烧结烟气循环工艺的应用前景

摘要：在钢铁联合企业中，烧结是必不可少的原料处理环节，烧结生产过程中会产生大量的烟气，其中含有粉尘、SOX、NOX、二恶英等有害物质，烟气排入大气会对环境造成严重污染。通过采用烧结烟气循环工艺，大幅减少烧结厂烟气排放量，既能减轻大气污染，又能降低能耗。

关键词：烧结废气；烟气循环；节能；减排

中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）09-0062-03

1 概述

钢铁行业是高能耗、重污染的行业，钢铁生产过程中的烟气排放主要集中在烧结工序，烧结厂烟气排放量占钢铁企业总排放量的一半以上，烧结烟气污染已成为制约我国钢铁行业持续协调发展的一个重要因素。尽管如此，烧结工艺以其优良的资源适应性为钢铁企业带来了显著的经济效益，它作为钢铁生产的重要原料处理环节还将长期存在。

显而易见，钢铁企业节能减排的战略重点在烧结厂，环保要求严格的国家从20世纪开始，相继在烧结厂采用了脱硫（SOX）、脱硝（NOX）、二恶英等烟气处理装置。不同于燃煤电厂，烧结烟气处理装置投资大、运行费用高、效率低、副产品复杂。此外，外排的烧结烟气会带走大量的热量，造成了能源的浪费。钢铁行业的节能减排工作必然伴随着烧结工艺本身的变革调整，才能取得显著成效。

2 烧结烟气污染现状

烧结烟气是烧结混合料经点火后，随台车运行，在高温烧结成型过程中所产生的含尘废气。由于国内烧结机漏风率高（40%～50%）和固体料循环率高，有相当一部分空气没有通过烧结料层，每生产1吨烧结矿大约产生4000～6000m3烟气。烧结烟气的主要特点是：烟气量大、温度较高、携带粉尘多、CO含量较高、二氧化硫（SO2）浓度较低、含湿量大、含腐蚀性气体、含二恶英类物质等。由于烧结烟气排放源集中、总量较大，因此对局部地区大气质量的影响较大。

2.1 烟尘污染

烧结工序的烟尘排放量约占钢铁工业的20%，烧结烟气中的粉尘主要由金属、金属氧化物或不完全燃烧物质等组成，粉尘会对人体造成一定程度的危害，粉尘侵入人体的途径主要有呼吸系统（能引起尘肺、肺粉尘沉着症、肿瘤等病症）、眼睛（可引起结膜炎、角膜混浊、眼睑水肿等症状）和皮肤（可引起毛囊炎、粉刺、皮炎等）。

2.2 二氧化硫（SO2）污染

烧结工序的SO2排放量约占钢铁工业的60%，烧结烟气中SO2主要来源是固体燃料的燃烧，SO2浓度随原料和燃料的差异而变化，一般为1000～3000mg/Nm3。SO2的主要危害体现在：空气中的SO2浓度过高易形成酸雨，酸雨会破坏生态环境，影响动植物的生存，还会损坏雕塑及建筑物，造成经济损失；空气中的SO2浓度过高对人体健康也会造成危害，SO2会刺激人的鼻腔和呼吸道黏膜，严重时造成鼻腔出血、呼吸道受阻。

2.3 氮氧化物（NOX）污染

烧结工序的NOX排放量约占钢铁工业的50%，烧结烟气中的NOX主要来源是燃料的燃烧，主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），NO与血液中的血红蛋白的亲和力比CO还强，NO通过呼吸道及肺进入血液，能使血液失去输氧能力，产生与CO中毒类似的严重后果。NO很容易氧化成剧毒的NO2，进入肺脏深处的肺毛细血管，引起肺水肿，同时还能刺激眼黏膜、麻痹嗅觉。

2.4 其他污染

烧结烟气中还含有二恶英等有害物质。目前钢铁行业的二恶英排放居世界第二位，仅次于垃圾焚烧行业。烧结烟气中的二恶英主要源自烧结过程的无机氯化物、轧钢含油废铁渣等反应生成，二恶英是毒性很强的有机化合物，具有致癌作用。

3 烧结烟气循环工艺

3.1 烧结烟气循环工艺简介

烧结烟气循环工艺，顾名思义，就是烧结过程中产生的烟气没有全部外排，而是将其中一部分热烟气再次引入烧结过程循环使用，采用该工艺可在节能、减排两方面带来效益，在国外一些烧结厂早已应用了该工艺。

1981年11月，烟气循环工艺装置在日本住友金属工业公司小仓钢铁厂的烧结机上投入使用。具体做法是，将烧结机后半段的高温废气（氧浓度为18%～21%）引回到烧结机前半段使用。实践证明，循环烟气中氧浓度为18%以上就能满足烧结生产的需要，烧结矿的产量和质量都不受影响。典型的烧结烟气循环工艺还有EOS（Emission Optimized Sintering）、LEEP（Low Emission & Energy optimized sinter Production）、Eposint（环保型工艺优化烧结的缩写）等。

1995年，EOS工艺在荷兰克鲁斯艾莫伊登烧结厂实现工业化应用。他们将主抽风机排出的烟气大约50%引回到烧结机上的热风罩内，剩余部分外排。热风罩将烧结机全长都罩起来，在烧结过程中，为调整循环烟气的氧含量，鼓入少量新鲜空气与循环废气混合。这样，仅需对约50%的外排烧结烟气进行处理，使之达到环保要求，灰尘、NOX被减少约45%，二恶英被减少约70%。

LEEP工艺是由德国HKM开发的，已在其烧结机上投入使用。该烧结机采用两根废气管道，一根管道回收烧结机后段的热废气（约200℃，用于循环使用），另一根管道回收烧结机前段的冷废气（约65℃，经处理后外排），两根管道分别经过电除尘器和抽风机，在进入电除尘器前，两根管道中的废气经过换热器，使外排废气温度提高到110℃，循环废气温度降到150℃。LEEP工艺中，循环废气罩没有完全覆盖烧结机，允许一部分空气漏进来补充循环废气中氧含量的不足。经过几年的生产操作实践，LEEP工艺实现了减少烧结废气排放量45%，减少烧结焦粉单耗5kg/t烧结矿，并维持烧结矿质量不降低的目标。

Eposint工艺，于2005年3月在奥钢联钢铁公司投入应用。Eposint工艺，又称选择性废气循环工艺，根据烧结机各风箱的流量和污染物排放浓度决定循环烟气的来源，用于循环的气流来自废气温度升高区域的风箱，这一区域大致位于烧结机总长的3/4处。根据工艺条件的变动，可按需选择循环区域的各个风箱进入外排系统还是循环系统。应用Eposint工艺能在不影响烧结产量的情况下使现有烧结厂的排放指标降低30%左右。

实践证明，采用烧结烟气循环工艺主要有以下优点：排入大气的烟气量显著减少，废气净化装置（主电除尘器、脱硫装置、脱硝装置等）的规格显著减小，节省设备投资和运行成本；废热回收量显著增加，固体燃料的用量降低；对烧结矿单位生产率和烧结矿质量无明显影响。

3.2 采用烟气循环工艺的节能作用

采用烟气循环工艺的节能作用主要体现在节省固体燃料和节电两个方面。

烧结过程的热收入中约80%来自固体燃料燃烧产生的热量，热支出中约25%是烟气带走的热量。由于烟气的循环利用，热烟气再次通过烧结料层时，除自身携带热量外，其中的CO在烧结过程中可再次参加反应，提供热量。以30%烟气循环使用为例，减排烟气相当于热损失减少了5%～8%，理论上可节省固体燃料6%～10%（相当于每生产1t烧结矿，节省固体燃料3～5kg）。

部分烟气循环使用，外排系统的主排风机、主电除尘器、脱硫等烟气处理装置处理风量相应降低，设备规格小，整个外排系统的单位耗电量降低。

3.3 采用烟气循环工艺的减排原理

从国外烟气循环工艺的使用效果来看，外排烟气量减少了30%～50%，这是个相当可观的数据。在同样排放标准下，单位烧结矿产量排放的粉尘等污染物总量相应按比例减少。

热烟气再次通过烧结料层燃烧带时，烟气中的二恶英和氮氧化物能够通过热分解被部分破坏，硫氧化物和粉尘能够被部分吸附并滞留于烧结料层中；循环中的CO参加反应，可减少外排烟气中的CO含量。固体燃料的节省，也减少了外排烟气中二氧化硫、氮氧化物等的来源，减轻了其污染程度。

4 应用前景

在国内的烧结厂，烧结烟气循环工艺的应用尚在起步阶段。随着业内人士对能源、环保问题认识的提高，烧结烟气循环工艺逐渐吸引了大家的视线。大家把目标主要集中在三个方面：节能、减排和增产。

4.1 在新建烧结机上应用

根据国家环保最新要求，新建烧结机必须配套建设烟气处理设施，对脱硫装置的要求是全部外排烟气都要经过脱硫。为了适应发展的需要，以减低烧结烟气处理装置的基建成本和生产成本，应用节能技术为目的，应在新建烧结机上实施烟气循环工艺。

针对我国的生产现状，宜采用头尾循环的模式――抽取烧结机头部几个风箱和尾部几个风箱的烟气混合后循环使用，根据混合后烟气温度来调整循环与外排交界处风箱的气流走向。这种模式优点如下：循环烟气不经过主电除尘器，可降低外排系统设备规格，降低其投资和运行费用；头部烟气温度低，尾部烟气温度高，两股烟气按一定比例混合后，能按需调整烟气温度，保证外排烟气温度不低于主电除尘器要求的工作温度下限；我国烧结机漏风率高，头尾漏入的空气较多，漏入的新鲜空气能提高烟气含氧量。

4.2 在已投产的烧结机上改造

在已经投产的烧结机上实施改造，应用烟气循环工艺，应针对各厂自身的实际情况和需求，站在不同的角度，有针对性地实施。

对于拟建烟气处理设施的工厂，可采用类似EOS的模式，从主抽风机后取一部分烟气用于循环，减少外排的烟气量。在进行脱硫等烟气处理设施选型时，可以降低规格，减少其投资和运行费用。这样做的好处是：对原有生产系统影响小，改造简便易行；循环风机只起增压作用，循环系统的工艺布置简单，投资和运行费用低。但是，整个烧结机的烟气混合后含氧量一般在12%左右，满足不了烧结生产，必须采用兑风措施，提高循环烟气的含氧量。

对于已经建设烟气处理设施的工厂，可以在不增加外排烟气量，不改变原有的机头烟气处理系统的基础上，将烧结机加宽、加长，增加烧结面积，通过增加循环风机来增加烧结风量，解决原有风机能力不足的问题，达到增产的目的。针对这种情况，有几种选择：采用头尾循环的模式，保证循环烟气的含氧量，稳定烧结生产；采用尾部循环的模式，提高循环废气的温度，提高回收废热的比例，节省能源；采用中部选择性循环的模式，取有害物质浓度高的部分烟气循环使用，这部分烟气再次通过烧结料层时，其中的部分有害物质分解，达到有害物质减排的目的。

5 结语

（1）采用烧结烟气循环工艺，减少烧结烟气的外排总量，是减轻烧结厂烟气污染的最有效手段。

（2）采用该工艺，可大幅降低烧结厂烟气处理设施（静电除尘、脱硫、脱氮）的投资和运行费用。

（3）热烟气循环使用，再次经过烧结料层，可使烟气中的部分有害物质发生化学变化或受到抑制，可降低单位产量的有害物质排放量。

（4）热烟气循环使用，外排烟气量大幅减少，可减少外排烟气带走的热量，减少热损失，从而降低固体燃料消耗，节省能源。

（5）烧结烟气循环工艺，是一种节能减排型的绿色生产工艺，符合我国当前发展的需要。该工艺在新建的和原有的烧结机上都能应用，值得在国内大力推广应用。

参考文献

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作者简介：郑绥旭（1972―），男，辽宁灯塔人，中冶北方工程技术有限公司高级工程师，研究方向：烧结、球团厂节能减排工艺。