罗凯成，徐彩龙，李金辉，邓军平，于 阳

( 江阴兴澄特种钢铁有限公司，江苏 江阴 214400)

摘要: 烧结作为长流程钢铁行业生产中的重要组成部分，生产过程会排放出大量的含有 SO₂、NO_x、粉尘等污染物的烟气，是钢铁行业环境治理的重要对象。兴澄特钢烧结分厂秉承源头削减、过程控制和末端治理的理念，在烧结全流程中通过控制高硫精粉比例，配加全焦粉和氧化铁皮，从源头上减少 SO₂，NO_x的生成; 通过减少设备漏风、防止内循环系统的串风振动、改进脱硫脱硝烟温换热器，控制烟气中的氧含量; 将碱度控制在 1．9 以上，保持高碱度烧结，控制焦粉中小于 0．5 mm 的粒度比例，并积极利用烟气内循环系统，减少烧结过程中污染物排放; 采用电除尘和活性焦一体化脱除系统，从末端完成污染物的控制，烧结烟气中 SO₂、NO_x 和粉尘排放指标分别为 4 mg /m3 、41 mg /m3 和 2 mg /m3 ，全部达到了国家钢铁行业大气污染物超低排放的标准。

关键词: 烧结; 减排; 全流程; 末端治理; 活性焦; 焦粉

0 引言

目前，我国高炉入炉使用的含铁原料大部分是熟料，其中烧结矿占到 70% 以上。烧结生产过程中需处理大量矿石、燃料、熔剂等物料，所排放的废气量占到钢铁行业总废气量的 40% ，其中 SO₂、NO_x、粉尘等排放均居钢铁行业首位^［1－3］。生态环境部等五部门联合发布的《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》指出，烧结烟气中 2、x、粉尘排放限制分别为 35 mg /m³、50 mg /m³、10 mg /m³，要求在2025 年前，重点区域钢铁企业基本完成超低排放改造^［4］。环保政策十分严格，烧结若超标排放将被限产甚至停产，直接影响到企业的运行。

烧结烟气治理迫在眉睫，但对具有产量大、波动大、温度低等特点的烧结烟气来说，只依靠末端治理来实现超低排放，前期成本和运维成本较高。兴澄特钢烧结分厂在 400 m² 烧结上采取源头削减、过程控制、末端治理协同的全流程减排方式，从根本上减少污染物的排放。

1 源头削减

烧结生产过程中需处理大量的铁矿粉、燃料、熔剂和钢铁企业生产中的其它可回收物料。根据质量守恒原理，烧结烟气中 SO₂、NO_x、粉尘等污染物主要来自于物料与物料之间，物料与大气进行的物理和化学反应。因此想要降低烧结烟气中的污染物，从物料这一源头上消减是重点。

1．1 高硫精粉比例控制

根据 400 m² 烧结使用的物料配比，以脱硫效率85% 计算得出烟气中硫来源。如表 1 所示，烟气中矿石产生的硫占44% ，焦粉占46% ，熔剂只占10% 。表明烧结过程中生成的 SO_x 主要来源是矿石和固体燃料，这与研究结果相符^［5］。矿石中 S 含量的高低影响着矿石的价格，考虑到性价比的问题，兴澄特钢使用的国产精粉中硫含量略高，进口精粉中硫含量略低。如表 2 所示，国产精粉中的 S 含量可达到进口矿粉的 4 倍，差异明显。因此，在烧结配矿中国产精粉的比例需严格控制。

兴澄特钢利用身处长江的地理优势，结合自身需求，配矿时以进口铁矿粉作为主矿，少用甚至不用高硫精粉，如表3所示。采取以上配矿方案，从矿石源头上减少了 8% SO₂ 的产生。

1．2 燃料结构优化

烧结生产中常用的固体燃料主要有焦粉、煤粉。烧结固体燃料中的氮主要是有机氮。煤中的氮和碳氢化合物结合成氮的杂环芳香族化合物或链状化合物，此类化合物在烧结过程中容易受热分解出来。烧结过程烟气中的 NO_x 主要为燃料型，源自于固体燃料的燃烧^［6］。从表4可知，本厂现有的不同品种燃料 N 含量差异巨大。根据兴澄特钢的生产实际，建立燃料含 N 化验机制，确立燃料使用结构模型，源头治理可减少 NOx 产生量达 25% 以上。

1．3 氧化铁皮配加

氧化铁皮是轧钢时在钢锭表层氧化形成的脱皮物，其含铁达 70% ～ 80% ，杂质少，属于较为优质的含铁原料。氧化铁皮中所含有的 FeO 在烧结过程中会与空气氧化放出大量热。根据式( 1) ，按 1 kg氧化铁皮中 FeO 含量为 72% 计算，完全氧化后放出的热量相当于 0． 05 kg 中等质量的焦粉燃烧放出的热量。

FeO + 1 /4O₂ = 1 /2Fe₂O₃ 

△H = － 140．17 kJ/mol           ( 1)

因此在烧结原料中配入一定比例的氧化铁皮，可以替代一部分的焦粉，从而减少焦粉所产生的 SO₂ 和NO_x。同时降低了固体燃料消耗，实现节能降耗与环保减排的双重收益。400 m² 烧结轧在混匀矿中配入7% ～9%的氧化铁皮后固体燃耗降低了 1 kg /t，按照燃料中 S、N 含量 0．88%、0．97% 计算，每吨烧结矿SO₂ 排放减少 0．008 8 kg、0．009 7 kg。

2 过程控制

烧结烟气中污染物的生成浓度受燃料粒度、燃烧温度、烧结气氛等因素的影响，通过这些参数可以抑制烧结中 NO_x 的生成，进而降低烧结烟气中 NO_x浓度。有研究表明，随着氧含量的增加，烧结烟气中的 NO_x 释放速率增快，浓度增加^［7］。同时烟气氧含量增加也会影响后续末端烟气 NO_x 脱除的能力。

(1) 烟气内循环参与减排。400 m² 烧结机有一套烟气内循环系统，其基本原理是将烧结机头部4 个风箱和后部 2 个风箱的烟气返回到烧结机料面继续参与烧结，减少了后续烟气处理量。机头与机尾烟气混合后可达到 120 ℃，热烟气为烧结提供了一部分热量，可以减少固体燃料消耗。兴澄特钢在生产实践中摸索出了一套防止串风震动的专有操作方法，实现了循环风量在总风量中的比例长期稳定在 25% 以上。使用烟气内循环系统后，400 m² 烧结固体燃耗降低了 1 kg /t，进而减少了 SO₂、NO_x 等污染物的排放。同时烟气内循环系统将机头机尾含氧量大的烟气循环利用，起到了稳定烧结烟气中氧含量的作用。

( 2) 优化改进脱硫脱硝烟温换热器类型，基本消除了通过兑冷风调节脱硫脱硝入口烟气温度的传统方式。

(3) 减少漏风。400 m² 烧结机头与机尾的密封板在长期运行后，形成磨损和破洞，造成烧结机漏风量增大，烟气中氧含量增加。尤其在台车栏板存在螺栓松动的情况下，边缘漏风加重。对此，加强设备维护，在检修时修复或更换机头机尾密封板，减少漏风量; 增加栏板螺栓防松装置，防止栏板外扩，减少边缘漏风; 通过改型篦条降低边缘效应。

(4) 烧结混匀料中含有较多的大尺寸石块，大石块容易造成烧结布料闸门堵塞，导致烧结机料面拉沟，破坏烧结的稳定性，增加漏风量，使烟气中氧含量升高。对此开展技改工作，在配料室铁料圆盘下料处增加格栅，筛除其中的大块; 同时定期清理原料厂的大石块，减少源头输入; 严格控制泥辊仓仓位，要求正常生产仓位波动不得超过 ± 5 t，保证给料稳定性。

采取以上措施后，烧结烟气中的含氧量如图1 所示，从 16% 降至了 14% ，为烟气排放达标提供了有效保证。

(5) 控制燃料粒度。焦粉的粒度大小对烧结烟气中 NO_x 的生成和浓度有较大影响。有关研究表明，焦粉中 0．5 mm 以下粒度占比高时，气流会将粒度过细的焦粉从物料上部带至下部，从而降低烧结矿强度。同时细焦粉燃烧过快，温度保持时间短，难以在自身周围建立起成块的烧结矿，造成烧结矿质量下降，从而增加烧结固体燃料消耗^［8］。燃料中0．5 mm以下粒度占比增加时，N 向 NO_x 的转化率升高，造成烧结烟气中氮氧化物含量增加^［9］。兴澄特钢生产实践表明，焦粉中小于 0．5 mm 的粒度占比增加 2% ，烧结固体燃耗增加 1 kg /t，进而增加烟气中的 SO₂、NO_x含量，因此控制焦粉中小于0． 5 mm的粒度比例对减少污染物排放有较大意义。

400 m² 烧结使用四辊破碎机对焦粉进行破碎，严格控制对辊间隙在 1 ～ 2 mm，焦粉破碎前后粒度组成如表 5 所示。结合原料条件，要求焦粉中粒度＜ 0． 5 mm的比例控制在 20% 以下。目前，正在技改焦粉预筛分设施，以进一步降低燃料过破碎。

(6) 保持高碱度烧结。铁酸钙在烧结过程中可以起到催化剂的作用，促进 NO_x 还原成 N₂，减少烟气中 NO_x 含量。高碱度是铁酸钙产生的必要条件，铁酸钙含量随着碱度的升高而增加^［10］。结合高炉的碱度要求，400 m² 烧结应将烧结矿碱度控制在1． 9以上。

3 末端治理

经过源头削减与过程控制的结合治理后，烧结烟气中 SO2、NOx 含量与 NOx 含量分别下降 26%、28% ，减排效果明显，如表6所示。后续进行末端治理，以达到烟气超低排放的标准。

3．1 重力除尘 + 电除尘治理

烧结烟气中含有大量的粉尘，其浓度可达10 g /m³，如果不经处理外排，不但污染环境还会对烧结设备造成损害，影响生产的正常进行。400 m²烧结采用重力除尘与电除尘串联组合治理机头烟气粉尘。烧结烟气先经过重力除尘，去除其中粒度较粗的颗粒，将其通过皮带运输返回到配料仓中，重新参与烧结过程，实现物料循环使用。经重力除尘处理后的烟气进入到电除尘器中，在电场作用下，粒度较细的粉尘颗粒被收集起来。重力除尘 + 电除尘组合除尘效果如表 7 所示，粉尘减排效果显著。

3．2 活性焦一体化脱除处理

烧结烟气末端处理的方法有很多，包括石灰 － 石膏法脱硫 + 低温 SCR脱硝法、半干法脱硫 + 低温SCR 脱硝法、活性焦一体化脱除法等^{［11，12］}。兴澄钢铁烧结根据自身情况，采用了逆流式活性焦一体化脱除工艺，该工艺具有污染物脱除效率高、系统占地面积小、耗水量少、副产品可回收的优点。其基本工艺流程为活性焦从吸收塔顶部装入，物料向下运动， 而烧结烟气从下往上运动，烟气与活性焦充分接触，完成 SO₂ 吸附，并与氨气反应以脱除 NO_x ; 吸附着SO₂ 的活性焦进入吸附塔完成解析，解析后的烟气可生产浓度硫酸，实现 SO₂ 回收。活性焦的粒度组成、物理强度、脱除率等对污染 物的脱除效率有较大影响。活性焦粒度组成影响烟气的通过，过粗时颗粒间隙大，烟气通过速度过快，吸附与反应的时间短，脱除率降低; 活性焦过细时，颗粒间透气性差，吸附效果差，烟气难以通过，还容易产生二次粉尘。表 8 为 400 m² 烧结生产用活性焦粒度组成。活性焦中 8 ～ 9 mm 粒度比例应当在95% 以上，为保证解析后的活性焦再次入吸附塔的粒度满足要求，设置预筛分，去除小于 3 mm 的活性焦。

活性焦从吸附塔顶部移动到底部有近 40 m的落差，在移动过程中颗粒与颗粒之间，颗粒与设备之间因摩擦、碰撞、挤压会形成粉末。粉末状的活性焦吸附效果很差，并且容易附着在完整的颗粒上而抑制其吸附能力。同时粉末状活性焦容易燃烧，堆积在吸附塔中形成高温点，进一步抑制脱除能力。因此活性焦的物理强度需要满足一定要求，才能保证烟气中污染物的脱除效果。400 m² 烧结严格管控外购活性焦的质量，使用的活性焦强度要求如表 9所示。

运行三年来，活性焦系统相继进行了一系列改造，比如增压风机风量调整由动叶改为变频方式、脱硫剂预喷技术改造、吸附塔耙子料量稳定控制技术革新、链斗机全流程受卸料点粉尘筛除改造等，确保了系统风压流速的稳定，精准控制入口二氧化硫的浓度，最大化地利用活性焦的吸附能力，彻底筛除活性焦中的粉尘，有力保障了系统的稳定达标排放，烟气中 SO₂、NO_x 和粉尘排放量分别为 4 mg /m³、41 mg /m³ 和 2mg /m³ 。

4 治理效果

通过综合源头削减、过程控制和末端治理这一方式，400 m₂ 烧结烟气中主要污染物排放情况如表10 所示。经过处理后的烧结烟气中 NO_x、SO₂ 和粉尘脱除率分别为 82%、99% 和 91%，均达到了钢铁行业大气污染物超低排放标准。

5 结语

兴澄特钢在源头上少用高硫精粉，使用全焦粉和配加氧化铁皮; 在烧结过程采取控制烟气氧含量和焦粉细粒级比例，保持高碱度烧结，运用烟气内循环系统的方法，烟气中 NO_x、SO₂分别减少了28%，26% ; 在末端采用重力除尘+电除尘治理粉尘，活性焦一体化脱除处理方式。通过全流程减排，排放的烟气中 SO₂、NO_x 和粉尘含量分别为 4mg /m³、41mg /m³ 和 2mg /m³，实现了超低排放。

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