新金钢铁降低烧结烟气CO浓度的措施

李兆甲  翟玉兵  刘占平

（河北新金钢铁有限公司  烧结厂）

摘要：2018年1月1日，《环境保护税法》颁布，将正式开始对废气CO污染物征税，2020年9月22日，习近平总书记在第75届联合国大会上提出“双碳”理念，随后的几年国家对CO排放的治理愈发深入和严格，本文主要从烧结生产过程中降低烧结过程燃料消耗和提高烧结过程氧含量两个方面介绍降低烧结烟气CO浓度的措施。

关键词：新金钢铁；CO浓度；降碳；增氧

1  前言

随着对CO污染物的征税和双碳理念的持续推进，现在各行各业降低碳排放成为政治任务，目前对于钢铁企业而言，每年的排污税70%都是因为CO排放，而现阶段还没有成熟的技术对末端烟气进行CO的治理，笔者认为后期末端治理技术应从两个方面着手，一是吸附，二是燃烧或者说反应。现在在降低烧结烟气CO排放的研究基本上都是从烧结生产方面进行。

2  现状分析

1）前期我厂烟气中CO浓度一直在5000mg/m³～6000mg/m³，对标一些先进企业，在降低CO浓度方面做的好的企业，烟气中CO浓度能达到2000mg/m³。针对这一现状，公司要求烧结厂成立专项攻关小组，初步目标要达到烟气中CO浓度降低到4000mg/m³以下。

2）为保证烧结矿的粘结性和强度，烧结生产中必不可免的会配加一定量的固体燃料，在烧结点火中用的高炉煤气和转炉煤气中的有用成分也是CO，此两种固体燃料和气体燃料的不完全燃烧是产生CO的主要原因。

3  CO产生机理

要想降低烧结烟气中CO浓度，首先需清楚CO生成的机理。简单说CO主要是碳不完全燃烧产生的，如式（1）：

2C+O₂→2CO        （1）

从式（1）中可以分析，碳的不完全燃烧主要有两方面造成，一是碳多，二是氧少。那么从这两点也可以说想要降低烧结烟气中CO浓度，大致可以从两方面着手，一是降低烧结过程燃料消耗，二是提高烧结过程氧含量。下面主要从这两大方面介绍我厂降低CO采取的各项措施。

4  降低烟气CO浓度措施

4.1降低烧结过程燃料消耗

烧结生产过程中需要一定的热量支撑，所以降低固体燃料消耗方面主要是从两个方面采取措施：

4.1.1 内部降低热量消耗

1）改善燃料粒度

适宜的燃料粒度有利于降低烧结固体燃耗，燃料粒度过粗时，烧结过程中燃烧带变宽，从而使烧结料层透气性恶化。同时大颗粒燃料的周围还原性气氛较强，空气不够用，而没有燃料的地方，空气又得不到有效利用，导致燃料出现不完全燃烧，增加CO生成。燃料粒度过细时（特别是-0.5mm燃料以及各种含碳除尘灰），烧结过程中燃料燃烧快，燃料燃烧所产生的热量不能满足烧结所需热量，因此需要配加更多的燃料进行烧结。新金钢铁前期注重粗粒度燃料的比例，≤3mm的粒度占比要求达到75%，对细燃料不甚重视，导致外购燃料粒度过细，再加上大量含碳除尘灰的使用，使得烧结燃料消耗配比过高。结合燃料采购部门重新制定进厂燃料粒度标准，≤1mm的粒度要求不能超过30%，以此为标准重新选择供应商。确保燃料粒度满足生产需求。

2）优化燃料结构

焦粉的燃烧速度和反应速度比无烟煤慢，接近空气传热速度，碳燃烧化学热和空气传热物理热接近同步向下传递叠加而产生较高烧结温度和较薄燃烧带，改善烧结固结强度，提高成品率，降低燃耗。但是焦粉价格比无烟煤高，为优化成本，企业一般会用无烟煤代替部分焦粉进行烧结，经前人研究，无烟煤配30%时，烧结过程控制参数无明显变化，且燃耗最低。

燃料全部在配料室配加时产生布料偏析，导致烧结过程不均匀，为保证烧结矿质量普遍采取高水高碳的生产模式，无形中增加了燃料的消耗。为改善这一现状，采取了燃料分加生产工艺，在进入二混滚筒前再次配加燃料，如图1所示，目前配料室配无烟煤30%，在二混前二次配焦粉70%，有效解决了燃料在烧结料层分布不匀的问题，稳定了烧结生产过程，降低了燃料消耗。

图1  燃料分两次加入

3）厚料层烧结

通过长时间的工艺试验，厚料层烧结越来越得到大家的认可，厚料层烧结因其自动蓄热原理，可以有效降低燃料消耗，我厂目前料层厚度基本上已达到900mm，4月份烧结台车栏板从800mm提高到900mm，目前正在优化烟气循环系统，计划在6月底完工，届时烧结料面将具备1000mm的条件。

4）合理配矿

目前整个行业处于亏损状态，降成本成为每个企业的核心工作，而烧结工序作为整个工艺链条的开端，烧结矿成本的高低直接影响了后序工序的成本完成情况。但是一味的降低烧结矿成本并不明智，烧结矿作为高炉的主要原料，应确保高炉用料安全，满足高炉的冶炼要求。故此随大量配加低价位的垃圾矿能大幅度降低烧结成本，但综合到铁水成本来看并不合适。为了确保烧结矿质量受控，且最大程度降低烧结矿成本，经过长期生产实践，在烧结原料中必须搭配一定量的磁铁矿，比例应不低于20%，目前我厂配料结构采用褐铁矿：赤铁矿：磁铁矿的比例大体为3:1:1，此结构既能最大限度配加低价位的褐铁矿，又能保证烧结矿质量不受影响，并且有一定量的磁铁矿还能适当降低烧结固体燃耗。

4.1.2 外部增加热量补充

1）热风烧结

热风循环技术是基于一部分热废气被再次引入烧结过程中而开发的方法。热废气再次通过烧结料层时，通过回收烧结烟气中的显热和潜热，改善料层上部热量不足的情况，降低消耗固体燃料燃烧释放的热量。随着环保形势的日益严峻，目前热风循环技术已经从环冷烟气循环升级为大烟道烟气循环，并且烟气循环要求最少达到主风机的30%以上，有效降低了脱硫脱销系统的处理量，提高了烟气治理效率。为在烟气循环中更多的循环CO，特对风箱进行了烟气检测，数据如表1所示。根据数据并考虑烟气热量最终确定2-7#和20-22#风箱作为烟气循环风箱。烟气通过循环风机通过六个支管到达烧结料面进行循环烧结。烟气循环投入后，烧结烟气CO含量从6000mm/m³降低到了4000mm/m³。

表1    各风箱烟气CO浓度

2）提高混合料温

混合料温一般要求超过烧结料露点10℃以上，减少过湿带的厚度，减少因水分蒸发所消耗的热量，前期我厂已采取多种措施提高混合料温度基本达到70℃左右，但在冬季生产时因皮带输送过程中热量大量损失，导致混合料温度基本在60℃，严重制约冬季生产，为解决这一问题，依托于环保要求的输送带密闭措施，在密闭的输送带上通入蒸汽，如图所示，降低混合料在输送过程中热量损失，使得冬季生产混合料温度基本稳定在65℃以上。

4.2  提高烧结过程氧含量

1）富氧点火

烧结普遍采用高炉煤气点火，我厂采用的是高炉煤气和转炉煤气形成的混合煤气，在新增转炉煤气管道后，煤气点火质量有了明显改善，但为了保证烧结料面点火强度，煤气使用量还是略有富余，导致不完全燃烧的煤气随主抽风机抽入烟气中，造成烟气中CO含量升高。为解决这一问题，在助燃风中通入氧气，氧气通入量最大可达到600m³/h，助燃风含氧量可提升至25%，大大提高了煤气完全燃烧率。

2）料面喷蒸汽

料面喷蒸汽有利于提高固体燃料的燃烧效率，H₂O分解成的H⁺和OH^-有利于固体燃料的燃烧反应。我厂通过外出考察对标，自行建造了料面喷蒸汽系统，投入使用后，烟气中CO浓度降低了300mg/m³。

3）提高料层透气性

提高料层透气性意味着可以使更多的空气进入烧结料层参与烧结过程，使更多的氧参与到燃烧反应当中，减少了燃料的不完全燃烧。并且料层透气性提高后烧结料层可以适当增厚，有利于实现厚料层烧结。为了提高料层透气性，把原有的板式松料器升级为阶梯式松料器，松料器分上下两层，将来料层的增厚到1000mm后计划再增加一层松料器，继续改善料层透气性。

前期投产使用的烧结机，大部分设备老旧，无法实现低负压点火，为解决这一问题，通过招标，购进一批风箱中部密封板，在1#-4#风箱隔板上部安装密封板，确保风箱不串风，能通过风箱风门自由调整风箱负压，目前我厂1#-3#风箱负压基本能降低到6kpa～7kpa。保证了烧结原始料层的透气性。

4）降低漏风率

漏风治理是烧结一直不变的主要工作，为降低烧结漏风率，主机滑道改为石墨密封，对大烟道内衬重新防腐喷涂，建立机头电除尘放灰制度，区域负责人每班对从主机到湿电这一系统进行点检，小问题及时补焊，大问题检修时彻底解决。降低漏风率能有效提升烧结的有效风量，提升固体燃料的燃烧效率，降低烟气中CO的浓度。

4.3  效果验证

通过以上各项措施，目前烧结烟气中CO浓度基本能稳定在4000mg/m³以下，汇总表格如表2所示。

表2 5月16日-31日三班烟气CO浓度

5  结论

1）企业排污税的70%都是因为CO的排放所致，故此降低烟气中的CO浓度不仅有利于完成减排任务，也有利于企业整体的成本降低；

2）CO产生主要是因为碳的不完全燃烧，降低CO可以从降碳和增氧两个方面采取相应措施；

3）目前末端治理CO技术尚不成熟，需加快此方面的研发，尽快解决CO排放问题。

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