赵澜 王业明
（山西晋钢智造科技实业有限公司 048000）
摘要：针对钢铁企业烧结烟气治理过程中风量分配不均导致脱硫脱硝效率低下的问题，通过建立数学模型和现场实验，深入研究了烟气流量分配对系统运行效率的影响。实验在某钢铁厂360m³烧结机进行，采用CFD模拟和实测相结合的方法，分析了不同风量分配方案对脱硫脱硝效率的影响。研究结果表明，采用分区域动态调节的方式，可使脱硫效率提升8.2%，脱硝效率提升6.5%，系统运行能耗降低12%。该方法为烧结烟气治理提供了新的技术思路和优化方案。
关键词：烧结烟气；脱硫脱硝；风量分配；系统优化；能效提升
引言
烧结烟气治理是钢铁工业污染防治的重要环节，其处理效果直接影响环保达标和企业运行成本。传统的烟气处理系统普遍存在风量分配不均与局部处理效率低下等问题，亟需开发更为精准和高效的治理方法。国内外研究表明，合理的风量分配策略能显著提升系统整体效率。结合国际先进经验和实际工程需求，系统性研究烧结烟气治理过程中的风量优化分配具有重要的理论价值和实践意义。
1 工程概况
1.1 项目背景
某钢铁集团年产钢铁1000万吨，配套360m³烧结机两台，烟气产生量约200万Nm³/h。为满足超低排放要求，对烧结烟气处理系统进行全面升级改造，采用新型脱硫脱硝一体化技术。改造过程中发现，传统的均匀风量分配方式难以适应烟气成分和负荷的动态变化，影响处理效果。
1.2 工艺流程
系统采用“半干法循环硫化床+袋式除尘器+SCR脱硝”的工艺路线，烟气经过电除尘预处理后，依次进入SNCR反应区与活性炭喷射区和湿法脱硫塔。系统设计总处理能力220万Nm³/h，其中主系统200万Nm³/h，备用系统20万Nm³/h。工艺流程的设计充分考虑了烟气特性变化，各处理单元之间采用智能联动控制，确保系统运行的稳定性和可靠性。脱硫脱硝一体化处理过程中，通过实时监测和反馈调节，实现了污染物的协同去除和系统效率的优化提升。
1.2 设备配置
主要设备包括循环硫化床一台，袋式除尘器一台，SCR脱硝塔一座。控制系统采用西门子PLC，配套DCS监控平台，实现全过程自动化控制。设备选型和布置充分考虑了系统的负荷变化特性，各单元设备均预留了15%以上的裕度，确保在烟气工况波动时仍能保持稳定运行。
2 技术应用
2.1 风量分配数学模型
为解决风量分配问题，研究建立了基于多目标优化的风量分配数学模型。该模型包含脱硫效率与脱硝效率和能耗三个目标函数，同时考虑设备能力限制与压力平衡要求和排放标准要求等约束条件。通过引入模糊综合评价方法，建立了基于权重的多目标优化求解算法，实现了系统运行参数的动态优化，模型的建立为系统的智能化运行提供了理论基础。
2.2 CFD模拟分析
采用ANSYS Fluent软件建立三维流场模型，网格数量约200万个。模拟结果显示，原有均匀分配方案存在烟道弯头处涡流区，导致局部压降过大，且烟气浓度分布不均造成处理剂利用率降低。通过对不同工况下的流场特性进行深入分析，优化了管道布置和处理剂喷射位置，有效改善了系统的流场分布。
2.3 实验方案设计
实验分为基准工况测试与优化方案测试和长期运行验证三个阶段，分别持续30天与30天和90天。在每个阶段，系统运行参数的设定和调整均基于前期模拟分析结果，通过实时监测和数据分析，不断优化运行方案。试验过程中采用正交试验法，系统研究了各影响因素的作用规律，为优化方案的确定提供了可靠依据。
2.4 监测系统构建
在系统关键节点布置了完善的在线监测设备，包括入口段的温度与压力与流量与SO₂和NOx浓度监测，脱硝区的NH₃浓度和温度分布监测，活性炭喷射区的粉尘浓度和压差监测，以及脱硫塔的pH值与浆液密度和出口污染物浓度监测。监测系统采用分布式结构，确保了数据采集的准确性和实时性，为系统优化调节提供了可靠的数据支持。
3 评估分析
3.1 数据采集与处理
通过90天的运行数据收集，共获取129,600个数据点。经过统计学方法筛选和分析，剔除异常值后得到有效数据集115,200个。主要运行参数显示：入口SO₂浓度维持在1800±200mg/Nm³，入口NOx浓度为280±30mg/Nm³，系统压降为2800±200Pa，运行能耗为4.8±0.3kWh/kNm³。数据分析采用了主成分分析法，有效识别了影响系统性能的关键因素。
3.2 效率提升分析
优化后的系统运行指标显著提升，脱硫效率由92%提升至98.5%，脱硝效率由85%提升至91%，处理剂消耗大幅降低，其中脱硫剂用量减少15%，脱硝剂用量减少12%，系统压降降低200Pa，节约电耗约10%。通过对比分析不同运行阶段的数据，证实了优化方案的有效性和可靠性。
3.3 经济效益评估
经济效益分析表明，年度运行费用节省显著，其中电费节省约320万元，药剂费用节省约280万元，设备维护费用减少约100万元，总计节约运行成本700万元/年。投资回收期分析显示，系统优化改造的投资回收期不超过2年，具有良好的经济效益。
3.4 运行优化建议
针对系统长期稳定运行，建议建立预测性维护制度，优化控制策略，引入智能算法实现自适应调节，加强人员培训，提高操作水平和故障处理能力，同时完善在线监测系统，实现数据实时分析和预警。此外，应定期开展设备检测和性能评估，建立设备运行状态数据库，通过大数据分析及时发现潜在问题。通过建立健全的运行管理制度，确保系统持续稳定运行。
4 结语
通过研究和实践验证，建立了适用于大型烧结机的烟气治理风量优化分配模型。该模型充分考虑了烟气成分与温度分布与压力变化等多个影响因素，实现了脱硫脱硝系统的精准调控。研究成果已在多家钢铁企业得到应用，取得了显著的环境效益和经济效益。未来研究将进一步结合人工智能技术，开发更智能的预测控制算法，实现系统运行的全自动化和最优化。这种基于数据驱动的智能化治理方法，为钢铁行业烟气治理提供了可推广的技术方案，对推动行业节能减排具有重要意义。
参考文献
[1] 李国栋. 钢铁冶金烧结烟气氨络合法脱硫脱硝技术研究[J]. 山西冶金, 2024, 47 (11): 241-243.
[2] 申海峰, 王迎坤, 王景. 安钢永通公司烧结烟气脱硫脱硝工艺优化实践[J]. 山西冶金, 2024, 47 (08): 189-191.
[3] 路国辉, 董云江. 烧结工艺对脱硫脱硝的影响[J]. 化纤与纺织技术, 2024, 53 (01): 50-52.