李兆甲  翟玉兵  劉占平

（河北新金鋼鐵有限公司  燒結(jié)廠）

摘要：2018年1月1日，《環(huán)境保護(hù)稅法》頒布，將正式開始對(duì)廢氣CO污染物征稅，2020年9月22日，習(xí)近平總書記在第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上提出“雙碳”理念，隨后的幾年國(guó)家對(duì)CO排放的治理愈發(fā)深入和嚴(yán)格，本文主要從燒結(jié)生產(chǎn)過程中降低燒結(jié)過程燃料消耗和提高燒結(jié)過程氧含量?jī)蓚€(gè)方面介紹降低燒結(jié)煙氣CO濃度的措施。

關(guān)鍵詞：新金鋼鐵；CO濃度；降碳；增氧

1  前言

隨著對(duì)CO污染物的征稅和雙碳理念的持續(xù)推進(jìn)，現(xiàn)在各行各業(yè)降低碳排放成為政治任務(wù)，目前對(duì)于鋼鐵企業(yè)而言，每年的排污稅70%都是因?yàn)镃O排放，而現(xiàn)階段還沒有成熟的技術(shù)對(duì)末端煙氣進(jìn)行CO的治理，筆者認(rèn)為后期末端治理技術(shù)應(yīng)從兩個(gè)方面著手，一是吸附，二是燃燒或者說反應(yīng)。現(xiàn)在在降低燒結(jié)煙氣CO排放的研究基本上都是從燒結(jié)生產(chǎn)方面進(jìn)行。

2  現(xiàn)狀分析

1）前期我廠煙氣中CO濃度一直在5000mg/m³～6000mg/m³，對(duì)標(biāo)一些先進(jìn)企業(yè)，在降低CO濃度方面做的好的企業(yè)，煙氣中CO濃度能達(dá)到2000mg/m³。針對(duì)這一現(xiàn)狀，公司要求燒結(jié)廠成立專項(xiàng)攻關(guān)小組，初步目標(biāo)要達(dá)到煙氣中CO濃度降低到4000mg/m³以下。

2）為保證燒結(jié)礦的粘結(jié)性和強(qiáng)度，燒結(jié)生產(chǎn)中必不可免的會(huì)配加一定量的固體燃料，在燒結(jié)點(diǎn)火中用的高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣中的有用成分也是CO，此兩種固體燃料和氣體燃料的不完全燃燒是產(chǎn)生CO的主要原因。

3  CO產(chǎn)生機(jī)理

要想降低燒結(jié)煙氣中CO濃度，首先需清楚CO生成的機(jī)理。簡(jiǎn)單說CO主要是碳不完全燃燒產(chǎn)生的，如式（1）：

2C+O₂→2CO        （1）

從式（1）中可以分析，碳的不完全燃燒主要有兩方面造成，一是碳多，二是氧少。那么從這兩點(diǎn)也可以說想要降低燒結(jié)煙氣中CO濃度，大致可以從兩方面著手，一是降低燒結(jié)過程燃料消耗，二是提高燒結(jié)過程氧含量。下面主要從這兩大方面介紹我廠降低CO采取的各項(xiàng)措施。

4  降低煙氣CO濃度措施

4.1降低燒結(jié)過程燃料消耗

燒結(jié)生產(chǎn)過程中需要一定的熱量支撐，所以降低固體燃料消耗方面主要是從兩個(gè)方面采取措施：

4.1.1 內(nèi)部降低熱量消耗

1）改善燃料粒度

適宜的燃料粒度有利于降低燒結(jié)固體燃耗，燃料粒度過粗時(shí)，燒結(jié)過程中燃燒帶變寬，從而使燒結(jié)料層透氣性惡化。同時(shí)大顆粒燃料的周圍還原性氣氛較強(qiáng)，空氣不夠用，而沒有燃料的地方，空氣又得不到有效利用，導(dǎo)致燃料出現(xiàn)不完全燃燒，增加CO生成。燃料粒度過細(xì)時(shí)（特別是-0.5mm燃料以及各種含碳除塵灰），燒結(jié)過程中燃料燃燒快，燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量不能滿足燒結(jié)所需熱量，因此需要配加更多的燃料進(jìn)行燒結(jié)。新金鋼鐵前期注重粗粒度燃料的比例，≤3mm的粒度占比要求達(dá)到75%，對(duì)細(xì)燃料不甚重視，導(dǎo)致外購燃料粒度過細(xì)，再加上大量含碳除塵灰的使用，使得燒結(jié)燃料消耗配比過高。結(jié)合燃料采購部門重新制定進(jìn)廠燃料粒度標(biāo)準(zhǔn)，≤1mm的粒度要求不能超過30%，以此為標(biāo)準(zhǔn)重新選擇供應(yīng)商。確保燃料粒度滿足生產(chǎn)需求。

2）優(yōu)化燃料結(jié)構(gòu)

焦粉的燃燒速度和反應(yīng)速度比無煙煤慢，接近空氣傳熱速度，碳燃燒化學(xué)熱和空氣傳熱物理熱接近同步向下傳遞疊加而產(chǎn)生較高燒結(jié)溫度和較薄燃燒帶，改善燒結(jié)固結(jié)強(qiáng)度，提高成品率，降低燃耗。但是焦粉價(jià)格比無煙煤高，為優(yōu)化成本，企業(yè)一般會(huì)用無煙煤代替部分焦粉進(jìn)行燒結(jié)，經(jīng)前人研究，無煙煤配30%時(shí)，燒結(jié)過程控制參數(shù)無明顯變化，且燃耗最低。

燃料全部在配料室配加時(shí)產(chǎn)生布料偏析，導(dǎo)致燒結(jié)過程不均勻，為保證燒結(jié)礦質(zhì)量普遍采取高水高碳的生產(chǎn)模式，無形中增加了燃料的消耗。為改善這一現(xiàn)狀，采取了燃料分加生產(chǎn)工藝，在進(jìn)入二混滾筒前再次配加燃料，如圖1所示，目前配料室配無煙煤30%，在二混前二次配焦粉70%，有效解決了燃料在燒結(jié)料層分布不勻的問題，穩(wěn)定了燒結(jié)生產(chǎn)過程，降低了燃料消耗。

圖1  燃料分兩次加入

3）厚料層燒結(jié)

通過長(zhǎng)時(shí)間的工藝試驗(yàn)，厚料層燒結(jié)越來越得到大家的認(rèn)可，厚料層燒結(jié)因其自動(dòng)蓄熱原理，可以有效降低燃料消耗，我廠目前料層厚度基本上已達(dá)到900mm，4月份燒結(jié)臺(tái)車欄板從800mm提高到900mm，目前正在優(yōu)化煙氣循環(huán)系統(tǒng)，計(jì)劃在6月底完工，屆時(shí)燒結(jié)料面將具備1000mm的條件。

4）合理配礦

目前整個(gè)行業(yè)處于虧損狀態(tài)，降成本成為每個(gè)企業(yè)的核心工作，而燒結(jié)工序作為整個(gè)工藝鏈條的開端，燒結(jié)礦成本的高低直接影響了后序工序的成本完成情況。但是一味的降低燒結(jié)礦成本并不明智，燒結(jié)礦作為高爐的主要原料，應(yīng)確保高爐用料安全，滿足高爐的冶煉要求。故此隨大量配加低價(jià)位的垃圾礦能大幅度降低燒結(jié)成本，但綜合到鐵水成本來看并不合適。為了確保燒結(jié)礦質(zhì)量受控，且最大程度降低燒結(jié)礦成本，經(jīng)過長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐，在燒結(jié)原料中必須搭配一定量的磁鐵礦，比例應(yīng)不低于20%，目前我廠配料結(jié)構(gòu)采用褐鐵礦：赤鐵礦：磁鐵礦的比例大體為3:1:1，此結(jié)構(gòu)既能最大限度配加低價(jià)位的褐鐵礦，又能保證燒結(jié)礦質(zhì)量不受影響，并且有一定量的磁鐵礦還能適當(dāng)降低燒結(jié)固體燃耗。

4.1.2 外部增加熱量補(bǔ)充

1）熱風(fēng)燒結(jié)

熱風(fēng)循環(huán)技術(shù)是基于一部分熱廢氣被再次引入燒結(jié)過程中而開發(fā)的方法。熱廢氣再次通過燒結(jié)料層時(shí)，通過回收燒結(jié)煙氣中的顯熱和潛熱，改善料層上部熱量不足的情況，降低消耗固體燃料燃燒釋放的熱量。隨著環(huán)保形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，目前熱風(fēng)循環(huán)技術(shù)已經(jīng)從環(huán)冷煙氣循環(huán)升級(jí)為大煙道煙氣循環(huán)，并且煙氣循環(huán)要求最少達(dá)到主風(fēng)機(jī)的30%以上，有效降低了脫硫脫銷系統(tǒng)的處理量，提高了煙氣治理效率。為在煙氣循環(huán)中更多的循環(huán)CO，特對(duì)風(fēng)箱進(jìn)行了煙氣檢測(cè)，數(shù)據(jù)如表1所示。根據(jù)數(shù)據(jù)并考慮煙氣熱量最終確定2-7#和20-22#風(fēng)箱作為煙氣循環(huán)風(fēng)箱。煙氣通過循環(huán)風(fēng)機(jī)通過六個(gè)支管到達(dá)燒結(jié)料面進(jìn)行循環(huán)燒結(jié)。煙氣循環(huán)投入后，燒結(jié)煙氣CO含量從6000mm/m³降低到了4000mm/m³。

表1    各風(fēng)箱煙氣CO濃度

2）提高混合料溫

混合料溫一般要求超過燒結(jié)料露點(diǎn)10℃以上，減少過濕帶的厚度，減少因水分蒸發(fā)所消耗的熱量，前期我廠已采取多種措施提高混合料溫度基本達(dá)到70℃左右，但在冬季生產(chǎn)時(shí)因皮帶輸送過程中熱量大量損失，導(dǎo)致混合料溫度基本在60℃，嚴(yán)重制約冬季生產(chǎn)，為解決這一問題，依托于環(huán)保要求的輸送帶密閉措施，在密閉的輸送帶上通入蒸汽，如圖所示，降低混合料在輸送過程中熱量損失，使得冬季生產(chǎn)混合料溫度基本穩(wěn)定在65℃以上。

4.2  提高燒結(jié)過程氧含量

1）富氧點(diǎn)火

燒結(jié)普遍采用高爐煤氣點(diǎn)火，我廠采用的是高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣形成的混合煤氣，在新增轉(zhuǎn)爐煤氣管道后，煤氣點(diǎn)火質(zhì)量有了明顯改善，但為了保證燒結(jié)料面點(diǎn)火強(qiáng)度，煤氣使用量還是略有富余，導(dǎo)致不完全燃燒的煤氣隨主抽風(fēng)機(jī)抽入煙氣中，造成煙氣中CO含量升高。為解決這一問題，在助燃風(fēng)中通入氧氣，氧氣通入量最大可達(dá)到600m³/h，助燃風(fēng)含氧量可提升至25%，大大提高了煤氣完全燃燒率。

2）料面噴蒸汽

料面噴蒸汽有利于提高固體燃料的燃燒效率，H₂O分解成的H⁺和OH^-有利于固體燃料的燃燒反應(yīng)。我廠通過外出考察對(duì)標(biāo)，自行建造了料面噴蒸汽系統(tǒng)，投入使用后，煙氣中CO濃度降低了300mg/m³。

3）提高料層透氣性

提高料層透氣性意味著可以使更多的空氣進(jìn)入燒結(jié)料層參與燒結(jié)過程，使更多的氧參與到燃燒反應(yīng)當(dāng)中，減少了燃料的不完全燃燒。并且料層透氣性提高后燒結(jié)料層可以適當(dāng)增厚，有利于實(shí)現(xiàn)厚料層燒結(jié)。為了提高料層透氣性，把原有的板式松料器升級(jí)為階梯式松料器，松料器分上下兩層，將來料層的增厚到1000mm后計(jì)劃再增加一層松料器，繼續(xù)改善料層透氣性。

前期投產(chǎn)使用的燒結(jié)機(jī)，大部分設(shè)備老舊，無法實(shí)現(xiàn)低負(fù)壓點(diǎn)火，為解決這一問題，通過招標(biāo)，購進(jìn)一批風(fēng)箱中部密封板，在1#-4#風(fēng)箱隔板上部安裝密封板，確保風(fēng)箱不串風(fēng)，能通過風(fēng)箱風(fēng)門自由調(diào)整風(fēng)箱負(fù)壓，目前我廠1#-3#風(fēng)箱負(fù)壓基本能降低到6kpa～7kpa。保證了燒結(jié)原始料層的透氣性。

4）降低漏風(fēng)率

漏風(fēng)治理是燒結(jié)一直不變的主要工作，為降低燒結(jié)漏風(fēng)率，主機(jī)滑道改為石墨密封，對(duì)大煙道內(nèi)襯重新防腐噴涂，建立機(jī)頭電除塵放灰制度，區(qū)域負(fù)責(zé)人每班對(duì)從主機(jī)到濕電這一系統(tǒng)進(jìn)行點(diǎn)檢，小問題及時(shí)補(bǔ)焊，大問題檢修時(shí)徹底解決。降低漏風(fēng)率能有效提升燒結(jié)的有效風(fēng)量，提升固體燃料的燃燒效率，降低煙氣中CO的濃度。

4.3  效果驗(yàn)證

通過以上各項(xiàng)措施，目前燒結(jié)煙氣中CO濃度基本能穩(wěn)定在4000mg/m³以下，匯總表格如表2所示。

表2 5月16日-31日三班煙氣CO濃度

5  結(jié)論

1）企業(yè)排污稅的70%都是因?yàn)镃O的排放所致，故此降低煙氣中的CO濃度不僅有利于完成減排任務(wù)，也有利于企業(yè)整體的成本降低；

2）CO產(chǎn)生主要是因?yàn)樘嫉牟煌耆紵档虲O可以從降碳和增氧兩個(gè)方面采取相應(yīng)措施；

3）目前末端治理CO技術(shù)尚不成熟，需加快此方面的研發(fā)，盡快解決CO排放問題。

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