不銹鋼265 m2 燒結煙氣氮氧化物減排生產實踐

張海賓

（唐山不銹鋼有限責任公司）

0 前言

近年來鋼鐵行業發展迅速，同時環境污染也日益突出，我國經濟的發展對鋼鐵工業的環保節能提出了越來越高的要求，環保節能已經成為決定企業生存發展的關鍵因素[1]。河北省《鋼鐵工業大氣污染物超低排放標準》提出，自2019 年1 月1 日起，燒結機機頭顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放限制分別 為 10 mg/m3、35 mg/m3、50 mg/m3。隨著新環保法的實施，國家環保力度的加大，各鋼鐵企業也在積極做好節能減排工作，如何有效控制污染物的排放，避免因排放超標而造成燒結機被迫停機，成為各鋼鐵廠面臨的一個主要問題。目前，燒結機煙氣脫硫裝置已經發展的比較成熟，二氧化硫的排放可以達到超低排放標準，而目前燒結機上有效的脫硝方式還不是太成熟[2]，脫硝效率普遍不高，燒結機時常會出現氮氧化物含量超標的情況，導致燒結降低風量生產或停機，直接影響生產的連續性。因此，在現有條件下，通過原燃料選擇和改善燒結機操作來減少燒結煙氣中的氮氧化物含量是降低氮氧化物排放的有效手段。

1 燒結煙氣的排放特點和燒結機脫硝系統工作現狀

燒結煙氣排放有煙氣量大且波動幅度大、成分復雜且濃度波動幅度大、煙氣溫度較低、濕度較大的特點[3]，這些特點在一定程度上增加了鋼鐵燒結煙氣脫硝的難度。因此，必須針對其自身的特點進行綜合考慮，開發適合燒結煙氣脫硝的技術，使其既能滿足國家環保排放要求，又符合循環經濟政策。

河鋼唐鋼不銹鋼 265 m2燒結機 2016 年 7 月投產，采用了中科院開發的一套密相干塔聯合臭氧氧化脫硫脫硝脫汞技術，設計了3 臺80 kg/h 臭氧發生器，臭氧發生器以液氧為氧源制造臭氧，臭氧經稀釋風稀釋后形成氧化風，氧化風經臭氧分布器將臭氧噴注入脫硫塔之前的煙道內，將煙氣中的NO 氧化成易溶于水的高價態氧化物，隨后煙氣進入脫硫吸收塔，氮氧化物和堿液發生反應，將煙氣中的SO2和被氧化的NOX同時吸收，確保NOX的排放濃度達標，進入煙囪排放。系統設計煙氣進口的NOX濃度為250 mg/m3，排放濃度在100 mg/m3以下。

該系統投產后能夠較好的滿足當時的環保排放要求，但隨著新排放標準（氮氧化物50 mg/m3以下）的實施，原有工藝已不能滿足燒結生產需要，燒結機被迫通過減少主排風機風門開度、降低風量的手段來降低脫硝系統壓力，2019 年一季度主排風機風門開度平均保持在70%左右，燒結機利用系數與2018 年相比下降了0.03 t/m2·h。為此，通過研究該燒結機煙氣氮氧化物生成的具體原因，尋求行之有效的控制方法和技術措施，使煙氣中的氮氧化物含量處于可控狀態。

2 燒結原料中氮氧化物的來源

燒結過程所使用的原燃料很多，其中各種含鐵礦粉的比重在80%左右、熔劑輔料的比重在15%左右、固體燃料的比重在5%左右。燒結過程產生的氮氧化物主要是燃料型NOX，來源于燒結反應中的燃料燃燒[4-5]。固體燃料主要包括燒結煤和焦粉，煤和焦粉中的含氮量較高，是燒結煙氣中氮氧化物的主要來源，而含鐵礦粉和熔劑輔料對于氮氧化物的影響幾乎可以忽略不計。

3 氮氧化物在燒結中的形成過程和分布趨勢

燒結過程的燃料燃燒主要有兩部分，一是點火階段，此階段主要的燃料是氣體燃料，河鋼唐鋼不銹鋼使用的是高爐煤氣點火，點火溫度為1 050 ～ 1 150 ℃；二是混合料內的固體燃料燃燒過程，此階段的氮氧化物產生較多。

為了了解燒結過程中氮氧化物的產生濃度和排放規律，利用儀器對265 m2燒結機南北兩個煙道各個風箱的廢氣進行了檢測，檢測結果如圖1所示。

圖1 燒結機各風箱氮氧化物濃度及溫度

從圖1 可以看出，兩個煙道的氮氧化物濃度的分布規律基本一致，燒結過程中氮氧化物的濃度變化明顯，隨著燒結過程的進行氮氧化物濃度呈兩側低中間高的狀態，氮氧化物的生成主要集中在燒結機前部與中部，燒結過程后期產生的氮氧化物含量較低。燒結過程前期，煤氣燃燒是產生氮氧化物的主要來源，在不影響點火效果的前提下，減少煤氣用量可以降低氮氧化物的濃度。燒結機中部區域煙氣中的氮氧化物含量高且持續時間長，因此，想要降低燒結煙氣中氮氧化物的含量要以降低燒結機中部區域燒結煙氣的氮氧化物含量為主，此階段氮氧化物的產生主要是固體燃料的燃燒帶來的。

4 通過燃料選擇降低氮氧化物的生成

從燒結過程煙氣檢測結果可以看出，氮氧化物主要是燒結中固體燃料燃燒帶來的，選擇含氮量低的固體燃料是降低氮氧化物排放的關鍵。

不銹鋼主要采用的燒結固體燃料為高爐返焦粉、冀中能源、京臧源礦業三種。幾種固體燃料的成分見表1。

表1 不銹鋼燒結燃料成分

在燒結配料結構維持不變，燒結礦堿度控制1.80±0.08 的條件下，制定了6 種方案，通過調整三種固體燃料的配加比例，對燒結煙氣中的氮氧化物濃度進行檢測，結果見表2。

表2 不同燃料配比的脫硫入口煙氣氮氧化物濃度

從表2 可以看出，方案1 和方案2 配加焦粉和冀中能源燒結煤，煙氣中的氮氧化物濃度的平均值維持在300 mg/m3左右，燒結機降低風門生產；方案3、方案4、方案5 配加焦粉和京臧源燒結煤，隨著煤比例的降低，煙氣中的氮氧化物含量呈升高趨勢，燒結機能夠全風門生產；方案6 為全焦粉生產，煙氣中氮氧化物含量稍低于300 mg/m3，燒結機降低風門生產。

綜上所述，煙氣中的氮氧化物含量與配加的燃料中的氮含量呈對應關系，配加京臧源燒結煤時，煙氣中的氮氧化物排放穩定在280 mg/m3以下，燒結可以保持穩定的生產狀態?？刂频趸锏漠a生就必須從控制燃料中的氮含量入手，使用氮含量較低的燃料能達到降低氮氧化物的目的。因此，不銹鋼燒結所用固體燃料停用了冀中能源煤，改為高爐返焦粉加一定比例的京臧源燒結煤。

5 通過工藝控制降低氮氧化物的生成

在燒結過程中，采取合理的工藝手段來降低氣體燃料和固體燃料消耗，從而減少燃料氮的帶入，達到減少煙氣氮氧化物排放的目的。

5.1 降低固體燃料消耗

5.1.1 穩定燃料破碎粒度

固體燃料粒度對燒結燃料消耗影響明顯。粒度過細的固體燃料會在燒結過程中迅速燃燒，產生的熱量來不及傳遞給混合料就被廢氣帶走了，降低了固體燃料的利用率，增加了固體燃料消耗。燃料粒度過大會在泥輥布料時加大偏析，燒結機臺車混合料上層含碳量減少，下層含碳量增加，導致臺車上層的燒結礦因熱量不足造成返礦量增加，臺車下層的燒結礦因熱量過多產生大孔薄壁的不利結構[6]。通過加強固體燃料的來料管理，強化雙輥四輥設備維護，規范崗位破碎操作和加強篩分粒度監督等來穩定燃料破碎粒度，使固體燃料0 ～3 mm 粒級穩定在65% ～70%之間。

5.1.2 提高混合料溫度

燒結混合料溫度較低時，水汽在燒結料層內會形成過濕現象，使燒結料層透氣性變差。提高混合料溫度，可以減少過濕層厚度，降低過濕層對燒結氣流的阻礙，改善料層的透氣性，同時高溫的混合料可代替部分燃料熱量，降低固體燃料消耗。河鋼唐鋼不銹鋼充分利用燒結機蒸汽回收和外網蒸汽的便利條件，通過熱交換系統提高混合機的加水溫度，制粒機通蒸汽對物料加熱，使混合料溫度由投產初期的25 ～35 ℃提高到目前的40 ～ 45 ℃。

5.1.3 強化燒結工藝控制，堅持厚料層燒結

對燒結機布料系統進行了改造，通過對給料裝置微調閘門、疏料器、平料器的調整改造保持燒結機料面趨于穩定，通過專家系統實時顯示燒結當前燒透位置和燒透偏差數據，指導崗位布料修正，保持燒結終點穩定，提高了生產效率。

燒結工序堅持厚料層操作方針，燒結機臺車欄板高度為750 mm，布料時超出欄板50 ～60 mm，兩側刮平，使臺車欄板上方混合料呈梯形分布。厚料層燒結有助于發揮料層的自動蓄熱作用，有效降低燃料用量。

5.2 減少煤氣消耗

該燒結機采用了專家系統點火控制模型，根據點火爐設定目標點火溫度和目標點火強度，自動調節過剩系數滿足點火溫度要求；同比例調節煤氣、空氣流量保證點火強度的要求，實現了點火過程的智能控制。在滿足生產要求的同時，最大限度地節省煤氣用量。

5.3 煙氣循環技術

不銹鋼265 m2燒結機新增了一套機頭煙氣循環系統，兩臺主抽風機出口煙道的部分熱廢氣，通過循環風機引入到燒結機臺車混合料上方，熱廢氣通過燒結料層時，因熱交換和燒結料層的自動蓄熱作用可以將廢氣的低溫顯熱全部供給燒結混合料，廢氣中的CO 及其他可燃有機物重新燃燒；熱廢氣中的二噁英、PAHs、VOC 等有機污染物以及HCI、HF、顆粒物等物質在通過燒結料層中高達1 300 ℃以上的燒結帶時被激烈分解，NOx在通過高溫燒結帶時也可被部分破壞。煙氣循環系統的投入，不僅有利于工藝節能、低溫顯熱回收和污染物減排，而且有利于提高燒結生產率和改善燒結礦質量，最終使得廢氣排放量顯著減少，S02得以富集，有效降低了脫硫、脫硝系統的運行成本。

循環系統投入使用后，在保證燒結機料面上方煙罩微負壓的狀態下，風機轉速保持350 r/min，風門開度20%，使燒結外排煙氣量減少了10%～15%；循環熱廢氣到達燒結機料面時的溫度在150 ℃左右，熱廢氣通過燒結料層時可降低燒結固體燃料的消耗。

6 結論

（1）不銹鋼265 m2燒結機通過穩定燃料破碎粒度、提高混合料溫度、厚料層燒結、煙氣循環等措施，取得了良好的降低燃料消耗效果，2019年固體燃耗較上年降低了0.8 kg/t。

（2）從選擇低氮的固體燃料和燒結機工藝控制兩方面入手，減少氮元素的帶入量，取得了良好的效果，使脫硫入口煙氣中的氮氧化物濃度由2018年的 292 mg/m3降低到 2019 年的 255 mg/m3以內，出口煙氣中的氮氧化物濃度由2018 年的105 mg/m3降低到 2019 年的 41 mg/m3，2019 年較上年減少氮氧化物排放 256.6 t。