李乾坤，李國良，殷國富，周曉冬，裴元東

（中天鋼鐵集團(tuán)有限公司，江蘇常州 213000）

摘 要：在中天鋼鐵 550m² 燒結(jié)機(jī)實(shí)現(xiàn)煙氣 NO_X、SO₂、顆粒物超低排放的背景下，通過現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn)研究了混勻料、終點(diǎn)溫度、抽風(fēng)負(fù)壓、料面蒸汽噴吹對(duì)煙氣 CO 質(zhì)量濃度的影響。研究結(jié)果表明：在現(xiàn)有配料結(jié)構(gòu)下，通過適當(dāng)提升混勻料粒度、適當(dāng)提升終點(diǎn)溫度在 400~425℃范圍使燒結(jié)過程反應(yīng)更加充分，負(fù)壓控制在 14.0±0.8kPa 范圍、對(duì)燒結(jié)機(jī)料面噴吹蒸汽，均能夠一定程度降低煙氣 CO 質(zhì)量濃度。

關(guān)鍵詞：煙氣 CO 質(zhì)量濃度；混勻料粒級(jí)組成；燒結(jié)終點(diǎn)溫度；燒結(jié)抽風(fēng)負(fù)壓；料面蒸汽噴吹

鐵礦燒結(jié)作為鋼鐵生產(chǎn)的第一道原料加工工序，其煙氣污染物排量放占比較高^[1-2]。近兩年來國家相繼更新了燒結(jié)煙氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[3-4]，推出了史上最嚴(yán)的超低排放標(biāo)準(zhǔn)：NO_X＜50mg/Nm³，SO₂＜35mg/Nm³，顆粒物＜10mg/Nm³，二噁英＜0.5ng-TEQ/Nm³。在 2018 年10 月中天鋼鐵 550m²燒結(jié) SCR 脫硝設(shè)備投產(chǎn)后，至今已達(dá)到了政府規(guī)定的燒結(jié)機(jī)超低排放標(biāo)準(zhǔn)，其中顆粒物、SO₂、NO_X和二噁英質(zhì)量濃度分別為 8mg/Nm³、16 mg/Nm³、30mg/Nm³ 和 0.048ng-TEQ /Nm³。燒結(jié)過程另外一個(gè)污染物是 CO，而常州市對(duì) CO 排放的要求也愈加嚴(yán)格，中天鋼鐵于 2018 年 7 月安裝了 CO 探頭對(duì)燒結(jié)煙氣中 CO 質(zhì)量濃度開始進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)其相對(duì)較高且波動(dòng)較大，高時(shí)曾在 6000~7000 mg/Nm³之間。在 550 m²燒結(jié)機(jī)煙氣超低排放基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì) CO 排放進(jìn)行控制，從燒結(jié)生產(chǎn)工藝入手，研究降低燒結(jié)煙氣 CO質(zhì)量濃度的工藝參數(shù)影響因素，并將相關(guān)結(jié)論運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐。

1 研究方法

550m²燒結(jié)機(jī) SCR 脫硝設(shè)備投產(chǎn)運(yùn)行后開始進(jìn)行現(xiàn)場工藝試驗(yàn)研究，燒結(jié)工藝參數(shù)與煙氣 CO 質(zhì)量濃度相關(guān)數(shù)據(jù)見表 1。由于原料情況改變帶來配礦結(jié)構(gòu)的調(diào)整，不同混勻料堆礦粉平均粒度具有一定的差異，41#~57#堆礦粉平均粒度為 4.3mm；平均固體燃料配比為4.28%；平均燒結(jié)終點(diǎn)溫度為 412℃；平均廢氣溫度為 138℃；平均抽風(fēng)負(fù)壓為 13.95kPa；平均料層厚度為 800mm；平均蒸汽流量為 0.68t/h；混勻料平均水分為 7.64%；平均垂直燒結(jié)速度為 19.55mm/min；燒結(jié)煙氣中 CO 質(zhì)量濃度呈現(xiàn)出不同，在將廢氣 O2含量折算 16%后，CO 的均值為 4565mg/Nm³。

通過控制料層厚度在 780±20mm，點(diǎn)火溫度在 1050±50℃，終點(diǎn)溫度在 380~430℃，廢氣溫度在 135±15℃，混勻料水分在（7.5±0.5）%，固體燃料配比在（4.5±0.3）%，固體燃料粒度組成>5mm 小于 10%、<3mm 大于 70%的條件下，探究不同燒結(jié)混勻料粒度、終點(diǎn)溫度、抽風(fēng)負(fù)壓、料面蒸汽噴吹流量對(duì)燒結(jié)煙氣 CO 排放量的影響。

2 影響燒結(jié)煙氣 CO 排放量的因素分析

2.1 混勻料粒度的影響

根據(jù) 41#~57#堆現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在燒結(jié)終點(diǎn)溫度為 380~430℃之間、抽風(fēng)負(fù)壓為 14.0± 1.0 kPa、料面蒸汽噴吹流量為 0.7±0.05t/h 條件下，混勻料粒度對(duì)煙氣 CO 質(zhì)量濃度影響如圖 1 所示。

相應(yīng)降低，二者呈現(xiàn)出較為顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，其決定系數(shù) R²=0.65。在當(dāng)前的原料配比結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)下，CO 含量最低的混勻料粒度為 4.6mm。分析認(rèn)為，混勻料平均粒度的適當(dāng)增加有助于提高燒結(jié)料層的透氣性，從而使得燒結(jié)過程中固體燃料燃燒更加充分，最終可以減少 CO 的生成和排放。

2.2 燒結(jié)終點(diǎn)溫度的影響

根據(jù) 41#~57#堆現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)混勻料平均粒度為 4.3±0.03mm、抽風(fēng)負(fù)壓為 14.0±1.0 kPa、料面蒸汽噴吹流量為 0.7±0.05t/h 的條件下，分析燒結(jié)終點(diǎn)溫度對(duì)煙氣 CO 質(zhì)量濃度影響如圖 2 所示。

由圖 2 可知，在 380~430℃范圍內(nèi)，隨燒結(jié)終點(diǎn)溫度的升高，煙氣中 CO 質(zhì)量濃度呈現(xiàn)下降的變化趨勢(shì)，兩者之間呈現(xiàn)一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系，其決定系數(shù) R2=0.17。分析認(rèn)為燒結(jié)終點(diǎn)溫度升高，一定程度上代表了燒結(jié)過程反應(yīng)更加充分、透氣性也更好，則固體燃料燃燒生成的 CO 量減少。

2.3 抽風(fēng)負(fù)壓的影響

根據(jù) 41#~57#堆現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在混勻料平均粒度為 4.3±0.05mm、燒結(jié)終點(diǎn)溫度為80~430℃之間、料面蒸汽噴吹流量 0.7±0.05t/h 的條件，分析抽風(fēng)負(fù)壓對(duì)煙氣 CO 質(zhì)量濃度的影響如圖 3 所示。

由圖 3 可知，隨抽風(fēng)負(fù)壓的上升，煙氣中 CO 質(zhì)量濃度同時(shí)上升，兩者之間呈現(xiàn)一定的正相關(guān)關(guān)系，其決定系數(shù)為 R²=0.3751。

考慮到抽風(fēng)負(fù)壓升高，進(jìn)風(fēng)量可能會(huì)增大，對(duì) CO 質(zhì)量濃度會(huì)產(chǎn)生一定的稀釋作用。為此統(tǒng)計(jì)在該段時(shí)間內(nèi)，同樣的生產(chǎn)操作制度條件下抽風(fēng)負(fù)壓和脫硫入口空氣流量的關(guān)系如圖4 所示。

圖 4 可知，抽風(fēng)負(fù)壓在 13.0~15.0kPa 的范圍內(nèi)變化時(shí)，脫硫人口空氣流量變動(dòng)不大， 且較為穩(wěn)定，平均為 1366282m³/h，兩者相關(guān)性較弱，其決定系數(shù) R²=0.0738，料層透氣性指數(shù)變化較小。

分析認(rèn)為，在現(xiàn)有配料結(jié)構(gòu)下，抽風(fēng)負(fù)壓升高，反映了料層透氣性的減弱，燒結(jié)過程阻力增大，固體燃料燃燒不夠充分，故生成的 CO 含量增多^[5]。

2.4 料面蒸汽噴吹流量不同對(duì)煙氣 CO 排放量影響

根據(jù) 41#~57#堆現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在混勻料平均粒度為 4.3±0.03mm、燒結(jié)終點(diǎn)溫度控制在 380~430℃之間、抽風(fēng)負(fù)壓 14.0±1.0 kPa 的條件，分析不同蒸汽噴吹流量對(duì)煙氣 CO 質(zhì)量濃度影響如圖 5 所示。

目前料面蒸汽噴吹處于第一階段試驗(yàn)，噴吹蒸汽流量控制在 0.5~1.0t/h，噴吹的位置在出點(diǎn)火爐后燒結(jié)機(jī)料面上方。由圖 5 可知，隨著蒸汽流量增大，煙氣中 CO 質(zhì)量濃度呈下降的趨勢(shì)，這與之前的研究結(jié)論一致相符[6-7]。值得注意的是，由于分析期蒸汽噴吹流量變化范圍量較窄，并且受目前噴吹位置限制，故蒸汽噴吹流量與 CO 相關(guān)性不高，其決定系數(shù)為 R²=0.146。

為此調(diào)整蒸汽噴吹方式為間隔噴吹進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，在同樣的生產(chǎn)操作制度下，得出間隔噴吹蒸汽與 CO 質(zhì)量濃度的關(guān)系如圖 6 所示。

由圖 6 可知，當(dāng)蒸汽停用時(shí) CO 質(zhì)量濃度均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在蒸汽開啟時(shí) CO 質(zhì)量濃度總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。說明料面噴吹蒸汽有助于降低煙氣中 CO 質(zhì)量濃度。

當(dāng)前中天 550m²燒結(jié)機(jī)以前部噴吹為主，噴吹流量在 0.7t/h 左右，在目前的噴吹制度下，每 t 蒸汽降低 CO 質(zhì)量濃度的效果約為 500mg/m³?？紤]燒結(jié)過程 CO 更多在燒結(jié)機(jī)中部位置生成，因此，下一步將繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化 550m²燒結(jié)機(jī)的蒸汽噴吹制度。

3 實(shí)踐應(yīng)用效果

2018 年 8 月中天鋼鐵 550 m²燒結(jié)機(jī)煙氣 CO 質(zhì)量濃度均值為 5208mg/Nm³，整體較高，實(shí)際生產(chǎn)中采取了以下的控制措施：①進(jìn)一步提高燒結(jié)終點(diǎn)溫度到 400~425℃；②燒結(jié)廢氣溫度范圍穩(wěn)定在 140±10℃；③強(qiáng)化燒結(jié)制粒和布料操作，改善料層透氣性和降低燒結(jié)負(fù)壓，負(fù)壓控制在 14.0±0.8kPa 范圍；④料面噴吹蒸汽，提高燃料完全燃燒程度。通過對(duì)燒結(jié)過程 的強(qiáng)化控制，截止 2019 年 1 月燒結(jié)煙氣 CO 質(zhì)量濃度控制到 4426mg/Nm³（折算 16%含氧 量），見表 2。

由于本階段試驗(yàn)期間其余燒結(jié)工藝參數(shù)變化范圍小，下一步將繼續(xù)探索降低燒結(jié) CO 的措施，進(jìn)一步降低燒結(jié)排放的 CO 含量。

4 結(jié)論

（1）通過對(duì)燒結(jié)機(jī)工藝參數(shù)和 CO 排放量進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和分析，得出混勻料粒度、 終點(diǎn)溫度、抽風(fēng)負(fù)壓、料面噴吹蒸汽流量是影響燒結(jié)煙氣中 CO 質(zhì)量濃度的關(guān)鍵因素。

（2）在當(dāng)前配料結(jié)構(gòu)下，通過適當(dāng)增大混勻料粒度、終點(diǎn)溫度控制在 400~425℃、對(duì)燒結(jié)機(jī)料面進(jìn)行噴吹蒸汽、在保證燒結(jié)礦強(qiáng)度的前提下將抽風(fēng)負(fù)壓控制在 14.0±0.8kPa 范圍內(nèi)，可有助于降低煙氣 CO 質(zhì)量濃度。

（3）通過一系列措施，中天鋼鐵 550 m² 燒結(jié)機(jī) CO 排放量由 5208 mg/Nm³ 降低到4426mg/Nm³，實(shí)踐效果明顯。

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