探析烧结烟气循环利用技术

烧结烟气循环利用技术是将烧结过程排出的一部分载热气体返回烧结点火器后的台车上再次循环使用的一种烧结方法，其实质是热风烧结技术的另外一种形式，可回收烧结烟气的余热，提高烧结工序的热利用效率，降低固体燃料消耗。烧结烟气循环利用技术是收集全部或部分风箱的烟气，将其循环返回到烧结料层。这部分废气中的有害成分将在烧结层中被热分解或转化，二英和NOx会被部分消除，抑制NOx的生成，粉尘和SOx会被烧结层捕获，减少了粉尘、SOx的排放量，烟气中的CO作为燃料使用，可降低固体燃耗。另外，烟气循环利用减少了烟囱处排放的烟气量，减小了终端处理负荷，可提高烧结脱硫装置的脱硫效率，降低脱硫装置的规格，减少脱硫装置的投资。
在日本和欧洲等国家和地区，已经有不同的烧结烟气循环利用技术流程得到应用，目前主要有5种方案：EOS（能量优化烧结技术）、Eposint（环境型优化烧结技术）、LEEp（低排放能量优化烧结工艺）、分区废气循环技术和烧结废气余热循环技术。
5种技术条分缕析
1981年11月，烟气循环工艺装置首次在日本住友金属工业公司小仓钢铁厂的烧结机上投入运行。该装置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回收使用。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。
能量优化烧结技术（EOS）。EOS技术是外循环工艺，于1995年在荷兰克鲁斯艾莫伊登的3台烧结机上实现工业化应用，2002年在当时的安赛乐法国敦刻尔克厂得到应用。德国的蒂森克虏伯、日本的新日铁和荷兰的霍戈文钢铁厂等3个烧结厂都有使用EOS技术降低烧结过程烟气排放的报道。EOS工艺将主抽风机排出的大约50%的烟气引回到烧结机上的热风罩内，剩余约50%的烟气外排。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，钢厂仅须对外排的约50%的烧结烟气进行处理，灰尘、NOx可减少约45%，二英减少约70%，使其达到环保的要求。
EOS采用烧结机主排烟气部分循环方式，循环烟气经过燃烧层可使二英高温裂解，二英的减排可达到70%。高温烟气循环可利用烟气显热，降低燃料消耗，节能量达到20%（降低焦粉消耗12千克/吨）。其缺点是未考虑烧结烟气排放的特点，对烟气中不同成分的处理效果不是最佳。该工艺适用于须要满足节能量和二英减排量要求的烧结机。
环境型优化烧结技术（Eposint）。由西门子奥钢联和位于奥地利林茨的奥钢联钢铁公司联合开发的内循环工艺Eposint减少了SOx和NOx的绝对排放量，而且大幅度降低了废气中的二英和汞的浓度，还减少了焦粉的单耗量，提高了烧结机产量。2005年5月，该技术在西门子奥钢联林茨钢铁公司烧结厂5号烧结机上使用。其使用效果如下：一是循环废气来自温度最高、污染物（有害气体、粉尘、重金属、碱金属、氯化物等）浓度最高点的风箱位置，同时还包括部分冷却机热废气；二是循环废气占废气总量的35%，氧气浓度为13.5%，机罩占烧结机的75%；三是具有最高SO2浓度的烟气循环进入烧结料层，过剩的硫被固定到烧结矿中。
Eposint又称选择性废气循环工艺，采用烧结机机尾部分烟气循环和冷却机废气利用的方式，能够在不增加环境排放的前提下，使烧结矿产能提高30%。Eposint工艺在不增加烧结矿产量的情况下使现有烧结机的排放量降低30%，从而节省了废气净化设备的投资和运行成本。该技术的缺点是将高硫烟气循环，烟气减排率较低，高硫烟气使烧结矿中的硫含量升高。另外，高温烟气未循环，节能量较低，对二英的减排率也较低。
低排放能量优化烧结工艺（LEEp）。LEEp工艺由德国HKM公司开发，并在其烧结机上实现工业化。该烧结机设有两个废气管道，一个管道只从机尾处回收热废气，另一个管道回收烧结机前段的冷废气，通过喷入活性褐煤来进一步减少剩余的二英。其运行效果如下：一是选择性利用机尾污染物含量偏高的烟气，循环比例为47%，氧气浓度为16%~18%；二是将冷烟气（65℃）和热烟气（200℃）进行热交换；三是机罩没有完全覆盖烧结机，漏入的部分空气可补充含氧量，无须额外补给新鲜空气；四是可减排45%的废气，烧结燃料消耗降低5千克/吨，占燃料配比的12.5%。
LEEp采用烧结机机尾烟气循环方式，实现高硫烟气循环、低硫烟气排放，SO2减排效果达到67.5%，循环烟气经过燃烧层可使二英高温裂解，二英减排效果达到90%。但LEEp工艺首先将前后部烟气进行换热，高温烟气的热量未得到充分利用，后部烟气中的SO2含量高，返回烧结后导致烧结矿硫含量升高。
分区废气循环技术。分区废气循环工艺在新日铁公司户畑厂3号480平方米烧结机上使用，废气循环率约为25%，循环废气的氧浓度为19%，水分含量为3.6%，对烧结矿的质量无不利影响。
废气分区循环技术采用部分烧结机、部分主排烟气循环方式，将高氧烟气进行循环利用，烟气减排率较低，循环工艺复杂，对已有烧结机的改造较麻烦。
烧结废气余热循环利用技术。宝钢集团宁波钢铁公司430平方米烧结机上成功应用了烧结烟气循环系统，这是国内首套烧结废气余热循环利用的节能减排项目，填补了国内大型烧结机废气循环利用和多种污染物深度净化的空白，被列为国家发展改革委低碳技术创新及产业化示范项目。其使用效果如下：一是非选择性与选择性循环并存，可综合利用主烟道废气和冷却热废气；二是固体燃料消耗降低6%，粉尘和SOx排放量大幅度降低，NOx排放量少量降低。
烧结废气余热循环技术采用非选择性与选择性循环并存的方式，可综合利用主烟道和冷却热废气。我国对该技术拥有自主知识产权，节能减排效果显著，适用于新建烧结机和国内大型烧结机的改造。
技术使用须考虑适用性
对于拟建烟气脱硫脱硝设施的烧结机，适用于类似EOS的模式。采用此类模式可从主抽风机后取一部分烟气用于循环，减少外排的烟气量，在设施选型时可以降低设备规格，减少投资和运行费用。其优势在于：对原有生产系统的影响小，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。但是采用此类模式后，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。
对于已经建设烟气脱硫设施的烧结机，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、加长来增加烧结面积，通过增加循环风机来提高烧结风量，解决原有风机能力不足的问题，达到烧结机增产的目的。烧结机增产改造可供选择的烟气循环方案有：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被分解，达到有害物质减排的目的。
国内外多家钢铁企业采用烧结烟气循环技术后的节能减排效果表明，在保证生产指标不降低的情况下，烧结烟气循环技术可减少烧结工艺生产的废气排放总量和污染物排放量，并能回收烟气余热、降低烧结生产能耗。因此，烧结废气循环利用技术可作为拟建烧结烟气脱硫脱硝降低投资、已建烧结脱硫脱硝改造增产的手段，也是我国烧结机未来升级改造的主要方向。