Mittal直接还原铁厂的烟气处理实践.pdf

2 0 1 2 年7 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／[ y s y l ．b g r i m m ．o n 5 7 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／i ．j s s m1 0 0 ％7 5 4 5 ．2 0 1 2 ．0 7 ．0 1 6 M i t t a l 直接还原铁厂的烟气处理实践 彭达顺，霍慧芳，袁朝新，李大江 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 7 0 摘要介绍M i t t a l 南非直接还原铁厂烟气处理系统的工艺流程，简述烟尘沉降室、二次燃烧室、温度调节 系统、紧急烟道、余热锅炉和气力输送系统的性能和设计要点，总结了设计和生产实践经验。 关键词直接还原铁；燃烧室；烟气净化；气力输送 中图分类号X 7 0 1 ．2文献标识码A文章编号1 0 0 7 - 7 5 4 5 2 0 1 2 1 0 7 0 0 5 7 0 3 P r a c t i c eo fW a s t eG a sT r e a t m e n ti nM i t t a lD i r e c tR e d u c t i o nI r o nP l a n t P E N GD a s h u n ，H U OH u i f a n g ，Y U A NC h a o - x i n ．L ID a - j i a n g B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g ，1 0 0 0 7 0 A b s t r a c t T h ep r o c e s sf l o wo fw a s t eg a st r e a t i n gs y s t e mi nM i t t a ld i r e c tr e d u c t i o ni r o np l a n ti nS o u t hA f r i c aw a si n t r o d u c e d ．T h ep e r f o r m a n c ea n dc r u c i a lp a r t so fd e s i g na b o u td u s ts e t t i n gc h a m b e r ，s e c o n d a r y c o m b u s t i o nc h a m b e r ，t e m p e r a t u r ea d ju s t i n gs y s t e m ，e m e r g e n c yw a s t eg a sc h a n n e l ，w a s t eh e a tb o i l e ra n d p n e u m a t i cc o n v e y i n gs y s t e mw e r es u m m a r i z e d ．T h ee n g i n e e r i n gd e s i g na n dp r a c t i c a le x p e r i e n c ew e r es u m m a r i z e d ． K e yw o r d s d i r e c tr e d u c e di r o n D R I ；c o m b u s t i o nc h a m b e r ；w a s t e rg a sc l e a n i n g ；p n e u m a t i cc o n v e y i n g M i t t a l 南非直接还原铁厂位于约翰内斯堡以南 8 0k m 的V a n d e r b i j p a r k 镇，是世界上最大的煤基直 接还原铁厂，其中第五和第六套生产线由北京矿冶 研究总院设计和施工，至今已经投产两年多。生产 线由原料处理及转运、核心工厂、产品转运及分离、 烟气处理等部分组成。回转窑的规格为中4 ．8m 8 0m ，年生产能力为1 7 ．5 万t 直接还原铁 以下简 称D R I ，矿石最大处理量4 0t ／h 、金属化率9 3 ％。 每吨D R I 消耗矿石14 8 5k g 、煤7 9 0k g 、白云石4 5 k g 、电8 5k w h ，每吨D R I 产蒸汽2 ．0t 。 1 工艺流程及设备 烟气处理系统主要包括烟尘沉降室、二次燃烧 室、废热锅炉、静电除尘器和气力输送装置。在回转 窑进料端排出约9 0 0 ℃、9 50 0 0m 3 ／h 标准状态。下 同 的烟气，这些烟气中含有煤粉、C O 等可燃成分。 收稿E t 期2 0 1 2 - 0 2 1 7 作者简介彭达顾 1 9 8 0 一 。男。广西南宁人。工程师，硬士 回转窑烟气成分 ％ ；N 26 2 ～6 9 、C 0 21 2 、H 21 1 、0 2 7 、C O2 ．3 、N O0 ．0 0 4 5 、S 0 20 ．0 0 5 ～0 ．0 8 0 、C 。H ， 1 ．3 。 回转窑烟气首先进入沉降室除去粗粒粉尘，再 进入燃烧室燃尽，控制烟气温度在8 5 0 ～9 8 0 ℃后进 入余热锅炉生产蒸汽，蒸汽用于汽轮机发电。经过 余热锅炉降温后的烟气进入电除尘器，净化达标后 由主引风机排空。本流程借鉴了直接还原铁厂原有 的烟气处理系统的设计和运行经验，并进行了调整 和改进，主要设备工艺流程见图1 ， 烟气处理系统主要设备及规格见表1 。 1 ．1 沉降室和二次燃烧室 沉降室采用“V ”型设计，烟气进入沉降室后流 动方向发生改变，流速突然变小，烟气中较大颗粒的 灰尘在沉降燃烧室内落入水淬槽，再通过刮板机副 入移动式料斗，由叉车运走。 万方数据 5 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m r mc n 2 0 1 2 年7 期 1 一沉降室和后燃烧室；2 一助燃风机；3 一湿式刮板机1 4 一水箱} 5 一水泵；6 一紧急烟道； 7 液压推杆} 8 一余热锅炉1 9 - - 热式埋刮板机} 1 0 - - 气力仓泵；1 1 一电除尘器；1 2 - - 回漉风机， 1 3 一主引风机；1 4 - - 烟囱；1 5 一缓冲仓i 1 6 灰仓 图l 烟气处理设备工艺流程图 F i g ．1 E q u i p m e n ta r r a n g e m e n to fw a s t eg a st r e a t i n gs y s t e m 表l 主要设备及规格 T a b l e1M a i ne q u i p m e n ta n di t ss p e c i f i c a t i o n 从沉降室出来的炽热气体通过安装在二次燃烧 室上的空气管添加新鲜空气再燃烧，以消除游离碳 和一氧化碳。二次燃烧室配置2 台助燃风机，每台 风机出口均设有流量计和调节阀，空气管分两层安 装在燃烧室壳体上，每层均衡设置3 个喷嘴，将空气 沿切线方向喷入。风量控制系统将烟气含氧量 测 氧仪设置在电除尘器入口 作为主控制参数，通过自 动调节阀门的开度改变风量，保证烟气中可燃气体 及煤粉充分燃烧。 二次燃烧室的温度通过电除尘器出口的回流烟 气和高压雾化水来控制。燃烧室设置多个热电偶检 测烟气温度．如果高于设定值，将优先控制电除尘器 出口的回流烟气量来调节燃烧室内的烟气温度，如 果烟气回流量达到最大仍不能控制烟气温度上升， 则使用高压喷水雾化降温，确保后燃烧室出口处的 烟气温度不超过9 8 0 ℃。 1 ．1 ．1 废气回流冷却 在电除尘器和主风机之间设置1 台回流风机， 将电收尘器出口2 2 0 ℃的部分废气送回沉降燃烧室 以调节燃烧室温度。回流风机将废气输送到燃烧室 的两层环形管，每层环形管有3 个喷嘴呈放射状将 废气喷入燃烧室，确保冷热烟气快速混合。废气回 流总管上配备流量计和自动调节阀，可根据燃烧室 出口处的热电偶读数自动调节阀门开度。在正常满 负荷生产的情况下，回流废气量大约1 50 0 0m 3 ／h 。 1 ．1 ．2 回流式喷雾冷却 在回流废气不能有效控制烟气温度、回流风机 意外停止时，可以使用回流式喷水雾化降温。回流 式喷雾系统主要由循环水箱、多级离心泵、回流式喷 嘴、自动调节阀等组成。共配置6 条回流式喷枪，分 2 层设置。回流式喷枪水量调节比可以达到1 0 1 ， 在喷淋量变化时，喷嘴的供水压力保持不变，在喷淋 量很小的情况下，也能保证液滴细小均匀，能够在很 短的时间内气化。 1 ．2 紧急放散系统 紧急放散烟道位于二次燃烧室顶部，作为保护 锅炉及其它后续设备的旁路，在非正常情况下烟气 可以从放散口排放。它由烟道、烟道盖、液压站、液 压推杆组成。烟道盖的开关可远程或就地操作，限 位开关的信号传递到控制室。 在锅炉进口温度大于10 8 0 ℃、锅炉出口温度 高于3 0 0 ℃、锅炉蒸汽包液位太高或者太低、主引风 万方数据 2 0 1 2 年7 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ] ] y s y l ．b g r J m m ．c f l 5 9 机轴承振动太大、主引风机轴承温度过高和主引风 机意外停止等特殊情况下，液压系统将自动打开烟 道盖。放散系统的特殊设计使烟道盖在全场临时停 电的状况下也能快速自动打开，从而实现对锅炉、电 除尘器、主引风机等设备的有效保护。 1 ．3 余热锅炉及静电除尘器 经二次燃烧室排出的9 8 0 ℃、1 1 00 0 0m 3 ／h 的 烟气先后进入余热锅炉的过热器、蒸发器、省煤器， 温度降低到2 3 0 ℃后再进入电除尘器。余热锅炉提 供5 0t ／h 、6 ．6M P a 的蒸汽，平均每吨海绵铁产2t 蒸汽。 电除尘器规格为三电场、1 2 8m 2 ，经过电除尘器 后烟气含尘量由3 8g ／m 3 降低到3 0m g ／m 3 。主引 风机位于除尘器之后，风机风量1 3 00 0 0m 3 ／h ，风压 2 ．5k P a ，轴承配置测温和测振仪表，风机入口设置 气动调节阀门以控制回转窑内的压力，确保合适的 还原气氛。 1 ．4 气力输送系统 余热锅炉和电除尘器收集下来的灰尘分别使用 气力输送系统送到灰仓。锅炉的最大排灰量为0 ．5 t ／h ，电除尘器的排灰量为3 ．6 7t ／h 。锅炉所排烟尘 经过热料型埋刮板机送至气力仓泵，仓满后使用压 缩空气送至灰仓；电除尘器的每个排灰口下方都接 有一组缓冲仓、进料阀和气力仓泵，其中任意一台仓 泵料满时，将所有仓泵中的烟尘全部送至灰仓。 灰尘的输送方式采用正压浓相仓泵系统。仓泵 内的灰尘与充人的压缩空气相混合，形成似流体状 的气固混合物，借助泵体内的压力差实现混合物的 流动，经由输料管输送至灰仓。该系统能够有效克 服常规送灰方式容易堵塞、粉尘泄露严重的弱点，是 一种高效、节能、清洁的送灰方式[ 1 ] 。 控制系统由P L C 、阀门、现场控制箱、料位计、 压力传感器和辅助电器所组成，具有现场手动、远程 手动和远程自动等多种运行控制方式。现场控制箱 安装在仓泵附近，操作人员通过现场控制箱可以完 成仓泵的运行调试或故障排除，通过P L C 可以完成 仓泵的手动或自动运行操作。 2 主要技术指标 烟气处理系统主要技术指标出回转窑烟气量 9 50 0 0m 3 ／h 、烟气排放量1 2 20 0 0m 3 ／h 、总收尘效 率9 9 ．9 9 ％、总漏风量1 2 ％、系统总阻力1 ．8k P a 、烟 尘量4 ．1 7t ／h 、蒸汽产量5 0t ／h 。 本烟气处理系统严格按照南非相关环境保护法 规的要求进行设计，投产以来的运行结果表明，该系 统具有自动化程度高、作业环境优良、安全可靠等特 点，工艺流程比较先进、设计参数合理，可为类似工 程的设计提供借鉴。 3结论 烟气处理系统的自动化程度高、作业环境优良、 安全可靠，工艺流程比较先进、设计参数合理。 参考文献 [ 1 ] 汤聂，蒋绍坚．烧结粉尘采用机械输送与气力输送的比 较[ J ] ．烧结球团，2 0 0 7 ，3 2 2 3 5 3 8 ． 万方数据