開辟除塵灰利用和環(huán)保新途徑

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1、7dd2f4d454c3fd50f9739f30b49af2df.pdf 1 前言 如何更好地回收利用除塵資源，謀求環(huán)境效益、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益的最佳化，這是燒結(jié)礦生產(chǎn)企業(yè)普遍面對(duì)的問題。首鋼礦業(yè)公司燒結(jié)廠與中國冶金礦業(yè)總公司北京金發(fā)工貿(mào)公司、北京科技大學(xué)密切合作，經(jīng)過深入地調(diào)查研究，自行設(shè)計(jì)了一套除塵灰制粒設(shè)備和工藝，加入JF-AB制粒專用添加劑，專門對(duì)回收的除塵灰進(jìn)行提前造球，有效地解決了除塵灰不容易造球，直接參加燒結(jié)配料引起“二次揚(yáng)塵”惡性循環(huán)的問題。該技術(shù)不改變?cè)械臒Y(jié)礦生產(chǎn)工藝，為老廠和新建廠提供了一條科學(xué)處理燒結(jié)除塵灰的嶄新途徑。 2 項(xiàng)目提出的背景 首鋼礦業(yè)公司

2、燒結(jié)廠，共有6臺(tái)燒結(jié)機(jī)，燒結(jié)總面積為594m。設(shè)計(jì)利用系數(shù)1.30t/mh，作用率90.4%，年產(chǎn)量611.58萬t。在燒結(jié)生產(chǎn)中，由于熔燃料的破碎、燒結(jié)的抽風(fēng)、成品的篩分和運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生了大量的粉塵，占燒結(jié)礦產(chǎn)量的2.0%~2.5%。當(dāng)初首鋼礦業(yè)燒結(jié)廠采用11臺(tái)水膜除塵器進(jìn)行除塵，由于生產(chǎn)使用的鐵料精粉率在90%以上，并且燒結(jié)礦堿度高達(dá)1.75，粉塵吸水后粘在除塵筒壁上，日積月累，嚴(yán)重影響除塵效果。特別是到了冬季，水膜結(jié)冰，將主筒壁和文氏管堵死，除塵器如同虛設(shè)，作業(yè)現(xiàn)場煙塵彌漫，粉塵濃度嚴(yán)重超標(biāo)。為此，首鋼礦業(yè)公司燒結(jié)廠對(duì)除塵系統(tǒng)進(jìn)行了改造：在配料、成品倉和料場等4個(gè)系統(tǒng)分別配置了2000~700

3、0m的大布袋除塵設(shè)施。在環(huán)境條件最差的成品一、二篩分系統(tǒng)設(shè)置了69個(gè)吸塵點(diǎn)，分別安裝了40m和140m靜電除塵設(shè)備。在主場燒結(jié)區(qū)域，首先利用一個(gè)大布袋除塵器的舊箱體，改裝成48m靜電除塵，接著又加裝了130m靜電除塵設(shè)施。白灰車間也通過技術(shù)改造，使一直未能投入運(yùn)行的靜電除塵器重新發(fā)揮作用，且將除塵容量由15m擴(kuò)大到30m。先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備發(fā)揮了巨大威力，除塵效率達(dá)99.94%，平均每立方米空氣中的粉塵含量下降了86.5%，每天回收的除塵灰為300~400t。 燒結(jié)除塵灰分為兩種。一種是煙道灰，主要是燒結(jié)抽風(fēng)產(chǎn)生的。第二種是揚(yáng)塵，主要是在熔燃料的破碎、成品的篩分輸送過程產(chǎn)生的?；旌铣龎m灰的化學(xué)成

4、分與燒結(jié)礦的化學(xué)成分相近。因此，對(duì)回收的除塵灰合理利用，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值(除塵灰的化學(xué)組成見表1)。 表1　除塵灰化學(xué)成分 物名 TFe SiO2 CaO FeO C 除塵灰 56.0 6.19 9.6 8.0 0.07 經(jīng)過對(duì)6個(gè)點(diǎn)位除塵灰粒度的測定(表2)，除塵灰粒度均比較細(xì)，含水量4%~7%除塵灰的粒度組成見表2)。 首鋼礦業(yè)公司燒結(jié)廠除塵灰利用的原始辦法，是將除塵灰直接投入燒結(jié)配料室參加配料?？墒?，由于94.2%的除塵灰粒度小于-200網(wǎng)目(-0.074mm)，且經(jīng)過了高溫?zé)Y(jié)過程，表面疏水性強(qiáng)，很難制粒，進(jìn)入混合機(jī)后很難與其他原料混合均勻，不但使“

5、小球團(tuán)燒結(jié)工藝”不能充分發(fā)揮作用，而且對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了很大的負(fù)效應(yīng)：燒結(jié)礦產(chǎn)生“花臉”、夾生；除塵灰引起“二次揚(yáng)塵”影響職工的作業(yè)環(huán)境；除塵器由于循環(huán)復(fù)合量的作用，效率降低，除塵質(zhì)量惡化；生產(chǎn)過程固體燃料消耗增加，電耗、重油消耗上升。 如何科學(xué)有效地利用除塵灰資源，成為制約企業(yè)乃至行業(yè)發(fā)展的重要問題。 3 除塵灰回收利用新途徑的探索 1997年，首鋼礦業(yè)公司燒結(jié)廠在應(yīng)用小球團(tuán)燒結(jié)技術(shù)后，燒結(jié)生產(chǎn)邁上了一個(gè)新臺(tái)階。生產(chǎn)實(shí)踐證明，實(shí)施小球燒結(jié)技術(shù)是燒結(jié)生產(chǎn)向高效發(fā)展的必由之路。因此，首鋼礦業(yè)公司燒結(jié)廠把繼續(xù)深入實(shí)施小球團(tuán)燒結(jié)技術(shù)最終實(shí)現(xiàn)球團(tuán)化燒結(jié)，作為發(fā)展方向。經(jīng)過深入細(xì)致的調(diào)查研究，于19

6、98年初，提出了在除塵灰中配加北京金發(fā)工貿(mào)公司生產(chǎn)的JF-AB添加劑進(jìn)行專門造球，然后進(jìn)入主流程的研究課題。 3.1 JF-AB添加劑的粒度與成分 JF-AB添加劑的理化分析表明，其粒度組成與除塵灰的粒度組成相近，且-200網(wǎng)目(-0.074mm)的占95%以上，比除塵灰的粒度還要細(xì)。其化學(xué)成分以CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O為主，也與除塵灰所含的主要金屬氧化物相近(添加劑化學(xué)成分見表3) 3.2 試驗(yàn)室試驗(yàn) 首鋼礦業(yè)公司燒結(jié)廠與北京科技大學(xué)密切合作，在北京科技大學(xué)進(jìn)行了除塵灰配加JF-AB添加劑制粒造球試驗(yàn)室試驗(yàn)，給出的結(jié)論是： (1)燒結(jié)粉塵配加JF添加劑易于

7、造球，生球性能好，燒結(jié)粉造球后配入混合料中有利于環(huán)境保護(hù)； (2)燒結(jié)粉塵配加JF添加劑造球后加入混合進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)指標(biāo)得到改善，可提高利用系數(shù)3.11%~7.33%，按年產(chǎn)600萬t燒結(jié)礦計(jì)算，每年可增產(chǎn)18.33~43.98萬t； (3)燒結(jié)粉塵配加JF添加劑造球后燒結(jié)，燒結(jié)礦的強(qiáng)度和還原性得到改善。 3.3 半工業(yè)試驗(yàn) 在北京科技大學(xué)進(jìn)行試驗(yàn)室試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為了獲得更可靠的依據(jù)，首鋼礦業(yè)公司燒結(jié)廠和中國礦業(yè)總公司北京金發(fā)工貿(mào)公司，又聯(lián)合委托河北省遷安市地礦局球團(tuán)廠進(jìn)行了除塵灰配加JF-AB添加劑制粒造球半工業(yè)試驗(yàn)，結(jié)論是： (1)除塵類配加JF添加劑可以造成3~8mm的小球

8、，成球率達(dá)85%以上； (2)合適的造球時(shí)間和生球水分，可使小球的落下次數(shù)達(dá)5次以上，滿足燒結(jié)生產(chǎn)的需要。 3.4 工業(yè)試驗(yàn) 根據(jù)試驗(yàn)室試驗(yàn)和半工業(yè)試驗(yàn)的結(jié)果，首鋼礦業(yè)公司燒結(jié)廠自行設(shè)計(jì)、建造了一套除塵灰造球系統(tǒng)。經(jīng)過3個(gè)月的工藝調(diào)整和崗位集中培訓(xùn)，整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了工業(yè)試驗(yàn)的條件。隨后正式進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)。 3.4.1 除塵灰制粒系統(tǒng)工藝流程 除塵灰制粒工藝流程為，配料室二系列除塵灰經(jīng)電子稱計(jì)量后，按比例配加JF添加劑，經(jīng)皮帶運(yùn)往小混合機(jī)進(jìn)行混勻加水，然后進(jìn)入造球盤制粒，除塵灰 經(jīng)制粒后由皮帶運(yùn)輸回配料室。除塵灰經(jīng)過制粒改變了物態(tài)，生產(chǎn)方式由除塵灰直接配料改為制粒后配料。主要工

9、藝流程如圖1。 3.4.2 制粒設(shè)備及工藝特點(diǎn) 對(duì)除塵灰進(jìn)行制粒后，返回主流程參與配料?？紤]到除塵灰量大，且宜集中處理，本著投資少的原則。首鋼礦業(yè)公司燒結(jié)廠在配料室西側(cè)安裝了造球盤，對(duì)各個(gè)點(diǎn)位的除塵灰進(jìn)行集中處理。制粒的主體設(shè)備有以下特點(diǎn)： (1)除塵灰下料量采用變頻調(diào)速，對(duì)下料倉采用高閘門，進(jìn)行自動(dòng)震倉(每30s震3s)，保證下料的連續(xù)性； (2)添加劑下料采用電振給料，電振電流調(diào)節(jié)下料量； (3)混合機(jī)內(nèi)襯為不粘板，內(nèi)有高效霧化水噴頭。傾角為2.5，筒體規(guī)格為1.2m2.5m； (4)造球盤直徑為3.5m，傾角為50(可調(diào))； (5)為強(qiáng)化除塵灰的潤濕，小混合機(jī)進(jìn)行混

10、均時(shí)加入熱水(70~80℃)。 3.4.3 造球試驗(yàn) 試驗(yàn)料比安排：鋼渣3%、白灰4%、精礦70%，制粒后除塵灰3%、白云石3%、石灰石、燃料按實(shí)際情況調(diào)整，燒結(jié)礦質(zhì)量按TFe=57%、R=1.60進(jìn)行控制(試驗(yàn)期間原燃料粒度組成及化學(xué)成分見表4、表5)。 進(jìn)行了4種配比的造球試驗(yàn)，分別是除塵灰中不加添加劑，加3%、5%、7%的JF-AB添加劑(JFA與JF-B按1：1的比例混合)，根據(jù)首鋼礦業(yè)公司燒結(jié)廠的生產(chǎn)工藝要求，所造球的粒度為3~8mm的小球團(tuán)。4種配比的造球，均在人工混料后，分別在600mm的圓盤造球機(jī)上進(jìn)行。造球?qū)Ρ仍囼?yàn)的結(jié)果表明，由于除塵灰粒度極細(xì)，直接造球十分困難。

11、配加JF-AB添加劑后，使除塵灰適于造球的水分范圍變寬，并且隨著小球的形成和長大以及添加劑的快速凝結(jié)，具有一定強(qiáng)度的小球就形成了。從造球效果來看，配入添加劑的遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于不配添加劑的造球效果，并且隨著添加劑配加比例增加，生球的抗壓強(qiáng)度提高。添加劑的配加比例超過5%后，生球的落下強(qiáng)度和爆裂溫度變化不大，因此，配加添加劑以5%為宜。 3.4.4 燒結(jié)試驗(yàn) 為了比較除塵灰直接參加配料和除塵灰制粒造球后的燒結(jié)性能，將“造球試驗(yàn)”的小球以首鋼礦業(yè)公司燒結(jié)廠的生產(chǎn)配料為基準(zhǔn)，配加在燒結(jié)混合料中進(jìn)行燒結(jié)試驗(yàn)。數(shù)據(jù)測定方法：每3h取樣1次，測定除塵灰的落下強(qiáng)度、水分、粒度組成，混合料粒度每1h測定1次

12、。(落下強(qiáng)度的測定方法為從樣中任取5個(gè)濕球，離鐵板0.5m高處反復(fù)自由落下，直至摔破，記錄未摔破的次數(shù))。試驗(yàn)按計(jì)劃共分為5個(gè)步驟： 第一步：除塵灰配比為2%，不加添加劑(簡稱JF0)； 第二步：除塵灰下料量為3.32kg/m(合9.56t/h)，添加劑配比為5%(簡稱JF5)； 第三步：除塵灰下料量為3.32kg/m(合9.56t/h)，添加劑配比為7%(簡稱JF7)； 第四步：除塵灰下料量為3.32kg/m(合9.56t/h)，添加劑配比為3%(簡稱JF3)； 第五步：除塵灰下料量達(dá)到5kg/m(合計(jì)14.42t/h)，添加劑配比為5%(簡稱DJF5) 試驗(yàn)期間實(shí)際料比見表6。

13、 3.4.5 工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果分析 (1)JF添加劑配比對(duì)于除塵灰之力的影響。 從表中可以看出：在不配加添加劑情況下，為保證除塵灰造球，被迫提高除塵灰配加量，較其他情況下水分高0.6%左右，但從成球情況看，球落下強(qiáng)度很差，粒級(jí)集中于大于10mm和小于3mm的范圍內(nèi)，也就是說很難成球。而加入JF添加劑則有利于造球，隨添加劑比例的提高，除塵球的強(qiáng)度隨之提高。由于添加劑比例的不同，除塵球的平均粒徑也有所變化，在添加3%、7%比例時(shí)，除塵球粒度偏大。除塵球粒徑過大，不利于混合料造球。在添加劑配比5%條件下造球最好。DJF5造球不如JF5造球狀況。 由此可見，在除塵灰中加入JF添加劑A、

14、B料，與除塵灰混勻，JF料與除塵灰顆粒混在一起，由于JF添加劑的極強(qiáng)吸水性，以及凝結(jié)作用，促進(jìn)除塵灰制粒以及形成一定的強(qiáng)度。DJF5效果較次于JF5，主要是混合機(jī)在除塵灰量大后，添加劑與除塵灰混合不均勻所致。 (2)不同JF添加劑配比對(duì)混合料制粒的影響見表8。 從表8看出：隨不同比例添加劑的除塵球加入混合料中，對(duì)混合料制粒是有益的，在JF7條件下，混合料<3mm及平均粒級(jí)均好于JF3、JF5及JF0情況。 從DJF5中看到，隨除塵灰量的加大，灰量由9.6t/h增加到14.42t/h后，混合料指標(biāo)與JF0比較，<3mm粒級(jí)下降，平均粒級(jí)略有增加，說明配加添加劑后的除塵球有益于混合料粒度

15、的改善，并消除除塵灰配加后有于除塵灰親水性差對(duì)混合料造球的影響。 (3)不同JF配比對(duì)燒結(jié)參數(shù)的影響 從5號(hào)、6號(hào)燒結(jié)機(jī)參數(shù)看：配加添加劑的除塵灰后，燒結(jié)機(jī)機(jī)速略有提高，冷熱段廢氣負(fù)壓均有一定程度的下降，說明除塵灰經(jīng)配加添加劑制粒后，混合料的透氣性得到了改善。 (4)不同JF配比對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)指標(biāo)的影響。 　由表11看出，配加添加劑的除塵灰球后，燒結(jié)機(jī)各階段消耗指標(biāo)均呈下降趨勢，尤以JF5最為顯著，返礦與基準(zhǔn)期比較，返礦率下降，即成品率提高了2.355%，燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)提高0.03t/mh，固體燃耗降低1.3kg/t，油耗降低0.205kg/t，電耗降低0.895kWh/t。 (

16、5)不同JF配比對(duì)燒結(jié)礦物組成的影響。 從表12中可以看出，扣除原燃料質(zhì)量對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量影響外，由于除塵灰添加比例較小，對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量未造成影響。 經(jīng)過5個(gè)步驟的燒結(jié)對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明，除塵灰配加JF-AB添加劑造球后，加入混合料中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)可提高3%~5%，燒結(jié)礦的強(qiáng)度和還原性得到改善，即有利于除塵灰資源的回收利用，又有利于環(huán)境保護(hù)。為期1個(gè)月的工業(yè)試驗(yàn)，取得了成功，達(dá)到了預(yù)期的良好效果。 4 效果效益分析 采取除塵灰配JF-AB添加劑制粒造球后進(jìn)入燒結(jié)配料的新工藝回收利用除塵灰，具有良好的環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 4.1 環(huán)境效益 除塵灰經(jīng)過造球制粒

17、后再進(jìn)入燒結(jié)主流程，杜絕了以往因直接配加引起的“二次揚(yáng)塵”問題，消除了除塵器的循環(huán)負(fù)荷量。同時(shí)由于燒結(jié)礦強(qiáng)度提高，在結(jié)生產(chǎn)和轉(zhuǎn)運(yùn)過程中產(chǎn)生的粉塵量也相應(yīng)減少，有效地降低了現(xiàn)場作業(yè)崗位的粉塵濃度，各測塵點(diǎn)位的粉塵合格率相應(yīng)提高，特別是原料車間、成品車間的作業(yè)環(huán)境質(zhì)量明顯提高。 從表13可以看出，除塵灰制粒后配料與除塵灰直接配料相比，原料車間粉塵合格率提高了10.89個(gè)百分點(diǎn)，成品車間粉塵合格率提高了近1倍。采用除塵會(huì)制粒新工藝使全廠的粉塵合格率提高了13.21個(gè)百分點(diǎn)。 4.2 社會(huì)效益 資源以其不可再生性，受到全社會(huì)的普遍關(guān)注。保護(hù)資源，合理開發(fā)資源，科學(xué)利用資源成為可持續(xù)發(fā)展的

18、核心課題。除塵灰制粒燒結(jié)新工藝的成功開發(fā)，使大量的除塵灰得到真正科學(xué)合理地回收和利用，變“廢”為“寶”，有效地保護(hù)了社會(huì)資源，避免了資源的浪費(fèi)和流失。 4.3 經(jīng)濟(jì)效益 4.3.1 降低消耗及增加效益因素 采用除塵灰制粒造球燒結(jié)新工藝與除塵灰直接參與配料相比，每月多回收除塵灰91.6t，提高金屬回收率0.02%，燒結(jié)礦的效益為0.0265元/t；燒結(jié)過程固體燃料消耗降低1.3kg/t，重油消耗降低0.205kg/t，電耗降低0.895kWh/t，結(jié)礦效益為0.8387元/t；燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)提高0.03t/mh，燒結(jié)礦效益0.7036元/t；除塵灰制粒造球加大了燒結(jié)混合料中顆粒料的

19、成分，相當(dāng)于減少澳礦等顆粒料配加量的2%，結(jié)礦效益0.25元/t。合計(jì)增加效益因素為1.8188元/t。 4.3.2 除塵灰制粒造球的費(fèi)用 除塵灰制粒造球系統(tǒng)，每小時(shí)的消耗電量為42.8kWh，燒結(jié)礦費(fèi)用增加0.021元/t；系統(tǒng)需崗位作業(yè)8人，噸礦成本增加0.031元/t；系統(tǒng)建設(shè)投資100萬元，燒結(jié)礦增加設(shè)備折舊及維護(hù)費(fèi)0.01元/t。加入JF-AB添加劑，燒結(jié)礦成本增加1.5973元/t，合計(jì)增加消耗因素1.6593元/t。 4.3.3 實(shí)際產(chǎn)生效益 經(jīng)過詳細(xì)精確地財(cái)務(wù)分析和計(jì)算，除塵灰制粒造球系統(tǒng)投入后，增加經(jīng)濟(jì)效益因素1.82元/t，扣除費(fèi)用增加各種因素合計(jì)1.66元

20、/t，體現(xiàn)在燒結(jié)礦里實(shí)際產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為0.16元/t。首鋼礦業(yè)燒結(jié)廠每年按生產(chǎn)燒結(jié)礦500萬t計(jì)算，每年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益80萬元，16個(gè)月便可收回投資。 5 結(jié)論 首鋼礦業(yè)公司燒結(jié)廠采用JF添加劑系列談價(jià)及添加劑，對(duì)除塵灰提前造球，然后進(jìn)行燒結(jié)配料，優(yōu)化了混合料的燒結(jié)性能，有利于提高混合料透氣性，改善了產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，是燒結(jié)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化的有效途徑，也為燒結(jié)行業(yè)粉塵綜合利用、優(yōu)化燒結(jié)工藝提供了一種新的方法。 6 存在問題及建議 (1)混合機(jī)內(nèi)容易出現(xiàn)粘料問題，尤其是在DJF5試驗(yàn)期間，添加劑混合不勻，影響添加劑作用的發(fā)揮。 (2)除塵灰水分不穩(wěn)，造成加水量波動(dòng)較大，不利于造球的穩(wěn)定。 (3)添加劑A、B料倉倉存不能太少，否則，崗位加料頻繁，勞動(dòng)強(qiáng)度大，易出現(xiàn)斷料和噴料頻繁。 (4)JF添加劑本身存在包裝不嚴(yán)，容易吸收空氣中的水分，形成結(jié)塊，導(dǎo)致下料不穩(wěn)。 上述問題應(yīng)進(jìn)一步研究解決，采取措施加以避免。