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环保型烧结生产新技术——Eposint and MEROS®
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环保型烧结生产新技术——Eposint and MEROS® Alexander Fleischanderl1,Christoph Aichinger2, Erwin Zwittag3 (1．西门子奥钢联炼钢及环保技术部，林茨4031；2．西门子奥钢…
环保型烧结生产新技术——Eposint and MEROS®
Alexander Fleischanderl1,Christoph Aichinger2, Erwin Zwittag3
(1．西门子奥钢联炼钢及环保技术部，林茨4031；2．西门子奥钢联造块技术部，
林茨4031；3．奥钢联林茨钢铁公司造块厂，林茨4031)
摘要：在烧结厂的设计和生产中，环保问题已经成为了决定性的因素。如今，在许多城市地区，新建烧结厂或现有烧结厂扩建，只有在确保严格执行环保排放规定的情况下才能得到批准。采用传统技术往往不可能达到现行排放标准，更不必说排放标准预计会在中短期内变得进一步严格。有鉴于此，作为一家领先的冶金工业设备制造商，西门子奥钢联开发并实施了新技术，能够将烧结生产的环境排放指标降低到前所未有的水平。通过采用与奥钢联钢铁公司联合开发的称之为Eposint的烧结废气选择性循环系统，加上西门子奥钢联开发的MEROS®新型废气干法除尘系统，这一目标得以实现。目前，这两种工艺均已在奥钢联钢铁公司第5烧结厂投入运行，环保效果远远好于预期指标。
关键词：MEROS；Eposint；烧结废气处理；烧结烟气循环；烧结烟气脱硫
中图分类号：TF321．9 文献标识码：A 文章编号：1006—9356(2008)11－0041—06
1 Eposint——烧结废气选择性循环系统
Eposint是“环保型工艺优化烧结”的缩写。该工艺是由西门子奥钢联和位于奥地利林茨的奥钢联钢铁公司联合开发的，Eposint项目的实施减少了SOx和NOx的绝对排放量，而且，废气中的二恶英和汞的浓度也大幅度降低，焦碳的单位消耗量也得到减小。
典型的烧结废气中含有大约12％～13％的剩余氧，在加入少量补充空气后循环返回到烧结工艺中。这种烧结废气循环具有下列优点：
(1)大幅度减少废气量，从而节省废气净化的投资和运行成本。随着对粉尘、重金属、二恶英、SOx、NOx、HCl和HF等排放量的限制日益严格，这方面的重要性越来越凸显出来。
(2)废热利用和CO二次燃烧降低了燃料消耗。
(3)为利用现有烧结设备扩大产能(手段是增大烧结机长度和／或宽度)提供了经济的解决方案。在奥钢联钢铁公司和西门子奥钢联(二者均位于奥地利林茨)的一个合作项目中，一项称之为Eposint的新技术被开发出来。该技术能够将烧结一废气返回烧结机进行循环，并且在2005年3月在奥钢联钢铁公司林茨第5烧结厂投入应用。与之同时，该厂还执行了一个加大烧结机长度以提高烧结产量的项目。
Eposint工艺同样也适用于不扩大产能的现有烧结厂，能够减少烟囱的废气排放量。如果将其应用于新建烧结厂，那么，流向烟囱的废气总流量(主烟道、风机和净化装置的规格以及烟囱的直径和高度)可以得到全面优化。
2 奥钢联钢铁公司的工艺和设计特点
Eeposint不同于其它从总废气流中分出一部分返回烧结工艺的烧结废气循环工艺，Eposint工艺根据各个风箱的流量和污染物排放浓度，用于循环目的的气流只是取自位于废气温度升高区域的风箱。在奥钢联钢铁公司，这一区域大致位于新加长烧结机的3／4长度处，即11～16号风箱处。图l给出了奥钢联钢铁公司的Eposint工艺示意图。
第二台鼓风机(废气循环风机)与原有的工艺风机并排安装，以保证烧结工艺获得必要的吸气压力。循环风机的作用是从废气升温的风箱中排出废气并将其送回到烧结机中。
烧结机废气温度升高的区域随烧结原料配比和其它操作条件的变化而改变。因此，为了保证废气循环的效果，优化烧透曲线以及废气流中灰尘和污染物的浓度指标，各个风箱的废气流均可以单独排出，根据需要导向烟囱或返回烧结机进行循环。这个特点确保了理想地应对工艺条件的波动，是Eposint工艺具有高度灵活性的决定性因素。
奥钢联钢铁公司向循环废气中加入了来自冷却机的热空气，保证了富氧水平。另外，冷却机被部分覆盖，以减少向环境中的颗粒物排放。这种方案对于利用冷却机的热空气来达到富氧目的非常有效，而且也有利于降低烧结用焦碳以及点火气体的消耗。
经过气体混合室后，废气流向烧结机上方的循环罩。Eposint工艺有一个独特之处，即烟罩并不完全覆盖烧结机，而是只到台车旁边，利用非接触型窄缝迷宫式密封来防止循环废气和灰尘从罩内逸出。负压的存在避免了CO气体散人周围环境，具有高度的安全性。采用这一方案，仅有很少量的二次空气被吸入系统。此外，台车轮也不会像在其它循环系统中那样暴露于灰尘中，因而避免了活动部件严重磨损。
除了控制系统压力以防止废气和灰尘逸出，还将烟罩和工艺风机之间安装的支管连接到CO报警系统。这样，如果由于几乎不太可能发生的压力控制系统失灵或者其它任何原因而造成烟罩内的压差接近于零，支管就会被打开，直接将气体吸入主烟道，从而避免含有CO的气体散入周围环境。
在Eposint工艺中，循环气体烟罩并不延伸到烧结机末端。这样，可以在最后几个风箱的部位让新鲜空气流过烧结床，从而更有效地冷却上层烧结矿。台车敞开改善了可接近性，为维修工作带来了额外的优点。
3 Eposint投产后的排放结果
加长后的烧结机于2005年3月28日恢复生产，而废气循环系统则在一周后投入使用。不同于非选择性抽气的传统废气循环工艺，Eposint工艺从烟囱排放的SO2很少，大部分硫都集中在烧结矿中，随后从烧结机中排出。硫(在废气和烧结矿中)的分配主要取决于烧结矿的碱度以及燃料的数量和质量。在奥钢联钢铁公司林茨厂，Eposint工艺从烟囱排放的SO2浓度与没有Eposint工艺时相同，但每吨烧结矿产品的SO2单位排放量却减少了近30％。
随循环废气而进入烧结床的二恶英／呋喃在经过火焰锋时由于受到高温而有效裂解，它们在从烟囱排放的分气流中的浓度明显下降。循环废气中含有的c0也在火焰锋处燃烧。由于火焰锋处的C、O2、CO2和CO之间存在着平衡，从烧结床排出的废气中CO浓度保持不变。
循环气流中NOX的浓度使其不会转化重整，这是因为，NOX的分压主要取决于火焰锋的条件，而循环废气中NOX的含量几乎可以忽略不计。相比于没有废气循环的操作模式，NOX的浓度实际上不发生变化。所以，每吨烧结矿的NOX单位排放量明显减少。
Eposint系统投产前后的主要生产指标列于表1。在烧结厂恢复生产后不到2个月的时间内，就达到了目标产量。在奥钢联钢铁公司的实际操作条件下，由于提高了循环废气的温度，加上其中固有的CO燃烧产生热量，每吨烧结矿的燃料消耗节省了2～5 kg。运行超过1年以后，结果证明，同以前相比，Eposint工艺对烧结矿单位生产率和烧结矿质量没有明显影响。
4 MEROS——烧结废气干法净化工艺
由于烧结温度较高，蒸气压较大的成分，比如碱金属卤化物、挥发性有机物(VOCs)和重金属(如汞和铅)氯化物等都会挥发。这些成分在烧结机废气处理系统中再次凝聚，会造成烧结厂灰尘排放中存在大量的PM 10／2．5。烧结原料中含有的大量硫分以酸性气体SO2和SO3(硫氧化物)的形式随废气排出，废气中还含有HCl和HF等其它酸性气体。 过去，烧结厂灰尘排放标准是50 mg／m3；而新的TA—Luft 2002标准[1](德国空气清洁法案，大多数欧洲国家参照执行)则将灰尘总排放量限制指标减少到了20 mg／m3。但是，对于现有烧结厂有一个例外。烧结机的典型废气流量在每小时500000～2000000 m3，每年的生产时间超过8400 h，再加上排放的灰尘中PM 10／2．5比例很高，结果，灰尘排放符合实际规定的典型烧结厂每年的PM 10／2．5排放量达到200～800 t。在奥地利北部的中型工业城市林茨，奥钢联钢铁公司的烧结厂在2001年排放的PM 10占到总量的14％。因此，减少PM 10／2．5排放是一项重大挑战[2]。
由于烧结厂减排的潜力很大，欧洲环保部门对排放物的关注度越来越高，比如SO2、二恶英／呋喃(PCDD／F)、重金属和氮氧化物(NOX)，超过了对颗粒物的关注。因此，在实施Eposint技术的同时，西门子奥钢联还开发了旨在进一步降低单位排放量、满足官方排放规定的MEROS工艺。MEROS是“烧结烟气最大减排”的缩写。该工艺能够将烧结厂废气中含有的灰尘、酸性气体以及有害金属和有机物成分去除到传统废气处理技术所未曾达到过的水平。
4．1 工艺描述
MEROS是极其有效的干法废气净化工艺，是由西门子奥钢联针对烧结厂和球团厂废气处理而开发的。视用户要求和现场条件的不同，主要有两种脱硫剂可以选择，即小苏打或者熟石灰。如果要求达到最高硫氧化物脱除率、需要脱除氮氧化物或者废料填埋成本非常高，那么应当首选小苏打。
MEROS工艺包括一系列处理步骤(图2)，经过静电除尘器后仍然残留在烧结废气中的灰尘和污染物在这些步骤中被进一步去除。在工艺的第一步，专门的碳基吸附剂和脱硫剂(小苏打或熟石灰)被逆向喷吹到烧结废气流中以去除重金属和有机物成分。在第二步，使用消石灰作脱硫剂时，废气流经过调节反应器(当使用小苏打时，则无需调节反应器)，并用双流(水／压缩空气)喷嘴进行冷却和加湿，以加快去除SO2和其它酸性气体成分的反应速度。在第三步，离开调节反应器的废气流通过特种高性能织物制成的布袋过滤器以分离灰尘。为了提高废气的净化效率和大幅度降低添加剂的成本，布袋过滤器分离的灰尘被返回到气体调节反应器之后的废气流中。灰尘中的一部分从系统中排出并被送至储灰斗，随后被运走供外界环保综合利用。
4．2试验厂和工业应用
从2005年5月到2007年7月，在奥钢联钢铁公司1座1：10比例的试验厂进行了大量测试，确认了MEROS工艺在技术、操作和经济等方面的优点(图3)。试验厂的废气处理能力约为100000m3／h，足以充分考察废气净化的效率和确定扩大到工业规模所必需的设计和操作参数[3]。
根据获得的成功结果，从2006年4月到2007年8月(图4)，西门子奥钢联以工艺总承包的方式为奥钢联钢铁公司建设了1座MEROS工业厂。工厂主要设计数据见表2。整个建设期间，对正常烧结生产和废气净化系统运行的影响被控制在最低程度。为了同现有废气净化系统相集成而进行的必要修改工作，需要的停产时间还不到5天。系统按照合同规定的进度顺利投入运行，现在已经能够每小时处理多达1 000000 m3烧结废气。在9个多月的运行期间，系统总体作业率超过了99％。
在MEROS工业厂投入运行后的前9个月(2007年8月一2008年5月)，烧结废气的净化效率完全达到了预期指标(图5)。灰尘排放量减少了99%以上，降到5 mg／m3以下；汞和铅的排放分别减少了97％和99％；有机物比如二恶英和呋喃(PCDD／F)以及有机挥发分去除了99％％以上；SO2排放也大大低于以前的水平。
4．4更多MEROS合同
在2008年3月28日，西门子奥钢联获得了第二套MEROS系统的订单，这次的客户是来自中国的钢铁企业马鞍山钢铁有限公司(马钢)。新系统将安装在公司的烧结一厂，废气处理能力将达到每小时1000000 m3。西门子将提供工艺技术、工厂设计和关键设备，还提供培训和技术服务。项目预6计2009年年中结束。
西门子奥钢联与乌克兰的钢铁生产企业OJSCAlchevsk钢铁公司签署重要合同，在该公司现有的钢铁生产地，4套MEROS系统将安装在一个新的烧结厂。这一次，以小苏打作为添加剂，无需调节反应器来冷却及加湿废气(石灰作添加剂时必需)。第一套烧结和MEROS系统计划于2010年末启动。
5 结论
Eposint和MEROS技术在奥钢联林茨钢铁公司的应用，是烧结废气处理的又里程碑。正如工业厂的实际运行已经证明的那样，烧结废气中灰尘、重金属、酸性气体和有机物的去除效率是行业中无与伦比的。有了来自西门子奥钢联的这些技术方案，烧结厂经营者不仅能够达到现在的环保排放标准，而且也能够符合未来的环保法规要求。
