安鋼燒結(jié)系統(tǒng)配加低氮固體燃料減排的工業(yè)實驗

晁紅召 關(guān)紅兵 劉月建

（安陽鋼鐵股份有限公司煉鐵廠）

0 前言

據(jù)相關(guān)文獻資料介紹，燒結(jié)過程中產(chǎn)生的氮氧化物90%以上來自于固體燃料的燃燒，即絕大多數(shù)為燃燒型NOx，而燒結(jié)煤中的氮元素主要來源于其中的揮發(fā)分。從燃料化驗結(jié)果看，某種低氮煤（以下簡稱低氮煤）的揮發(fā)分含量低于安鋼目前使用的無煙煤品種（以下簡稱無煙煤），可以從源頭降低氮氧化物來源。從理論分析可知，使用低氮煤生產(chǎn)可有效降低脫硫氮氧化物的排放，需要工業(yè)實驗進行驗證。

1 工業(yè)實驗方案

1.1 計劃

本次工業(yè)實驗計劃在2#燒結(jié)系統(tǒng)系統(tǒng)進行，實驗期間配礦結(jié)構(gòu)、燃料配比以及其他過程參數(shù)保持穩(wěn)定，僅將燃料品種作為變量，分析配加低氮煤前后2#燒結(jié)系統(tǒng)污染物排放指標的變化。

1.2 用燃料準備

2#燒結(jié)系統(tǒng)提前三天開始準備煤池，西側(cè)煤池放置焦粉，東側(cè)煤池為無煙煤，基準期結(jié)束后開始騰空東側(cè)煤池進廠低氮煤，當?shù)偷簬齑媪窟_到500 t 以上時具備實驗開始條件。

1.3 實驗過程安排

（1）2#燒結(jié)系統(tǒng)正常的燃料結(jié)構(gòu)為焦煤比1:1，其中焦粉為自產(chǎn)焦粉，煤粉為安陽周邊地區(qū)無煙煤，在該燃料結(jié)構(gòu)下獲取72 h 的數(shù)據(jù)作為基準期實驗數(shù)據(jù)。

（2）為了減少煤種突然切換對燒結(jié)生產(chǎn)的影響，工業(yè)實驗分兩組進行。第一組實驗使用低氮煤替代全部無煙煤，焦煤比仍執(zhí)行1:1，焦粉使用自產(chǎn)焦粉。第二組實驗則停用焦粉，全部換用低氮煤。

（3）工業(yè)實驗按基準期、第一組、第二組依次執(zhí)行，基準期第一組實驗計劃于低氮煤進廠具備使用條件后開始執(zhí)行，持續(xù)72 h，之后進入12 h 緩沖期，用于新舊燃料品種配比的切換，12 h 后開始進行第二組全低氮煤實驗，該階段持續(xù)96 h。

（4）記錄基準期和第一組、第二組實驗期燒結(jié)機運行參數(shù)、燒結(jié)礦質(zhì)量及燒結(jié)機污染物排放數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行對比分析。

2 工業(yè)實驗過程

2.1 基礎(chǔ)條件

在實驗期間，2#燒結(jié)系統(tǒng)未進行配比結(jié)構(gòu)調(diào)整，燒結(jié)過程參數(shù)保持穩(wěn)定。

2.2 具體步驟

實驗基準期2#燒結(jié)系統(tǒng)使用焦粉和無煙煤，焦煤比例執(zhí)行1:1，記錄三天的數(shù)據(jù)，作為基礎(chǔ)實驗數(shù)據(jù)，與第一、第二階段實驗數(shù)據(jù)進行對比分析，燒結(jié)機的主要運行參數(shù)見表1。

表1 基準期燒結(jié)機的運行數(shù)據(jù)

基準期，燒結(jié)機料批總體穩(wěn)定在660～680 t/h，燒結(jié)機生產(chǎn)狀態(tài)穩(wěn)定。基準期束后進入過渡期，燒結(jié)機開始騰空東側(cè)煤倉，進低氮煤。

3 月14 日白班，2#燒結(jié)系統(tǒng)煤倉低氮煤儲量滿足實驗條件，當天夜班開始按照實驗方案取用低氮煤，焦煤比例執(zhí)行1:1。3 月15 日0 點開始記錄燒結(jié)機運行參數(shù)和脫硫排放數(shù)據(jù)，至3 月17 日24 點結(jié)束第一階段實驗。實驗期間，燒結(jié)機料批總體穩(wěn)定在650～680 t/h，燒結(jié)機生產(chǎn)狀態(tài)基本穩(wěn)定，燒結(jié)機的主要運行參數(shù)數(shù)據(jù)見表2。

表2 第一階段實驗燒結(jié)機運行數(shù)據(jù)

第一階段實驗結(jié)束后，3 月18 日夜班開始逐步換用全低氮煤生產(chǎn)。3 月19 日0 點開始記錄使用全低氮煤期間的實驗數(shù)據(jù)，至3 月22 日24 點結(jié)束。實驗期間，燒結(jié)機料批總體穩(wěn)定在650～680 t/h，燒結(jié)機生產(chǎn)狀態(tài)基本穩(wěn)定，燒結(jié)機的主要運行參數(shù)記錄見表3。

表3 第二階段實驗燒結(jié)機運行數(shù)據(jù)

3 實驗用燃料性狀分析

低氮煤進場后，對低氮煤、焦粉和無煙煤的成分、粒度組成和水分情況進行了分析，結(jié)果見表4 ～表6。

表4 低氮煤進廠質(zhì)檢成分 %

表5 實驗使用的三種燃料的粒度組成

從表4～表6 可以看出，低氮煤固定碳含量要低于燒結(jié)目前使用的無煙煤和焦粉，灰分高于無煙煤和焦粉，揮發(fā)分含量低于無煙煤。

表6 實驗使用的三種燃料的粒級分布情況及水分 %

從粒度組成來看，低氮煤粒度偏碎，≤0.5 mm部 分 含 量 達 到15.54%，＞0.5～1 mm 含 量 達到14.31%，兩者合計過粉碎（≤1 mm）達到29.85%，平均粒度2.25 mm，相較于焦粉和無煙煤來說其粒度偏碎。

此外，低氮煤水分含量較高，且粒度偏細，因此該煤粉較濕黏，在實驗過程中出現(xiàn)了燃料破碎系統(tǒng)堵倉、堵斗以及配料室燃料倉蓬倉的現(xiàn)象，影響了配煤的穩(wěn)定性。

4 實驗期間污染物排放數(shù)據(jù)分析

實驗結(jié)束后，通過對相關(guān)實驗數(shù)據(jù)進行匯總、對比，分析了相同原料條件下，不同燃料品種對燒結(jié)過程二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）排放的影響。

4.1 脫硫脫硝系統(tǒng)入口煙氣SO2和NOx含量分析

實驗期間，采用手持式煙氣分析儀對2#燒結(jié)系統(tǒng)脫硫脫硝入口煙氣進行了檢測，由于檢測儀器受CO 干擾無法檢測煙氣SO2的含量，因此僅分析了入口NOx的排放趨勢。

實驗期間2#燒結(jié)系統(tǒng)脫硫脫硝系統(tǒng)入口NOx的排放數(shù)據(jù)見表7。為排除煙氣含氧量波動的影響，表7 中NOx折算值一欄的數(shù)值，為實際檢測NOx數(shù)值按照16%的基礎(chǔ)含氧量折合而來。

表7 實驗階段2#脫硫入口排放數(shù)據(jù)

從表7 可以看出，在第一實驗階段，焦粉:低氮煤=1:1 時，NOx折算值的平均值為259.97 mg/h，排名第二；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)階段停用低氮煤，焦粉:無煙煤=1:1 時的平均值為273.78 mg/h，排名第三；使用全低氮煤期間，2#燒結(jié)系統(tǒng)脫硫脫硝系統(tǒng)入口煙氣的NOx排放最低，平均為231.80 mg/h，與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)階段相比，降低了41.98 mg/h，降低幅度為15.33%。

從以上數(shù)據(jù)推算，不同燃料品種氮氧化物的產(chǎn)生量由少到多排列為低氮煤＜焦粉＜無煙煤。因此，燒結(jié)機配加低氮煤確有從源頭降低氮氧化物排放的作用。

4.2 脫硫脫硝系統(tǒng)出口煙氣SO2和NOx含量分析

實驗期間，2#燒結(jié)系統(tǒng)脫硫脫硝系統(tǒng)出口SO2、NOx、風(fēng)量數(shù)據(jù)以及按照風(fēng)量數(shù)據(jù)計算的單位小時累計排放量見表8。

表8 實驗階段燒結(jié)污染物排放數(shù)據(jù)

從表8 可以看出，在第一實驗階段，燃料結(jié)構(gòu)為焦粉:低氮煤=1:1 時，脫硫脫硝系統(tǒng)出口煙氣SO2排放均值為16.45 mg/h，NOx排放均值為22.08 mg/h，此階段SO2和NOx排放均為三個階段最低。第二實驗階段和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)階段的排放數(shù)據(jù)差別不大，均高于第一實驗階段，且三個階段均能達到超低排放要求。

4.3 脫硫脫硝系統(tǒng)出口煙氣噸礦SO2和NOx排放分析

考慮到三個實驗階段燒結(jié)礦產(chǎn)量和生產(chǎn)負荷略有不同，為排除燒結(jié)生產(chǎn)負荷對污染物排放的影響，將三個實驗階段的污染物排放總量與本階段燒結(jié)礦產(chǎn)量相除，得到三個階段各自的SO2和NOx噸礦排放量，見表9。

從表9 可以看出，在第一實驗階段，燃料結(jié)構(gòu)為焦粉:低氮煤=1:1 時，SO2和NOx噸礦排放量最低；燃料結(jié)構(gòu)為全低氮、煤和焦粉:無煙煤=1:1 時， SO2和NOx噸礦排放量非常接近，且均高于第一實驗階段。

表9 實驗階段燒結(jié)噸礦污染物排放數(shù)據(jù)

因此，從2#脫硫脫硝系統(tǒng)出口煙氣數(shù)據(jù)推算，不同燃料品種氮氧化物的產(chǎn)生量由少到多排列為焦粉＜低氮煤＜無煙煤。因此，燒結(jié)機配加低氮煤替代無煙煤，確有降低氮氧化物排放的作用，但低氮煤的減排效果弱于焦粉。

5 實驗期間燒結(jié)礦質(zhì)量分析

低氮煤實驗期間，對燒結(jié)礦TFe、SiO2、CaO、MgO、Al2O3的含量無明顯影響，由于低氮煤濕黏，在第二實驗階段全低氮煤生產(chǎn)期間，煤倉頻繁蓬倉對燒結(jié)礦FeO 含量穩(wěn)定性造成一定影響，但總體可控。低氮煤對燒結(jié)礦強度的影響見表10。

表10 實驗期間燒結(jié)礦強度指標變化趨勢

由表5 和表10 數(shù)據(jù)對應(yīng)分析可知，由于低氮煤粒度偏細，燃料中過粉碎部分含量較高，一定程度上影響了燒結(jié)過程透氣性和燒結(jié)熱量水平。因此，在第二階段全低氮煤實驗期間，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度和平均粒度有所下降，篩分指數(shù)和≤10 mm部分含量有所升高，但各項指標均未突破上下限，可以滿足燒結(jié)礦質(zhì)量要求。

6 成本分析

因為低氮煤固定碳含量略低，水分含量略高，且粒度偏細，在燒結(jié)過程中損耗較大，所以在使用低氮煤時，燒結(jié)燃料配比升高，實驗期間噸礦固體燃料消耗情況見表11，各品種燃料價格見表12。

表11 實驗期間噸礦固體燃料消耗變化趨勢

從表11～表12 可以看出，使用焦粉替代無煙煤時，燒結(jié)固體燃料消耗（濕基）基本維持穩(wěn)定；在使用全低氮煤生產(chǎn)時，燒結(jié)固體燃料消耗（濕基）由基準期的59.42 kg/t 升高到61.91 kg/t，升高了2.49 kg/t，升高幅度為4.19%。

表12 各品種燃料濕基和推算干基價格

根據(jù)表11 各階段固體燃料消耗數(shù)據(jù)和表12 各品種燃料價格，可推算不同燃料結(jié)構(gòu)下燒結(jié)礦燃料成本（概算），見表13。

從表13 可以看出，與2#燒結(jié)系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)階段使用焦粉:無煙煤=1:1 相比，第一實驗階段使用50%的低氮煤替代無煙煤，燒結(jié)噸礦燃料成本升高1.47 元/t；第二實驗階段使用100%低氮煤時，與基準階段相比，燒結(jié)噸礦燃料成本升高5.37 元/ t。

根據(jù)消耗和燃料價格推算，燒結(jié)機使用焦粉與低氮煤比例1:1 時與使用全焦粉生產(chǎn)相比，估算燒結(jié)噸礦燃料成本升高約3.88 元/ t。而燒結(jié)機使用全低氮煤與使用全焦粉生產(chǎn)相比，估算燒結(jié)噸礦燃料成本升高約7.78 元/ t。

7 結(jié)論

通過對不同燃料結(jié)構(gòu)燒結(jié)工業(yè)實驗及實驗數(shù)據(jù)進行分析，得出以下結(jié)論：

（1）從脫硫脫硝系統(tǒng)入口煙氣數(shù)據(jù)分析，使用低氮煤替代部分無煙煤，可以從源頭降低燒結(jié)廢氣中氮氧化物排放值，降低幅度為15%左右。

（2）從脫硫出口煙氣數(shù)據(jù)分析，燃料結(jié)構(gòu)為全低氮煤、焦粉:無煙煤=1:1 時，燒結(jié)噸礦SO2和NOx排放量非常接近。即：燒結(jié)機配加低氮煤替代無煙煤確有降低NOx

表13 不同燃料結(jié)構(gòu)下燒結(jié)噸礦燃料成本概算

排放的作用，但低氮煤的減排效果弱于焦粉。

（3）低氮煤含水量大、粒度偏細，比較濕黏，在實驗過程中出現(xiàn)了燃料破碎系統(tǒng)堵倉、堵斗以及配料室燃料倉蓬倉的現(xiàn)象，影響配煤穩(wěn)定性，因此不宜全低氮煤生產(chǎn)，建議與焦粉或其他煤種搭配使用。

（4）低氮煤固定碳含量略低，水分含量略高，且因為粒度偏細，在燒結(jié)過程中損耗較大，因此在使用低氮煤時，燒結(jié)燃料配比升高，噸礦固體燃料消耗升高。

（5）低氮煤價格較高，因此隨著低氮煤使用比例的升高，燒結(jié)固體燃料成本有升高趨勢。使用全低氮煤與全焦粉生產(chǎn)相比，估算燒結(jié)噸礦燃料成本升高約7.78 元/ t。