【技术前沿】浅谈新金钢铁烧结减排的新举措
本文主要介绍新金钢铁烧结厂在烟气减排方面采取的一些措施，主要讲述从入机原料、工艺管控以及烟气治理等几个方面入手，最大限度降低烟气中碳、硫、氮和粉尘的含量，达到减排的目的。
1、前言
2020年9月22日，中国政府在第七十五届联合国大会上提出：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”
随着国家管控力度的加大，各大企业都面临节能减排的压力，新金钢铁在此过程中秉承“环保达标，绿色生产”的理念加大节能减排的力度，特别是烧结厂作为整个生产链条的源头，承担的环保压力是最大的，为了能达到国家要求的排放标准，烧结厂组织骨干人员成立了攻关小组，向这个课题发起了挑战。
2、现状分析
2.1目前新金烧结机料层厚度控制在730mm，机速控制在2m/min-2.12m/min，混合料水分控制在7.5%-7.8%，采用板式松料器和拖式平料器。此生产模式下提高料层会导致机尾烧不透，夹带生料。薄料层烧结转鼓达不到公司制定的75.7%的要求，长期处于刚达标状态。为保证烧结矿转鼓强度，只能采取高碳操作，亚铁升高，烧结矿还原性偏低，违背了烧结工艺控制理念。
2.2混合料过松料器松料后，再经过风箱抽风后料会抽瓷，为保证机尾不夹带生料，只能控制低负压操作。烧结以风为纲，负压降低意味着风量的不足，影响整个烧结过程。
2.3目前国家要求的排放标准是颗粒物10mg/m³，二氧化硫35mg/m³，氮氧化物50mg/m³，一氧化碳4000mg/m³，烧结厂烟气排放基本处于临界值，最初的做法是简单的控负荷，减低产量来控制烟气的排放量，但长此以往，烧结产能得不到最大发挥，能耗造成严重浪费。为了解决这一问题，烧结厂技术骨干人员成立技术攻关小组，集思广益制定了几条可行性措施，分别为严控原料入机硫、氮含量，工艺技改和管控等几个方面。
3、采取的措施
3.1 严控原料入机硫、氮含量
烧结过程是一个氧化过程，烟气中的二氧化硫和氮氧化物全部都是由原料中带入进去，最直接最有效的办法是控制好原料中的硫和氮含量。根据元素守恒定律和理想气体方程式可以简单推算出原料中的硫和氮含量对烟气中二氧化硫和氮氧化物的影响。故此为降低烟气中二氧化硫和氮氧化物的含量，在配料过程中减少原料中硫和氮的带入。硫元素主要由国内精粉带入，为此结合供应寻找低硫精粉，结合脱硫进口硫含量来增配精粉量，确保脱硫进口硫控制在1000mg/m³。氮元素主要是燃料中带入，燃料挥发分越高，带入的氮元素越高，前期烧结用洗精煤，挥发分一般在6%左右，为降低氮元素带入，选择用全焦粉烧结，目前用的焦粉挥发分一般在2%左右，并且焦粉热值和固定碳较洗精煤高，故用上全焦粉烧结后烧结矿燃耗由52Kg/T降低到49Kg/T。用全焦粉烧结后，脱销进口氮氧化物由220mg/m³降低到200mg/m³。
3.2 工艺技改和管控
3.2.1 降低混合料水分
烧结料层中水分蒸发冷凝取决于气相中水蒸汽实际分压和饱和蒸汽压大小。烧结过程中，水分蒸发在预热干燥带进行，烧结点火开始水分受热蒸发转移到废气中，废气中水蒸汽实际分压不断提高。烧结过程中，当含有水蒸汽的热废气穿过下部冷料时，废气将大部分热量传递给冷料，而废气自身温度大幅度下降，使物料表面饱和蒸汽压也不断下降。导致水蒸汽冷凝成水形成过湿层，增加了气流通过的阻力。原始混合料水分越高，形成的过湿层越厚，阻力越大，料层透气性越差，料层厚度越低。
前期烧结生产混合料水分一般控制在7.5%-7.8%，为提高混合料料层，下调0.5%混合料水分，控制在7%-7.3%，调整前后数据对比，如表1所示。
表1 水分调整前后数据对比
混合料水分降低后，料层厚度提升了30mm，稳定生产期间燃料配比从4.9%下调至4.8%，初步实现低水低碳，厚铺慢转的烧结原则。
3.2.2 改造松料器和平料器
烧结机原来用的松料器为板式松料器，平料器用拖式平料器，此结构适应薄料层生产，但对于厚料层烧结来说，严重影响了料层透气性，制约了料层的提高，为解决这一问题，利用检修机会对松料器和平料器进行了改进，松料器改成阶梯式多功能松料器，并通入蒸汽，如图1所示。平料器改成板式平料器，确保料面平整，如图2所示。改造完成投产后烧结料层提高到800mm，如图3所示。生产数据对比如表2所示。
松料器主要由上下二排可以灵活组装的三分钢管组成，底排松料器距离台车篦条200mm高，距离两侧栏板300mm宽两排钢管纵向间距 250 mm，底层设计11根圆管，上层设计10根圆管，形成梯形，松料器固定安装于九辊布料器落 料点与点火器前端之间的干燥段，沿台车运行方向平行布置。松料器的作用主要是通过钢管在烧结料层断面 中产生规则孔隙，减小料层抽风阻力，增加有效抽风量，从而起到改善气流分布、提高料层透气性的作用。
平料器主要由一块竖板和两根螺杆组成，固定在松料器和点火器中间位置，螺杆的目的在于能灵活调整料层厚度，平料器的作用主要是通过竖板把经过松料器后形成的不平整料层刮平，使料面平整，厚度均匀，从而起到改善烧结过程中气流分布不匀，垂直燃烧速度不统一的作用。
图1 板式松料器改造阶梯式多功能松料器
图2 板式平料器
图3 料层提高到800mm
表2 改造前后数据对比
通过数据对比，此项技术改造后整体烧结矿质量、燃耗均向好发展。转鼓提高0.2%，燃耗降低6kg/t。
3.2.3 料面喷吹蒸汽
烧结料面喷吹蒸汽降低一氧化碳排放量目前是政府鼓励企业投入的一项新举措，笔者预测，随着技术的成熟，料面喷吹技术将成为烧结机的标配。水蒸汽可参与烧结中碳的燃烧过程，其化学反应为：
C+nH2O(g)+O2=CO2+nH2O(g) (1)
式（1）中左边的H2O来自料面上部，与炽热烧结矿换热后参与汽化吸热反应，右边的来自吸热反应产物H2和O2的反应。新金钢铁烧结厂利用检修机会整体铺设管道，在烧结段料面上部铺设共8排蒸汽管道，蒸汽喷嘴距离烧结料面150mm，两个蒸汽喷嘴间距300mm，如图4所示。蒸汽管道压力需保证在4公斤以上。在料面喷吹蒸汽的作用主要是水蒸汽在高温状态下分解成H2和O2，增强烧结过程中氧化氛围，使燃料充分燃烧，降低CO排放量，并且水蒸汽在烧结过程中起到助燃的作用，加快了垂直燃烧速度，对提高产量有一定的帮助。通过对料面喷吹蒸汽，烧结烟气含量进行检测对比，得出料面喷吹蒸汽后一氧化碳排放量明显降低，颗粒物、二氧化硫、氮氧化物也有不同程度降低。数据如表3所示。
图4 料面喷吹蒸汽装置
表3 料面喷吹蒸汽前后对比
4、结语
1）优化配矿后，烧结脱硫进口硫含量控制到了1000mg/m³，进口氮氧化物含量下降20mg/m³；
2）混合料水分由7.5%-7.8%降低到7%-7.3%后，烧结料层从730mm提高到了760mm。燃料配比从4.9%降低到了4.8%；
3）松料器和平料器改造后，烧结料层提高到了800mm，燃料配比从4.8%降低到4.2%，烧结转鼓提高0.2%，内返降低2%配比；
4）料面配吹蒸汽后，烟气中一氧化碳含量降低了350mg/m³，颗粒物、二氧化硫、氮氧化物也有不同程度降低。