耗。

经过气体混合室后,废气流向烧结机上方的循环罩，利用非接触型窄缝迷宫式密封来防止循环废气和灰尘从罩内逸出。

另外将烟罩和工艺风机之间安装的支管连接到CO报警系统。

这样,如果由于几乎不太可能发生的压力控制系统失灵或者其它任何原因而造成烟罩内的压差接近于零,支管就会被打开,直接将气体吸入主烟道,从而避免含有CO的气体散入周围环境。

5.3 Eposint投产后的排放结果
加长后的烧结机恢复生产,而废气循环系统在一周后投入使用。

不同于非选择性抽气的传统废气循环工艺,Eposint工艺从烟囱排放
的SO2很少,大部分硫都集中在烧结矿中,随后从烧结机中排出。

硫在废气和烧结矿中的分配主要取决于烧结矿的碱度以及燃料的数量和质量。

在奥钢联钢铁公司林茨厂,Eposint工艺从烟囱排放的SO2浓度与没有Eposint工艺时相同,但每吨烧结矿产品的SO2单位排放量却减少了近30%。

随循环废气而进入烧结床的二恶英/呋喃在经过火焰锋时由于受到高温而有效裂解,它们在从烟囱排放的分气流中的浓度明显下降。

循环废气中含有的CO也在火焰锋处燃烧。

由于火焰锋处的C、O2、CO2和CO之间存在着平衡,从烧结床排出的废气中CO浓度保持不变。

循环气流中NOx的浓度使其不会转化重整,这是因为,NOx的分压主要取决于火焰锋的条件,而循环废气中NOx的含量几乎可以忽略不计。

相比于没有废气循环的操作模式,NOx的浓度实际上不发生变化。

所以,每吨烧结矿的NOx单位排放量明显减少。

在奥钢联钢铁公司的实际操作条件下,由于提高了循环废气的温度,加上其中固有的CO燃烧产生热量,每吨烧结矿的燃料消耗节省了2～5 kg。

6．MEROS—烧结废气干法净化工艺：由于烧结温度较高,蒸气压较大的成分,比如碱金属卤化物、挥发性有机物(VOCs)和重金属氯化物等都会挥发。

这些成分在烧结机废气处理系统中再次凝聚,会造成烧结厂灰尘排放中存在大量的PM10/2.5。

烧结原料中含有的大量硫分以酸性气体SO2和SO3及其它硫氧化物的形式随废气排出,废气中还含有HCl和HF等其它酸性气体。

过去,烧结厂灰尘排放标准是50 mg/m3;而新的标准则将灰尘总排放量限制指标减少到了20mg/m3。

但是,对于现有烧结厂有一个例
外。

烧结机的典型废气流量在每小时500000～2000000m3,每年的生产时间超过8400h,再加上排放的灰尘中PM10/2.5比例很高,结果,灰尘排放符合实际规定的典型烧结厂每年的PM10/2.5排放量达到200～800 t。

因此,减少PM10/2.5排放是一项重大挑战。

由于烧结厂减排的潜力很大,各个国家的环保部门对排放物的关注度越来越高,比如SO2、二恶英/呋喃(PCDD/F)、重金属和氮氧化物(NOx),超过了对颗粒物的关注。

因此,在实施Eposint技术的同时,西门子奥钢联还开发了旨在进一步降低单位排放量、满足官方排放规定的MEROS工艺。

MEROS是“烧结烟气最大减排”的缩写。

该工艺能够将烧结厂废气中含有的灰尘、酸性气体以及有害金属和有机物成分去除到传统废气处理技术所未曾达到过的水平。

6.1 工艺描述
MEROS是极其有效的干法废气净化工艺,是由西门子奥钢联针对烧结厂和球团厂废气处理而开发的。

视用户要求和现场条件的不同,主要有两种脱硫剂可以选择,即小苏打或者熟石灰。

如果要求达到最高硫氧化物脱除率、需要脱除氮氧化物或者废料填埋成本非常高,那么应当首选小苏打。

MEROS工艺包括一系列处理步骤,经过静电除尘器后仍然残留在烧结废气中的灰尘和污染物在这些步骤中被进一步去除。

在工艺的第一步,专门的碳基吸附剂和脱硫剂被逆向喷吹到烧结废气流中以去除重金属和有机物成分。

在第二步,使用消石灰作脱硫剂时,废气流经过调节反应器(当使用小苏打时,则无需调节反应器),并用双流喷嘴进行冷却和加湿,以加快去除SO2和其它酸性气体
成分的反应速度。

在第三步,离开调节反应器的废气流通过特种高性能织物制成的布袋过滤器以分离灰尘。

为了提高废气的净化效率和大幅度降低添加剂的成本,布袋过滤器分离的灰尘被返回到气体调节反应器之后的废气流中。

灰尘中的一部分从系统中排出并被送至储灰斗,随后被运走供外界环保综合利用。

6.2 试验厂和工业应用
在奥钢联钢铁公司1座1∶10比例的试验厂进行了大量测试,确认了MEROS工艺在技术、操作和经济等方面的优点。

试验厂的废气处理能力约为100000 m3/h,足以充分考察废气净化的效率和确定扩大到工业规模所必需的设计和操作参数。

根据获得的成功结果,西门子奥钢联钢铁公司建设了1座MEROS工业厂。

整个建设期间,对正常烧结生产和废气净化系统运行的影响被控制在最低程度。

为了同现有废气净化系统相集成而进行的必要修改工作,需要的停产时间还不到5天。

系统顺利投入运行,现在已经能够每小时处理多达1000000m3烧结废气。

6.3 运行结果
在MEROS工业厂投入运行后,烧结废气的净化效率完全达到了预期指标。

灰尘排放量减少了99%以上,降到5 mg/m3以下;汞和铅的排放分别减少了97%和99%;有机物比如二恶英和呋喃(PCDD/F)以及有机挥发分去除了99%%以上; SO2排放也大大低于以前的水平. 7．烧结余热利用:
7.1 烧结余热特点
烧结工序的能耗约占冶金总能耗的12%，其排放的余热约占总能耗热能的49%。

回收和利用这些余热，显然极为重要。

在烧结工序内，废气温度从450 ℃逐渐降低到 150 ℃以下，高温部分温度在300～450 ℃，根据测量结果，这部分废气占整个废气量的30%～40%；低于300 ℃的废气量占所有冷却废气量的60%以上。

回收余热主要在成品显热及冷却机的排气显热2个方面。

烧结生产时，在烧结机尾部及溜槽部分，烧结矿热料温度可达700～800 ℃，除热废气外，热量还以辐射形式向外界散发。

这部分高品位热量主要通过余热锅炉回收。

热管技术目前主要应用在冷却机废气的余热回收。

热烧结矿从烧结机尾部落下经过单辊破碎振动筛筛分后，落到冷却机上，冷却机上布置有数个冷却风罩，风罩内装有鼓风机，鼓风机在矿料层底部鼓风，通过矿层后进入风罩排空。

风温在第1段一内般可达250～400 ℃，风罩内风温约为200 ℃。

7.2烧结余热利用方法
国内外烧结技术界越来越重视烧结余热的利用，这样，不仅合理地利用了余热，而且也消除了污染。

烧结余热的利用方法主要有以下几种:
⑴将余热直接用于烧结过程。

直接将冷却器的第一段冷却抽出的废气引出作为点火器保温炉的助燃空气以节省煤气；直接将冷却器的第一段冷却抽出的废气引出作为混合料预热以降低烧结固体燃料用量或提高料温，强化烧结过程。

⑵将废气余热用来产生蒸汽以代替部分锅炉燃料。

武钢在三烧，
四烧，五烧的环冷机高温废气段都安装了余热回收装置余热锅炉，生产蒸汽。

⑶用余热发电，并入电网
8．结语：
目前,烧结烟气处理的工艺方法很多,但主要研究集中在烟气除尘及脱硫上。

随着对大气污染物排放的要求越来越高,排污治理将会向综合一体化方向发展,因此,应当综合考虑各种因素,根据各钢铁企业的具体情况,选择最适合的烟气净化工艺,逐步消除烧结烟气污染对经济发展和对环境带来的消极影响,促进钢铁企业的可持续发展。

参考文献：
[1] 冶金环境保护及三废处理技术郎晓珍杨毅宏编著东北大
学出版社。

[2] 金属轧制过程人工智能优化王国栋编著冶金工业出版社
[3] 钢铁生产节能减排技术王社斌许并社编著化学工业出版
社。

[4] 我国烧结能耗状况及节能途径唐先觉著冶金工业出版社。