烧结烟气分段式综合处理新工艺的设计

烧结是钢铁冶炼过程中S02和NOX最大的产生源，约有 51%~62%的S02及48%的NOx来自烧结工序，因此烧结厂成 为钢铁企业环境治理的重中之重。目前烧结烟气中污染物的 脱除基本采取单一末端处理工艺。这种处理工艺存在烟气处 理量大、污染物浓度偏低、受生产过程波动影响较大等弊端。 随着国家对烟气中污染物排放种类的增多及排放量的 要求越发严格，单一污染物的末端处理工艺设备配置越来越 复杂，占地越来越大，势必造成建设投资及生产运行成本不 断攀升。

潘建博士等科研人员的研究成果显示，在不同的烧结区 段，随着烧结气氛中02和COX浓度的变化，烟气中S02和 NOx的浓度随着料温不断升高也产生相应变化。据此类研究 结论，并结合有关烧结机尾烟气热风烧结的实践，本文以 210m2烧结机为例，设计一种选择性的烧结烟气分段式综合 处理工艺。该工艺是将热风烧结生产工艺与烟气脱硫脱硝分 段治理工艺有机结合的烧结烟气环保减排综合处理工艺。

1烧结烟气中So2、NOx. COx浓度在烧结过程中分布特 点 1.1烧结过程中S02的形成及分布特点

烧结烟气中的S02主要是由含铁原料中的FeS2, FeS和 燃料中的有机硫，FeS2或FeS氧化生成，还有部分来自硫酸 盐的高温分解。

S02的产生存在于烧结生产的整个过程。在烧结生产过 程中，烟气温度快速升高之前（即过湿带完全消失之前），烟 气中S02浓度一直处于较低且较稳定状态；当烟气温度开始 快速升高（即干燥带接近烧结料底层时），料层原先吸附的 S02快速释放导致

S02浓度迅速升高；当燃烧带接近烧结料底 层和到达烧结终点之前，S02浓度到达最大值。由此可以看 出，烧结生产过程中的S02浓度与烟气温度存在对应关系， 但S02浓度最大值出现的时间点比烟气温度最高点的时间要 提前一些。

1. 2烧结过程中NOx形成及铁酸钙的催化作用

烧结烟气中NOX主要由烧结生产过程中气体、固体燃料 的燃烧产生。烟气中生成的NOx主要以NO为主，只有很少量 N02o高碱度烧结矿生产过程中其主要矿物相是铁酸钙。据 有关研究发现，在CO复原NO的反应中，铁酸钙起显著催化 作用，它先被CO复原再被NO氧化，因此该反应属于自催化; 同时铁酸钙催化No复原还服从多相催化的吸附活化物理论, 在铁酸钙催化剂活性部位发生NO分子吸附、离解、表面活 性物种的重组和产物脱附的反应，在这2种反应机理共同作 用下，该复原反应的活化能由246. 68kJ∕mol降到 138∙80kJ∕mol,且加快了反应速度。铁酸钙有3种不同种类， 其催化能效排序依次为CaO ∙ Fe203>Ca0 ∙ 2Fe203>2Ca0 • Fe203o因此，在烧结过程中希望尽可能的产生铁酸钙系粘 结相，在烧结矿表层形成铁酸钙，以便到达铁酸钙自催化NOX 复原的效果，这样不仅能减少烟气中NOx的排放，同时可降 低NO排放浓度近44虬 还可改善烧结产质量指标。

L 3烧结过程中CoX形成及分布特点

烧结烟气中的COx主要由气体及固体燃料的燃烧产生， 由于固体燃料在混合料中分散分布，其燃烧规律介于单体焦 粒燃烧与焦粒层燃烧之间，属非均相反应。

在点火阶段，烟气中的CoX浓度快速上升，其中Φ (CO) 从0升到约7%, Φ (C02)从0升到14%左右;而烟气中的6 (02) 从20. 9%降到2%左右。点火后烧结过程中Φ (Co)快速降到2% 左

右后基本不变，φ (Co2)则一直在14%左右波动;02浓度波 动方向均与C02浓度的波动方向相反，这种现象一直持续到 烧结终点前2~3min0当烧结烟气温度到达最高点时，02浓 度恢复至空气中02浓度水平，而Co浓度降至很低，C02浓 度则下降到几乎为0,因此烧结烟气中的CoX以C02为主， 只含有少量Co和02。

2烟气热风烧结

烧结机尾高温烟气目前主要用于烟气循环烧结或烟气 余热回收产蒸汽。而在烟气循环烧结方面，主要有热风烧结、 点火保温及用于点火助燃风预热等技术手段。烧结生产采用 热风烧结、点火保温工艺后，可降低燃料消耗，促进产物** 酸钙的形成，防止烧结台车中的烧结矿在出点火器后表层温 度骤降造成强度变差，增加烧结返矿率。因此热风烧结能有 效提高烧结矿强度，改善烧结矿质量，降低燃料消耗。据有 关热风烧结生产的统计数据，采用热风烧结工艺，烧结产量 可提高2%,转鼓指数提高1.5%,成品率提高2%,降低燃耗 12%~15%固体燃耗降低2%~4%o而经过SCR脱硝处理的烟气 温度完全能够满足热风烧结。

3选择性烧结烟气分段式综合处理工艺

依据上述有关烧结烟气中S02, NOx, COX浓度在烧结过 程中分布的研究结论，结合有关烧结机尾烟气热风烧结的实 践及烟气SCR法脱硝工艺中烟气温度的要求，设计了一种选 择性的烧结烟气分段式综合处理工艺。该工艺按烧结烟气中 的各污染物分布特点将烧结过程分为4个部分，有选择性的 将烧结烟气以不同手段开展分段处理:将SO2、NOx浓度低的 烟气除尘后直接排放；将S02浓度高的烟气经烟气循环烧结 将S02富集后，再集中开展脱硫处理，达标后外排;将NOx 浓度高的烟气开展SCR脱硝处理达

标后，利用该段烟气的高 温余热及烟气中02浓度较高开展热风烧结，从而实现将烧 结烟气脱硫、脱硝分段治理工艺与热风烧结生产工艺有机结 合的烧结烟气环保减排综合处理手段。

3. 1工艺方案

以210m2烧结机为例，该烧结机共22个2m风箱，从机 头开始设置3个风箱，中部设置17个3m风箱，尾部设置2 个2m风箱，台车宽3. 5%有效烧结长度61m。某烧结厂210m2 烧结机各风箱检测风温见表Io依据上述研究结论，将烧结 机风箱沿台车运行方向分为4个区域，设计一种选择性的分 段式烧结烟气综合处理工艺，如图1所示。

区域①（烧结烟气点火区域）：由1号〜3号风箱组成，本 区域内烧结烟气S02, CO浓度较高，NoX浓度很低；

区域②（烧结烟气直排区域）：由4号〜11号风箱组成， 本区域内烧结烟气中S02浓度较低。

将区域④烟气引至本区域开展热风烧结既能利用热烟 气的物理热减少燃料消耗，同时又能利用混合料层对S02的 强烈吸附作用及烧结料层**酸钙对NOx的自催化复原作用， 进一步降低直排烟气中S02, NOX浓度；

区域③（烧结烟气脱硫区域）：由12号〜19号风箱组成, 本区域内烧结烟气中S02浓度很高，同时由于将区域①烟气 （烟气中SO2、CO浓度较高）引至本区域开展烟气循环烧结， 一方面将区域烟气中S02和本区域烟气中S02聚集，实现S02 富集后开展烟气脱硫；另一方面区域①烟气中CO浓度较高, 可以利用烧结料层**酸钙对NOX的自催化复原作用，进一步 降低脱硫烟气中NOx的浓度；

区域④（烧结烟气脱硝区域）：由20号〜22号风箱组成, 本区域内烧结烟气温度在320。C以上，烟气中NOx、02含量 浓度很高，、COX浓度S02很低，烟气温度高，烟气中02含 量接近空气中02含量水平，因此本区域内烧结烟气完全可 以开展烟气SCR法脱硝,脱硝后的热烟气开展烟气热风烧结。

3.2工艺配置

D烧结机。有效抽风面积213. 5m2, 台栏板高度700mm, 车宽度3. 5mo

2）环冷机。有效冷却面积为228m2,栏板高度150OnInb 台车宽度3. 2nio

3）烧结烟气1段（区域①）。烟气参数：风量 2100m3∕πιin（工况），风温 IoO〜120℃,风压-10〜-12kPa; 主要工艺设备：1号多管除尘器、1号循环风机、机头烟气循 环管道及相应管道阀门。

4）烧结烟气2段（区域②）。烟气参数：风量

8400m3∕min（工况），风温90〜110℃,风压-16. 5kPa;主要工 艺设备:烧结电除尘器（有效除尘面积15OnI2）、烧结主抽风机 （功率320OkW）、直排烟气管道及相应管道阀门。

5）烧结烟气3段（区域③）。烟气参数：风量 8400m3∕πιin（工况），风温 120〜180℃,风压-16. 5kPa；主要 工艺设备：脱硫电除尘器（有效除尘面积15OnI2）、脱硫风机 （参数视具体脱硫方式而定）、烟气脱硫设施、脱硫烟气管道 及相应管道阀门。

6）烧结烟气4段（区域④）。烟气参数：风量 2500m3∕min（工况），风温 320〜400℃,风压-8〜-IOkPa；主 要工艺设备：2

号多管除尘器、2号循环风机、烟气脱硝设施 （SCR）.脱硝烟气管道、机尾热风烧结烟气管道及相应管道 阀门。

4新工艺与常规烟气系统工艺配置比照

新工艺的工艺配置与常规工艺配置中烧结机及点火器 等烧结主体设备配置完全一样，主要区别在于烧结烟气系统 的工艺配置。常规烟气系统工艺配置如下：

1）烧结主抽风系统（2个烟道分为2个系统配置）。主要 烟气参数（单个）：风量11000m3∕min（工况）,风温80~120C, 风压-17kPa;主要工艺设备：1号机头除尘器（有效除尘面积 20OnI2）、1号烧结主抽风机（功率4200kW）、2号机头除尘器（有 效除尘面积20OnI2）、2号烧结主抽风机（功率4200kW）、大烟 道及相应管道阀门。

2）烧结烟气脱硫系统。主要烟气参数：风量 22000m3∕πιin（工况），风温80〜120℃,风压视具体脱硫方式 而定；主要工艺设备：除尘器、脱硫

增压风机、脱硫烟气管道及烟气挡板阀门等相应烟气阀 Ilo 相对于常规工艺的烟气参数和主要工艺设备配置，新工 艺有以下改良：

1）将烧结机头及机尾部分烟气开展烟气循环烧结，相对 常规烧结烟气全排工艺，新工艺整体外排烟气量减少23. 6%, 相应的电除尘器及烧结主抽风机配置减小，烧结主抽风机功 率减少23. 8%；

2）将烧结机头烟气循环至烧结中部脱硫段，烟气中硫富 集后将脱硫段烟气引出脱硫，相对常规烧结烟气全脱工艺， 新工艺脱硫烟气处理量减少61.8%,脱硫烟气中Φ （S02）提高 50%左右，

o

同时减少NOx的排放浓度，相应的脱硫除尘器、 脱硫风机配置减小，烧结烟气脱硫、脱硝设施的设备投资和 生产成本分别减少40%左右；

3）依据烧结烟气中NOX浓度分布特点，有针对性的开展 SCR脱硝，在满足即将执行的新环保排放要求的前提下，减 少脱硝设施配置及设备占地，实现降低投资建设及运行成本。

5结论

1）设计的选择性烧结烟气分段式综合处理工艺是将热 风烧结生产工艺与烟气脱硫脱硝分段治理工艺开展有机结 合的烧结烟气环保减排综合处理工艺。

2）与传统工艺相比，新工艺预计可使烧结烟气脱硫、脱 硝时处理烟气量减少40%〜60%,烟气中So2、NOX体积分数 提高50%左右，同时减少烟气脱硫、脱硝设施的设备投资和 生产成本40%左右。