晉鋼燒結(jié)廠降CO排放操作實(shí)踐

陳彥勝

摘要：本文介紹了230㎡燒結(jié)機(jī)脫除CO的操作實(shí)踐，為實(shí)現(xiàn)全面降低晉鋼燒結(jié)機(jī)機(jī)頭CO排放數(shù)據(jù)指標(biāo)，采用末端處理、料面噴吹蒸汽、煙氣循環(huán)、富氫燃燒、微負(fù)壓點(diǎn)火，調(diào)整原燃料配比，穩(wěn)定水分等多種工藝技術(shù)手段，以全面減少污染物排放，確保CO排放數(shù)據(jù)降低的技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)煙氣；脫除CO；減排

1  前言

CO是大氣中分布最廣和數(shù)量最多的污染物，也是燃燒過程中生成的重要污染物之一。鋼鐵企業(yè)的CO排放主要在燒結(jié)，大約占到整個(gè)鋼廠排放的70%。晉鋼燒結(jié)改造前CO排放濃度大概在10000mg/Nm³左右。目前國家已經(jīng)將減少固定源CO排放提上日程，多個(gè)地方發(fā)布固定源一氧化碳排放標(biāo)準(zhǔn)。2002年9月6日河北省發(fā)布了我國首個(gè)《固定源一氧化碳排放標(biāo)準(zhǔn)》。2018年8月河北武安印發(fā)《武安市鋼鐵企業(yè)一氧化碳排放專項(xiàng)整治實(shí)施方案》。2018年8月河北邯鄲市印發(fā)《邯鄲市鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機(jī)機(jī)頭一氧化碳治理和高爐、轉(zhuǎn)爐放散管控方案》。2018年11月14日國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)《固定污染源廢氣一氧化碳的測定定電位電解法》發(fā)布；2020年7月1日山西省臨汾市頒布了《臨汾市鋼鐵行業(yè)一氧化碳排放控制技術(shù)指南》對鋼鐵行業(yè)一氧化碳排放提出控制要求。但目前各種技術(shù)手段均不夠成熟，在此基礎(chǔ)上，晉鋼針對各種技術(shù)進(jìn)行了不斷地嘗試。

2  燒結(jié)脫硫脫硝工藝

晉鋼的燒結(jié)機(jī)的規(guī)模為2×230㎡帶式燒結(jié)機(jī)，由福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司建設(shè)兩套循環(huán)流化床半干法脫硫。2020年福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司根據(jù)國家五部委《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》（環(huán)大氣〔2019〕35號(hào)）文件為指南，以及山西省地標(biāo)DB14 2249-2020《鋼鐵工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》為參考，技術(shù)路線采用鋼鐵燒結(jié)煙氣凈化的“SSC燒結(jié)煙氣干式超凈工藝”（簡稱SSC干式工藝）。為了防止山西省更加嚴(yán)格的指標(biāo)限值，設(shè)計(jì)之初就提出了，可以實(shí)現(xiàn)SO₂排放濃度≤5mg/Nm³，粉塵排放濃度≤5mg/Nm³， NO_X排放濃度≤35mg/Nm³的“超凈排放”指標(biāo)。共建設(shè)單獨(dú)兩套脫硫脫硝除塵裝置，采用一級(jí)風(fēng)機(jī)的布置方式，燒結(jié)機(jī)工藝流程：燒結(jié)機(jī)→燒結(jié)機(jī)機(jī)頭電除塵器→燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)→脫硫反應(yīng)塔→脫硫布袋除塵器→脫硫引風(fēng)機(jī)→GGH（原煙氣段）→SCR中溫脫硝→GGH（凈煙氣段）→SCR脫硝→脫硫脫硝引風(fēng)機(jī)→煙囪排放。兩套脫硫共用一個(gè)排放口。

3  降CO采用的工藝技術(shù)措施

為了加強(qiáng)燒結(jié)CO排放控制，采用了加強(qiáng)臺(tái)車封閉，減少跑風(fēng)漏風(fēng)，原輔料控制，從配礦配料結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整、煙氣循環(huán)、料面噴蒸汽、工藝技術(shù)調(diào)整、末端治理、氫冶金技術(shù)研發(fā)等。

3.1催化氧化法實(shí)施過程

根據(jù)廠家介紹以貴金屬活性鈦為載體，通過特殊工藝負(fù)載多種金屬氧化物，在常溫常壓條件下，表現(xiàn)出卓越的消除一氧化碳的優(yōu)異性，使用比Au，Pd、Pt負(fù)載高近10倍的催化活性，該催化劑具有使用邊界條件寬、效率高、催化床層裝填均勻、阻力小、噪音低、抗中毒、抗燃、耐磨損、長壽命等優(yōu)點(diǎn)。高空速比，可以達(dá)到12000h-1，使用量低，燒結(jié)機(jī)煙氣采用利用現(xiàn)有的SCR反應(yīng)器預(yù)留層填裝一層CO催化劑進(jìn)行一氧化碳脫除。CO催化劑在催化反應(yīng)過程中能釋放大量的熱能，能提高煙氣溫度15~20℃，通過現(xiàn)有SCR前端設(shè)置的GGH可以進(jìn)入脫硝前的溫度≥15℃，可以大幅度降低高爐煤氣耗量。

230㎡燒結(jié)機(jī)機(jī)頭煙氣一氧化碳減排CO專用催化劑供貨與安裝。在脫硝反應(yīng)器底部最下層新裝一層CO專用催化劑，以滿足1#、2#燒結(jié)機(jī)機(jī)頭煙氣一氧化碳減排CO的要求。

3.2燒結(jié)機(jī)運(yùn)行參數(shù)及CO排放指標(biāo)

4  催化劑技術(shù)參數(shù)及性能

4.1  一氧化碳專用催化劑的優(yōu)勢特點(diǎn)

4.1.1以活性鈦為載體，通過特殊工藝負(fù)載多種金屬氧化物，在常溫常壓條件下，表現(xiàn)出卓越的消除一氧化碳的優(yōu)異性，出比Au，Pd、Pt負(fù)載高近10倍的催化活性，該催化劑具有使用邊界條件寬、、效率高、催化床層裝填均勻、阻力小、噪音低、抗中毒、抗燃、耐磨損、長壽命等優(yōu)點(diǎn)，相比Au，Pd、Pt負(fù)載材料成本更加低廉。

4.1.2高空速比，可以達(dá)到12000h-1，使用量低，燒結(jié)機(jī)煙氣可以采用利用現(xiàn)有的SCR反應(yīng)器預(yù)留層填裝一層CO催化劑進(jìn)行一氧化碳脫除。

4.1.3一氧化碳催化劑在催化反應(yīng)過程中能釋放大量的熱能，能提高煙氣溫度15~20℃，通過現(xiàn)有SCR前端設(shè)置的GGH可以進(jìn)入脫硝前的溫度≥15℃，可以大幅度降低高爐煤氣耗量。

4.2催化劑設(shè)計(jì)特性

型號(hào)：板式特殊工藝負(fù)載多種金屬氧化物的燒結(jié)機(jī)減排一氧化碳的一氧化碳專用催化劑。

層數(shù)：填裝1層，

安裝位置：脫硝反應(yīng)器底部最下層

層高：3m

單臺(tái)燒結(jié)機(jī)一氧化碳專用催化劑設(shè)計(jì)參數(shù)：

CO減排目標(biāo):燒結(jié)機(jī)頭煙氣一氧化碳減排，煙囪出口CO≤4000mg/Nm³要求。

催化劑年利用小時(shí)按8000小時(shí)考慮。

催化劑前段硬化長度不小于20mm。

催化劑軸向耐壓強(qiáng)度≮2.0MPa，徑向耐壓強(qiáng)度≮0.6MPa。

SCR反應(yīng)器單層具有可抽取測試塊的模塊數(shù)量不小于2個(gè)，而且具有可抽取測試塊的模塊應(yīng)均勻分布在每層催化劑層。

催化劑設(shè)計(jì)考慮采取防堵塞、防磨和防中毒的技術(shù)措施。

催化劑模塊必須設(shè)計(jì)成能夠有效防止煙氣短路的密封系統(tǒng)，密封裝置的壽命不低于催化劑的壽命。催化劑各層模塊一般規(guī)格統(tǒng)一、具有互換性。

催化劑采用模塊化設(shè)計(jì)以減少更換催化劑的時(shí)間。

催化劑模塊采用鋼結(jié)構(gòu)框架，并便于運(yùn)輸、安裝、起吊。

催化劑化學(xué)壽命大于24000運(yùn)行小時(shí)，機(jī)械壽命大于60000小時(shí)。

脫除CO環(huán)節(jié)有防堵灰、積灰措施，以確保催化劑不堵灰、不積灰。同時(shí)，催化劑設(shè)計(jì)盡可能的降低壓力損失。

4.3  運(yùn)行要求

運(yùn)行適應(yīng)性：為了與燒結(jié)機(jī)脫硝的運(yùn)行模式相協(xié)調(diào)，在燒結(jié)機(jī)負(fù)荷調(diào)整時(shí)有良好的適應(yīng)特性；且不影響燒結(jié)機(jī)現(xiàn)有工藝及現(xiàn)有燒結(jié)機(jī)脫硫脫硝工藝。

4.4  操作過程

4.4.1第一次調(diào)試

燒結(jié)機(jī)脫硝劑層加裝脫除一氧化碳催化劑項(xiàng)目，7月18日簽訂合同，施工廠家技術(shù)和施工人員8月25日進(jìn)廠，8月26日開始進(jìn)廠開人孔門，同步單臺(tái)機(jī)催化劑到貨開始施工。1#230㎡燒結(jié)CO催化劑于8月31日安裝完成投入使用，CO數(shù)據(jù)可以達(dá)到4000mg/m³左右，運(yùn)行時(shí)間約8個(gè)小時(shí)后發(fā)現(xiàn)CO數(shù)據(jù)逐漸升高，判定為CO催化劑失效，不起作用。后聯(lián)系廠家，廠家未能到廠，經(jīng)電話溝通，廠家提出通過提溫看是否可以讓催化劑解析激活，中間試了幾次，溫度在300℃運(yùn)行6個(gè)小時(shí)不起作用，廠家于9月3日凌晨到廠，要求溫度提到320℃再運(yùn)行6個(gè)小時(shí)，還是不起作用，初步判定催化劑失效。

正常投運(yùn)后數(shù)據(jù)              催化劑失效初期數(shù)據(jù)

4.4.2第二次調(diào)試

2#230㎡燒結(jié)機(jī)CO催化劑9月5日開始到貨，整體先安裝于1#230㎡燒結(jié)機(jī)，安裝工作于9日早上更換完成，脫硫啟動(dòng)，1#230㎡燒結(jié)機(jī)于當(dāng)日下午開機(jī)生產(chǎn)，剛開始時(shí)CO脫除效率能達(dá)到70%，溫升在25℃左右，但是運(yùn)行一天多以后，效率下降至30%多，溫升也在10℃多點(diǎn)，效果不理想，運(yùn)行3天以后數(shù)據(jù)已無變化，判定催化劑再次失效。

廠家后計(jì)劃噴雙氧水進(jìn)行釋放，脫硫脫硝廠家龍凈環(huán)?；貜?fù)會(huì)對脫硝催化劑層造成影響。9月17日CO催化劑廠家與福建龍凈技術(shù)人員到廠，商討CO催化劑相關(guān)事宜。后車間根據(jù)脫CO廠家出具的方案和現(xiàn)場實(shí)際情況，出具了CO催化劑試運(yùn)行期間影響，脫CO廠家于9月19日發(fā)函至公司做出回復(fù)，但一直未有相關(guān)承諾和措施。

4.4.3第三次調(diào)試

直至10月8日廠家才出具了正式的《CO第三次改造承諾函》和具體施工方案，針對前兩次1#230㎡燒結(jié)機(jī)失效問題，此次廠家針對催化劑進(jìn)行了配方調(diào)整，對燒結(jié)煙氣條件添加適應(yīng)性成分，同時(shí)調(diào)整噴氨裝置位置，保證不再出現(xiàn)氨中毒。

第二次催化劑投運(yùn)后數(shù)據(jù)         第二次投運(yùn)40小時(shí)后數(shù)據(jù)

具體改造內(nèi)容:

①新增噴氨格柵主管路及附屬閥門；

②新增噴氨格柵主管路保溫；

③新增催化劑的安裝；

④因施工需拆除部門的恢復(fù)工作。

10月13日開始對2#燒結(jié)機(jī)外圍噴氨管道主體進(jìn)行前期改造，10月18日下午17時(shí)2#230燒結(jié)機(jī)停機(jī)，主體管道改造基本完成，催化劑和噴氨格柵備件預(yù)計(jì)10月19日到貨。到貨后內(nèi)部進(jìn)行催化劑更換和噴氨格柵安裝。安裝完成后第三次進(jìn)行板式催化劑更換安裝，最終還是持續(xù)8小時(shí)左右，催化劑失效。

5  煙氣循環(huán)技術(shù)

5.1  循環(huán)方式

燒結(jié)工序采用煙氣循環(huán)技術(shù)，以內(nèi)循環(huán)方式，選取燒結(jié)機(jī)大煙道頭部3個(gè)風(fēng)箱和尾部風(fēng)箱的熱煙氣（占煙氣的20%），經(jīng)多管除塵器除塵后經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)輸送至煙氣循環(huán)罩；同時(shí)環(huán)冷機(jī)Ⅲ段、Ⅳ段廢氣經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)增壓引入煙氣循環(huán)罩與循環(huán)煙氣混合后一并經(jīng)布煙罩分配至燒結(jié)臺(tái)車料面使用，循環(huán)煙氣含氧量≥18%，循環(huán)風(fēng)溫≥200℃、剩余80%燒結(jié)煙氣進(jìn)入燒結(jié)煙氣脫硫脫硫脫硝除塵系統(tǒng)凈化處理后達(dá)標(biāo)排放，有效降低外排燒結(jié)煙氣量，減輕煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行負(fù)荷。多管除塵器收集的除塵灰采用氣力輸送方式將除塵灰輸送到配料室除塵灰倉進(jìn)行再配料使用。

5.2  煙氣保壓保氧措施

在燒結(jié)機(jī)料面上方設(shè)置有密封煙罩，煙罩覆蓋在臺(tái)車欄板兩側(cè)，煙罩覆蓋臺(tái)車欄板500mm高度（臺(tái)車欄板高800mm），自點(diǎn)火后采用密封罩至燒結(jié)機(jī)尾部。循環(huán)煙氣罩內(nèi)的燒結(jié)煙氣應(yīng)保持微負(fù)壓狀態(tài)保證主排系統(tǒng)與循環(huán)系統(tǒng)之間的平衡并保證循環(huán)回來的煙氣能夠全部穿過燒結(jié)機(jī)料層，不會(huì)出現(xiàn)煙氣外溢現(xiàn)象。在燒結(jié)煙罩上方設(shè)置補(bǔ)氧閥門，燒結(jié)煙氣含氧量不滿足燒結(jié)要求時(shí)需要進(jìn)行補(bǔ)氧。

圖5.2  煙氣循環(huán)系統(tǒng)工藝流程示意圖

燒結(jié)熱煙氣循環(huán)技術(shù)能夠回收煙氣中的低溫余熱、降低燒結(jié)工序能耗，并顯著減少燒結(jié)機(jī)頭廢氣排放總量和污染物排放量。燒結(jié)熱煙氣循環(huán)技術(shù)改變了傳統(tǒng)燒結(jié)配風(fēng)比例，減少混合風(fēng)中的氧含量，能夠抑制氮氧化物的產(chǎn)生；另外，二噁英、一氧化碳等污染物隨著熱煙氣循環(huán)時(shí)，通過燒結(jié)料層，在高溫下得以分解或燃燒，從而減少其排放。

6  料面噴蒸汽

噴嘴采用霧化噴嘴，噴射角度為90°，在0.8MPa壓力下流量350-700L/min，每噸燒結(jié)礦平均噴吹約140-280L蒸汽。

采用料面噴蒸汽工藝，將蒸汽通過管道引至燒結(jié)料面，均勻布設(shè)噴頭，蒸汽壓力在0.3~0.5MPa之間，合理設(shè)定噴吹時(shí)間，提高燒結(jié)過程中的燃燒效率降低CO產(chǎn)生量。同步建設(shè)控制系統(tǒng)，選擇主要生產(chǎn)參數(shù)及系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，參數(shù)采集

6.1 2021年4臺(tái)燒結(jié)機(jī)安裝蒸汽噴吹裝置，每臺(tái)機(jī)安裝10排32mm噴吹管，占臺(tái)車長度5米，由Φ105mm蒸汽主管道供氣，主管蒸汽壓力6-8公斤

6.2 2023年，將噴吹管挪至煙氣循環(huán)罩內(nèi)，同時(shí)增加噴吹管至48排，占臺(tái)車長度24米，由一根Φ105mm蒸汽管道與一根Φ150mm蒸汽管道共同供氣，主蒸汽管道壓力約6-8公斤，改造后，單機(jī)蒸汽噴吹量由原來的1.45m³/h提升至3.5m³/h，蒸汽噴吹量提高后，燒結(jié)一碳數(shù)據(jù)降低800mg/m³-1000mg/m³。另外對返回物配料（雜料）使用比例進(jìn)行固定6±2%，以保障排放的穩(wěn)定性，形成制度化。

7  燒結(jié)富氫噴吹技術(shù)

燒結(jié)富氫氣體噴吹技術(shù)是通過自主開發(fā)的料面噴吹輔助燒結(jié)裝置實(shí)現(xiàn)降低固體燃耗和NO_x排放量的目標(biāo)、同時(shí)富氫噴吹有利于實(shí)現(xiàn)“均熱燒結(jié)”，從而提高燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量。

燒結(jié)富氫工藝流程示意見圖7。

圖7 燒結(jié)富氫工藝流程示意圖

晉鋼斥資2.8億元，聯(lián)合中冶京城工程技術(shù)有限公司和  建設(shè)4臺(tái)燒結(jié)富氫項(xiàng)目。項(xiàng)目從2022年6月25日開工建設(shè)，2022年11月底竣工。建成投運(yùn)后，噸燒結(jié)礦減少固體燃料消耗約0.9至1.3kg，4臺(tái)燒結(jié)機(jī)全年減少固體燃料消耗約15萬噸，同步減少CO₂排放量約2萬噸。富氫燒結(jié)屬全國首次新技術(shù)投入運(yùn)行，晉鋼集團(tuán)奔跑在了減污降碳的最前沿！

8   其它輔助手段

8.1  原燃輔料方面

使用高質(zhì)量燃料，保證燃料粒度＜3mm占比達(dá)75%，小于1mm占比＜40%。持續(xù)使用80%固定碳的燒結(jié)煤和高爐返焦，停止3#煤的使用，提高燃料利用率。在性價(jià)比高的前提下，適當(dāng)配加部分粒度均勻且優(yōu)先選用粘性比較好的原料，配加了20%超特粉，確保增加燒結(jié)透氣性，利于燃料充分燃燒。另外還對溶劑使用進(jìn)行調(diào)整，配礦結(jié)構(gòu)改變后，SiO₂升高，生石灰配比增加0.6%，進(jìn)一步增加透氣性

8.2  工藝調(diào)整方面

做好工藝操作參數(shù)把控，每日公布三個(gè)穩(wěn)定率曲線，曲線不平穩(wěn)必須做好專項(xiàng)分析，確保燒結(jié)過程生產(chǎn)穩(wěn)定性。降低混合料水分，控制混合料水分由7.6%調(diào)整至7.4%；降低過濕層影響，改善料層透氣性，提高料層厚度，下調(diào)燃料配比，實(shí)現(xiàn)低水低碳燒結(jié)。保證高爐爐況順行的前提下，F(xiàn)eO下線控制，降低燃耗，從而到達(dá)降低CO的目的。

圖8.2  230㎡燒結(jié)CO排放濃度曲線

9  經(jīng)驗(yàn)與不足

9.1 降CO的經(jīng)驗(yàn)

此次針對燒結(jié)污染物CO排放指標(biāo)濃度高，排量大的情況進(jìn)行全方位的技改，在不影響生產(chǎn)工藝、燒結(jié)產(chǎn)量、產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，采用了多種技術(shù)手段，為最終CO排放大幅度下降收集了大量的資料，也為減少CO的多種技術(shù)路線做了驗(yàn)證，為今后再進(jìn)行同類型試驗(yàn)留下了大量的科研數(shù)據(jù)。

9.2  降CO的不足

采用末端治理氧化催化工藝未在行業(yè)內(nèi)大范圍開展，缺少成熟的案例和突出業(yè)績，迫于排放數(shù)據(jù)指標(biāo)和地方環(huán)保部門的壓力，匆忙上馬，缺少市場調(diào)研和安裝材質(zhì)實(shí)踐，不同的脫硫脫硝、燒結(jié)規(guī)模、生產(chǎn)工藝以及配料結(jié)構(gòu)是不具備可比性的，造成了本次末端處理工藝未能做到大幅度降低。

10 結(jié)論

在實(shí)施燒結(jié)末端治理氧化催化前未進(jìn)行充分的考察和了解，連續(xù)進(jìn)行三次試驗(yàn)最終未能實(shí)現(xiàn)CO排放大幅度降低，相同工藝同行業(yè)改造項(xiàng)目成功經(jīng)驗(yàn)不足，燒結(jié)CO排放末端治理工藝技術(shù)還不夠成熟。本次工藝技術(shù)路線嘗試意味著憑借單一的處理手段目前尚不能做到大范圍降低一氧化碳排放，需要多項(xiàng)措施同步實(shí)施，才能具備顯著的效果。通過各種措施的落實(shí)，燒結(jié)氧含量穩(wěn)定在16%以下，通過數(shù)據(jù)比對，CO排放折算后日平均值大約在6700㎎/m³左右，從改造實(shí)施前平均排放10000㎎/m³以上下降到6800㎎/m³以下，為燒結(jié)穩(wěn)定生產(chǎn)，減少排放積累了經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期的效果。

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