曹 雄，王躍飛
（寶山鋼鐵股份有限公司煉鐵廠，上海 200941）
摘要：介紹了寶鋼 3號(hào)燒結(jié)機(jī)通過在主排風(fēng)機(jī)前后煙道分別增設(shè)大煙道余熱回收鍋爐和 熱水換熱器，以降低煙氣溫度，關(guān)閉冷風(fēng)閥后減少冷風(fēng)摻入，協(xié)同降低煙氣流量、流速和含氧量；在活性炭解析系統(tǒng)增設(shè)風(fēng)選裝置以去除循環(huán)活性炭物料表面附著的微細(xì)顆粒物，同步提高了活性炭吸附氮氧化物和顆粒物等污染物的舉措，達(dá)到了燒結(jié)機(jī)頭氮氧化物和顆粒物排放實(shí) 績(jī)分別低于 50、10mg ／ m3 的超低排放改造目標(biāo)。
關(guān)鍵詞：燒結(jié)機(jī)； 余熱回收； 風(fēng)選裝置； 超低排放
鋼鐵行業(yè)中燒結(jié)工序是二氧化硫和氮氧化物等污染物的主要排放源之一，僅二氧化硫排放量占到鋼鐵行業(yè)排放總量的70％ 以上。 近十多年來，國(guó)內(nèi)燒結(jié)機(jī)基本上都增設(shè)了各類脫硫脫硝裝置，二氧化硫、氮氧化物和顆粒物等排放總量大幅降低［1－4］。
隨著國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)的深入推進(jìn)，生態(tài)環(huán)境部等五部委為貫徹落實(shí)《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于全面加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù) 堅(jiān)決打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的意見》，于 2019 年 4 月28 日聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》 （ 環(huán)大氣〔2019〕35 號(hào)），要求到2025年底前，重點(diǎn)區(qū)域鋼鐵企業(yè)超低排放改造基本完成，全國(guó)力爭(zhēng)80％ 以 上產(chǎn)能完成改造。 其中，燒結(jié)工序機(jī)頭煙氣顆粒 物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度小時(shí)均值分別不高于10、35、50mg ／m3 。
寶鋼 3 號(hào)燒結(jié)機(jī)通過增設(shè)大煙道余熱回收鍋爐和熱水換熱器，以及活性炭風(fēng)選裝置等舉措，協(xié)同降低燒結(jié)煙氣溫度、流量、氧含量和活性炭表面微細(xì)顆粒物，達(dá)到超低排放指標(biāo)要求。
1 寶鋼 3號(hào)燒結(jié)機(jī)超低排放改造技術(shù)路線
1.1 寶鋼 3號(hào)燒結(jié)機(jī)概況
寶鋼 3號(hào)燒結(jié)機(jī)于2016 年10月建成投運(yùn)，為600m2級(jí)大型燒結(jié)機(jī)，同步配套活性炭煙氣凈化裝置。 該燒結(jié)機(jī)是寶鋼燒結(jié)新一輪環(huán)保提升大修改造時(shí)建設(shè)，盡管各類環(huán)保設(shè)施排放按遠(yuǎn)低于GB28662—2012《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)）中特別限制進(jìn)行設(shè)計(jì)，但燒結(jié)機(jī)頭顆粒物和氮氧化物排放實(shí)績(jī)分別為10 ～15 mg ／m3３ 、50 ～60mg ／m3 ，仍未達(dá)到小于 10mg ／m3 、50mg ／m3 的超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
1.2超低排放改造技術(shù)路線
2017—2018 年，生態(tài)環(huán)境部組織對(duì)鋼鐵工業(yè)系列排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施情況進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果表明鋼鐵行業(yè)污染物排放量大幅削減，主要污染物達(dá)標(biāo)排放情況較好，且燒結(jié)行業(yè)污染物排放實(shí)績(jī)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求，有力推動(dòng)了鋼鐵工業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展。 但因標(biāo)準(zhǔn)中未規(guī)定燒結(jié)機(jī)頭煙氣基準(zhǔn)含氧量，有稀釋排放的漏洞，不利于對(duì)企業(yè)依法公平監(jiān)管。 因此，《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》（環(huán)大氣〔2019〕35號(hào)） 對(duì)鋼鐵行業(yè)各工序重點(diǎn)排口明確了氧含量基準(zhǔn)，其中，燒結(jié)機(jī)和球團(tuán)豎爐焙燒干煙氣基準(zhǔn)含氧量確定為16％ 。
寶鋼3 號(hào)燒結(jié)機(jī)在主排風(fēng)機(jī)前的兩個(gè)大煙道分別設(shè)置有兩個(gè)工藝?yán)滹L(fēng)閥以應(yīng)對(duì)異常工況對(duì)電除塵設(shè)備的影響；主排風(fēng)機(jī)后配套的雙系列活性炭煙氣凈化裝置入口煙道處也分別設(shè)置了10萬m3／ h 風(fēng)量冷風(fēng)閥作為活性炭吸附塔內(nèi)物料溫度安全受控的應(yīng)對(duì)措施。 寶鋼3號(hào)燒結(jié)機(jī)機(jī)頭顆粒物和氮氧化物排放實(shí)績(jī)與超低排放標(biāo)準(zhǔn)相差僅5～ 10mg ／m3 ，根據(jù)污染物濃度和煙氣量測(cè)算，關(guān)閉上述冷風(fēng)閥后，按照16％ 基準(zhǔn)氧量折算機(jī)頭污染物排放濃度即可低于超低排放標(biāo)準(zhǔn)。
經(jīng)過可行性研究，寶鋼3號(hào)燒結(jié)機(jī)在主排風(fēng)機(jī)前增設(shè)大煙道余熱回收鍋爐、主排風(fēng)機(jī)后增設(shè)熱水換熱器來降低煙氣溫度，以適應(yīng)主排后雙系列活性炭煙氣凈化裝置入口溫度需求，進(jìn)而關(guān)閉上述冷風(fēng)閥降低煙氣流量、流速和氧含量，折算后燒結(jié)機(jī)頭氮氧化物排放濃度可低于 50mg ／m3 。
同時(shí)，在活性炭煙氣凈化裝置解析塔篩分系統(tǒng)增設(shè)風(fēng)選裝置，去除物料中微細(xì)顆粒，加之煙氣流量、流速降低，燒結(jié)機(jī)頭顆粒物排放濃度可低于10mg ／m3。
2 寶鋼 3 號(hào)燒結(jié)機(jī)超低排放改造措施
2.1 增設(shè)大煙道余熱鍋爐
在主排風(fēng)機(jī)前的大煙道尾部高溫段設(shè)置余熱回收鍋爐，可將煙氣溫度從正常工況下的 150±5 ℃降低至 130 ± 5 ℃ ，但最終排煙溫度不得低于120 ℃ ，否則對(duì)機(jī)頭電除塵極板極線等造成腐蝕和粘料而影響除塵效果，不利于主排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)壽。 該舉措既能回收余熱資源而取得可觀的經(jīng) 濟(jì)效益，又能使得煙氣溫度降低后流速減慢，利于大顆粒粉塵沉降， 對(duì) 主排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子壽命大有裨益［5 －11］ 。
鑒于內(nèi)置式余熱回收鍋爐阻損小、換熱效率高、占地面積小、適合改造項(xiàng)目等特點(diǎn)，寶鋼3號(hào)燒結(jié)機(jī)大煙道煙氣余熱回收方式選用了內(nèi)置式鍋爐。 經(jīng)過在兩根大煙道不同位置的溫度連續(xù)檢測(cè)和熱量測(cè)算，最終確定煙道鍋爐的過熱器、蒸發(fā)器和省煤器等換熱模塊需依次設(shè)置在23 ＃ ～30 ＃風(fēng)箱支管之間，可產(chǎn)得18.5 t ／h 過熱蒸汽（1.8 MPa，340 ℃ ），并接入余熱發(fā)電系統(tǒng)，冷凝水返回使用。
燒結(jié)生產(chǎn)過程影響因素眾多，特別是在異常工況下，燒成波動(dòng)非常大，嚴(yán)重影響大煙道余熱鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 因此，寶鋼3號(hào)燒結(jié)機(jī)大煙道余熱回收鍋爐在以下幾個(gè)方面做了充分考慮，并采取了相應(yīng)的本質(zhì)化應(yīng)對(duì)舉措。
（1） 為應(yīng)對(duì)燒結(jié)高硫高粉塵及煙氣溫度驟升工況，各個(gè)換熱模塊材質(zhì)選擇非常重要，其中，過熱器、蒸發(fā)器材質(zhì)部分為合金鋼（12Cr1M0VG）， 其他為20G。
（2） 各個(gè)換熱器均采取模塊化設(shè)計(jì)制造，具備隨時(shí)切斷干燒功能，以確保換熱器列管破損造成漏水或大煙道溫度低于露點(diǎn)溫度等工況下大煙道余熱鍋爐的正常運(yùn)行。
（3） 在各個(gè)換熱器模塊迎風(fēng)面前 3 排管束均設(shè)置了防磨損角鋼、在最底部則設(shè)置了沉積料渦旋磨損管束的擋板，極大地降低了管束磨損破洞概率。
（4） 在各個(gè)換熱模塊正下方均設(shè)置落料斗，通過既有雙層閥排料；同時(shí)在其之間設(shè)置人行格柵通道，以便于常規(guī)設(shè)備的檢查維護(hù)。
除此之外，大煙道鍋爐仍需充分考慮除氧水泵供水能力和汽包容積，維持其液位穩(wěn)定性，以確保極端工況鍋爐換熱管束的氣錘現(xiàn)象，盡最大可能避免管束干燒情況發(fā)生，方可達(dá)到煙氣溫度降低的目標(biāo)值，以減少煙氣風(fēng)量和氧含量。 寶鋼 3號(hào)燒結(jié)機(jī)增設(shè)大煙道余熱回收鍋爐后，最終排煙溫度降低到了130 ℃ 左右，極大減少了主排風(fēng)機(jī)前煙道上的工藝安全冷風(fēng)閥開啟的頻次和開度，同時(shí)為主排風(fēng)機(jī)后進(jìn)入活性炭煙氣凈化裝置前的冷風(fēng)閥徹底關(guān)閉奠定基礎(chǔ)，以降低大煙道煙氣量和氧含量
2.2 增設(shè)熱水換熱器
燒結(jié)工序大煙道煙氣經(jīng)過主排前的余熱回收鍋爐換熱后，溫度降低到了 130 ± 5 ℃ 。 但是，當(dāng)煙氣經(jīng)過主排風(fēng)機(jī)做功后，溫度又會(huì)增加10 ～15Ｋ，即進(jìn)入活性炭煙氣凈化裝置的溫度仍然偏高。 寶鋼 3號(hào)燒結(jié)機(jī)在兩臺(tái)主排風(fēng)機(jī)分別對(duì)應(yīng)的活性炭煙氣凈化入口煙道上均設(shè)置了熱水換熱器，以進(jìn)一步降低煙氣溫度至135 ℃ 左右，滿足其吸附塔里活性炭物料溫度控制的安全要求。
熱管換熱器材質(zhì)為346L不銹鋼，以提高換熱器在相對(duì)低溫高硫工況下壽命，其在煙道內(nèi)部均為整體構(gòu)件，所有接口均設(shè)置在外部，配備兩個(gè)340m3 熱水罐，為夜間不能外送做緩沖。 該裝置可產(chǎn)生30t／ h的 90 ℃ 熱水，儲(chǔ)存于熱水罐中，然后通過罐車送至周邊用于生活用水。 在大煙道余熱鍋爐降低煙氣溫度的基礎(chǔ)上，增設(shè)的熱水換熱器進(jìn)一步滿足了活性炭煙氣凈化裝置入口煙氣溫度要求，該處的冷風(fēng)閥在日常生產(chǎn)中均處于關(guān)閉狀態(tài)，僅作為燒結(jié)機(jī)停機(jī)后煙氣凈化裝置自身降低吸附塔里物料溫度的吸風(fēng)口使用。
2.3 增設(shè)活性炭風(fēng)選裝置
寶鋼 3 號(hào)燒結(jié)機(jī)配套煙氣凈化裝置中活性炭經(jīng)過解析塔充分解析、活化和篩分，先后經(jīng)過二級(jí)和一級(jí)吸附塔對(duì)燒結(jié)煙氣中二氧化硫、氮氧化物、顆粒物、二噁英等污染物吸附后再進(jìn)入解析塔大部分循環(huán)使用。 活性炭在各個(gè)環(huán)節(jié)周轉(zhuǎn)過程中，因磨損、碰撞、積壓等造成其碎裂甚至粉化。 即使解析塔下方設(shè)置了活性炭振動(dòng)篩，將粒徑小于1.2mm的活性炭篩顆粒篩除，然而篩上活性炭顆粒上附著的微細(xì)粉塵難以去除，其既不利于系統(tǒng)壓差控制也不利于凈煙氣排放顆粒物的控制。 從寶鋼3號(hào)燒結(jié)機(jī)活性炭煙氣凈化裝置兩個(gè)系列出口顆粒物取樣結(jié)果（表1）來看，煙氣出口顆粒物中含碳量將近60％ ，即降低進(jìn)入吸附系統(tǒng)活性炭表面附著的微細(xì)炭粉是實(shí)現(xiàn)出口顆粒物達(dá)到超低 排放的關(guān)鍵。
因此，對(duì)兩個(gè)系列活性炭煙氣凈化系統(tǒng)中現(xiàn)有振動(dòng)篩下料溜槽進(jìn)行改造，設(shè)置風(fēng)選裝置，使篩上活性炭在溜槽下滑時(shí)，與從溜槽底部通入的高壓空氣強(qiáng)力接觸，去除附著在活性炭表面的微細(xì)碳粉，并由除塵系統(tǒng)收集，如圖1所示。
3 寶鋼3號(hào)燒結(jié)機(jī)超低排放改造效果
增設(shè)大煙道余熱回收鍋爐和熱水換熱器降低了煙氣溫度，主排風(fēng)機(jī)前后的冷風(fēng)閥均可關(guān)閉，避免了摻入空氣；增設(shè)活性炭風(fēng)選裝置，則去除了進(jìn)入吸附塔活性炭表面微細(xì)顆粒物。 一方面，減少了風(fēng)量，使得煙氣流速下降后在活性炭吸附單元 的停留時(shí)間延長(zhǎng)，利于粉塵和氮氧化物等污染物 在塔里的吸附和反應(yīng)更加充分；另一方面，又降低了氧含量，每降低 １％ 氧含量，折算后的污染物排 放濃度至少降低到檢測(cè)值的80％ 以下。 生產(chǎn)實(shí) 踐證明，寶鋼 ３ 號(hào)燒結(jié)機(jī)經(jīng)過超低排放改造后機(jī) 頭煙氣顆粒物、氮氧化物排放濃度小時(shí)均值分別低于 10、50 mg ／m3 ，達(dá)到了超低排放的指標(biāo)要求。 此外，可產(chǎn)蒸氣量 10.4 萬 t／a（1.8MPa，340 ℃ ）、 熱水 23.4 萬 t ／ a（90 ℃ ），合計(jì)減少能耗折合標(biāo)煤 1.3 萬 t ／ a。
4 結(jié)語(yǔ)
寶鋼 3號(hào)燒結(jié)機(jī)通過增設(shè)大煙道余熱回收鍋爐、熱水換熱器和活性炭風(fēng)選裝置，協(xié)同降溫、降風(fēng)量、降氧量、降含塵量等，燒結(jié)機(jī)大煙道冷風(fēng)閥開啟頻次明顯減少，活性炭煙氣凈化裝置吸附塔入口冷風(fēng)閥全關(guān)狀態(tài)，不僅降低了主排風(fēng)機(jī)和煙氣凈化增壓風(fēng)機(jī)負(fù)載，而且提高了活性炭煙氣凈化裝置對(duì)污染物的去除效率，折算 16％ 基準(zhǔn)氧含量，達(dá)到了顆粒物、氮氧化物排放濃度小時(shí)均值分別低于10、50mg ／m3 的改造目標(biāo)。
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