钢铁厂烧结.docx

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钢铁厂烧结

烧结生产工艺流程

钢铁生产过程中的烧结

1.烧结的概念

将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料和熔剂，加入适量的水，经混合和造球后在烧结设备上使物料发生一系列物理化学变化，将矿粉颗粒黏结成块的过程。

2.烧结生产的工艺流程

目前生产上广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。

烧结生产的工艺流程如图2—4所示。

主要包括烧结料的准备，配料与混合，烧结和产品处理等工序。

抽风烧结工艺流程

◆烧结原料的准备

①含铁原料

含铁量较高、粒度<5mm的矿粉，铁精矿，高炉炉尘，轧钢皮，钢渣等。

一般要求含铁原料品位高，成分稳定，杂质少。

②熔剂

要求熔剂中有效CaO含量高，杂质少，成分稳定，含水3％左右，粒度小于3mm的占90％以上。

在烧结料中加入一定量的白云石，使烧结矿含有适当的MgO，对烧结过程有良好的作用，可以提高烧结矿的质量。

③燃料

主要为焦粉和无烟煤。

对燃料的要求是固定碳含量高，灰分低，挥发分低，含硫低，成分稳定，含水小于10％，粒度小于3mm的占95％以上。

对入厂烧结原料的一般要求见表2—2。

入厂烧结原料一般要求

◆配料与混合

①配料

配料目的：

获得化学成分和物理性质稳定的烧结矿，满足高炉冶炼的要求。

常用的配料方法：

容积配料法和质量配料法。

容积配料法是基于物料堆积密度不变，原料的质量与体积成比例这一条件进行的。

准确性较差。

质量配料法是按原料的质量配料。

比容积法准确，便于实现自动化。

②混合

混合目的：

使烧结料的成分均匀，水分合适，易于造球，从而获得粒度组成良好的烧结混合料，以保证烧结矿的质量和提高产量。

混合作业：

加水润湿、混匀和造球。

根据原料性质不同，可采用一次混合或二次混合两种流程。

一次混合的目的：

润湿与混匀，当加热返矿时还可使物料预热。

二次混合的目的：

继续混匀，造球，以改善烧结料层透气性。

用粒度10～Omm的富矿粉烧结时，因其粒度已经达到造球需要，采用一次混合，混合时间约50s。

使用细磨精矿粉烧结时，因粒度过细，料层透气性差，为改善透气性，必须在混合过程中造球，所以采用二次混合，混合时间一般不少于2．5～3min。

我国烧结厂大多采用二次混合。

◆烧结生产

烧结作业是烧结生产的中心环节，它包括布料、点火、烧结等主要工序。

①布料

将铺底料、混合料铺在烧结机台车上的作业。

当采用铺底料工艺时，在布混合料之前，先铺一层粒度为10～25mm，厚度为20～25mm的小块烧结矿作为铺底料，其目的是保护炉箅，降低除尘负荷，延长风机转子寿命，减少或消除炉箅粘料。

铺完底料后，随之进行布料。

布料时要求混合料的粒度和化学成分等沿台车纵横方向均匀分布，并且有一定的松散性，表面平整。

目前采用较多的是圆辊布料机布料。

②点火

点火操作是对台车上的料层表面进行点燃，并使之燃烧。

点火要求有足够的点火温度，适宜的高温保持时间，沿台车宽度点火均匀。

点火温度取决于烧结生成物的熔化温度。

常控制在1250±

50℃。

点火时间通常40～60s。

点火真空度4～6kPa。

点火深度为10～20mm。

③烧结

准确控制烧结的风量、真空度、料层厚度、机速和烧结终点。

烧结风量：

平均每吨烧结矿需风量为3200m3，按烧结面积计算为（70～90）m3／（cm2．min）。

真空度：

决定于风机能力、抽风系统阻力、料层透气性和漏风损失情况。

料层厚度：

合适的料层厚度应将高产和优质结合起来考虑。

国内一般采用料层厚度为250～500mm。

机速：

合适的机速应保证烧结料在预定的烧结终点烧透烧好。

实际生产中，机速一般控制在1.5～4m／min为宜。

烧结终点的判断与控制：

控制烧结终点，即控制烧结过程全部完成时台车所处的位置。

中小型烧结机终点一般控制在倒数第二个风箱处，大型烧结机控制在倒数第三个风箱处。

带式烧结机抽风烧结过程是自上而下进行的，沿其料层高度温度变化的情况一般可分为5层，各层中的反应变化情况如图2—5所示。

点火开始以后，依次出现烧结矿层，燃烧层，预热层，干燥层和过湿层。

然后后四层又相继消失，最终只剩烧结矿层。

①烧结矿层

经高温点火后，烧结料中燃料燃烧放出大量热量，使料层中矿物产生熔融，随着燃烧层下移和冷空气的通过，生成的熔融液相被冷却而再结晶（1000—

1100℃）凝固成网孔结构的烧结矿。

这层的主要变化是熔融物的凝固，伴随着结晶和析出新矿物，还有吸入的冷空气被预热，同时烧结矿被冷却，和空气接触时低价氧化物可能被再氧化。

②燃烧层

燃料在该层燃烧，温度高达1350～1600℃，使矿物软化熔融黏结成块。

该层除燃烧反应外，还发生固体物料的熔化、还原、氧化以及石灰石和硫化物的分解等反应。

③预热层

由燃烧层下来的高温废气，把下部混合料很快预热到着火温度，一般为400～800℃。

此层内开始进行固相反应，结晶水及部分碳酸盐、硫酸盐分解，磁铁矿局部被氧化。

④干燥层

干燥层受预热层下来的废气加热，温度很快上升到100℃以上，混合料中的游离水大量蒸发，此层厚度一般为l0～30mm。

实际上干燥层与预热层难以截然分开，可以统称为干燥预热层。

该层中料球被急剧加热，迅速干燥，易被破坏，恶化料层透气性。

⑤过湿层

从干燥层下来的热废气含有大量水分，料温低于水蒸气的露点温度时，废气中的水蒸气会重新凝结，使混合料中水分大量增加而形成过湿层。

此层水分过多，使料层透气性变坏，降低烧结速度。

烧结过程中的基本化学反应

①固体碳的燃烧反应

固体碳燃烧反应为：

反应后生成C0和C02，还有部分剩余氧气，为其他反应提供了氧化还原气体和热量。

燃烧产生的废气成分取决于烧结的原料条件、燃料用量、还原和氧化反应的发展程度、以及抽过燃烧层的气体成分等因素。

②碳酸盐的分解和矿化作用

烧结料中的碳酸盐有CaC03、MgC03、FeC03、MnC03等，其中以CaC03为主。

在烧结条件下，CaC03在720℃左右开始分解，880℃时开始化学沸腾，其他碳酸盐相应的分解温度较低些。

碳酸钙分解产物Ca0能与烧结料中的其他矿物发生反应，生成新的化合物，这就是矿化作用。

反应式为：

CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2

CaCO3+Fe2O3=CaO·Fe2O3+CO2

如果矿化作用不完全，将有残留的自由Ca0存在，在存放过程中，它将同大气中的水分进行消化作用：

CaO+H2O=Ca（OH）2

使烧结矿的体积膨胀而粉化。

③铁和锰氧化物的分解、还原和氧化

铁的氧化物在烧结条件下，温度高于l

300℃时，Fe203可以分解

Fe304在烧结条件下分解压很小，但在有Si02存在、温度大于1300℃时，也可能分解.

我国钢铁烧结烟气脱硫现状及建议

2009-12-0216:

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钢铁行业烧结烟气脱硫

我国钢铁行业烧结烟气脱硫成为继火力发电机组烟气脱硫之后ＳＯ２排放控制的重点。

为了有助于我国钢铁企业符合国际烟气治理技术要求和国际环境保护发展趋势，选择技术先进、经济性优、符合我国烧结烟气特点的烧结脱硫技术。

本文从世界烧结烟气脱硫技术的发展趋势和我国烧结烟气脱硫现状，分析烧结烟气脱硫存在的问题，提出了对策建议。

　　一、世界钢铁烧结烟气脱硫工艺技术及其发展趋势

　　随着工业化进程，世界环境治理经历了四个阶段。

第一阶段：

可见污染物治理（黑烟、黑水、固废）；第二个阶段：

二氧化硫、氮氧化物等污染物治理；第三阶段：

二氧化碳、二噁英、重金属等污染物治理（地球变暖）；第四阶段：

综合治理（生态法，即一揽子解决环境、能源、资源、经济、社会和发展的方法，从源头治理，建立多种工业群和系统的联系。

）。

发达国家已完成工业化进程，进入深层次治理阶段，如治理有机物、重金属、放射性、噪声、氰化物、砷化物、氮氧化物、二噁英、二氧化碳等。

同样，发达国家钢铁烧结烟气治理也经历了几个阶段。

特别是经历了从单一治理二氧化硫到目前的多组分污染物治理阶段，因而使世界钢铁公司采取的烧结烟气脱硫工艺也随之发生较大变化。

　　１、日本

　　由于严格的环境保护标准，日本早在２０世纪７０年代就开始建设烧结烟气脱硫设施，多数采用传统的湿法烟气脱硫技术，主要有石灰－石膏法、氨法、镁法等。

但是由于湿法烟气脱硫工艺无法解决烧结烟气中二噁英含量过高的问题，同时由于烧结烟气还含有ＳＯ３、ＨＣｌ、ＨＦ等酸性物质和重金属污染成份，采用湿法工艺系统也不能高效脱除。

因此，１９８９年以后，活性炭吸附工艺渐渐占领日本烧结烟气脱硫领域。

　　当日本政府于２０００年提出执行二噁英排放浓度标准后，日本钢铁公司新建烧结烟气处理工艺全部采用活性炭／焦吸附工艺，在脱除二氧化硫的同时脱除二噁英。

由于原来湿法工艺，只能脱硫而无法脱除二噁英。

为解决二噁英污染排放控制问题，几家钢厂将湿法脱硫工艺装置废弃，新建了活性炭／焦吸附工艺。

但是活性炭／焦工艺复杂，解吸过程能耗大，活性炭易自燃，系统投资、运行费用非常高，在其它国家尚未得到很好的应用。

　　目前，日本钢铁公司共有烧结机２５台，建有烧结烟气脱硫装置的烧结机１７台，其中９台采用的工艺是活性炭／焦吸附工艺，８台是旧有湿法工艺（均为１９８９年前建成投运），其余８台烧结机因使用原料、燃料含硫极低，并采取别的办法治理二噁英，因此未建脱硫装置。

　　２、欧洲

　　由于原来使用的铁矿及焦炭等原、燃料含硫低，烟气中二氧化硫浓度符合排放标准。

因此，烧结烟气的治理早期主要集中在烟气中的粉尘和二噁英（ＰＣＤＤ／Ｆ），很少有专门用于烧结烟气脱硫的装置。

目前，欧美已采用的烧结烟气脱硫工艺主要有以下几种：

　　１）德国杜依斯堡钢厂１０８ｍ２　烧结机１９９８年建有旋转喷雾干燥（ＳＤＡ）干法脱硫工艺；

　　２）法国ＡＬＳＴＯＭ（阿尔斯通）研发ＮＩＤ干法烧结烟气脱硫工艺，并在法国某烧结机上实施；

　　３）奥钢联研发ＭＥＲＯＳ干法脱硫工艺并在ＬＩＮＺ钢厂实施；

　　４）２００６年，德国Ｄｉｌｌｉｎｇｅｎ烧结机烟气处理；采用ＣＦＢ干法脱硫工艺。

　　从日本和欧美钢铁公司烧结烟气脱硫工艺的选择和应用可见，国外烧结烟气脱硫工艺的选择趋势是由“湿”到“干”。

　　３、中国

　　脱硫刚起步，湿法干法并存。

目前只考虑脱除二氧化硫，但不符合国际环保治理趋势。

虽然我国还处在工业化进程中，但国际社会不会允许我国再经历环保治理的四个阶段。

现在同时进行第二、三阶段工作，甚至第四阶段的工作。

如属于第二阶段的二氧化硫、氮氧化物治理；属于第三阶段的二氧化碳减排、履约行动；属于第四阶段的循环经济、清洁生产工作。

因此，根据烧结烟气含有多种污染成分的特点，烧结烟气污染物综合脱除一体化集成技术是烧结烟气治理的必然方向。

　　二、我国烧结烟气脱硫现状及存在的问题

　　１、　烧结烟气脱硫现状

　　我国约在２００４年开始进行烧结烟气脱硫工作。

至２００９年上半年，采用的工艺有双碱法工艺、氨－硫铵法工艺、石灰石－石膏湿法脱硫工艺、离子液法工艺、循环流化床（ＬＪＳ－ＦＧＤ）脱硫工艺、密相干塔工艺、旋转喷雾（ＳＤＡ）工艺、活性炭吸附工艺、ＭＥＲＯＳ工艺、ＮＩＤ工艺、ＧＳＣＡ工艺、ＥＮＳ工艺等十多种。

其中前四种工艺属于湿法脱硫工艺，其余为干法、半干法脱硫工艺。

不完全统计，我国已建和在建烧结烟气脱硫装置５０套以上。

在建和已建干法或半干法脱硫装置的

大中型钢铁企业有武钢、马钢、涟钢、邯钢、梅钢、沙钢、三钢、昆钢、唐钢、迁钢、石钢、济钢等。

建有石灰石－石膏湿法的大中型企业有宝钢、梅钢、湘钢。

氨法有柳钢、日照钢铁厂、河南普阳钢铁厂、杭钢、南京钢铁厂。

离子液法有莱钢、攀钢。

活性炭吸附有太钢。

另外，马钢和梅钢的干法脱硫装置具有脱除二噁英的功能。

　　２、存在问题

　　１）存在的认识误区

　　烧结烟气脱硫对于我国钢铁企业还是一个新鲜事物，在调研中发现在少数企业的认识上存在两个误区：

一是认为烧结烟气脱硫和通风除尘一样，原理、工艺、设计、维护非常简单，忽视承建单位的工程能力，选择报价明显偏低的脱硫公司或者在其他领域合作过的环保公司，建设的脱硫工程低价低质，难以长期稳定运行；二是认为烧结烟气和燃煤电厂烟气特点差异很大，十分复杂，因此排斥在燃煤电厂烟气脱硫有大量成功工程经验的承建单位，但是最终所选择的脱硫工艺、建设的工程也并不真正能适应烧结烟气的特点。

　　２）少数脱硫装置不能满足总量减排要求

　　钢铁企业建设烧结脱硫装置一方面是环保意识增强，承担社会责任的体现；另一方面也是满足二氧化硫总量减排的要求。

如果建设的烧结脱硫装置在设计、建设和运营维护上没能达到核查标准，二氧化硫减排量无法得到管理部门的认定，就得不偿失。

　　３）多种污染物综合防治还未引起重视

　　随着公众环境要求的日益增强，越来越多的污染因子受到关注。

因此，在建设污染防治工程的同时，有必要未雨绸缪，考虑到多种污染物的综合防治，例如二氧化硫、二噁英联合去除等，避免重复投资。

　　特别值得关注的是，烧结烟气中含有二噁英类污染物，二噁英与常规污染物不同，被生物体摄入后不易分解，具有致癌、致畸、致突变性，危害极大。

根据联合国环境规划署提供的《二噁英和呋喃排放识别和量化标准工具包》，钢铁行业烧结机是除垃圾焚烧外最大的二噁英类污染物排放源。

我国履行斯德哥尔摩公约的《国家实施计划》（ＮＩＰ）于２００７年４月１４日获得国务院批准。

ＮＩＰ中将我国钢铁行业确立为二噁英减排优先重点控制行业，要求分阶段逐步开展ＢＡＴ／ＢＥＰ应用、控制和

减少二噁英排放。

２００８年已经开始实施计划（ＮＩＰ），承担二噁英类污染物的减排义务。

因此在考虑建设烧结脱硫装置时，应兼顾二噁英类污染物治理。

　　４）副产物利用难度较大，存在二次污染隐患

　　由于烧结烟气中成分复杂，含有重金属、二噁英、ＨＣｌ、ＨＦ等多种污染物，导致石膏、硫铵、脱硫渣等脱硫副产物品质较差，资源化利用难度较大，甚至可能在利用过程中发生二次污染事故，例如烧结脱硫产生的硫铵作为化肥使用，可能导致二噁英、重金属等物质富集，污染土壤和农作物。

脱硫副产物的综合利用难度大也是当前推动烧结脱硫工作最大的障碍之一。

　　５）对工程实践、设计能力重视不足

　　据不完全统计，目前已建、在建及拟建的烧结脱硫装置采用的工艺路线多达十余种，石灰石－石膏法、氨－硫铵法、氧化镁法、ＬＥＣ法、有机胺法、循环流化床法、ＭＥＲＯＳ法、ＮＩＤ法、密相干塔法、ＥＮＳ法、ＳＤＡ法、活性炭吸附法等种类繁多的脱硫工艺让钢铁企业无法选择，而忽视了工程设计能力。

　　一方面，烧结烟气脱硫原理大同小异，其中不乏照抄照搬现象，很难从工艺上判断孰优孰劣。

烧结脱硫是一个系统工程，一些工程细节，特别是脱硫系统的整体设计，无法复制，从而导致脱硫装置无法长期稳定运行。

例如某企业烟气脱硫装置，由于控制系统无法及时响应烧结烟气的工况波动，常常导致加水过量，影响系统长期稳定运行。

　　另一方面，大多数钢铁企业对脱硫还比较陌生，同时由于烧结烟气脱硫长期稳定运行实例较少，更多的只能关注脱硫工艺，而不能对脱硫工程的细节，特别是运行维护的经验教训进行深入的了解。

因此在建设脱硫装置时，如果承建单位的相关经验也不足时，就会出现一些看似简单但却致命的错误。

例如某企业采用石灰石－石膏湿法工艺在做防腐时，以为原烟道烟气温度较高，未进行防腐处理，但该系统设置了旁路，有一部分低温烟气从旁路烟道回流到原烟道，与原烟气混合降低了烟温，对原烟道和风机产生了腐蚀。

某企业湿法脱硫装置除雾器除雾效果不好，进入烟囱的烟气含水量高，大量冷凝水导致烟囱出现腐蚀，同时再加上塔体设计不合理，石膏颗粒随着烟气从烟囱排出。

某企业采用干法脱硫工艺，但脱硫装置的外部保温做得不到位，虽然刚运行不久，问题还未显现，但长期运行后，特别是冬天极易出现结露、冷凝等现象，影响系统稳定运行。

　　三、我国烧结烟气脱硫的建议

　　当前钢铁行业烧结烟气脱硫工作势头喜人，但也存在不少隐忧。

建成的脱硫装置数量不断增加，但如何保证长期稳定运行，真正实现二氧化硫减排，才是接下来工作的重点。

另一方面，管理部门在推进燃煤电厂烟气脱硫工作中，核查核算的水平不断提高，要求也越来越严格，并不简单由是否建设脱硫装置来定性地判断减排效果，而是定量地根据长期运行数据进行核算。

这一管理趋势必将延伸到钢铁烧结烟气脱硫的减排核查中。

因此，钢铁企业在建设烧结烟气脱硫装置时，一定要十分慎重，建设只是开始，运行才是真正的考验。

为此提出以下建议。

　　１）虽然烧结烟气工况比燃煤电厂锅炉烟气复杂，毕竟燃煤电厂烟气脱硫在各方面都更加成熟。

在工艺选择和现场考察时，建议钢铁企业不只是考察烧结烟气脱硫装置，也可以对一些典型的燃煤电厂烟气脱硫装置进行考察，多了解在装置建设和运行过程中的经验和教训。

　　２）及时与管理部门进行沟通，在工艺选择和装置建设方面征求他们的意见，同时多了解污染物总量减排核查核算的有关办法，避免在脱硫装置建成后，不能得到管理部门的认可。

　　３）脱硫装置的建设不是结束，而是开始。

与承建单位签订合同和协议时，要充分考虑脱硫装置运行后的一系列问题，避免脱硫装置一旦建成，承建单位就拿钱走人，责任全由钢铁企业承担的情况。

目前，已有部分企业开始由承建单位负责脱硫装置的运行，但脱硫副产物的利用方案还没有在合同中予以体现，建议钢铁企业对承建单位在脱硫副产物的处理处置方面施加压力，减轻自身的负担，同时也可以促进脱硫副产物综合利用途径的研究。

　　４）建议钢铁企业在关注采用何种工艺的同时，还应该重视承建单位的工程能力和运行维护经验。

同样的工艺流程，工程细节不一样，运行维护水平不一样，带来的运行效果也不一样。

　　５）根据国内、国际环境保护的发展趋势和烧结烟气的特点，建议钢铁企业在建设烧结烟气脱硫装置的同时，考虑到二噁英治理的潜在要求，至少应预留能脱除二噁英类污染物的空间。

　　６）兼听则明，偏听则暗。

建议钢铁企业之间，企业与行业咨询部门之间应进行充分的交流，听取各方的意见，针对自身特点，因地制宜的建设烧结烟气脱硫装置，保持长期稳定运行，将减排落到实处。

（注：

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