王跃飞

(宝山钢铁股份有限公司炼铁厂，上 海 200941)

摘要：宝钢宝山基地烧结区域通过近十年的节能减排环保升级改造，应用了超高料层烧结技术、液密封环冷机技术、烧结烟气综合循环技术、烧结烟气超低排放控制技术、粉尘制粒综合利用技术、环冷区域烟气零排放技术等，大幅提升烧结过程的能源利用效率，有效降低各种污染物排放浓度，全面提升烧结生产经济技术指标，基本实现绿色烧结生产。进一步研发和应用新技术，系统策划综合回收利用城市水处理污泥、生物质热能资源等城市副产物，以及集中供应社区生活热水等节能项目，促进钢铁企业和城市建设有效融合，实现城市钢厂持续发展。

关键词：烧结；节能减排；绿色生产；城市钢厂

1 概述

宝钢股份宝山基地烧结区域节能减排环保升级改造规划，从 2 0 0 9年起，计划用 1 0年时间逐步对原来 3 台 495 m² 烧结机进行环保节能升级改造。改造完毕后，宝山基地烧结将拥有3 台 600 m² 级的特大型烧结机，配备全烟气脱硫、脱硝、脱二 噁英、除重金属 等综合治理装置 ，年产能达到2 100万 t 以上，烧结料层厚度最高可达1 000 mm，烧结系统工序能耗达到4 5 * k g标准煤/t (1 kg 标 准 煤 = 29. 27 M J) 以内，二氧化硫排放达到35 mg/m³ 以内，氮氧化物排放达到 50 mg/m³ 以内，粉尘排放控制在 10 mg/m³ 以内，环冷机区域无组织排放为零，烧结区域环境显著改善，全面实现“清洁、高效、低耗”烧结生产，建成绿色烧结的世界样板工厂。

2  绿色烧结技术

从四烧结规划设计开始，烧结项目团队从环保、节能、减排、高效等方面系统思考，全面规划，应用前期掌握的新工艺、新技术、新装备，大幅提升烧结过程能源效率，有效降低污染物排放总量。目前已经建成和投运的三烧结和四烧结基本实现了绿色烧结的预期目标，达到生态环境部发布的钢铁行业超低排放要求，烧结区域环境显著改善，烧结机厂房区域绿树成荫。

2 . 1 已建成的绿色烧结技术

2 . 1 . 1 超高料层烧结技术

宝山基地烧结机采用“三段混合工艺 + 机头组合偏析布料+ 专用通气棒装置”（宝钢专利）的方式实现超高料层烧结目标。通过三段混合工艺强化混合料制粒，其中强力混合机可提高物料混匀效果，并提前加水润湿，强化生石灰消化，二/三段圆筒混合机进行制粒，延长混合料的制粒时间，提高制粒效果，改善烧结物料的原始透气性条件。卧式强力混合机如图1。

同时，机头布料采用圆辊给料机、磁性偏析反射板、九辊布料器组合方式（如 图 2 )提高混合料偏析效果。将混合料均匀地布在烧结机台车上，因组合偏析布料装置提高了物料纵向落下高度，提高了其在布料过程中的水平分速度，增加了偏析度，使烧结机台车混合料层从上到下混合料粒度逐渐增大，含碳量逐步减少，弥补了料层上部热量不足、下部热量过剩的缺陷，促使热量分布更趋合理，改善料层透气性，强化烧结过程。

另外，在烧结机头还增设了专用通气棒装置，该装置可改善烧结物料原始料层透气性条件，即物料在布到台车上时通过通气棒将物料进行初步分流疏松，使料层具有一定的原始松散性;同时在点火后能够确保整个料层横向、纵向断面处留有均匀的孔洞，确保烧结热气流均匀，能够贯通阻力较大的料层区间，最终改善烧结过程的热态透气性。烧结料层从原来 700 mm左右逐步提升至900 mm， 最高可达到 1 000 mm。

2. 1.2 液密封环冷机技术

液密封环冷机技术是以液态水为密封介质，可以实现运动部件与固定部件在结合处的良好密封 ，取消了原来环冷机锥面加平面的双层密封结构 ，重新设计了由多个单元静密封组成的静密封系统和以液态水为密封介质的动密封系统，彻底解决了原环冷机漏风严重的问题，系统漏风率从原来 50x 左右降低到 10x 以内。取消双层卸灰阀、环形拉链机或小车等配套设施，与传统环冷机相比，综合运行成本可以降低约20x ，同时，还能提高环冷机余热回收水平,改善环冷机区域的环境 (如图 3 )。

2. 1.3  烧结烟气综合循环技术

宝山基地烧结烟气综合循环技术所利用的烟气主要分为环冷机烟气和大烟道烟气两部分:前者显热较高，氧含量在 21% 左右;后者根据位置不同性质各有区别。大烟道头部烟气氧气含量高 ，水分和温度低；中部烟气SO₂ 浓度高 ,氧气含量低;尾部烟气SO₂浓度高，氧气含量高，水分低，温度高。宝钢烟气循环利用头部和尾部烟气，氧含量在 16% 〜18% 。来自烧结主烟道的烟气与环冷机中低温段的热废气在烟气混匀器内混合后 ,通过总管再分成若干分支进入循环烟气罩(如图 4 )。控制循环烟气氧含量是循环烟气烧结生产的关键技术，较传统烧结工艺,烟气循环后氧含量减少，不利于燃料的燃烧过程,使燃烧温度降低和高温保持时间缩短。基础试验研究表明，循环烟气烧结生产氧含量应该控制在18% 以上，否则对烧结矿产质量有明显的影响。

2. 1 . 4 烧结烟气超低排放控制技术

二、三烧结烟气治理采用二级活性炭串联吸附法，主要包括烟气系统、吸附系统、解析系统、活性炭输送系统、活性炭装料系统、制酸及废水预处理系统等。烧结烟气经混匀进入两套净化设施，烟气被调节至135℃以下，先后经过两级增压风机及吸附塔。吸附塔入口前喷入氨气，烟气依次经过吸附塔前室、中室和后室 三 个 通 道 ，SO₂、NO_x、二噁英、重金属及粉尘等污染物被活性炭层吸附，或经催化反应生成无害物质,净烟气由主烟囱排放。吸附污染物的活性炭进入解析塔，解析出富硫气体SRG，并被送往制酸系统，再通过净化、转化、干吸等工序，制备 98% 浓硫酸。活性炭系统如图5 。

四烧结烟气治理采用循环硫化床（CFB) +SCR脱硝装置。循环流化床（CFB)脱硫系统主要由吸收剂制备与供应装置、吸收塔、物料再循环装置、袋式除尘器以及脱硫灰外排装置等构成 。SCR脱硝装置主要包括 G G H换热器、加热炉、SCR反应器、喷氨装置等。烧结烟气经脱硫后被引出，经过GGH换热器与脱硝净烟气换热升温后进入脱硝反应器入口烟道,与加热炉产生的高温烟气混合升温至 280℃左右，热烟气与氨一空气混合气再混合后进入反应器，经催化还原反应生成无害的氮气和水，同时二噁英经催化裂解成CO₂、水及 HCl。脱硝后的净烟气由出口烟道送至GGH换热器，与原烟气换热降温 ,最后由脱硝引风机送至烟囱排放。四烧结脱硫脱硝系统如图 6。

2 . 1 . 5 粉尘制粒综合利用技术

高炉和烧结生产内部粉尘粒度细、成分杂，直接配入烧结使用，不仅影响全流程粉尘污染加重,而且对烧结过程透气性、产质量影响较大。宝钢采取粉尘制粒综合利用技术措施，即将高炉干法二次灰、高炉出铁场灰、高炉原料灰、烧结机尾除尘灰、烧结成品除尘灰、烧结配料除尘灰、烧结主电除尘灰和一二炼钢钢水精炼除尘灰等经造球处理后加入烧结混合料，采用配料一混合一润磨一圆盘造球工艺流程（图 7),具体包括含铁粉尘和黏结剂的接受、配料、混合、润磨、造球以及粉尘生球的输出。采用粉尘制粒综合利用技术可以实现高炉和烧结内部粉尘集中高效处理，减少烧结环境污染 ,改善烧结过程，提高烧结产质量指标。

2 1.6 环冷区域烟气零排放技术

根据三烧结环冷机烟气品质不同，烟气分为高温段、中温段、低温段。高温段主要用来生产蒸汽和热风点火；中温段主要用来低温余热发电;低温段主要引入热风罩，实行热风烧结，减少废气排放。通过环冷机区域风量平衡计算，还 有 46 万 m³/h 低温废气富余，采用串级利用的形式，引入 4 号、5 号环冷风机的入口，实现环冷机烟气无组织排放为零的目标，改善烧结环冷机区域环境。

环冷机高温段烟气设直联炉罩式余热锅炉，为双压立式无补燃自然循环锅炉，此部分烟气量为 108万m³/h ，平均烟气温度约350℃锅炉排气温度约 133.5℃ ，采用烟气部分循环系统，约78%排气经循环风机直接返回环冷机母管，约2 2 % 排气经引风机进入原 2#环冷鼓风机入口。另外，有 12. 8 4万 m³/h 的高温烟气作为热风点火及热风保温。环冷机中温段( 3号烟囱）烟气的热量采用低温余热ORC发电技术回收热能，回收前烟气温度约为180℃，余热回收后的废气温度约为115℃ 。环冷机低温段( 4号烟囱）烟气温度约 为 75℃，3号、4 号烟囱各6 0 万m³/h 风量通过轴流风机和均匀送风装置送到烧结机台车面上的热风循环烟气罩内进行热风烧结生产，热风循环的工艺以环冷机烟气的物理热代替部分固体燃料的化学热，改善表层烧结矿质量。环冷机热废气综合利用平衡如图8。

2 . 2 绿色烧结的规划设想

2.2.1 水处理污泥回收利用

城市水处理污泥主要以SiO₂、CaO、Al₂O₃ 为主，还含有钾、钠、锌、氯等有害元素，含水率高达5 0 % 以上，容易结块，对钢铁企业来说没有任何回收利用价值，一般采用填埋、堆积、绿化培土等处理 ，长此以往，堆存场地非常紧张且容易出现二次污染等环境问题。宝钢策划将水处理污泥干化处理 ，控制含水率 20%以内，采用罐车输送至烧结粉尘配料槽，利用密封称量装置，均匀配入烧结混合料，烧结成烧结矿后装入高炉，通过高炉冶炼变成水渣。水渣是生产水泥的主要原料之一，即通过干化、混合、烧结、高炉冶炼等工艺，将水处理污泥固废转变成水渣，生产成水泥而进行回收利用，形成城市 + 钢厂污泥回收处理链，为城市发展做出贡献。

2.2.2 生活热水集中供应

烧结区域的环冷机低温烟气、主抽风机排出烟气的温度为120 ~ 180℃，用来余热发电的价值不高，目前没有较好的回收利用。由于烟气量非常大，热能资源浪费严重，宝钢策划将低温烟气通过换热器的形式，生产 80 ~ 100 ℃的生活热水，然后用管道或者专用车辆输送到宝钢周边社区，为居民提供生活热水。初步计算，烧结区域每小时 可以生产热水500 ~ 600 ℃，可以供给 6 ~ 8万人日常使用的生活热水，每天为社会节约燃气消耗约 2 0 万 m³，同时也大幅降低城市CO₂的排放总量 ，进一步拓展蓝天保卫的行动方案。

2.2.3 生物质热能资源回收利用

生物质是光合作用产生的有机可燃物，我国生物质资源总量相当于煤炭年开采量的50% ，但其利用率不足 10% 。每年可开发为能源的生物质可达 3 亿 ：主要包括薪炭林木质类、林业加工废弃物、农业废弃物如桔杆玉米芯、加工废弃物及城市垃圾等。生物质具有低硫低氮的特点，通过回收利用可以降低烧结过程二氧化硫、氮氧化物的排放量，同时可以实现生物质资源综合利用，减少城市处理费用，促进钢厂和城市融合化合，相互依存。但是生物质如何收集加工处理、生物质与焦粉的特性差异对传统烧结工艺的影响、烧结工艺如何适应生物质资源综合利用等，都需要统筹思考和系统深入的研究，该技术是绿色烧结发展的方向之一。

2 . 2 . 4 微波烧结技术

传统烧结的燃料成本低，生产操作方便，设备维护比较简单，工艺技术成熟可靠，但是其污染物排放量大。传统烧结工序主要污染物占全流程钢铁企业的比例非常高，其中二氧化硫约 60% ，氮氧化物约50% ，粉尘约 50% ，二噁英约 90% 。面对排放限值日趋严格的环保政策要求，烧结烟气治理的环保压力巨大，直接影响烧结厂在城市的生存。通过实验室的探索研究，微波烧结可以大幅减少污染物排放 ，其中二氧化硫可以减少7 0 % ，氮氧化物、二噁英可以减少 90% 以上，生产的烧结矿主要质量指标基本可以满足高炉生产需求。但是，微波烧结的成矿机理、微波升温特性需要深入探索研究，微波烧结工程化、大型化需要与设备厂家深入探讨和研究，微波烧结设备制造技术、维护技术需要深入研究。相信微波烧结是解决污染排放的绿色烧结的前沿技术之一。

3 结论

宝钢宝山基地烧结区域通过近十年的节能减排环保升级改造，从环保、节能、减排、高效等方面应用新工艺、新技术、新装备，大幅提升烧结过程能源效率，有效降低污染物排放总量，全面提升烧结生产经济技术指标，基本实现绿色烧结的预期目标，烧结区域环境显著改善。

同时也促进烧结技术工作者改变老旧观念，进一步研发和应用新技术、新工艺，提高能源利用效率，大幅降低能源消耗，减少粉尘、二氧化硫、氮氧化物等排放浓度，实现超低排放标准，全面实现绿色烧结生产。系统策划综合回收利用城市水处理污泥、绿化处置等城市副产物，实现钢铁企业和城市融合化合、互相依存，为城市经济建设做出钢铁企业的贡献。