鋼鐵企業(yè)一氧化碳減排技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

辛景昌，柴海強(qiáng)

（新興鑄管股份有限公司能源環(huán)保部，河北 武安 056300）

0 引言

近年來，隨著各地大氣污染防治工作的不斷深入，常規(guī)大氣污染物得到有效治理，環(huán)境空氣質(zhì)量不斷好轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，一些非常規(guī)污染物逐漸被引起關(guān)注，一氧化碳主要來自燃料的不完全燃燒，對(duì)人體有害，能與血紅蛋白結(jié)合進(jìn)入血液，導(dǎo)致人體缺氧，危害人類健康。2012 年國家出臺(tái)規(guī)定，將用空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）替代原有空氣污染指數(shù)（API）。參與空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)的主要污染物為細(xì)顆粒物、可吸入顆粒物、二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳等6 項(xiàng)。2018 年施行的《環(huán)境保護(hù)稅法》中明確將廢氣中的一氧化碳污染物納入征稅對(duì)象。鋼鐵行業(yè)是一氧化碳排放的主要來源之一，開展鋼鐵行業(yè)一氧化碳治理，有效控制一氧化碳排放，對(duì)持續(xù)改善大氣環(huán)境質(zhì)量非常重要[1-3]。本文重點(diǎn)介紹新興鑄管股份有限公司應(yīng)用的一氧化碳減排技術(shù)及控制措施。

1 鋼鐵企業(yè)所排放的CO 主要來源

1）燒結(jié)機(jī)、高爐熱風(fēng)爐、軋鋼加熱爐、石灰窯、自備電廠燃燒過程中煤、焦炭、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣不完全燃燒產(chǎn)生的一氧化碳。

2）高爐上料均壓放散、高爐休風(fēng)放散、轉(zhuǎn)爐非回收期放散、軋鋼加熱爐反吹煤氣等生產(chǎn)作業(yè)過程所排放的一氧化碳。

3）高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣在沒有下游煤氣用戶的情況下，煤氣放散排放的一氧化碳，如鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機(jī)停機(jī)、石灰窯停產(chǎn)、自備電廠檢修等。

2 一氧化碳減排技術(shù)應(yīng)用

2.1 燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)

工藝介紹：選取燒結(jié)機(jī)前三個(gè)與后三個(gè)風(fēng)箱煙氣經(jīng)過多管除塵與循環(huán)風(fēng)機(jī)回到燒結(jié)機(jī)臺(tái)車料面頂部。

在抽風(fēng)燒結(jié)過程中少量的一氧化碳未能來得及燃盡即被氣流帶走，而煙氣循環(huán)工藝可以將這部分一氧化碳通過二次燃燒燃盡，一方面可以減少一氧化碳的排放，另一方面可利用其潛熱，減少固體燃料的消耗。燒結(jié)煙氣含量低，SO2含量高，直接將煙氣進(jìn)行循環(huán)燒結(jié)，勢(shì)必對(duì)燒結(jié)礦的產(chǎn)量及質(zhì)量產(chǎn)生影響。但燒結(jié)機(jī)的煙氣各段的成分差異較大，作為參與循環(huán)的煙氣要求含氧量高，CO 含量高，NOx含量高，SO2含量低，且需綜合考慮煙氣溫度等因素，這樣才不至于對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)造成大的影響，同時(shí)有利于降低污染物排放[4]。參與循環(huán)的煙氣如圖1 所示。

圖1 參與循環(huán)的煙氣

治理效果：煙氣循環(huán)完成后，ρ（CO）由原有15 000 mg/m3減少到5 000 mg/m3，NOx出口質(zhì)量濃度減少20%。

2.2 燒結(jié)料面噴蒸汽

工藝介紹：在燒結(jié)料面噴吹水蒸氣，促使CO 和O2生成CO2的反應(yīng)速度加快，使其用同樣數(shù)量的燃料產(chǎn)生更多的熱量，起到降低燃料消耗和一氧化碳排放的效果。燒結(jié)料面噴吹蒸汽系統(tǒng)包含蒸汽主管道、布置于燒結(jié)料面的蒸汽管道、切換閥、蒸汽調(diào)節(jié)閥、除濕裝置等部分，該蒸汽噴吹系統(tǒng)與煙氣循環(huán)系統(tǒng)協(xié)同降低燒結(jié)一氧化碳含量。蒸汽溫度在150 ℃±20 ℃，蒸汽主管壓力達(dá)到0.2 MPa 以上。

治理效果：燒結(jié)固體燃耗降低0.5～1.0 kg/t。

2.3 燒結(jié)富氧點(diǎn)火

工藝介紹：由制氧廠提供體積分?jǐn)?shù)為99%以上的氧氣，經(jīng)輸送管道、減壓閥、調(diào)節(jié)閥送至助燃風(fēng)管道，助燃管道中的氧氣和助燃空氣混合，形成所需要的富氧助燃?xì)猓谎踔細(xì)庵笑眨∣2）為21%～22.8%；將高爐煤氣再與富氧助燃?xì)獍疵簹夂透谎踔細(xì)獾馁|(zhì)量比為1∶（0.7～1.2）的比例混合后點(diǎn)火；富氧燒結(jié)點(diǎn)火能夠促進(jìn)燃燒完全，減少燃燒后的廢氣量，降低燒結(jié)點(diǎn)火能耗和減少CO 的排放量，通過提高點(diǎn)火助燃空氣和抽入料層空氣的含O2量，從而改善燃燒條件，增強(qiáng)料層氧勢(shì)，使燃料燃燒效率更高，燃燒更加充分，產(chǎn)生的一氧化碳更少。

治理效果：固體燃料消耗降低0.30 kg/t，煤氣單耗下降0.15 m3/t。

2.4 高爐均壓放散回收

工藝介紹：爐頂料罐均壓放散煤氣全回收裝置（強(qiáng)制回收）布置在現(xiàn)有放散系統(tǒng)旁，增加均壓煤氣回收閥及管道，回收管道引至均壓煤氣除塵系統(tǒng)，在回收管路上設(shè)置全回收引射器裝置，回收閥打開后，荒煤氣通過回收管路、引射器，進(jìn)入利舊除塵布袋箱體中，前期依靠料罐壓力對(duì)煤氣進(jìn)行自然回收，后期殘余低壓煤氣則通過開啟引射閥，使煤氣經(jīng)過引射器強(qiáng)制回收到布袋除塵器當(dāng)中。待料罐內(nèi)壓力降至上密封閥可開啟時(shí)（約3 kPa），關(guān)閉回收系統(tǒng)回收閥門，停止引射。打開上密封閥，執(zhí)行正常裝料程序。全回收系統(tǒng)投入后，則不需要開啟原有放散系統(tǒng)。引射器氣源采用高壓凈煤氣，布置在利舊干法箱體區(qū)域。

治理效果：實(shí)現(xiàn)均壓煤氣放散全回收，減少煤氣放散200 m3/h。

2.5 高爐休風(fēng)放散回收

工藝介紹：在高爐現(xiàn)有干法布袋除塵后端減壓閥組區(qū)域的原干法布袋除塵器高壓凈煤氣出口增加引射裝置及其附屬設(shè)施，將整個(gè)休風(fēng)過程中產(chǎn)生的煤氣，經(jīng)過現(xiàn)有重力除塵器和布袋除塵器凈化后，再送入低壓煤氣管網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)保減排和資源回收再利用；利用氮?dú)庾鳛橐溲b置引射動(dòng)力氣源，首先將高爐休風(fēng)時(shí)的煤氣從調(diào)壓閥組前引出，并通過原調(diào)壓閥后切斷閥門組對(duì)低壓凈煤氣管網(wǎng)進(jìn)行切斷，經(jīng)過休風(fēng)引射裝置進(jìn)入低壓管網(wǎng)，利用原干法除塵器1～2 個(gè)罐體進(jìn)行粉塵過濾，達(dá)到煤氣回收目的[5]。其控制系統(tǒng)采集了引射器閥門開關(guān)量、休風(fēng)放散閥門開關(guān)量、休風(fēng)放散回收流量、休風(fēng)放散管道壓力等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了任意參數(shù)在同界面（坐標(biāo)系）的組合查詢。

治理效果：休風(fēng)放散能夠?qū)崿F(xiàn)2 300 m3/h 的煤氣回收量。

2.6 軋鋼加熱爐煤氣反吹

工藝介紹：雙蓄熱式加熱爐在生產(chǎn)過程中，蓄熱室放熱時(shí)，燃料煤氣進(jìn)入蓄熱室內(nèi)，伴隨閥門切換關(guān)閉，會(huì)殘留少量CO，通過反吹煤氣回收改造，將蓄熱室內(nèi)殘留CO 吹入爐內(nèi)燃燒，從而避免跟隨煙氣外排[6]。系統(tǒng)建立了完善的反吹系統(tǒng)功能，采集了加熱爐煤氣耗量、反吹風(fēng)機(jī)風(fēng)量、反吹風(fēng)機(jī)頻率、支管流量及閥門開關(guān)量、排放口CO 濃度等信息。

治理效果：加熱爐一氧化碳外排小時(shí)均值控制在5 000 mg/m3以下。

2.7 煤氣放散點(diǎn)火裝置

工藝介紹：整套煤氣放散裝置由火炬頭、高能點(diǎn)火裝置、火焰檢測(cè)裝置、長明燈燃?xì)饪烨虚y及自動(dòng)點(diǎn)火控制系統(tǒng)等組成，保證放散系統(tǒng)自動(dòng)點(diǎn)火的安全、環(huán)保及穩(wěn)定的運(yùn)行[7]。

治理效果：煤氣放散點(diǎn)火裝置保證了排放氣體能夠安全、穩(wěn)定的無煙排放燃燒，能在各種惡劣環(huán)境中正常、可靠的工作，最大化降低煤氣放散污染大氣。

3 減排措施管理

新興鑄管股份有限公司為減少一氧化碳排放，從六個(gè)方面進(jìn)行管控：

1）日常管理：建立煤氣LDAR 管理制度，對(duì)煤氣重點(diǎn)區(qū)域、煤氣設(shè)備、煤氣管道、排水器、煤氣閥門逐個(gè)進(jìn)行檢查，建立煤氣泄露實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2）檢修管理：在生產(chǎn)設(shè)施停機(jī)檢修前，先確保煤氣平衡，以“煤氣零放散“的原則定檢修計(jì)劃。

3）規(guī)范煤氣使用：對(duì)不同類型的爐窯制定不同的空燃比，確保使煤氣充分燃燒。

4）一氧化碳治理設(shè)施管理：對(duì)燒結(jié)煙氣循環(huán)、軋鋼加熱爐煤氣反吹等設(shè)施，按照環(huán)保治理設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管理。

5）優(yōu)化煤氣管網(wǎng)：將富余的轉(zhuǎn)爐煤氣并入高爐煤氣管道；同時(shí)具備“轉(zhuǎn)爐煤氣不足時(shí)，將部分高爐煤氣補(bǔ)充并入轉(zhuǎn)爐煤氣管網(wǎng)”的能力。

6）轉(zhuǎn)爐煤氣充分回收：通過優(yōu)化轉(zhuǎn)爐煤氣回收條件，采取將φ（O2）設(shè)置為≤1.5%、取消一氧化碳濃度限制的措施，協(xié)同轉(zhuǎn)爐一次除塵、煤氣回收優(yōu)化操作，統(tǒng)籌安排轉(zhuǎn)爐煤氣供應(yīng)和消耗平衡，噸鋼回收煤氣144 m3，處于行業(yè)先進(jìn)水平。

4 建設(shè)一氧化碳管控平臺(tái)

為進(jìn)一步做好一氧化碳治理管控工作，建立了一氧化碳智能監(jiān)控平臺(tái)，以此提高一氧化碳精細(xì)化管理水平，結(jié)合公司信息化系統(tǒng)，將分散一氧化碳治理設(shè)施、在線監(jiān)控、煤氣平衡調(diào)度等多系統(tǒng)整合到一起，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、記錄、分析，建立起連續(xù)、可控、可追溯的監(jiān)控模式。

一氧化碳管控平臺(tái)分為煤氣放散管監(jiān)控、煤氣平衡及放散監(jiān)控、一氧化碳治理設(shè)施監(jiān)控、廠界一氧化碳監(jiān)控。

4.1 煤氣放散管監(jiān)控

煤氣管網(wǎng)放散管點(diǎn)多面廣，難以監(jiān)管，通過建立煤氣放散監(jiān)控平臺(tái)，可以隨時(shí)監(jiān)控煤氣放散閥的開關(guān)狀態(tài)，記錄煤氣放散管檢修吹掃作業(yè)的時(shí)間、時(shí)長，實(shí)現(xiàn)煤氣吹掃規(guī)范作業(yè)，精細(xì)管理及結(jié)果精確統(tǒng)計(jì)。

4.2 煤氣平衡及放散監(jiān)控

通過數(shù)字平臺(tái)動(dòng)態(tài)監(jiān)視高爐、轉(zhuǎn)爐、焦?fàn)t的發(fā)生量、消耗量、管網(wǎng)壓力等，實(shí)時(shí)記錄煤氣發(fā)電及各種爐窯生產(chǎn)負(fù)荷，同時(shí)采集高煤氣放散流量、累積量及點(diǎn)火溫度、伴燒溫度、伴燒流量；監(jiān)控轉(zhuǎn)爐一次除塵放散流速、流量，構(gòu)建煤氣精細(xì)化管理體系，動(dòng)態(tài)分析和預(yù)測(cè)能源平衡，指導(dǎo)和優(yōu)化煤氣利用率，提高自發(fā)電比例。

4.3 一氧化碳治理設(shè)施監(jiān)控

燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)：采集排放口煙氣流量、循環(huán)煙氣流量、料面氧含量、補(bǔ)風(fēng)管道流量、風(fēng)箱支管取風(fēng)管道閥門開關(guān)量、支管煙氣流量、循環(huán)風(fēng)機(jī)頻率、循環(huán)風(fēng)機(jī)電流。

燒結(jié)料面噴蒸汽：采集燒結(jié)機(jī)速、蒸汽管道壓力、蒸汽流量。

燒結(jié)富氧點(diǎn)火：采集氧氣流量、助燃風(fēng)流量、區(qū)域氧含量、燒結(jié)機(jī)速、料層厚度。

高爐均壓放散回收：采集引射器閥門開關(guān)量、回收煤氣量、料罐壓力、均壓煤氣回收閥門開關(guān)量、均壓煤氣放散閥門開關(guān)量。

高爐休風(fēng)放散回收：引射器閥門開關(guān)量、休風(fēng)放散閥門開關(guān)量、休風(fēng)放散回收流量、休風(fēng)放散管道壓力。

軋鋼加熱爐煤氣反吹：采集加熱爐煤氣耗量、反吹風(fēng)機(jī)風(fēng)量、反吹風(fēng)機(jī)頻率、支管流量及閥門開關(guān)量、排放口CO 濃度。

煤氣放散點(diǎn)火：采集流量、溫度、壓力、火炬溫度等全面參數(shù)，具備自動(dòng)點(diǎn)火放散效果，可組合查詢歷史曲線。

4.4 廠界一氧化碳監(jiān)控

在新興鑄管股份有限公司廠界和主要工序分別安裝了4 套和10 套一氧化碳自動(dòng)監(jiān)測(cè)子站，對(duì)廠區(qū)一氧化碳進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)分析，有效掌握并科學(xué)分析無組織排放分布、濃度、變化規(guī)律等數(shù)據(jù)，為精準(zhǔn)管理提供依據(jù)。

5 取得的成效

自發(fā)電比例：通過煤氣精細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)煤氣系統(tǒng)總體平衡和高效利用，自發(fā)電比例達(dá)75%左右。

燒結(jié)機(jī)工序能耗：燒結(jié)的固體燃耗由之前的礦60 kg/t，降低到當(dāng)前的55 kg/t，降低了5 kg/t。

一氧化碳減排：通過實(shí)施燒結(jié)煙氣循環(huán)、軋鋼加熱爐煤氣反吹等項(xiàng)目，一氧化碳日減排260 t。

助力空氣質(zhì)量改善：武安市空氣質(zhì)量綜合指數(shù)實(shí)現(xiàn)歷史性省市“退倒一”，2022 年空氣指數(shù)中CO年均質(zhì)量濃度2.5 mg/m3，較2022 年2.7 mg/m3下降0.2 mg/m3。

6 結(jié)語

新興鑄管股份有限公司開展的一氧化碳深度治理和精細(xì)化管控，不僅提升了企業(yè)節(jié)能減排水平，而且有效降低了一氧化碳排放總量，改善了區(qū)域空氣質(zhì)量，為鋼鐵企業(yè)一氧化碳減排提供了借鑒意義。