回转窑-矿热炉（RKEF）冶炼镍铁工艺的烟气处理技术探讨

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　　摘 要：本文对回转窑-矿热炉（RKEF）冶炼镍铁过程中产生的烟气进行全面论述，分析了烟气的化学成分和利用价值，提出了烟气的回收方法及回用途径，从而达到节能减排降耗的目的，增加企业的经济效益和社会效益，为钢铁行业的建设发展提供参考。
　　关键词：回转窑-矿热炉（RKEF）;节能降耗减排;烟气回收;冶炼镍铁;净化除尘
　　目前工业生产和环境污染的矛盾日益突出，冶炼行业已成为主要的污染源之一，为了改善人们的生存环境，冶炼行业需要遵从“既要金山银山也要绿水青山”的可持续性发展要求，对生产过程中的污染物进行处理，包括对废水、废气和固体废弃物回收利用及无害化处理，达到节能降耗减排的目的，并确保符合国家和地方的环保要求。
　　回转窑-矿热炉（RKEF）冶炼生产工艺于20世纪50年代开始使用，利用该法以相对廉价的红土镍矿为原料冶炼镍铁合金，与高炉冶炼工艺相比，产品品质更好、效率更高，更加节能环保。随着钢铁冶炼技术的不断发展，RKEF生产技术的设计、制造、安装和自动化控制水平不断提高，逐渐成为生产各类铁合金的主流技术。全流程基本生产工艺为：原料场→筛分、破碎和混匀配料→烘干窑→回转窑→矿热炉→铁包脱硫→精炼（AOD、LF炉）→连铸→热轧→退火酸洗→冷轧。
　　1 回转窑-矿热炉（RKEF）冶炼镍铁工艺的设备构成及工艺流程
　　该工艺法的主要设备有干燥窑、回转窑、矿热炉、铸铁机和公辅系统。红土镍矿经汽车、皮带等运输工具转运进干燥窑进行烘干，经进一步破碎筛分后送到配料站，在配料站经计量称重配比后送到回转窑。配料进一步升温脱去自由水和结晶水且部分发生预还原反应。在封闭隔热的状态下，经过预还原的焙烧原料通过不同位置的下料管道分配到矿热炉，在全封闭式的矿热炉中，经过电极的电弧放电加热，镍铁和炉渣发生熔化、还原和分层，完成冶炼过程。
　　2 矿热炉烟气的性能指标
　　在矿热炉内冶炼的过程中会产生含碳量较高的矿热炉烟气（亦称作矿热炉煤气），该烟气若能加以充分利用，则可成为一种既免费又宝贵的能源，若不加以回收利用，就成为危害环境的废气。未经处理的矿热炉煤气的化学成分及相关技术参数一般为：烟气产量约为1000立方/吨铁，CO含量约75%，烷类物质约为0～5%，二氧化碳含量约2～10%，氢气含量约6%，发热值约为2000～2500大卡/立方，烟气温度约600℃。相比之下，高炉煤气产量约2500立方/吨铁、热值约700大卡/立方，因此矿热炉煤气的产量较低，热值更大。可见对矿热炉烟气加以回收利用，变废为宝，是非常有必要的。
　　3 矿热炉烟气处理技术
　　目前钢铁行业回收高炉煤气的技术和应用实践比较成熟，而矿热炉煤气相对而言难度较大，一般的回收途径主要有燃气锅炉发电、燃气锅炉与余热锅炉联合发电、烟气收集储存再利用等。
　　3.1 燃气锅炉发电
　　矿热炉出口的烟气首先经过重力除尘和布袋除尘等净化工序，再输送至专门的储气柜中进行稳压和缓冲，之后到达燃气锅炉进行燃烧，燃烧产生的蒸汽进入汽轮机发电，实现烟气→蒸汽→机械能→电能的能量转变。主要设备一般有：重力除尘和布袋除尘、储气柜、燃气锅炉、汽轮发电机组、发配电控制设备、各种辅助系统等等。
　　该方法的技术和经验比较成熟，国内钢铁行业的应用实例较多，成本较低，投入的回报期短，缺点是流程较长会降低矿热炉煤气的温度以致约70%的热量被浪费，节能效率较一般。
　　3.2 燃气锅炉与余热锅炉联合发电
　　矿热炉废气经过重力除尘和布袋除尘后，再经过升压泵送入燃气轮机，经过燃烧发电，燃烧后产生的尾气温度约为5～600℃，这部分热能还可进一步利用，即尾气通过排气管道进入余热锅炉，余热锅炉产生的蒸汽带动汽轮机旋转及发电，从而提高了能源的利用率。主要设备与上述的单独燃气锅炉发电类似，但是增加了余热锅炉及其附属设备。
　　3.3 烟气收集储存再利用
　　由于冶炼镍铁工艺全流程使用热量的工序较多，而各钢铁企业自身设备及其布置各有差异，余热发电虽然能回收較多能量，但是也无法适应所有工序和设备的使用要求，比如有些离矿热炉较远的工序需要矿热炉煤气来加热，因此将矿热炉烟气净化收集储存，再通过加压机输送到远程用燃气的设备实现二次能源的利用，也是烟气回收的重要途径。该方法的主要设备有重力除尘和布袋除尘、余热锅炉、约10万立方米储气柜、加压设备、放散塔、公辅系统等。
　　余热锅炉可以将矿热炉出口高达5～600℃的烟气热量进行回收，产生的蒸汽可以拿来发电也可以带动除尘风机以达到节电的目的。温度下降的烟气进入10万立方米储气柜进行储存，再根据全厂生产调度安排分至各个用气点使用。该技术应用较灵活，不受设备场地布局的限制，应用范围广泛，而且回收率可以达到80%以上，目前越来越多的钢铁行业采用这种方法。不足的方面，建设大型储气柜需要较大土地面积，维护成本较大，而且具有较大的安全隐患。
　　4 经济效益分析
　　目前在燃料市场，各种气体燃料的价格均以发热值来结算，比如天然气的热值约8000大卡/立方、价格约3元/立方，炼厂干气的热值约9000大卡/立方、价格约3.4元/立方，高炉煤气的热值约700大卡/立方、价格约0.3元/立方，而矿热炉烟气的发热值约2000～2500大卡/立方，因此其实际价值约1元/立方。
　　5 结语
　　在回收利用矿热炉烟气的实际应用中还有许多具体而复杂的问题，尤其是烟气净化面临较大的压力，因为净化效果直接影响到后续锅炉、管道、气柜和用户的使用安全，管道堵塞结垢导致锅炉无法使用的例子不在少数。矿热炉烟气回收利用技术具有广阔的发展前景，还需要广大专业技术人员在生产实践中对各个关键环节不断地发展和创新。
　　参考文献：
　　[1]黄建平.镍铁冶炼的生产实践.铁合金，2017.
　　[2]牛前进.我市多点发力节能减排.太行日报，2015.
　　作者简介：黄浩才（1981-），男，壮族，广西南宁马山县人，本科，助理工程师，毕业于武汉大学，研究方向：不锈钢冶金企业节能改造，节能新技术应用，节能减排降耗。
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