張海賓

（唐山不銹鋼有限責(zé)任公司）

0 前言

近年來鋼鐵行業(yè)發(fā)展迅速，同時(shí)環(huán)境污染也日益突出，我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對鋼鐵工業(yè)的環(huán)保節(jié)能提出了越來越高的要求，環(huán)保節(jié)能已經(jīng)成為決定企業(yè)生存發(fā)展的關(guān)鍵因素[1]。河北省《鋼鐵工業(yè)大氣污染物超低排放標(biāo)準(zhǔn)》提出，自2019 年1 月1 日起，燒結(jié)機(jī)機(jī)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(huán)保法的實(shí)施，國家環(huán)保力度的加大，各鋼鐵企業(yè)也在積極做好節(jié)能減排工作，如何有效控制污染物的排放，避免因排放超標(biāo)而造成燒結(jié)機(jī)被迫停機(jī)，成為各鋼鐵廠面臨的一個(gè)主要問題。目前，燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫裝置已經(jīng)發(fā)展的比較成熟，二氧化硫的排放可以達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，而目前燒結(jié)機(jī)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(jié)機(jī)時(shí)常會(huì)出現(xiàn)氮氧化物含量超標(biāo)的情況，導(dǎo)致燒結(jié)降低風(fēng)量生產(chǎn)或停機(jī)，直接影響生產(chǎn)的連續(xù)性。因此，在現(xiàn)有條件下，通過原燃料選擇和改善燒結(jié)機(jī)操作來減少燒結(jié)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(jié)煙氣的排放特點(diǎn)和燒結(jié)機(jī)脫硝系統(tǒng)工作現(xiàn)狀

燒結(jié)煙氣排放有煙氣量大且波動(dòng)幅度大、成分復(fù)雜且濃度波動(dòng)幅度大、煙氣溫度較低、濕度較大的特點(diǎn)[3]，這些特點(diǎn)在一定程度上增加了鋼鐵燒結(jié)煙氣脫硝的難度。因此，必須針對其自身的特點(diǎn)進(jìn)行綜合考慮，開發(fā)適合燒結(jié)煙氣脫硝的技術(shù)，使其既能滿足國家環(huán)保排放要求，又符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)政策。

河鋼唐鋼不銹鋼 265 m2燒結(jié)機(jī) 2016 年 7 月投產(chǎn)，采用了中科院開發(fā)的一套密相干塔聯(lián)合臭氧氧化脫硫脫硝脫汞技術(shù)，設(shè)計(jì)了3 臺80 kg/h 臭氧發(fā)生器，臭氧發(fā)生器以液氧為氧源制造臭氧，臭氧經(jīng)稀釋風(fēng)稀釋后形成氧化風(fēng)，氧化風(fēng)經(jīng)臭氧分布器將臭氧噴注入脫硫塔之前的煙道內(nèi)，將煙氣中的NO 氧化成易溶于水的高價(jià)態(tài)氧化物，隨后煙氣進(jìn)入脫硫吸收塔，氮氧化物和堿液發(fā)生反應(yīng)，將煙氣中的SO2和被氧化的NOX同時(shí)吸收，確保NOX的排放濃度達(dá)標(biāo)，進(jìn)入煙囪排放。系統(tǒng)設(shè)計(jì)煙氣進(jìn)口的NOX濃度為250 mg/m3，排放濃度在100 mg/m3以下。

該系統(tǒng)投產(chǎn)后能夠較好的滿足當(dāng)時(shí)的環(huán)保排放要求，但隨著新排放標(biāo)準(zhǔn)（氮氧化物50 mg/m3以下）的實(shí)施，原有工藝已不能滿足燒結(jié)生產(chǎn)需要，燒結(jié)機(jī)被迫通過減少主排風(fēng)機(jī)風(fēng)門開度、降低風(fēng)量的手段來降低脫硝系統(tǒng)壓力，2019 年一季度主排風(fēng)機(jī)風(fēng)門開度平均保持在70%左右，燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)與2018 年相比下降了0.03 t/m2·h。為此，通過研究該燒結(jié)機(jī)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(shù)措施，使煙氣中的氮氧化物含量處于可控狀態(tài)。

2 燒結(jié)原料中氮氧化物的來源

燒結(jié)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(jié)過程產(chǎn)生的氮氧化物主要是燃料型NOX，來源于燒結(jié)反應(yīng)中的燃料燃燒[4-5]。固體燃料主要包括燒結(jié)煤和焦粉，煤和焦粉中的含氮量較高，是燒結(jié)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(jì)。

3 氮氧化物在燒結(jié)中的形成過程和分布趨勢

燒結(jié)過程的燃料燃燒主要有兩部分，一是點(diǎn)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(diǎn)火，點(diǎn)火溫度為1 050 ～ 1 150 ℃；二是混合料內(nèi)的固體燃料燃燒過程，此階段的氮氧化物產(chǎn)生較多。

為了了解燒結(jié)過程中氮氧化物的產(chǎn)生濃度和排放規(guī)律，利用儀器對265 m2燒結(jié)機(jī)南北兩個(gè)煙道各個(gè)風(fēng)箱的廢氣進(jìn)行了檢測，檢測結(jié)果如圖1所示。

圖1 燒結(jié)機(jī)各風(fēng)箱氮氧化物濃度及溫度

從圖1 可以看出，兩個(gè)煙道的氮氧化物濃度的分布規(guī)律基本一致，燒結(jié)過程中氮氧化物的濃度變化明顯，隨著燒結(jié)過程的進(jìn)行氮氧化物濃度呈兩側(cè)低中間高的狀態(tài)，氮氧化物的生成主要集中在燒結(jié)機(jī)前部與中部，燒結(jié)過程后期產(chǎn)生的氮氧化物含量較低。燒結(jié)過程前期，煤氣燃燒是產(chǎn)生氮氧化物的主要來源，在不影響點(diǎn)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(jié)機(jī)中部區(qū)域煙氣中的氮氧化物含量高且持續(xù)時(shí)間長，因此，想要降低燒結(jié)煙氣中氮氧化物的含量要以降低燒結(jié)機(jī)中部區(qū)域燒結(jié)煙氣的氮氧化物含量為主，此階段氮氧化物的產(chǎn)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(jié)過程煙氣檢測結(jié)果可以看出，氮氧化物主要是燒結(jié)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(guān)鍵。

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

表1 不銹鋼燒結(jié)燃料成分

在燒結(jié)配料結(jié)構(gòu)維持不變，燒結(jié)礦堿度控制1.80±0.08 的條件下，制定了6 種方案，通過調(diào)整三種固體燃料的配加比例，對燒結(jié)煙氣中的氮氧化物濃度進(jìn)行檢測，結(jié)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(jié)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(jié)機(jī)降低風(fēng)門生產(chǎn)；方案3、方案4、方案5 配加焦粉和京臧源燒結(jié)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(jié)機(jī)能夠全風(fēng)門生產(chǎn)；方案6 為全焦粉生產(chǎn)，煙氣中氮氧化物含量稍低于300 mg/m3，燒結(jié)機(jī)降低風(fēng)門生產(chǎn)。

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(yīng)關(guān)系，配加京臧源燒結(jié)煤時(shí)，煙氣中的氮氧化物排放穩(wěn)定在280 mg/m3以下，燒結(jié)可以保持穩(wěn)定的生產(chǎn)狀態(tài)?？刂频趸锏漠a(chǎn)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(dá)到降低氮氧化物的目的。因此，不銹鋼燒結(jié)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(jié)煤。

5 通過工藝控制降低氮氧化物的生成

在燒結(jié)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(dá)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(wěn)定燃料破碎粒度

固體燃料粒度對燒結(jié)燃料消耗影響明顯。粒度過細(xì)的固體燃料會(huì)在燒結(jié)過程中迅速燃燒，產(chǎn)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(huì)在泥輥布料時(shí)加大偏析，燒結(jié)機(jī)臺車混合料上層含碳量減少，下層含碳量增加，導(dǎo)致臺車上層的燒結(jié)礦因熱量不足造成返礦量增加，臺車下層的燒結(jié)礦因熱量過多產(chǎn)生大孔薄壁的不利結(jié)構(gòu)[6]。通過加強(qiáng)固體燃料的來料管理，強(qiáng)化雙輥四輥設(shè)備維護(hù)，規(guī)范崗位破碎操作和加強(qiáng)篩分粒度監(jiān)督等來穩(wěn)定燃料破碎粒度，使固體燃料0 ～3 mm 粒級穩(wěn)定在65% ～70%之間。

5.1.2 提高混合料溫度

燒結(jié)混合料溫度較低時(shí)，水汽在燒結(jié)料層內(nèi)會(huì)形成過濕現(xiàn)象，使燒結(jié)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(jié)氣流的阻礙，改善料層的透氣性，同時(shí)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(jié)機(jī)蒸汽回收和外網(wǎng)蒸汽的便利條件，通過熱交換系統(tǒng)提高混合機(jī)的加水溫度，制粒機(jī)通蒸汽對物料加熱，使混合料溫度由投產(chǎn)初期的25 ～35 ℃提高到目前的40 ～ 45 ℃。

5.1.3 強(qiáng)化燒結(jié)工藝控制，堅(jiān)持厚料層燒結(jié)

對燒結(jié)機(jī)布料系統(tǒng)進(jìn)行了改造，通過對給料裝置微調(diào)閘門、疏料器、平料器的調(diào)整改造保持燒結(jié)機(jī)料面趨于穩(wěn)定，通過專家系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示燒結(jié)當(dāng)前燒透位置和燒透偏差數(shù)據(jù)，指導(dǎo)崗位布料修正，保持燒結(jié)終點(diǎn)穩(wěn)定，提高了生產(chǎn)效率。

燒結(jié)工序堅(jiān)持厚料層操作方針，燒結(jié)機(jī)臺車欄板高度為750 mm，布料時(shí)超出欄板50 ～60 mm，兩側(cè)刮平，使臺車欄板上方混合料呈梯形分布。厚料層燒結(jié)有助于發(fā)揮料層的自動(dòng)蓄熱作用，有效降低燃料用量。

5.2 減少煤氣消耗

該燒結(jié)機(jī)采用了專家系統(tǒng)點(diǎn)火控制模型，根據(jù)點(diǎn)火爐設(shè)定目標(biāo)點(diǎn)火溫度和目標(biāo)點(diǎn)火強(qiáng)度，自動(dòng)調(diào)節(jié)過剩系數(shù)滿足點(diǎn)火溫度要求；同比例調(diào)節(jié)煤氣、空氣流量保證點(diǎn)火強(qiáng)度的要求，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)火過程的智能控制。在滿足生產(chǎn)要求的同時(shí)，最大限度地節(jié)省煤氣用量。

5.3 煙氣循環(huán)技術(shù)

不銹鋼265 m2燒結(jié)機(jī)新增了一套機(jī)頭煙氣循環(huán)系統(tǒng)，兩臺主抽風(fēng)機(jī)出口煙道的部分熱廢氣，通過循環(huán)風(fēng)機(jī)引入到燒結(jié)機(jī)臺車混合料上方，熱廢氣通過燒結(jié)料層時(shí)，因熱交換和燒結(jié)料層的自動(dòng)蓄熱作用可以將廢氣的低溫顯熱全部供給燒結(jié)混合料，廢氣中的CO 及其他可燃有機(jī)物重新燃燒；熱廢氣中的二噁英、PAHs、VOC 等有機(jī)污染物以及HCI、HF、顆粒物等物質(zhì)在通過燒結(jié)料層中高達(dá)1 300 ℃以上的燒結(jié)帶時(shí)被激烈分解，NOx在通過高溫?zé)Y(jié)帶時(shí)也可被部分破壞。煙氣循環(huán)系統(tǒng)的投入，不僅有利于工藝節(jié)能、低溫顯熱回收和污染物減排，而且有利于提高燒結(jié)生產(chǎn)率和改善燒結(jié)礦質(zhì)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(tǒng)的運(yùn)行成本。

循環(huán)系統(tǒng)投入使用后，在保證燒結(jié)機(jī)料面上方煙罩微負(fù)壓的狀態(tài)下，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持350 r/min，風(fēng)門開度20%，使燒結(jié)外排煙氣量減少了10%～15%；循環(huán)熱廢氣到達(dá)燒結(jié)機(jī)料面時(shí)的溫度在150 ℃左右，熱廢氣通過燒結(jié)料層時(shí)可降低燒結(jié)固體燃料的消耗。

6 結(jié)論

（1）不銹鋼265 m2燒結(jié)機(jī)通過穩(wěn)定燃料破碎粒度、提高混合料溫度、厚料層燒結(jié)、煙氣循環(huán)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(jié)機(jī)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(nèi)，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。