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 m2。设计利用系数1·30 t/m2·h,作用率90·4 %,年产量611·58万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1·75,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2 000~7 000 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99·94 %,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300~400 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 0·07
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)。
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(0·074 mm),且经过了高温烧结过程,表面疏水性强,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。
3·1JF-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(0·074 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18·33~43·98万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
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3~8 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。
3·4·1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 m×2·5 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(70~80℃)。
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要求,所造球的粒度为3~8 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。
3·4·4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0·5 m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。
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9·56 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
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2·355 %,烧结机利用系数提高0·03 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。
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、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灰直接参与配料相比,每月多回收除尘灰91·6 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0·838 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0·25元/t。合计增加效益因素为1·818 8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42·8 kW·h,结矿费用增加0·021元/t;系统需岗位作业8人,吨矿成本增加0·031元/t;系统建设投资100万元,结矿增加设备折旧及维护费0·01元/t。加入JF-AB添加剂,结矿成本增加1·597 3元/t,合计增加消耗因素1·659 3元/t。4·3·3实际产生效益
经过详细精确地财务分析和计算,除尘灰制粒造球系统投入后,增加经济效益因素1·82元/t,扣除费用增加各种因素合计1·66元/t,体现在烧结矿里实际产生的经济效益为0·16元/t。首钢矿业烧结厂每年按生产烧结矿500万t计算,每年产生经济效益80万元,16个月便可收回投资。
5结论
首钢矿业公司烧结厂采用JF添加剂系列谈价及添加剂,对除尘灰提前造球,然后进行烧结配料,优化了混合料的烧结性能,有利于提高混合料透气性,改善了产品质量,降低生产成本,是烧结产品结构优化的有效途径,也为烧结行业粉尘综合利用、优化烧结工艺提供了一种新的方法。
6存在问题及建议
(1)混合机内容易出现粘料问题,尤其是在DJF5试验期间,添加剂混合不匀,影响添加剂作用的发挥。
(2)除尘灰水分不稳,造成加水量波动较大,不利于造球的稳定。
(3)添加剂A、B料仓仓存不能太少,否则,岗位加料频繁,劳动强度大,易出现断料和喷料频繁。
(4) JF添加剂本身存在包装不严,容易吸收空气中的水分,形成结块,导致下料不稳。
上述问题应进一步研究解决,采取措施加以避免。