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超低排放背景下炼铁清洁生产新技术研究

北极星大气网  来源:第五届全国冶金渣固废回收及资源综合利用、节能减排高峰论坛  作者:崔晓冬 曹树志等  2021/2/25 9:32:05  我要投稿  
所属频道: 大气治理  关键词:超低排放 烧结脱硝 清洁生产

北极星大气网讯:摘要:基于铁前系统环保生产现状,深刻解读环保产业政策,积极研判绿色企业发展理念,立足于生产现场从高炉、烧结等多方面、涵盖烧结烟气治理、炼铁除尘灰处理工艺;高炉出铁场粉尘管控、TRT噪声污染等方面进行新技术研究,打造科学管控体系,实现炼铁工序超低排放、固废回收、有害气体排放、噪音管控等方面全方位清洁生产,解决了制约企业发展的环境问题,在新时期,高炉炼铁工艺的节能减排、环境友好能起到一定引领作用。

0 引言

炼铁工序是钢铁生产的主要工序,也是钢铁联合企业的耗能大户,炼铁生产过程中产生的废气、废水、噪声污染也比较严重。因此在炼铁工序大力推行清洁生产,对企业的节能、降耗、减污和增效具有十分重要的作用,在日趋严峻的环保形势下,清洁生产对于树立良好的企业形象也可以起到重要的支撑作用。

唐钢北区炼铁共有3座高炉,两座2000m3和3200m3高炉一座,其中1#2000高炉2015年停炉产能置换到京唐港中厚板区;2#高炉2017年9月受环保控制产能影响停炉。2018年以来唐山地区冶金企业限产频繁,非采暖期已经执行50%限产组织,面对这种环保形势,铁前工艺的节能减排与清洁生产成为企业发展的关键因素。

1 烧结脱硝

1.1 密相干塔脱硫工艺基础上氧化法脱硝实现超低排放

唐钢北区1#210m2、3#265m2烧结机,配置北科大的密相干塔的干法脱硫工艺,从1#210m2、3#265m2烧结机密相干塔入口前加入中晶环境的脱硝剂,现有其他系统无需做重大调整,加入的脱硝剂与原烟气预反应后随着烟气进入密相干塔,经过吸收剂吸收,实现脱硝。

氧化脱硝主要是利用物料的氧化性将NO氧化为高价态氮氧化物,然后在吸收塔内将氮氧化物吸收转化为盐类物质,达到脱除的目的。在典型烟气温度下,中晶环境脱硝氧化剂NO的氧化效率可达85%以上,结合后端的脱硫装置,在碱性吸收剂、SO2等共同作用下实现脱硫脱硝一体化。

1.2 烧结过程 NOx控制技术

烧结过程中产生的烟气具有 NOx浓度低但排放量大、温度波动大、粉尘含量高、含湿量大、含腐蚀性及有毒气体、排放不稳定等特点。针对烧结过程中 NOx的生成机理及产生的烟气特点,对NOx排放控制主要从以下几方面进行: 控制原燃料带入的氮含量、优化配矿弱化 NOx的生成条件、改善工艺条件降低NOx生成、烧结过程控制NOx。

1.2.1 原燃料控制轧钢之家ID:zhagangzhijia

烧结过程中,生成的 NOx大部分为燃料型NOx,所以从源头上来控制NOx的产生至关重要。一方面在不影响烧结过程的前提下,应尽可能减少原燃料带入的氮 ,采用低氮含量的焦粉代替煤粉、使用挥发分低的煤粉、焦炭提前脱氮等; 另一方面应加强对原燃料粒度的控制,粒度小于 0. 5 mm 或粒度大于 5 mm的焦粉燃烧过程中,其NOX产生量较少。唐钢烧结燃料破碎采用反击式破碎加四辊破的工艺,燃料粒度<0.5mm控制6%(图1),1-3mm控制在 75-80%(图2),焦粉在固体燃料中的占比由50%提至 80%,在实践中对降低NOx排放浓度起到了积极效果。

1.2.2 配料控制

铁酸钙对 NOx的还原具有催化作用,我厂试验将烧结矿碱度由 1.8提高到 2.1,随着碱度的提高,CaO含量增加,有助于低温下 CaO 与Fe2O3的固相反应,铁酸钙的生成量增加。铁酸钙对 NOx的还原具有催化作用,NOx排放浓度和排放总量降低。(图3图4)

1.2.3 通过均质厚料层烧结,控制烧结过程SO2、NOX排放

通过均质厚料层烧结,控制烧结过程SO2、NOX排放厚料层烧结降低 NOX排放,料层增厚有利于发挥料层的自蓄热作用,从而可以减少燃料总量,由于燃料带入 N 的减少,以及局部高温火焰点变少,使得烧结过程NOX减少。烧结料层由 650mm 提高到 750mm,随着烧结料层厚度的提高,烧结烟气中NOX浓度降幅显著(图5)。

为了增加料面平整度和压实度,项目组自主设计了新型烧结机布料装置。该布料装置包括平料装置和支撑装置、吊挂装置3部分组成。平料装置属于控制料面关键部件,新型烧结机布料装置,消除了布料盲区和料面“拉沟”现象,有效降低烧结机布料的边缘效应,为厚料层情况下均质烧结创造了条件。

自适应梯形厚料层烧结技术的开发与应用, 通过固定支架、销轴和挡料板对布料组成的梯形布料装置,对高出台车栏板的料层进行梯形塑形,在不对烧结机台车栏板进行加高改造的情况下,进一步提高料层厚度(800mm),同时实现梯形厚料层布料,降低了烧结固体燃耗和点火煤气消耗,改善了表层烧结矿质量。

针对烧结机料层无法量化的问题,采用一种厚料层监视工具,可将烧结机料层厚度转换为测量杆的倾斜角度,当料面高度达到设定的上限值或下限值时,与测量杆同步旋转的上触发杆或下触发杆就会触发接近开关,使报警器得电并发出报警信号,提示操作人员及时调节料层厚度(图6)。

2 高炉炉前出铁场烟尘外溢控制优化

高炉炼铁工艺环保清洁生产的重要环节就是出铁场的环保治理工作, 随着高炉高风温、高煤比、高富氧、高顶压等操作手段的应用,冶炼强度的不断提高,生产工艺和操作水平的不断提升,高炉产量不断提高,烟尘的排放量也随之加大,严格的省市环保管控措施对现场环境和清洁生产的要求也越来越高。

高炉出铁场烟尘具有温度高、颗粒细、烟尘量不固定、烟尘产生时间不固定、扩散性极强、受铁口工作状态影响等特点。大型高炉每天出铁14次左右,每次出铁时间为100分钟以上,出铁时间几乎是全天连续的,烟尘也是连续不断地散发出来。出铁期间,平均每生产1t铁约产生2.5kg的烟尘,对环境污染相当严重。

2.1高炉炉前铁口烟尘自适应流体控制整流顶吸集尘罩

此方案为彻底拆除原有除尘罩体,将原有罩体主梁由500mm工字梁改为600mm工字梁,且加长至10米(原8米),宽度加宽至6米(原5米)更换原有罩体所有钢结构,从新浇筑一个支柱基础,更换并改造风口平台主梁,封闭泥炮顶部并制作侧活门,制作双层顶吸罩(固定部分),增加侧吸,活动部分增加顶吸罩(图7)。

1、烟尘捕集罩有效面积大:整体有效捕集罩有效面积60m2,出铁时散发烟尘的所有范围。

2、整个顶吸捕集罩设计考虑烟气流体设计理念:在有效覆盖范围的基础上,捕集罩收口800mm,自设置两根直径φ150mm的吸尘支管,自设置均压吸尘孔,烟尘进入箱体而带走,在不启动风机的情况下就能自流形成负压。

3、整个顶吸捕集罩强度设计采用可移动方式:横向移动至两侧,方便泥炮和开口机的检修,同时可以更有效地对烟尘进行捕集,而且可以使得风机的风量得到最大的有效利用。

4、整个顶吸捕集罩强度设计理念:烟尘捕集罩表面设置毛钩并均喷涂耐火材料,以防止罩体高温烘烤变形。

5、整个顶吸捕集罩喷水雾化功能:烟尘捕集罩内部设置喷头150个,喷头支管管径φ6mm,增大喷射压力并形成雾化,增大烟尘处理效果。

6、整体设计考虑高炉生产影响:将风口平台与捕集罩设计成一个整体,这样可使最大可能的减少了野风对捕集罩对收尘效果的影响。最大限度的封闭出铁厂烟尘,最大限度的保证安全操作及设备检修维护。

2.2“二调一稳”出铁场除尘阀门PLC控制方法:

“二调”

开口过程中调整:顶吸100%全部打开,侧吸50%控制,主沟、渣沟、支铁钩、摆动沟全部关闭,主要力保开口过程中烟尘全部清理。

出铁过程中调整:顶吸控制100%,侧吸1控制85%,侧吸2控制85%、顶吸100%,主沟撇渣器40%,摆动沟75%,渣沟90%,支铁钩50%,具体匹配风量情况参照上表。

“一稳”

停止出铁场次风门全部关闭,出铁场次风机风门稳定100%控制。

实施效果:确立“两调一稳”除尘风门控制操作法,合理分配有限除尘风量;同时研发自适应流体控制整流顶吸集尘罩,实现高炉清洁化作业。通过对高炉炉前除尘系统的优化和改造,目前高炉炉前除尘效果明显改善,唐钢3200m3 高炉出铁场为期 6 个月的烟尘治理实践实现了出铁场环境降尘年平均小于15m g/m3 (表1)

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