鞍鋼首創(chuàng)高爐噴吹除塵灰DCR技術(shù) 大幅減少粉塵排放

針對(duì)冶金粉塵燒結(jié)等造塊再利用方式一次性減量率低、現(xiàn)有的高爐噴吹利用方式熱均衡難以把握且輸送管道易堵、各種再利用方式二次揚(yáng)塵嚴(yán)重等諸多問題，面臨當(dāng)前各種冶金粉塵再利用方式都沒有立足于自身整個(gè)冶金企業(yè)的各類粉塵和全量處理的局面，鞍鋼為探索出一條冶金粉塵再資源化科學(xué)利用的道路，在認(rèn)真調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，開展了以“本企業(yè)全部冶金含鐵碳粉塵再資源化利用”為核心的“含鐵粉塵與煤同噴”、“噴煤配比優(yōu)化”、“含鐵粉塵高噴吹比下高爐操作之‘入爐焦炭綜合物化性質(zhì)與高爐回旋區(qū)狀態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系模型的開發(fā)與應(yīng)用’”及“無波動(dòng)熱風(fēng)爐控制技術(shù)研發(fā)”等一系列技術(shù)研究與開發(fā)，以期實(shí)現(xiàn)在高爐綜合噴吹環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)煉鐵工序成本的穩(wěn)步降低和長遠(yuǎn)綠色發(fā)展，最終首創(chuàng)了DCR(Metallurgical-dust Cleanly Recycle Technology of Ansteel)技術(shù)。

DCR研發(fā)的總體思路及研發(fā)理念

DCR研發(fā)的總體思路見圖1。

DCR的研發(fā)，遵循“RESER”理念：即總量的一次減量化（Reduction）、工藝的環(huán)保性（Environment）、技術(shù)的科學(xué)性（Scientific）、方法的經(jīng)濟(jì)性（Economical）及再利用的資源化（Recycle）。

具體工藝組成

該工藝由4部分組成，高爐噴吹除塵灰工藝簡圖見圖2。

一是采灰系統(tǒng)：由儲(chǔ)粉罐1、插板閥2、分料器3、蝶閥5和吸排車6構(gòu)成。

二是上灰系統(tǒng)：由吸排車6、過濾器7、N2罐8及儲(chǔ)粉罐10構(gòu)成。

三是放灰系統(tǒng)：由儲(chǔ)粉罐10、插板閥11、星型卸料閥12、雙輪攪拌加濕器15、可控打水器16和上料皮帶構(gòu)成。

四是制粉與噴吹系統(tǒng)：上料皮帶以后部分與正常制粉、噴吹系統(tǒng)相同。

高爐綜合噴吹技術(shù)研究。

鞍鋼開展此項(xiàng)研究，從除塵灰再資源化利用方式的根本性著手，最終確定了以“灰與煤比例可控預(yù)混+制粉系統(tǒng)+噴吹系統(tǒng)+高爐”為工藝主線。

在具體的研發(fā)過程中，鞍鋼針對(duì)除塵灰重返燒結(jié)或冷壓減量化率低、含鐵粉料計(jì)量不準(zhǔn)、高爐回旋區(qū)熱補(bǔ)償量無從把握、大量片狀除塵灰顆粒輸送易堵、輸送使用二次揚(yáng)塵嚴(yán)重等問題，依次開展了以下5項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的研究：

含鐵粉塵工程級(jí)精準(zhǔn)放料技術(shù)。

經(jīng)過多次的現(xiàn)場試驗(yàn)，鞍鋼研發(fā)出以“布袋集粉罐下部的下料插板閥11適宜開度（25%～55%）、星型卸料閥12槽容（縮小約20%）和星型卸料閥電動(dòng)機(jī)之減速機(jī)調(diào)頻器14頻率（在2Hz～3.5Hz適當(dāng)調(diào)整）”為關(guān)鍵參數(shù)的含鐵粉塵工程級(jí)（1‰）精準(zhǔn)放料技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)DCR工藝過程熱量把握環(huán)節(jié)的冷料量把控。

消減除塵灰顆粒輸送繞行阻力技術(shù)。

該工藝?yán)?/span>“塵、煤同入制粉系統(tǒng)”這一過程規(guī)整了除塵灰顆粒，加大了顆粒形狀系數(shù)ξ，縮小了非球形顆粒的繞流阻力系數(shù)CR，消減除塵灰顆粒輸送繞行阻力，進(jìn)而使雷諾數(shù)Re滿足阿連沉降公式，從而巧妙地消除了大量片狀除塵灰顆粒在管道中造成的堵塞現(xiàn)象，確保了噴吹系統(tǒng)的順暢?，F(xiàn)場檢測結(jié)果表明，中速磨磨煤功沒有明顯增加，現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，中速磨磨煤功為（43.40±0.05）kW·h/t煤。

熱風(fēng)爐無波動(dòng)控制技術(shù)。

無波動(dòng)熱風(fēng)爐控制技術(shù)的成功研發(fā)，通過非固定周期和風(fēng)機(jī)恒壓換爐操作，提高風(fēng)溫24.5℃，風(fēng)溫波動(dòng)幅度縮窄19.4%，風(fēng)壓波動(dòng)縮窄11.6%，為穩(wěn)定高爐操作、增大高爐對(duì)所噴涼性含鐵物料量的適應(yīng)度、強(qiáng)化高爐生產(chǎn)，提供了熱補(bǔ)償最有效的保障。

除塵灰無揚(yáng)塵綠色再利用技術(shù)。

鞍鋼在攪籠15處完成了粉塵均勻加濕技術(shù)的研究，消除了除塵灰從集粉罐10向下放料環(huán)節(jié)的揚(yáng)塵，也一同避免了含鐵粉塵布上制粉車間上料皮帶（K1）后被檢鐵器吸附，加之DCR工藝前段吸排車的使用，形成了整個(gè)DCR技術(shù)的綠色無揚(yáng)塵特點(diǎn)。再者，多套集粉罐放料系統(tǒng)可存放以下物料：一是各類除塵灰，以便綠色科學(xué)再利用各種冶金粉塵；二是石灰及鎂石和硅石等造渣材料，以便調(diào)整爐缸處爐渣堿度，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化高爐脫堿、脫硫；三是釩鈦粉，以便靈活完成爐缸護(hù)爐操作；四是精礦粉，再配以多項(xiàng)熱補(bǔ)償手段，真正在高爐回旋區(qū)實(shí)現(xiàn)熔融還原與高爐煉鐵的革命性結(jié)合；五是廢塑料、生活垃圾等多種物料，一定程度上消除白色污染和生活垃圾對(duì)土壤和水源等自然生態(tài)的污染；六是氧氣，富氧燃燒提高高爐回旋區(qū)理論燃燒溫度，實(shí)現(xiàn)多重工藝目的；七是廢氣，一定程度的循環(huán)利用冶金廢氣，有利于減少排放；八是高活性碳分，以便靈活調(diào)劑高爐爐缸處的運(yùn)行狀態(tài)，包括理論燃燒溫度、爐缸活度（死料柱焦炭粒度組成、死料柱表面溫度、死料柱透渣透液性等），最終形成高效靈活的高爐下部多重調(diào)劑新手段的有機(jī)集成。

入爐焦炭性質(zhì)與回旋區(qū)狀態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系模型的開發(fā)與應(yīng)用。

高比例、種類繁多、數(shù)量巨大的冶金除塵灰的合理再利用技術(shù)，其科學(xué)性應(yīng)分別體現(xiàn)在硬件和軟件上：硬件的科學(xué)性主要體現(xiàn)在該技術(shù)所依附的工藝設(shè)備及路線對(duì)高比例、種類繁多、數(shù)量巨大的冶金除塵灰的全部再利用具有適應(yīng)性；軟件上的科學(xué)性主要體現(xiàn)在該技術(shù)所具有的相關(guān)高爐操作技術(shù)與調(diào)劑手段，對(duì)高比例、種類繁多、數(shù)量巨大的冶金除塵灰的全部再利用具有從容性。

具體而言，入爐焦炭性質(zhì)與回旋區(qū)狀態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系模型的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了如下應(yīng)用：一是完成了粉塵噴吹量上限的確定，探明含鐵粉塵噴吹量上限為115.1kg/t，表明鞍鋼“冶金企業(yè)產(chǎn)生的含鐵粉塵（95kg/t以下）全部噴吹利用”可行。二是確定了企業(yè)全部除塵灰經(jīng)DCR技術(shù)工藝再利用后，各種熱補(bǔ)償手段的調(diào)劑方式。“見煤即見礦”原則+除塵灰工程級(jí)精準(zhǔn)放料控制技術(shù)，使得冷料加入高爐的均勻度和絕對(duì)量的把握得以保證；煤粉和CDQ粉在熱量上的保證有足夠的余地；熱風(fēng)爐無波動(dòng)控制技術(shù)，風(fēng)溫提高、風(fēng)溫風(fēng)壓波動(dòng)縮窄，為高爐噴涼性物料提供了最有效的熱補(bǔ)償；富氧，既保證了回旋區(qū)理論燃燒溫度，又消減了冶金企業(yè)因大量的N2需求而造成的O2過剩。上述集成型的熱補(bǔ)償手段，充分體現(xiàn)了DCR工藝的軟件從容性。三是粗略確定了DCR技術(shù)工藝中入爐焦炭性質(zhì)與回旋區(qū)狀態(tài)（主要體現(xiàn)在爐缸死料柱狀態(tài)）對(duì)應(yīng)關(guān)系。四是對(duì)企業(yè)的煉焦配煤具有一定的指導(dǎo)意義。

高爐低成本噴煤優(yōu)化技術(shù)。

為了降低生鐵成本，研究者分析了鞍鋼目前噴煤系統(tǒng)存在的問題，通過對(duì)一制煤的制粉系統(tǒng)和噴吹系統(tǒng)的升級(jí)改造，高爐噴吹工藝由原來的間接噴吹改為直接噴吹，噴吹管線操作方式由原來的手動(dòng)送煤改為自動(dòng)噴吹，增強(qiáng)制煤能力，提高低價(jià)無煙煤和廉價(jià)煙煤比例，實(shí)現(xiàn)了煙煤比例大幅度提升，高爐噴煤成本明顯降低。

高爐噴吹除塵灰DCR技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

鞍鋼鲅魚圈煉鐵部有約20萬噸/年的除塵灰，采用收集+吸排車送“強(qiáng)混”運(yùn)回返燒結(jié)的原始處理方法，存在沿途揚(yáng)塵嚴(yán)重、資源浪費(fèi)、工藝流程長，燒結(jié)礦性能不穩(wěn)定，次生灰塵，重復(fù)燒結(jié)與冶煉，再利用率低等問題，而且其中礦槽灰與焦槽灰“分除混送”。

在鲅魚圈煉鐵部，強(qiáng)混環(huán)節(jié)費(fèi)用7元/噸，加之吸排罐臺(tái)班費(fèi)為1871元（8小時(shí)），計(jì)每天7個(gè)臺(tái)班，全年除塵灰原處理方法費(fèi)用為605萬元，加之20萬噸除塵灰重返燒結(jié)的制造費(fèi)用為1250萬元，共近2000萬元。鲅魚圈煉鐵部工程總投資320萬元，資金回收期按15年計(jì)，故成本上為20萬元/年左右。

鲅魚圈煉鐵部于2017年7月22日起正式開始高爐噴吹除塵灰。停配煉鐵除塵灰前后煤粉成分變化見表1，停配煉鐵除塵灰前后高爐焦比和煤比情況見表2。現(xiàn)將其煉鐵除塵灰對(duì)高爐燃料比的綜合影響效果分析如下：

停配煉鐵除塵灰對(duì)高爐燃料比的影響。

停配煉鐵除塵灰后，雖然煤粉的固定碳有所上升，但由于煤粉中缺少除塵灰中的氧化劑（除塵灰中含有45%氧化鐵），限制了煤粉的燃燒反應(yīng)，反而使高爐的燃料比上升1.97kg/t。風(fēng)溫變化較小，可忽略不計(jì)，高爐Si上升0.041%，需消耗燃料比1.64kg/t（按Si提高1%需40kg焦比計(jì)算）。扣除以上影響，高爐停配煉鐵礦槽除塵灰后，燃料比實(shí)際增加0.33kg/t。

配煉鐵除塵灰對(duì)高爐燃料比的影響。

配煉鐵除塵灰后，風(fēng)溫降低5.19℃，需增加燃料比1.3kg/t（100℃風(fēng)溫影響25kg/t焦比計(jì)算）；高爐Si含量下降0.016%，減少燃料比0.64kg/t（按Si提高1%需40kg/t焦比計(jì)算）。扣除以上影響，高爐配煉鐵礦槽除塵灰后，燃料比實(shí)際降低5.98kg/t。

煤粉中加入3.5%的除塵灰配比，平均可使燃料比降低3.16kg/t。

結(jié)論

鞍鋼鲅魚圈煉鐵部高爐噴吹除塵灰，清潔不揚(yáng)塵，技術(shù)成熟；其煤粉中加入3.5%的除塵灰配比，平均可使燃料比降低3.16kg/t。

DCR技術(shù)克服了現(xiàn)行多種冶金粉塵處理方法存在的痼疾，自身普適性強(qiáng)，一次減量率達(dá)100%，且綠色環(huán)保、科學(xué)合理，在鋼鐵行業(yè)中成功地探索出了一條更好的冶金粉塵科學(xué)再利用工藝技術(shù)路線。

鞍鋼年產(chǎn)各種冶金粉塵230余萬噸，用該工藝進(jìn)行處理，可減少近150萬噸粉塵的循環(huán)，同時(shí)可增產(chǎn)、節(jié)焦，環(huán)保效果明顯。DCR技術(shù)如在冶金企業(yè)內(nèi)加以推廣，社會(huì)效益巨大。

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來源：中國冶金報(bào)社