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1、第 3 4卷第 1 O期 2 0 1 2年1 O月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y B e i j i n g VOI 3 4 NO 1 O oc t 2 01 2 基于硫平衡计算的低硫烧结原料控制标准 刘征 建，函 张建 良，安 钢 杨天钧 1,2)1)北京科技大学冶金与生态工程学 院，北京 1 0 0 0 8 3 2)钢铁冶金新技术国家重点实验室，北 京 1 0 0 0 8 3 3)首钢京唐钢铁公司烧结分 厂，唐山 0 6 3 2
2、0 0 圆通信作者，E-m a i l：l i u z h e n g j i a n 1 2 6 c o rn 摘要首先根据首钢京唐钢铁公司烧结生产数据进行系统的硫平衡计算，分析各种烧结原料对废气中 S O，排放量的影响 权重，并在此基础上作合 理假设，结合国家标准对 于不 同烧 结机 s 0 排放量 的统一计 量方法，推导 出烧结原 料硫含 量 与 s 0，排 放量判定 指标 的关 系式，建立低 硫烧 结原料控制标准 首钢京唐钢铁公 司烧结生产若要满足 5 0 0 m g m。的 s O，质量浓度限 值，需要将混合料中硫的质量 分数 降至 0 0 3 2 以下；若要 满足 2 0 0 m
3、g mI 3 的 s O：质量浓度 限值，需要将混合料 硫的质量分数 降至 0 0 1 3 以下，而这在当前 的原料条件下是难 以实现 的 关键词烧结；二氧化硫；排放控制；计算 分 类 号T F0 4 6 4 Co n t r o l c r i t e r i o n o f l o w-s ul f u r s i nt e r i ng ma t e r i a l s b a s e d o n s u l f ur b a l a nc e c a l c u-l a t i o n s L I U Zh e n g-j i a n ，Z H A NG J i a n l i a n
4、 g ，A N G a n g ，Y A NG T i a n qu n 1)S c h o o l o f Me t a l l u r g i c a l a n d E c o l o g i c a l E n g i n e e r i n g，U n iv e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y B e i j i n g，B e i j i n g 1 0 0 0 8 3，C h i n a 2)S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f A d v a n c e d M
5、e t a l l u r g y，U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y B e i j i n g，B e ij i n g 1 0 0 0 8 3，C h i n a 3)S h o u g a n g J i a n g t a n g S t e e l S i n t e r i n g P l a n t，T a n g s h a n 0 6 3 2 0 0，C h i n a C o r r e s p o n d i n g a u t h o r，E ma i l：l i u z h
6、e n g j i a n 1 2 6 e o m ABS TRACT S ul f ur b a l a nc e c a l c u l a t i o n s we r e p e r f o r me d a c c o r d i n g t o p r o d u c t i o n d a t a f r o m S h o u g a n g J i n gt a n g S t e e l S i n t e rin g Pl a n t The i mpa c t we i g h t o f e a c h s i nt e r i ng m a t e r i a l
7、o n S O2 c o nc e nt r a t i o n i n s i n t e r i n g wa s t e g a s wa s a n a l y z e d，ba s e d o n wh i c h s o me r e a s o na bl e a s s ump t i o n s we r e ma d e I n c o mb i n a t i o n wi t h t h e u ni f o r m me a s u r e me nt me t h o d o f S O2 e mi s s i o n c o nc e n t r a t i o
8、n f o r d i f f e r e n t s i n t e r i n g ma c h i n e s i n C h i n e s e s t a n d a r d s，a r e l a t i o n f o rm u l a b e t w e e n s u l f u r c o n t e n t i n t h e s i n t e r i n g ma t e r i a l s a n d j u d g i n g i n d e x f o r S O2 e mi s s i o n c o n c e n t r a t i o n wa s d
9、e d u c e d a n d a c o n t r o l c r i t e ri o n for l o w s u l f u r s i n t e r i n g ma t e r i a l s wa s e s t a b l i s h e d I f S h o u g a n g J i n g t a n g S t e e l S i n t e r i n g Pl a n t wa n t s t o me e t t h e S 02 e mi s s i o n c o nc e nt r a t i o n o f 5 0 0 mg m，t h e s
10、 u l f ur c o n t en t i n t h e s i n t e r i n g mi x t u r e ne e d r e du c e t o b e l o w 0 0 32；i f i t wa n t s t o me e t t he S O2 e mi s s i o n c o n c e n t r a t i o n o f 2 00 mg m ，t h e s ul f ur c o nt e n t i n t h e s i n t e r i n g mi x t u r e n e e d r e du c e t o b e l o w
11、0 01 3，b ut i t i s v e r y d i ffi c ul t t o r e a l i z e u nd e r t he c u r r e n t ma t e ria l c o n d i t i o n KEY W ORDS o r e s i n t e r i n g；s u l f u r di o x i de；e mi s s i o n c o n t r o l；c a l c ul a t i o n s 烧结原料带入硫量的高低一般 以硫负荷的大小 来判断，硫负荷定义为每吨成 品烧结矿 由原料带人 硫 的总量 目前控制烧结工序 s O，排放的
12、一个重 要考核指标是 S O 排放质量浓度 限值，低硫烧结 原料就是指在使用其 在进行烧结 生产时，烧结烟气 不经过稀释或烟气脱硫等措施而直接排放，即可满 收稿 日期：2 0 1 2 0 8 2 6 基金项目：“十一五”国家科技支撑计划重 大项 目(2 0 0 6 B A E 0 3 A 0 1)足 S O：排放质量浓度限值尽管硫负荷的大小可 以 在一定 程度 上表 示 烧结 原 料 带 入硫 量 的高 低 但 是 具体关于烧结原料硫含量与实际 S O：排放质量浓度 的量化关系仍不清楚为了明确低硫烧结原料的控 制标准，下面首先进行针对首 钢京唐钢铁公 司烧结 工序硫平衡计算，明确各种烧结原料对
13、废气 中 S O：第 l 0期 刘征建等：基于硫平衡计算的低 硫烧结原料控制标 准 1 1 0 9 排 放质 量浓度 的影 响权 重 1 烧 结工序硫 平衡计算 硫 平衡 计算 按每 小时 的质量 来进 行，即 k g h 1 1 硫 收入 项(1)混匀矿带入混匀矿是经过原料厂混合之 后的大堆料，使用时间长且成分相对稳定 S 混 匀 矿=G 混 匀 矿 混 匀 矿1 0 (1)式中：s 混 匀 矿为混匀矿带人硫 的质量，k g h；G 混 匀 矿 为混 匀矿 的上料 质量(干基)，t。h；混 匀 矿 为混 匀 矿 带入硫 的质 量分 数 因为混 匀 矿 一 般 由 多 种 含 铁 原 料 组
14、成，所 以 又有 s 混 匀 矿=s 混 匀 矿 i(2)混 匀 矿一 ，一u 混 匀 矿 厶 式 中，S 混 匀 矿 为混 匀矿 中第 种含 铁原 料 带人 硫 的 质 量，k g h S 混 匀 矿 =G 混 匀 矿 P 混 匀 矿 f X 混 匀 矿 f 1 0 (3)式中，P 混 匀 矿 为混匀 矿中第 i 种含铁 原料 的质量 分 数，混 匀 矿 i 为混匀矿中第 i 种含铁原料中带人硫的质 量 分数 混 匀矿(干 基)上 料 的质量 为 6 6 9 8 5 t h，混 匀 矿带入 硫 的质量 分数 为 0 0 2 4 ，通过 式(1)计算 得 S 混 匀 矿=1 6 0 7 6 k
15、 g h 一 (2)熔剂 带入 S熔剂：2 S 熔 剂 ，(4)u 熔 剂一 u 熔 剂 ，-r Js 熔 剂 =G 熔 剂 l 熔 剂 1 0 (5)式 中：s 熔 剂 为 熔 剂 带 人 硫 的 总 质 量，k g h；S 熔 剂 为 第 i 种熔剂带人硫的质量，k g h；G 熔 剂 为第 i 种熔 剂 的上料 质量(干 基)，t h；X 熔 荆 为第 种 熔 剂 中 硫 的质量 分数 使用的熔剂有生石灰、石灰石和 白云石，它们 的 上料 质量 分别 为 4 1 4 3、5 8 0和 6 9 1 8 t h，带入 硫 的质 量分 数分 别为 0 1 3 、0 0 2 和 0 0 1 6
16、，通 过 式(5)计算得 s 生 石 灰、s 石 灰 石和 s 白 石分别 为 5 3 8 5、1 1 6和 1 1 0 7 k g h一 1 (3)固体燃 料带 入 Js 固 体 燃 料=G 固 体 燃 料 固 体 燃 料1 0 (6)式 中：S 固 体 燃 料为 固 体 燃 料 带 人 硫 的 质 量，k g h；G 目 体 燃 料 为 固体燃料上料质量(干基)，t h；X 目 体 燃 料 为 固体 燃料 中硫 的质量 分数 采用的固体燃料是焦粉，上料量为4 2 2 5 t h，硫 的 质 量 分 数 为 0 7 9 ，通 过 式(6)计 算 s 焦 粉为 33 3 81 k g h一 (
17、4)除尘灰带人除尘灰包括高炉除尘灰和烧 结除尘灰，两种除尘灰的成分差别较大，一般来说高 炉 除尘灰 含碳 较多，而烧结 除尘 灰含铁 较 多 S 高 炉 除 尘 灰=G 高 炉 除 尘 灰 X 高 炉 除 尘 灰 1 0 ，(7)s 烧 结 除 尘 灰=G 烧 结 除 尘 灰 烧 结 除 尘 灰1 0 (8)式中：s 高 炉 除 尘 灰为高炉除尘灰带入硫的质量，k g h 一；G 高 炉 除 尘 灰 为 高炉 除尘 灰上 料 质量(干 基)，t。h；高炉除尘灰为高炉除尘灰 中硫的质量分数；S 烧 结 除 尘 灰 为 烧结 除 尘灰 带 人硫 的质 量，k g h；G 烧 结 除 尘 灰为烧 结
18、 除尘 灰上 料 质 量(干 基)，t h；X 烧 结 除 尘 灰为 烧 结 除 尘灰 中硫 的质量 分数 高炉 除 尘灰 的上 料 质 量 为 8 2 9 t h，带 入 硫 的质量分数为 0 2 0，通过式(7)计算 s 高 炉 除 尘 灰为 1 6 5 7 k g h；对于烧 结 除尘 灰，除 3、4电场 除 尘 灰 由于 K、N a等有害元 素含量较高而直接外排以外，其余收集的烧结除尘灰均重新参加配料，上料质量 为 1 2 4 3 t h，带入硫的质量分数为 0 3 0，通过 式(8)计算 s 烧 结 除 尘 灰 为 3 7 2 8 k g。h I (5)返矿带入返矿包括高炉返矿(外返
19、)和烧 结返 矿(内返)S 返 矿=S 高 返 返 矿+S 烧 结 返 矿，(9)s 高 炉 返 矿=G 高 炉 返 矿 高 炉 返 矿1 0 ，(1 0)S 烧 结 返 矿=G 烧 结 返 矿 X 烧 结 遁 矿1 0 ，(1 1)式 中：返 矿为返 矿 带 入 硫 的质 量，k g。h；G 高 炉 返 矿为 高炉返矿上料质量(干基)，t h；高 炉 返 矿 为高炉返 矿 带入 硫 的质量 分 数；S 烧 结 返 矿 为 烧 结 返 矿 带 入硫 的 质 量，k g h；G 烧 结 返 矿 为 烧结 返 矿 上料 质 量(干 基)，t h；烧 结 返 矿 为烧 结返矿 带入 硫 的质量分 数
20、 返矿的总上料质量 为 1 6 5 7 0 t h，返矿 总带 人 硫 的质量分 数为 0 O 1 1 ，通过 式(9)一(1 1)计算 S 矿 为 1 8 2 3 k g h。(6)气体 燃料 带入 S 气 体 燃 料=Q 气 体 燃 料 C 气 体 燃 料1 0-6 (1 2)式 中：|s 气 体 燃 料为 气 体 燃 料 带 人 硫 的 质 量，k g h；Q 气 体 燃 料 为标准状态下的干气体燃料流量，I n h；c 气 体 燃 料 为气 体燃料 中硫 的质 量浓度，m g I n-3 点 火 气 体 燃 料 采 用 焦 炉 煤 气，流 量 为 1 7 0 0i n h，焦 炉煤 气
21、 中硫 主要 以 H S形 态 存 在，其中 H s的质量浓度为 2 0 m g m，通过式(1 2)计 算 s 焦 炉 煤 气 约为 0 0 3 2 k g h 一 1 1 2硫支 出项(1)烧结 矿残 留 s 结 矿=G 结 矿 结 矿1 0 (1 3)北京科技大学学报 第 3 4卷 式中：结 矿 为烧结矿携带硫的质量，k g h；G，烧 结 矿 为成 品烧结 矿 的台时 产量，t h；结 矿为烧 结 矿硫 质量分数 成品烧结矿的台时产量为 7 5 0 t h，其 中产出 硫 的质量分 数 为 0 O 1 1 ，通 过式(1 3)计算 s 结 矿 为 82 5 0 k g h (2)返 矿
22、残 留 Js 矿=G 矿 矿1 0 (1 4)式 中：s 矿为 返 矿 携 带 硫 的质 量，k g h；G 矿 为返矿的产量，t h 一；矿 为返矿中硫的质量分数 在烧 结 生 产稳 定 时，高炉 返矿 和烧 结返 矿 都能 达到平衡，即产生的返矿 量等于配入 的返矿量 并且 返矿 的 硫 含 量 波 动 较 小，基 本 保 持 不 变，所 以 s 矿=S 返矿=1 8 23 k g。h-1 (3)烧结 粉尘携 带 s t 结 粉 尘=G 结 粉 尘 结 粉 尘 1 0 (1 5)式中：s 烧 结 粉 尘为烧结粉尘携带硫的质量，k g h；G 结 粉 尘 为烧结粉尘的产量，t h；，烧 结
23、粉 尘 为产出烧 结 粉尘 中硫 的质量分 数 根据烧结生产经验，烧结粉尘产生质量约 占成 品烧结矿质量 的 2，所以粉尘量计 为 i 5 t h，产 生粉尘中硫的质量分数为 0 3 0，通过式(1 5)计算 s 结 粉 尘 为 4 5 0 0 k g。h 一 (4)烧结废气携带 S 烧P 结 废 气=一 Q 结 废 气，d6 oc 结废气 1 0-6(1 6)式中：烧 结 废 气 为烧结废气携带硫的质量，k g h；Q 结 废 气，为标 准状态下 的干烟气流 量，m m i n 一；c 结 废 气为 标 准 状 态 下 干 烟 气 中 s O：质 量 浓 度，mg m-3 Q 结 废 气，d
24、=。2 7 Q 结 废 气。(1一c )(1 7)式 中：Q 烧 结 废 气，。为 工 作 状 态 下 的 烟 气 流 量，in mi n；C w 为工作 状态 下烟 气 中 的水 蒸 气 质量 分 数；P 为 工作 状 态 下 的烟 气 负 压，P a；t 为 工 作 状 态 下 的烟 气温度，首 钢京唐 钢铁公 司烧 结厂 1 号 5 5 0 m 烧结 机有 两条烟道，两条烟道的工作状态基本相同，以其 中一 条烟道 的工作状态 为例，风机 人 口的烟气 流量为 21 0 0 0 m。mi n，水 蒸 气 的 质 量 分 数 为 1 0 ，烟 气 温度 为 1 4 0，负 压 为 1 7 0
25、 0 0 P a，S O：质 量 浓 度 为 7 8 0 mg。m-3通过式(1 6)和(1 7)计算 s，烧 结 废 气 为 4 8 6 68 k g h-1 1 3 硫 平衡 表 硫平衡计算结果如表 1所示，其 中支 出项总和 与 收 入 项 总 和 的 误 差 为 0 0 5 5 ，满 足 计 算 精 度 要求 表 1 首钢京唐钢铁公 司烧结工序硫平衡计算 Ta b l e 1 S u l f u r b a l a n c e c a l c u l a t i o n s f o r S h o u g a n g J i n g t a n g S t e e l S i n t
26、e r i n g P r o c e s s 收入 支 出 项 目 带入硫质量(k g h )带入硫质量分数 项 目 携带硫质量(k g h I 1)携带硫质量分数 混匀矿带人 1 6 0 7 6 2 5 4 1 烧结矿残 留 8 2 5 O 1 3 0 5 生石灰带人 5 3 8 5 8 5 1 返矿残 留 l 8 2 3 2 8 8 石灰石带入 1 1 6 0 1 8 烧结粉尘携带 4 5 O O 7 1 2 白云石带入 1 1 0 7 1 7 5 烧结废气携带4 8 6 6 8 7 6 9 6 焦粉带人 3 3 3 8 1 5 2 7 5 高炉除尘灰带人 l 6 5 7 2 6 2 烧
27、结除尘灰带人 3 7 2 8 5 8 9 返矿带入 1 8 2 3 2 8 8 焦炉煤气带入0 0 3 0 0 1 合计 6 3 2 7 6 1 0 0 O 0 合计 6 3 2 4 1 1 0 0 O 0 2 各种烧结原料 对废气 中 S O：质 量浓 度影 响 的权重分析 2 1 混匀 矿 混匀矿是烧结原料 中配 比最大的部分，所以其 硫含量的大小对废气 中 s O：质量浓度 的影 响最大 表 1中混匀矿带入硫 的质量分数仅 为 2 5 4 1 ，低 于焦粉 带入 的 5 2 7 5 这 是 因 为 首钢 京 唐 钢 铁公 司混匀 矿 中硫 的质 量 分数 低，仅 为 0 0 2 4 ；同
28、时 由 于焦粉 中硫的质量分数较高，达 到 0 7 9 若在混 第 1 O期 刘征建等：基 于硫 平衡计算 的低硫烧结原料控 制标准 匀矿中配入硫含量较高的铁矿粉，如我 国攀钢的钛 精矿(硫质 量分数 达 到 0 1 9 )，则混 匀矿 带 人硫 的 质量分数将大幅增加 2 2熔剂 熔剂 与铁 矿粉 和焦粉 相 比，成分 波动 相对 较大，硫含量也不稳定在过去，熔剂对烧结 S O 质量浓 度 的影响 一直 未 得 到 重 视但 是，随着 焙 烧 石 灰 所 用燃 料硫 含量不 断增 加，使 得生 石灰硫 含量 变 大；并 且由于生石灰在改善制粒效果和提高料温等方面的 优势，使 得生石 灰 的配
29、 比逐 渐 变 大两 方 面 的 因素 共 同造成 生石灰 带入 硫 的质量 分数 不 断增 加从 表 1可 见，由于首 钢 京 唐 公 司烧 结 用 生 石灰 硫 质 量 分 数高 达 0 1 3 ，生 石灰 带 人 硫 的质 量 分 数 很 大，达 到 8 5 1 ，所 以 应 重 视 熔 剂 对 烧 结 S O：浓 度 的 影 响 2 3 固体燃 料 无 论是 焦粉 还是无 烟 煤，硫 的质 量分数 均较 高，一般为 0 2 0 1 0 0 ，所 以虽然 固体燃料配 比 相对于混匀矿较小，但带入硫的质量分数仍然较大，尤其是当固体燃料硫含量远高于混匀矿硫含量时 2 4高炉 除尘灰 高炉除尘
30、灰在烧结原料中的配 比较低，在混匀 矿、焦粉和熔剂硫含量较高 时，高炉除尘灰对废气 S O，质量浓度的影 响较小当其他原料硫 含量较低 而高炉除尘灰 自身硫含量较高时，虽然其配 比小，但 带入硫的质量分数将变得很大如我国某厂家的高 炉干法除尘灰 中硫的质量分数达到 1 3 1 ，用其等 量替代首钢京唐钢铁公 司硫质量分数为 0 2 0 的 高炉除尘灰，高炉除尘灰带入硫的质量分数将 由原 来 的 2 6 2 增 至 1 5 9 4 ，可 见 高炉 除 尘 灰 对 于废 气 S O 质 量浓度 的影 响应 引起重 视 2 5烧 结除尘 灰 目前，国 内外 钢铁 企 业普 遍 将 烧结 除尘 灰全
31、部 返 回重新 参加 烧结 配料，这 样在 烧结 生产稳 定、除尘器效率较高情况下，烧结除尘灰 的配入量接近 于烧 结粉 尘 的产 生 量，使 得 烧结 除尘 灰 在 硫 收入 项 中的带入硫 的质量分数与硫支 出项接近，所 以它对 废气 S O 质量 浓度 的影 响较小，可 以不作 考虑 2 6 返矿 在烧结生产稳定时，返矿基本能够达到平衡，使 得其在收入项和支出项中带入硫的质量分数基本相 同，如 表 1 所 示，两者 同为 2 8 8 所 以在 返矿平 衡 时，可以将返矿对烧结废气 中 S O 质量浓度 的影响 看 作 为收支 相抵，影 响为零 2 7气 体燃 料 如表 1 所示，焦炉煤气
32、带人硫的质量分数最小，这是由于对于每吨成 品烧结矿而言，气体燃料的使 用量远小于混合料量，假设 首钢京唐钢铁公司所使 用焦炉 煤气 中的 H S含 量 增 加 1 0 0倍，带 入 硫 的质 量分数也仅是从 0 0 0 5 增加到 0 5，带人硫的质 量分数仍然很小，所以气体燃料对烧结废气 S O 浓 度 的影 响很小 综合来看，混匀矿、焦粉和熔剂对烧结废气 S O 的浓度 影 响较大；高 炉 除尘 灰 的影 响作 用 视 其他 原 料硫含量而定，当其他原料硫含量较低时，高炉除尘 灰的影响作用变大，反之亦然；返矿、烧结除尘灰和 点火气体燃料对烧结废气 S O：浓度的影响很小，可 以不作 考虑
33、3 低硫烧 结原料控 制标准 3 1 烧 结原 料硫 的质量 分 数与 实 际 S O 排 放质 量 浓 度的关 系计 算(1)假设 条 件通 过 硫 平衡 计 算 过 程 可 知，首 钢京唐钢铁公 司烧结 工序硫 的总收入量 收 为 6 3 2 7 7 k g h，烧结矿台时产量为 7 5 0 t h，计算 硫 负荷 为 0 8 4 k g t 烧结 矿根据各 种 烧结 原料 对 废气 中 S O 质量 浓度 的影 响权 重 大小作 如下假 设：返矿平衡，包括高炉返矿平衡和烧结返矿平 衡，并 且 配入返 矿 和产生 返矿硫 含量 分别 相等，所 以 配人返矿带入的硫量和产生返矿残留的硫量相等
34、，即 s 返 矿=s 矿；配人烧结 除尘灰带人 的硫量等于烧结粉尘 携带 的硫 量，即 S 烧 结 除 尘 灰=s 结 粉 尘；气体燃料带人的硫量为零，即 5 气 体 燃 料=0；烧结过程脱硫率保持不变；(2)计算分析 将 混匀 矿、熔 剂、固体燃 料和 高炉 除尘灰 一起作 为烧结 混合 料，所 以有 J s 混 合 料=S 混 匀 矿+5 熔 剂+Js 固 体 燃 料+Js 高 炉 除 尘 灰(1 8)式 中，S 混 合 料为混合 料带 人硫 的质量，k g h G混合料=G混匀矿+G熔剂+G固 体燃料+G高炉除尘灰(1 9)式中，G 混 合 料 为混合料的上料量，t h S 混 合 料=
35、G 混 合 料 X 混 合 料1 0 (2 0)式 中，混 合 料为混合料硫的质量分数 由硫 平衡 计算 过程 可知 S混合料+|s 烧结除 尘灰+S 返矿+S气体燃料=Js 结 矿+s 矿+s 结 粉 尘+s 结 废 气 (2 1)1 1 1 2 北京科技大学学报 第 3 4卷 根据假设条件有 S 混 合 料=s 结 矿+s 结 废 气，(2 2)因此计 算低 硫原料 中硫 的质 量分数 即计算 混合 料 中 硫 的质量分 数(混 合 料)定 义混 合料 脱硫率 7 7 为，：1 0 0：1 00 混合料 混合料(2 3)当混 合 料硫 含 量 变化 时，烧结 矿 硫含 量 也会 随 之发生
36、变化，但根据假设混合料脱硫率 叼 保持常数 不变，所以烧结矿中硫的质量分数，烧 结 矿 可 以表 示 为 结矿：望 (2 4)将式(1 3)、(1 6)、(1 7)、(2 0)、(2 2)和(2 4)联合 推 导得 出 混 合 料 0 0 8 1 Q，a(1 一 c )c 结废气 1 0-9(2 57 )混合料 根据不同的 s O 排放质量浓度，通过式(2 5)进 行 计算，结果 如表 2所示 表 2 不 同 S O 排放质量浓度下混合料中硫的质量分数 Ta b l e 2 S u l f u r c o n t e n t s i n t h e s i n t e r i n g mi x
37、 tu r e f o r d i f f e r e n t S O，e mi s s i o n c on ce nt r a t i on s 目前首钢京唐钢铁公司烧结厂的 S O：排放质量 浓度为 7 8 0 m g m。，混合料 的平 均硫质量分数 为 0 0 6 9 考虑到首钢京唐钢铁公司烧结混 合料中 焦粉和生石灰 的硫含量较高，若将两种原料 中硫的 质量分数分别下调至 0 2 0 和 0 0 2 ，计算混合料 中硫的平均质量分数可以降至 0 0 3 4，从 表 2可 知，调 整后 的 S 0 排 放 质 量 浓 度低 于 5 0 0 m g m，同时混合料硫含量的降低对应着成本
38、 的大幅增加 3 2 烧 结原 料 中硫 的 质量 分数 与 S O 排放 质 量浓 度判定 指标 的关 系 由于各个烧结机的工艺条件有所区别，会造成 每 吨烧结 矿 的 排 风 量 也 有所 不 同 当漏 风 严 重 时，每吨烧结矿的排风量变大，s O：质量浓度值随之 变小，所 以对 于不 同的烧结 机，需 要有一 个 S O 质量 浓度 的统一计量方法在火 电行业，国家标准规定 对于不同锅炉，应根据实测的烟道 0 值首先计算过 剩空 气 系数，然后按 a=1 8(燃煤 锅炉)和=1 2 (燃油燃气锅炉)进行折算 对于不 同的烧结机，国 家 标 准 规 定 基 准 排 气 量(工 作 状 态
39、)为 2 5 0 0 m t，S O 排放 质 量 浓度 限值 适 用 于实 际 排 气 量不 高于基 准排 气 量 的情 况；若 实 际 排气 量 超 过 基准排气量，须按下式将实测 S O：质量浓度换算为 S O 基准 气量 排 放 质量 浓 度，并 以 S O 基 准 气 量 排 放 质量浓 度作 为判定 排放 是否 达标 的依据 烧结 矿 产 量和 排气量 统计周 期 为一个工 作 日 c基=急 (2 6)式 中：C 基为 S O：基 准气 量 排 放 质 量 浓 度，m g m；Q 总 为总排气量，m ；Y为烧结矿产量，t；Q 基为每吨烧 结矿的基准排气 量，m t；C 宴为实测 S
40、 O 质量浓),mg m-3；若 l 即每吨烧结矿的实际排气量大于基 准排 气量，需 要 按 照 式(2 6)将 实 测 S O：质 量 浓 度 7 8 0 m g m。折算为 s O：基准气量排放质量浓度，折 算结 果 为 1 0 4 8 m g m说 明在 混合 料 中硫 的质 量 分数为 0 0 6 9 的条件下，实际 s O 排放质量浓度 为 7 8 0 m g m；但 由于每 吨 烧结 矿 实 际排 气 量(3 3 6 0 m t，工 作 状 态)大 于 基 准 排 气 量(2 5 0 0 m t )，应折算成 s O 基准气量排放质量浓 度 1 0 4 8 m g m，并将 1 0
41、 4 8 m g m。作为判定排放是 否达标的依据 下 面根 据 国家标准对 于烧 结工 序 S O：排放 质量 浓度的计量方法，推导混合料硫质量分数 X 混 合 料与 S O：排 放质量 浓度 判定 指标 的关 系 当 薏 时，c 基 c 结 废 气，所 以有 X 混 合 料=0 0 8 1 Q 结 废 气，(1一C w)X 1 1 0 一(2 8)j c 实 (2 )从 式(2 7)和(2 8)可知，在 S O 排放 质量 浓 度 限 值确 定 的条 件下，当 每 吨烧 结 矿 的 实 际排 气 量 小 于 第 1 0期 刘征建等：基于硫 平衡计算 的低硫 烧结原料控制标 准 基准排 气量
42、 时，随着排气 量 的增加，混合 料硫 含量 可 以上 调，这 是 因 为排 气 量 的增 加 可 以 起 到稀 释 S O：的作用；当每吨烧结矿的实际排气量大于或等于基 准排气 量 时，随着 成 品率 的提 高，混 合料硫 含 量可 以 上调，而排气 量 的大 小对 混 合 料 硫含 量 则 基 本 没有 影响，这是 因为排 气量 对 于 S 0 的稀 释 作 用 通 过折 算已经被抵 消掉，而成品率的提高则可以缩小 S O 实际排放质量浓度与基 准气量排放质量浓度 的差 距，从 而允 许混合 料硫 含量进 一步 上调 3 3低 硫烧 结原 料的控 制标 准 通过 上 述 的公式 推 导 可
43、 知，低 硫 烧结 原 料 的控 制标准是根据企业 的实际烧结排气量大小，通过混 合料硫 含 量 与 S O：排放 质 量 浓 度 判 定 指 标 的关 系 式，计算 出满足政 策要 求 烧 结 废气 S O 排 放 质量 浓 度限值的烧结混合料中硫含量最大值，当所使用烧 结混合 料硫 含量低 于此 最 大值 时，即 可称 此 时 的烧 结原料为低硫烧结原料 r)、，首钢京唐钢铁公司的 1，通过式(2 7)计 j 基 算其在 不 同 S O 排 放质 量浓 度限值 下 的混合料 中硫 的质量分数最大值，结果如表 3所示 表 3 不 同 s 0 排放质量浓度限值 下混合料 中硫 的质量分数最大值
44、 Ta bl e 3 Ma x i mu m s u l f u r c o n t e n t s i n t h e s i n t e r i n g mi x t u r e f o r d i f f e r e n t S O2 e mi s s i o n c o n c e n t r a t i o n l i mi t s S 0 2排放质量 6 0 0 5 0 0 2 0 0 1 0 0 浓度 限值(m g m。)棍合料0 0 3 9 0 0 3 2 0 O 1 3 0 0 0 6 从表 3可 知，首钢 京 唐 钢 铁公 司烧 结 生产 若 要 满足 5 0 0m g m
45、。的 S O：排放质量浓度限值，需要将 混 合料 中硫 质 量 分 数 降 至 0 0 3 2 以下，即在 目前 的混合料 中硫的质量分数 0 0 6 9 的基础上降低一 半 多，实 现起来 非 常 困难，并且 将造 成烧结 成本 的大 幅增加；若要满 足 2 0 0 m g 1 13 的 S O 排 放 质 量浓 度 限值，需要将混合料 中硫 的质量分数降至 0 0 1 3 以下，在 目前所 能 获得 的烧结 原 料 条 件 下基 本 不 能 实现 所 以首 钢京唐 钢铁 公 司烧结 厂若 要 满 足我 国 目前 的烧 结烟气 S O：排放 质 量 浓 度 限值，单纯 依 靠 降低原料硫含量
46、是很难实现，需要从降低 原料硫负 荷、改进烧结工艺和烧结烟气脱硫三个方面着手进 行研 究 4 结 论(1)根据烧结生产数据进行了系统的硫平衡计 算，其 中硫收入项包括混匀矿带入、熔剂带人、固体 燃料带人、除尘灰带人、返矿带入和点火气体燃料带 入，硫 支 出项包 括烧 结 矿 残 留、返 矿残 留、烧 结 粉 尘 携带 和烧结 废气 携带 (2)烧结工序硫平衡计算结果表明，混匀矿、焦 粉和熔 剂对 烧结 废气 中 S O 质 量浓 度 影 响 较 大；高 炉除尘灰的影响作用视其他原料硫含量而定，当其 他原料含硫较低时，高炉除尘灰的影响作用变大，反 之亦 然；返 矿、烧 结 除尘灰 和点火 气体燃
47、 料对 烧结废 气中 S O：质量浓度的影响最小，可以不作考虑 (3)建立 了低硫 烧结 原料控 制 标 准根据 各 种 烧结原料对废气 中S O 排放质量浓度的影响权重大 小作 了 合 理 假 设，结 合 国 家 标 准 对 于 不 同 烧 结 机 S O，排放 质 量 浓 度 的统 一 计 量 方法，推 导 出烧 结原 料中硫 的质量分数与 S O，排放质量浓度判定指标的 关 系 式 首 钢 京 唐 钢 铁 公 司 烧 结 生 产 若 要 满 足 5 0 0 m g m 的 s 0：排放质量浓度 限值，需要将混合 料 中 硫 的 质 量 分 数 降 至 0 0 3 2 以 下；若 要 满
48、足 2 0 0 m g I n 的 s O：排放质量浓度限值，需要将混合 料 中硫 的质 量分 数降 至 0 0 1 3 以下 参考 文 献 Ch a n g s h a F e r r o u s Me t a l l u r g y Mi n e De s i g n a n d Re s e a r c h I n s t i t u t e De s n Ma n u a l o f S i n t e r i n g P r o c e s s B e i j i n g：Me t a l l u r g i c a l I n d u s t r y P r e s s，2 0 0
49、 8 (长沙黑色冶金矿山设计研 究院 烧结设计手册 北 京：冶金工 业出版社，2 0 0 8)L i u Z J，Zh a n g J L，Ya n g T J Re s e a r c h a n d d e v e l o p me n t o f s i n-t e r i n g flu e g a s d e s u l p h u r i z a t i o n t e c h n o l o g y C h i n a Me t a l l，2 0 0 9，1 9(2)：1 (刘征建，张建 良，杨天钧 烧结 烟气脱 硫技术 的研 究与 发展 中国冶金，2 0 0 9，1 9(2)
50、：1)Wa n g X L F e r r o u s Me t a l l u r g y(I r o n m a k i n g P a r t)2 n d E d B e i-j i n g：Me t a l l u r g i c a l I n d u s t r y Pr e s s，2 0 0 0 (王筱 留 钢铁冶金学(炼铁部 分)2版 北 京：冶金工业 出版 社，2 0 0 0)Zh a n g J BL i S X Ef f e c t a n d c o n t r o l o f r e tu r n f i n e s b a l a n c e i n s i n