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鞍钢首创高炉喷吹除尘灰DCR技术 大幅减少粉尘排放

国际节能环保网  来源:中国冶金报社  作者:王宝海 刘德军 唐继忠 李伟伟 姜曦  日期:2019-02-01
关键词: 除尘 粉尘排放 鞍钢
   针对冶金粉尘烧结等造块再利用方式一次性减量率低、现有的高炉喷吹利用方式热均衡难以把握且输送管道易堵、各种再利用方式二次扬尘严重等诸多问题,面临当前各种冶金粉尘再利用方式都没有立足于自身整个冶金企业的各类粉尘和全量处理的局面,鞍钢为探索出一条冶金粉尘再资源化科学利用的道路,在认真调查研究的基础上,开展了以“本企业全部冶金含铁碳粉尘再资源化利用”为核心的“含铁粉尘与煤同喷”、“喷煤配比优化”、“含铁粉尘高喷吹比下高炉操作之‘入炉焦炭综合物化性质与高炉回旋区状态对应关系模型的开发与应用’”及“无波动热风炉控制技术研发”等一系列技术研究与开发,以期实现在高炉综合喷吹环节实现炼铁工序成本的稳步降低和长远绿色发展,最终首创了DCR(metallurgical-dust Cleanly Recycle Technology of Ansteel)技术。
 
  DCR研发的总体思路及研发理念
 
  DCR研发的总体思路见图1。
 
  
 
  DCR的研发,遵循“RESER”理念:即总量的一次减量化(Reduction)、工艺的环保性(Environment)、技术的科学性(Scientific)、方法的经济性(Economical)及再利用的资源化(Recycle)。
 
  具体工艺组成
 
  该工艺由4部分组成,高炉喷吹除尘灰工艺简图见图2。
 
  
 
  一是采灰系统:由储粉罐1、插板阀2、分料器3、蝶阀5和吸排车6构成。
 
  二是上灰系统:由吸排车6、过滤器7、N2罐8及储粉罐10构成。
 
  三是放灰系统:由储粉罐10、插板阀11、星型卸料阀12、双轮搅拌加湿器15、可控打水器16和上料皮带构成。
 
  四是制粉与喷吹系统:上料皮带以后部分与正常制粉、喷吹系统相同。
 
  高炉综合喷吹技术研究。
 
  鞍钢开展此项研究,从除尘灰再资源化利用方式的根本性着手,最终确定了以“灰与煤比例可控预混+制粉系统+喷吹系统+高炉”为工艺主线。
 
  在具体的研发过程中,鞍钢针对除尘灰重返烧结或冷压减量化率低、含铁粉料计量不准、高炉回旋区热补偿量无从把握、大量片状除尘灰颗粒输送易堵、输送使用二次扬尘严重等问题,依次开展了以下5项关键技术的研究:
 
  含铁粉尘工程级精准放料技术。
 
  经过多次的现场试验,鞍钢研发出以“布袋集粉罐下部的下料插板阀11适宜开度(25%~55%)、星型卸料阀12槽容(缩小约20%)和星型卸料阀电动机之减速机调频器14频率(在2Hz~3.5Hz适当调整)”为关键参数的含铁粉尘工程级(1‰)精准放料技术,实现了对整个DCR工艺过程热量把握环节的冷料量把控。
 
  消减除尘灰颗粒输送绕行阻力技术。
 
  该工艺利用“尘、煤同入制粉系统”这一过程规整了除尘灰颗粒,加大了颗粒形状系数ξ,缩小了非球形颗粒的绕流阻力系数CR,消减除尘灰颗粒输送绕行阻力,进而使雷诺数Re满足阿连沉降公式,从而巧妙地消除了大量片状除尘灰颗粒在管道中造成的堵塞现象,确保了喷吹系统的顺畅。现场检测结果表明,中速磨磨煤功没有明显增加,现场统计数据表明,中速磨磨煤功为(43.40±0.05)kW·h/t煤。
 
  热风炉无波动控制技术。
 
  无波动热风炉控制技术的成功研发,通过非固定周期和风机恒压换炉操作,提高风温24.5℃,风温波动幅度缩窄19.4%,风压波动缩窄11.6%,为稳定高炉操作、增大高炉对所喷凉性含铁物料量的适应度、强化高炉生产,提供了热补偿最有效的保障。
 
  除尘灰无扬尘绿色再利用技术。
 
  鞍钢在搅笼15处完成了粉尘均匀加湿技术的研究,消除了除尘灰从集粉罐10向下放料环节的扬尘,也一同避免了含铁粉尘布上制粉车间上料皮带(K1)后被检铁器吸附,加之DCR工艺前段吸排车的使用,形成了整个DCR技术的绿色无扬尘特点。再者,多套集粉罐放料系统可存放以下物料:一是各类除尘灰,以便绿色科学再利用各种冶金粉尘;二是石灰及镁石和硅石等造渣材料,以便调整炉缸处炉渣碱度,实现强化高炉脱碱、脱硫;三是钒钛粉,以便灵活完成炉缸护炉操作;四是精矿粉,再配以多项热补偿手段,真正在高炉回旋区实现熔融还原与高炉炼铁的革命性结合;五是废塑料、生活垃圾等多种物料,一定程度上消除白色污染和生活垃圾对土壤和水源等自然生态的污染;六是氧气,富氧燃烧提高高炉回旋区理论燃烧温度,实现多重工艺目的;七是废气,一定程度的循环利用冶金废气,有利于减少排放;八是高活性碳分,以便灵活调剂高炉炉缸处的运行状态,包括理论燃烧温度、炉缸活度(死料柱焦炭粒度组成、死料柱表面温度、死料柱透渣透液性等),最终形成高效灵活的高炉下部多重调剂新手段的有机集成。
 
  入炉焦炭性质与回旋区状态对应关系模型的开发与应用。
 
  高比例、种类繁多、数量巨大的冶金除尘灰的合理再利用技术,其科学性应分别体现在硬件和软件上:硬件的科学性主要体现在该技术所依附的工艺设备及路线对高比例、种类繁多、数量巨大的冶金除尘灰的全部再利用具有适应性;软件上的科学性主要体现在该技术所具有的相关高炉操作技术与调剂手段,对高比例、种类繁多、数量巨大的冶金除尘灰的全部再利用具有从容性。
 
  具体而言,入炉焦炭性质与回旋区状态对应关系模型的开发,实现了如下应用:一是完成了粉尘喷吹量上限的确定,探明含铁粉尘喷吹量上限为115.1kg/t,表明鞍钢“冶金企业产生的含铁粉尘(95kg/t以下)全部喷吹利用”可行。二是确定了企业全部除尘灰经DCR技术工艺再利用后,各种热补偿手段的调剂方式。“见煤即见矿”原则+除尘灰工程级精准放料控制技术,使得冷料加入高炉的均匀度和绝对量的把握得以保证;煤粉和CDQ粉在热量上的保证有足够的余地;热风炉无波动控制技术,风温提高、风温风压波动缩窄,为高炉喷凉性物料提供了最有效的热补偿;富氧,既保证了回旋区理论燃烧温度,又消减了冶金企业因大量的N2需求而造成的O2过剩。上述集成型的热补偿手段,充分体现了DCR工艺的软件从容性。三是粗略确定了DCR技术工艺中入炉焦炭性质与回旋区状态(主要体现在炉缸死料柱状态)对应关系。四是对企业的炼焦配煤具有一定的指导意义。
 
  高炉低成本喷煤优化技术。
 
  为了降低生铁成本,研究者分析了鞍钢目前喷煤系统存在的问题,通过对一制煤的制粉系统和喷吹系统的升级改造,高炉喷吹工艺由原来的间接喷吹改为直接喷吹,喷吹管线操作方式由原来的手动送煤改为自动喷吹,增强制煤能力,提高低价无烟煤和廉价烟煤比例,实现了烟煤比例大幅度提升,高炉喷煤成本明显降低。
 
  高炉喷吹除尘灰DCR技术应用实践
 
  鞍钢鲅鱼圈炼铁部有约20万吨/年的除尘灰,采用收集+吸排车送“强混”运回返烧结的原始处理方法,存在沿途扬尘严重、资源浪费、工艺流程长,烧结矿性能不稳定,次生灰尘,重复烧结与冶炼,再利用率低等问题,而且其中矿槽灰与焦槽灰“分除混送”。
 
  在鲅鱼圈炼铁部,强混环节费用7元/吨,加之吸排罐台班费为1871元(8小时),计每天7个台班,全年除尘灰原处理方法费用为605万元,加之20万吨除尘灰重返烧结的制造费用为1250万元,共近2000万元。鲅鱼圈炼铁部工程总投资320万元,资金回收期按15年计,故成本上为20万元/年左右。
 
  鲅鱼圈炼铁部于2017年7月22日起正式开始高炉喷吹除尘灰。停配炼铁除尘灰前后煤粉成分变化见表1,停配炼铁除尘灰前后高炉焦比和煤比情况见表2。现将其炼铁除尘灰对高炉燃料比的综合影响效果分析如下:
 
 
 
  停配炼铁除尘灰对高炉燃料比的影响。
 
  停配炼铁除尘灰后,虽然煤粉的固定碳有所上升,但由于煤粉中缺少除尘灰中的氧化剂(除尘灰中含有45%氧化铁),限制了煤粉的燃烧反应,反而使高炉的燃料比上升1.97kg/t。风温变化较小,可忽略不计,高炉Si上升0.041%,需消耗燃料比1.64kg/t(按Si提高1%需40kg焦比计算)。扣除以上影响,高炉停配炼铁矿槽除尘灰后,燃料比实际增加0.33kg/t。
 
  配炼铁除尘灰对高炉燃料比的影响。
 
  配炼铁除尘灰后,风温降低5.19℃,需增加燃料比1.3kg/t(100℃风温影响25kg/t焦比计算);高炉Si含量下降0.016%,减少燃料比0.64kg/t(按Si提高1%需40kg/t焦比计算)。扣除以上影响,高炉配炼铁矿槽除尘灰后,燃料比实际降低5.98kg/t。
 
  煤粉中加入3.5%的除尘灰配比,平均可使燃料比降低3.16kg/t。
 
  结论
 
  鞍钢鲅鱼圈炼铁部高炉喷吹除尘灰,清洁不扬尘,技术成熟;其煤粉中加入3.5%的除尘灰配比,平均可使燃料比降低3.16kg/t。
 
  DCR技术克服了现行多种冶金粉尘处理方法存在的痼疾,自身普适性强,一次减量率达100%,且绿色环保、科学合理,在钢铁行业中成功地探索出了一条更好的冶金粉尘科学再利用工艺技术路线。
 
  鞍钢年产各种冶金粉尘230余万吨,用该工艺进行处理,可减少近150万吨粉尘的循环,同时可增产、节焦,环保效果明显。DCR技术如在冶金企业内加以推广,社会效益巨大。
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