晉鋼燒結(jié)廠降CO排放操作實踐
陳彥勝 陳超峰
摘要：本文介紹了230㎡燒結(jié)機脫除CO的操作實踐，為實現(xiàn)全面降低晉鋼燒結(jié)機機頭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，2018年8月河北武安印發(fā)《武安市鋼鐵企業(yè)一氧化碳排放專項整治實施方案》。2018年8月河北邯鄲市印發(fā)《邯鄲市鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機機頭一氧化碳治理和高爐、轉(zhuǎn)爐放散管控方案》。2018年11月國家環(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。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)機的規(guī)模為2×230㎡帶式燒結(jié)機，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，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）?？梢詫崿F(xiàn)SO2排放濃度≤5mg/Nm3，粉塵排放濃度≤5mg/Nm3， NOX排放濃度≤35mg/Nm3的“超凈排放”指標(biāo)。共建設(shè)單獨兩套脫硫脫硝除塵裝置，采用一級風(fēng)機的布置方式，燒結(jié)機工藝流程：燒結(jié)機→燒結(jié)機機頭電除塵器→燒結(jié)主抽風(fēng)機→脫硫反應(yīng)塔→脫硫布袋除塵器→脫硫引風(fēng)機→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→煙囪排放。兩套脫硫共用一個排放口。
3 降CO采用的工藝技術(shù)措施
為了加強燒結(jié)CO排放控制，采用了加強臺車封閉，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。高空速比，可以達(dá)到12000h-1，使用量低，燒結(jié)機煙氣采用利用現(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。
3.2燒結(jié)機運行參數(shù)及CO排放指標(biāo)
|
序號 |
參數(shù) |
代號 |
單位 |
數(shù)據(jù) |
|
1 |
燒結(jié)機數(shù)量 |
n |
|
1 |
|
|
燒結(jié)機規(guī)模 |
m2 |
|
230 |
|
2 |
煙氣流量（工況、濕基、實際氧） |
Q0 |
m3/h |
1560000.00 |
|
3 |
當(dāng)?shù)睾０胃叨?/p> |
|
m |
500.00 |
|
5 |
引風(fēng)機出口煙氣溫度 |
T |
℃ |
130~150 |
|
6 |
煙氣中的水含量 |
Wv |
vol％ |
15.00 |
|
7 |
煙氣中的O2含量（濕基） |
O |
vol％ |
16.00 |
|
8 |
基準(zhǔn)氧含量 |
O |
% |
16.00 |
|
9 |
NOX進(jìn)口濃度（標(biāo)況、干基、基準(zhǔn)氧） |
|
mg/Nm3 |
400.00 |
|
10 |
NOX出口濃度（標(biāo)況、干基、基準(zhǔn)氧） |
Cout |
mg/Nm3 |
50.00 |
|
11 |
入口粉塵濃度 |
|
mg/Nm3 |
10.00 |
|
12 |
氨逃逸率 |
X |
ppm |
3.00 |
|
13 |
一氧化碳初始濃度 |
|
mg/Nm3 |
10000.00 |
|
14 |
一氧化碳出口濃度 |
|
mg/Nm3 |
4000.00 |
|
15 |
脫除效率 |
|
% |
≥60 |
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
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，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，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。
4.2催化劑設(shè)計特性
型號：板式特殊工藝負(fù)載多種金屬氧化物的燒結(jié)機減排一氧化碳的一氧化碳專用催化劑。
安裝位置：脫硝反應(yīng)器底部最下層
層高：3m
單臺燒結(jié)機一氧化碳專用催化劑設(shè)計參數(shù)：
|
參數(shù) |
單位 |
輸入數(shù)據(jù) |
|
|
1 |
燒結(jié)機數(shù)量 |
|
1 |
|
2 |
煙氣流量（標(biāo)況、濕基、實際氧） |
Nm3/h |
1083870.59 |
|
3 |
當(dāng)?shù)睾０胃叨?/p> |
m |
500.00 |
|
4 |
煙氣壓力 |
Pa |
95783.33 |
|
5 |
煙氣溫度 |
℃ |
280.00 |
|
6 |
煙氣中的水含量 |
vol％ |
15.00 |
|
7 |
煙氣中的O2含量（濕基） |
vol％ |
16.00 |
|
煙氣中的O2含量（干基） |
vol％ |
18.82 |
|
|
8 |
基準(zhǔn)氧含量 |
% |
16.00 |
|
9 |
初始CO濃度（標(biāo)況、干基、基準(zhǔn)氧） |
Mg/Nm3 |
10000 |
|
10 |
CO排放濃度含量（標(biāo)況、干基、基準(zhǔn)氧） |
Mg/Nm3 |
<4000 |
|
11 |
催化劑脫除效率 |
% |
60% |
|
12 |
空速 |
Nm3/(m3·h) |
6926 |
|
13 |
催化劑方量 |
M3 |
156.492 |
|
14 |
催化劑孔數(shù) |
|
25 |
|
15 |
催化劑孔徑 |
mm |
5.10 |
|
16 |
孔內(nèi)流速（工況、濕基、實際氧） |
m/s |
4.50 |
|
17 |
催化劑使用壽命（化學(xué)） |
h |
24000 |
|
18 |
催化劑使用壽命（機械） |
h |
55000 |
|
19 |
初裝層數(shù) |
層 |
1 |
|
21 |
初裝模塊數(shù) |
塊 |
84 |
|
22 |
模塊尺寸 |
mm |
1910*960*1350 |
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，催化劑設(shè)計盡可能的降低壓力損失。
4.3 運行要求
運行適應(yīng)性：為了與燒結(jié)機脫硝的運行模式相協(xié)調(diào)，在燒結(jié)機負(fù)荷調(diào)整時有良好的適應(yīng)特性；且不影響燒結(jié)機現(xiàn)有工藝及現(xiàn)有燒結(jié)機脫硫脫硝工藝。
4.4操作過程
4.4.1第一次調(diào)試
燒結(jié)機脫硝劑層加裝脫除一氧化碳催化劑項目，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，同步單臺機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，運行時間約8個小時后發(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。后應(yīng)廠家要求將溫度提到320℃再運行6個小時，還是不起作用，判定催化劑失效。
催化花季投運后數(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CO催化劑9月5日開始到貨，整體先安裝于1#230㎡燒結(jié)機，安裝工作于9日早上更換完成，脫硫啟動，1#230㎡燒結(jié)機于當(dāng)日下午開機生產(chǎn)，剛開始時CO脫除效率能達(dá)到70%，溫升在25℃左右，但是運行一天多以后，效率下降至30%多，溫升也在10℃多點，效果不理想，運行3天以后數(shù)據(jù)已無變化，判定催化劑再次失效。
4.4.3第三次調(diào)試
10月8日廠家再一次出具了正式的《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，同時調(diào)整噴氨裝置位置，催化劑和噴氨格柵備件到貨后，內(nèi)部進(jìn)行催化劑更換，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)機大煙道頭部3個風(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)機輸送至煙氣循環(huán)罩；同時環(huán)冷機Ⅲ段、Ⅳ段廢氣經(jīng)循環(huán)風(fēng)機增壓引入煙氣循環(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)機料面上方設(shè)置有密封煙罩，煙罩覆蓋在臺車欄板兩側(cè)，煙罩覆蓋臺車欄板500mm高度（臺車欄板高800mm），自點火后采用密封罩至燒結(jié)機尾部。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)機料層，不會出現(xiàn)煙氣外溢現(xiàn)象。在燒結(jié)煙罩上方設(shè)置補氧閥門，燒結(jié)煙氣含氧量不滿足燒結(jié)要求時需要進(jìn)行補氧。
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，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
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)裝置實現(xiàn)降低固體燃耗和NOx排放量的目標(biāo)、同時富氫噴吹有利于實現(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5.1。
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臺燒結(jié)富氫項目。項目從2022年6月25日開工建設(shè)，2022年11月底竣工。建成投運后，噸燒結(jié)礦減少固體燃料消耗約0.9至1.3kg，4臺燒結(jié)機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)投入運行，晉鋼集團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，每日公布三個穩(wěn)定率曲線，曲線不平穩(wěn)必須做好專項分析，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)驗與不足
9.1 降CO的經(jīng)驗
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)路線做了驗證，為今后再進(jìn)行同類型試驗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)行三次試驗最終未能實現(xiàn)CO排放大幅度降低，相同工藝同行業(yè)改造項目成功經(jīng)驗不足，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，需要多項措施同步實施，才能具備顯著的效果。通過各種措施的落實，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，達(dá)到了預(yù)期的效果。
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