烧结料面喷吹蒸汽在烧结机的研究与应用

烧结料面喷吹蒸汽在烧结机的研究与应用

关健、刘兰润

河钢股份有限公司唐钢炼铁事业部

摘 要：本文研究了喷吹位置、喷吹量和喷吹强度三个工艺参数对烧结矿质量和燃料消耗的影响，分析了蒸汽喷吹对烧结机节能减排的影响。试验表明，喷吹位置设置在距离点火位置8～20m、喷吹量为4～6.5t/h、控制蒸汽喷吹强度在0.2～0.6kg/(m²·min)时，可节约焦粉量0.9～1.8kg/t、提高产量20～80t/h、CO排放量降低20%～25%、二噁英排放量降低35%～40%。

关键词：烧结；蒸汽喷吹；节能；减排

前言

烧结工序是钢铁工业污染物排放和能源消耗大户，烧结SO₂、NOx、和二噁英排放分别占钢铁工业污染物的65%、50%和70%以上，能耗约占10%。此外，烧结过程中CO排放量远高于其他几种污染物排放，传统烟气处理工艺难以脱除CO。从2018年1月1日开始，我国开始对排放CO污染物进行征税，烧结烟气中CO的治理将越来越受重视。通过采用烧结机料面喷吹蒸汽技术，可显著减低CO^[1,2]和二噁英的排放量。

1蒸汽喷吹主要工艺参数

（1）喷吹位置

在蒸汽喷吹烧结生产时，其喷吹位置对于强化效果有直接影响。适宜蒸汽喷吹的范围为点火后一段时间到废气升温点前。这是因为喷吹位置过于靠前，此时料层刚被点火，形成高温带较薄，喷吹蒸汽容易使水蒸气反应的吸热量占高温带热量的权重过大，导致有“灭火”的可能。喷吹位置过于靠后，烧结料层大多已烧结完毕转化成烧结矿，蒸汽不再参与高温反应，难以起到原设计强化烧结的作用。

考虑到前10%位置为烧结点火位置，点火后5min也占据烧结机10%～15%的位置。因此，确定较佳喷吹位置为烧结机长度方向30%，到废气升温点前，烧结机料面喷吹蒸汽位置选取的是距点火位置8～20m。

（2）喷吹量

在确定好合适喷吹位置参数的基础上，进一步摸索较优的蒸汽喷吹量参数范围，对于强化该技术效果极其重要。蒸汽喷吹量过少，无法达到技术强化的效果；蒸汽喷吹量过多，则多余的水汽容易在料层内吸热并加重过湿层，反而对生产能耗和污染物排放量等指标造成负面影响。

通过多次现场试验，在烧结机料面喷吹蒸汽量不宜超过7t/h，喷吹量为4～6.5t/h。

（3）喷吹强度

根据现场试验情况，在采取蒸汽料面顶吹技术生产时，蒸汽空气体积比不宜超过8%。在满足蒸汽管道数量与蒸汽喷吹量相匹配、蒸汽空气体积比以不超过8%的条件下，控制蒸汽喷吹强度在0.2～0.6kg/(m²·min)。

2蒸汽喷吹对节能减排的影响

蒸汽喷吹烧结技术是通过提高烧结料层中燃料的燃烧效率和燃尽程度来实现节能减排的。

烧结烟气中的CO主要是燃料燃烧不充分、燃烧效率低造成的。尽管烧结过程整体上为氧化性气氛，O₂较碳呈现过剩状态，但在高温区由于有碳的燃烧，局部的O₂量不足，存在还原性气氛，反应产物将生成较多的CO。采用蒸汽喷吹技术后，H₂O与碳和O₂反应，将CO转化为CO₂，从而达到降低CO的目的。

采用蒸汽喷吹技术后，由于燃料燃烧更充分，在保证同等热量供入的条件下可降低固体燃料的消耗，进而从源头实现了SO₂和NO_x的减排。按喷吹蒸汽提高燃烧效率5%有助于降低固体燃耗2～2.5kg/t（平均值2.25kg/t）来分析，固体燃料的S含量0.4%，脱硫率90%，烟气单耗（标态）2000m³/t，则SO₂降低量（标态）计算如下：

△Q_SO2=2.25×0.4/100×1000000/2000×0.9×2=8.1mg/m³

蒸汽喷吹技术降低烧结二噁英排放，主要是从碳源控制和氯源两方面来实现的。烧结料面喷吹蒸汽后，水蒸气会在燃烧带发生反应加速烧结燃烧带中碳的燃烧，使得碳充分燃尽，由燃烧带进入干燥带的残碳将会有所减少，从而从源头上减少了二噁英从头合成反应所需的碳源，有利于减少二噁英排放^[3]。已有研究表明，氯气容易形成氯的自由基，易于苯环结合形成二噁英。因此，将单质Cl₂转变为HCl气体的化学反应是抑制二噁英形成的重要原因^[4]。

综上，烧结机在应用蒸汽喷吹技术后，其节能、减排、提产效果如表1所示。

表1 蒸汽喷吹技术应用效果

3结语

（1）烧结机实施料面喷吹蒸汽技术后，烧结生产得到较大改善，烧结矿产量和质量得到提高，为高炉稳定生产提供支撑。

（2）烧结生产中进行料面蒸汽喷吹，可以降低烧结燃料消耗，同时可以降低烧结烟气中CO和二噁英的排放量，产生了较好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1] 白晓军,郭军伟，刘月健.烧结料面喷蒸汽试验及效果分析[J].河南冶金,2020,(3):28-31.

[2] 裴元东,欧书海,马怀营,等.烧结料面喷吹蒸汽对烧结矿质量和CO排放影响研究[J].烧结球团.2018,43(1):35-39.

[3] 黄建平.烧结料面喷吹蒸汽技术的应用效果[J].铁合金.2019,(6):22-25.

[4] 裴元东,史凤奎,吴胜利,等.烧结料面喷吹蒸汽提高燃料燃烧效率研究[J].烧结球团.2016,41(6):16-52.