开辟除尘灰利用和环保新途径

1、开辟除尘灰利用和环保新途径1 前言如何更好地回收利用除尘资源,谋求环境效益、社会效益、经济效益的最佳化,这是烧结矿生产企业普遍面对的问题。 首钢矿业公司烧结厂与中国冶金矿业总公司北京金发工贸公司、北京科技大学密切合作,经过深入地调查研究, 自行设计了一套除尘灰制粒设备和工艺,加入JF-AB 制粒专用添加剂 ,专门对回收的除尘灰进行提前造球,有效地解决了除尘灰不容易造球,直接参加烧结配料引起 “二次扬尘” 恶性循环的问题。 该技术不改变原有的烧结矿生产工艺,为老厂和新建厂提供了一条科学处理烧结除尘灰的崭新途径。2 项目提出的背景首钢矿业公司烧结厂 ,共有 6 台烧结机 ,烧结总面积为 594 m

2、2 。设计利用系数 1 30 t/m2 h, 作用率 904 %,年产量 61158 万 t。在烧结生产中 ,由于熔燃料的破碎、烧结的抽风、成品的筛分和运转产生了大量的粉尘 ,占烧结矿产量的 2 0 %2 5 % 。当初首钢矿业烧结厂采用 11 台水膜除尘器进行除尘 ,由于生产使用的铁料精粉率在 90 %以上 ,并且烧结矿碱度高达175,粉尘吸水后粘在除尘筒壁上,日积月累 ,严重影响除尘效果。特别是到了冬季,水膜结冰 ,将主筒壁和文氏管堵死,除尘器如同虚设,作业现场烟尘弥漫,粉尘浓度严重超标。 为此 ,首钢矿业公司烧结厂对除尘系统进行了改造:在配料、成品仓和料场等4 个系统分别配置了2 000

3、7000 m2 的大布袋除尘设施。在环境条件最差的成品一、二筛分系统设置了69 个吸尘点 ,分别安装了 40 m2 和 140 m2 静电除尘设备。 在主场烧结区域 ,首先利用一个大布袋除尘器的旧箱体,改装成 48 m2 静电除尘 ,接着又加装了 130 m2 静电除尘设施。白灰车间也通过技术改造,使一直未能投入运行的静电除尘器重新发挥作用,且将除尘容量由15 m2 扩大到 30 m2。先进的技术设备发挥了巨大威力 ,除尘效率达 9994 %,平均每立方米空气中的粉尘含量下降了 86 5 %,每天回收的除尘灰为 300400 t 。烧结除尘灰分为两种。一种是烟道灰,主要是烧结抽风产生的。第二种

4、是扬尘,主要是在熔燃料的破碎、成品的筛分输送过程产生的。混合除尘灰的化学成分与烧结矿的化学成分相近。因此 ,对回收的除尘灰合理利用,具有很高的经济价值(除尘灰的化学组成见表1)。表 1除尘灰化学成分物名 TFe SiO2CaO FeO C除尘灰 56.0 6.19 9.6 8 0 007经过对 6 个点位除尘灰粒度的测定(表 2),除尘灰粒度均比较细,含水量 4 %7 % 除尘灰的粒度组成见表 2)。1 / 8首钢矿业公司烧结厂除尘灰利用的原始办法,是将除尘灰直接投入烧结配料室参加配料。可是,由于 94 2 %的除尘灰粒度小于-200 网目 (0 074mm), 且经过了高温烧结过程 ,表面疏

5、水性强 ,很难制粒 ,进入混合机后很难与其他原料混合均匀,不但使“小球团烧结工艺”不能充分发挥作用 ,而且对环境产生了很大的负效应:烧结矿产生“花脸” 、夹生 ;除尘灰引起“二次扬尘”影响职工的作业环境;除尘器由于循环复合量的作用,效率降低 ,除尘质量恶化 ;生产过程固体燃料消耗增加 ,电耗、重油消耗上升。如何科学有效地利用除尘灰资源,成为制约企业乃至行业发展的重要问题。3 除尘灰回收利用新途径的探索1997 年 ,首钢矿业公司烧结厂在应用小球团烧结技术后,烧结生产迈上了一个新台阶。 生产实践证明 ,实施小球烧结技术是烧结生产向高效发展的必由之路。因此,首钢矿业公司烧结厂把继续深入实施小球团烧

6、结技术最终实现球团化烧结,作为发展方向。经过深入细致的调查研究,于 1998 年初 ,提出了在除尘灰中配加北京金发工贸公司生产的JF-AB 添加剂进行专门造球,然后进入主流程的研究课题。3 1 JF-AB 添加剂的粒度与成分JF-AB 添加剂的理化分析表明,其粒度组成与除尘灰的粒度组成相近,且 -200 网目 (0074 mm)的占 95 % 以上 ,比除尘灰的粒度还要细。其化学成分以CaO、 SiO2 、Fe2O3、 Al2O 为主 ,也与除尘灰所含的主要金属氧化物相近(添加剂化学成分见表 3)3 2试验室试验首钢矿业公司烧结厂与北京科技大学密切合作,在北京科技大学进行了除尘灰配加JF-AB

7、 添加剂制粒造球试验室试验,给出的结论是 :(1) 烧结粉尘配加 JF 添加剂易于造球 ,生球性能好 ,烧结粉造球后配入混合料中有利于环境保护;(2) 烧结粉尘配加 JF 添加剂造球后加入混合进行烧结, 烧结指标得到改善 ,可提高利用系数3 11 %7 33 %,按年产 600 万 t 烧结矿计算 ,每年可增产18 3343 98 万 t(3) 烧结粉尘配加 JF 添加剂造球后烧结 ,烧结矿的强度和还原性得到改善。3 3半工业试验在北京科技大学进行试验室试验的基础上,为了获得更可靠的依据,首钢矿业公司烧结厂和中2 / 8国矿业总公司北京金发工贸公司,又联合委托河北省迁安市地矿局球团厂进行了除尘

8、灰配加JF-AB 添加剂制粒造球半工业试验,结论是 :(1) 除尘类配加 JF 添加剂可以造成 38 mm 的小球 ,成球率达 85 %以上 ;(2) 合适的造球时间和生球水分 ,可使小球的落下次数达 5 次以上 ,满足烧结生产的需要。3 4工业试验根据试验室试验和半工业试验的结果,首钢矿业公司烧结厂自行设计、建造了一套除尘灰造球系统。经过 3 个月的工艺调整和岗位集中培训 ,整个系统达到了工业试验的条件。随后正式进行了工业试验。341除尘灰制粒系统工艺流程除尘灰制粒工艺流程为,配料室二系列除尘灰经电子称计量后 ,按比例配加JF 添加剂 ,经皮带运往小混合机进行混匀加水,然后进入造球盘制粒,除

9、尘灰经制粒后由皮带运输回配料室。除尘灰经过制粒改变了物态,生产方式由除尘灰直接配料改为制粒后配料。主要工艺流程如图1。3 4 2制粒设备及工艺特点对除尘灰进行制粒后,返回主流程参与配料。考虑到除尘灰量大,且宜集中处理 ,本着投资少的原则。首钢矿业公司烧结厂在配料室西侧安装了造球盘,对各个点位的除尘灰进行集中处理。制粒的主体设备有以下特点:(1) 除尘灰下料量采用变频调速 ,对下料仓采用高闸门 ,进行自动震仓 (每 30 s 震 3 s),保证下料的连续性 ;(2) 添加剂下料采用电振给料 ,电振电流调节下料量 ;(3) 混合机内衬为不粘板,内有高效雾化水喷头。倾角为2 5 ,筒体规格为1 2

10、m 25 m;(4) 造球盘直径为 3 5 m,倾角为 50 (可调 );(5) 为强化除尘灰的润湿 ,小混合机进行混均时加入热水 (7080 )。3 4 3 造球试验试验料比安排 : 钢渣 3 % 、白灰 4 % 、精矿 70 %, 制粒后除尘灰3 % 、白云石 3 % 、石灰石、燃料按实际情况调整,烧结矿质量按TFe=57 % 、R=1 60 进行控制 (试验期间原燃料粒度组成及化学成分见表4、表 5)。进行了 4 种配比的造球试验,分别是除尘灰中不加添加剂,加 3 %、5 %、7 %的 JF-AB 添加剂(JFA 与 JF-B 按 1:1 的比例混合 ),根据首钢矿业公司烧结厂的生产工艺

11、要求,所造球的粒度为38 mm 的小球团。 4 种配比的造球 ,均在人工混料后 ,分别在600 mm 的圆盘造球机上进行。造球对比试验的结果表明 ,由于除尘灰粒度极细 ,直接造球十分困难。配加JF-AB 添加剂后 ,使除尘灰适于造球的水分范围变宽,并且随着小球的形成和长大以及添加剂的快速凝结,具有一定强度的小球就形成了。从造球效果来看,配入添加剂的远远好于不配添加剂的造球效果,并且随着添加剂配加比例增加,生球的抗压强度提高。添加剂的配加比例超过5 %后 ,生球的落下强度和爆裂温度变化不大,因此 ,配加添加剂以 5 %为宜。3 / 83 4 4 烧结试验为了比较除尘灰直接参加配料和除尘灰制粒造球

12、后的烧结性能,将“造球试验”的小球以首钢矿业公司烧结厂的生产配料为基准,配加在烧结混合料中进行烧结试验。数据测定方法:每3 h 取样 1 次 ,测定除尘灰的落下强度、水分、粒度组成,混合料粒度每 1h 测定 1 次。 (落下强度的测定方法为从样中任取5个湿球 ,离铁板 0 5m 高处反复自由落下 ,直至摔破 ,记录未摔破的次数 )。试验按计划共分为5个步骤 :第一步 :除尘灰配比为2 %,不加添加剂 (简称 JF0);第二步 :除尘灰下料量为3 32 kg/m( 合 9 56t/h),添加剂配比为5 %(简称 JF5);第三步 :除尘灰下料量为3 32 kg/m( 合 9 56t/h),添加剂

13、配比为7 %(简称 JF7);第四步 :除尘灰下料量为3 32 kg/m( 合 9 56t/h),添加剂配比为3 %(简称 JF3);第五步 :除尘灰下料量达到5 kg/m( 合计 14 42t/h),添加剂配比为5 %(简称 DJF5)试验期间实际料比见表6。4 / 8从表中可以看出: 在不配加添加剂情况下,为保证除尘灰造球,被迫提高除尘灰配加量,较其他情况下水分高0 6 % 左右 ,但从成球情况看,球落下强度很差,粒级集中于大于10 mm 和小于3 mm 的范围内 ,也就是说很难成球。而加入JF 添加剂则有利于造球,随添加剂比例的提高,除尘球的强度随之提高。由于添加剂比例的不同,除尘球的平

14、均粒径也有所变化,在添加 3 %、7 %比例时 ,除尘球粒度偏大。 除尘球粒径过大 ,不利于混合料造球。 在添加剂配比5 %条件下造球最好。 DJF 5 造球不如 JF5 造球状况。由此可见 ,在除尘灰中加入JF 添加剂 A、 B 料 ,与除尘灰混匀 ,JF 料与除尘灰颗粒混在一起 ,由于 JF 添加剂的极强吸水性,以及凝结作用 ,促进除尘灰制粒以及形成一定的强度。DJF5 效果较次于 JF5,主要是混合机在除尘灰量大后,添加剂与除尘灰混合不均匀所致。(2) 不同 JF 添加剂配比对混合料制粒的影响见表8。从表 8 看出 :随不同比例添加剂的除尘球加入混合料中,对混合料制粒是有益的,在 JF7

15、 条件下 ,混合料 3 mm 及平均粒级均好于JF3、 JF5 及 JF0 情况。从 DJF5 中看到 ,随除尘灰量的加大,灰量由 956 t/h 增加到 14 42 t/h 后 ,混合料指标与JF0比较 ,3mm 粒级下降 ,平均粒级略有增加 ,说明配加添加剂后的除尘球有益于混合料粒度的改善,并消除除尘灰配加后有于除尘灰亲水性差对混合料造球的影响。(3) 不同 JF 配比对烧结参数的影响5 / 8从 5 号、 6 号烧结机参数看 :配加添加剂的除尘灰后 ,烧结机机速略有提高 ,冷热段废气负压均有一定程度的下降 ,说明除尘灰经配加添加剂制粒后 ,混合料的透气性得到了改善。(4) 不同 JF 配

16、比对烧结生产指标的影响。由表 11 看出 ,配加添加剂的除尘灰球后,烧结机各阶段消耗指标均呈下降趋势,尤以 JF5 最为显著 ,返矿与基准期比较 ,返矿率下降 ,即成品率提高了 2355 %, 烧结机利用系数提高 003 t/m2 h,固体燃耗降低 1 3 kg/t, 油耗降低 0 205 kg/t, 电耗降低 0 895 kW h/t。(5) 不同 JF 配比对烧结矿物组成的影响。从表 12 中可以看出 ,扣除原燃料质量对烧结矿质量影响外,由于除尘灰添加比例较小,对烧结矿质量未造成影响。6 / 8经过 5 个步骤的烧结对比试验 ,结果表明 ,除尘灰配加 JF-AB 添加剂造球后 ,加入混合料

17、中进行烧结 ,烧结机利用系数可提高 3 %5 %,烧结矿的强度和还原性得到改善 ,即有利于除尘灰资源的回收利用 ,又有利于环境保护。 为期 1 个月的工业试验 ,取得了成功 ,达到了预期的良好效果。4效果效益分析采取除尘灰配JF-AB 添加剂制粒造球后进入烧结配料的新工艺回收利用除尘灰,具有良好的环境效益、社会效益和经济效益。4 1环境效益除尘灰经过造球制粒后再进入烧结主流程,杜绝了以往因直接配加引起的“二次扬尘”问题,消除了除尘器的循环负荷量。同时由于烧结矿强度提高,在结生产和转运过程中产生的粉尘量也相应减少,有效地降低了现场作业岗位的粉尘浓度,各测尘点位的粉尘合格率相应提高,特别是原料车间

18、、成品车间的作业环境质量明显提高。从表13 可以看出 ,除尘灰制粒后配料与除尘灰直接配料相比, 原料车间粉尘合格率提高了10 89 个百分点 ,成品车间粉尘合格率提高了近 1 倍。采用除尘会制粒新工艺使全厂的粉尘合格率提高了 13 21 个百分点。4 2社会效益资源以其不可再生性,受到全社会的普遍关注。保护资源 ,合理开发资源,科学利用资源成为可持续发展的核心课题。除尘灰制粒烧结新工艺的成功开发 ,使大量的除尘灰得到真正科学合理地回收和利用 ,变“废”为“宝” ,有效地保护了社会资源 ,避免了资源的浪费和流失。4 3 经济效益4 3 1 降低消耗及增加效益因素采用除尘灰制粒造球烧结新工艺与除尘

19、灰直接参与配料相比,每月多回收除尘灰916 t ,提高金属回收率0 02 %, 烧结矿的效益为0 026 5 元 /t;烧结过程固体燃料消耗降低1 3 kg/t, 重油消耗降低0 205 kg/t, 电耗降低0 895 kW h/t,结矿效益为 0838 7 元/t;烧结机利用系数提高 0 03 t/m2 h,结矿效益 0 703 6 元 /t;除尘灰制粒造球加大了烧结混合料中颗粒料的成分,相当于减少澳矿等颗粒料配加量的2 %,结矿效益 025 元/t 。合计增加效益因素为18188 元 /t 。4 3 2 除尘灰制粒造球的费用除尘灰制粒造球系统 ,每小时的消耗电量为 428 kW h,结矿费用增加 0021元/t;系统需