燒結過程添加尿素對SO2減排及燒結礦質量的影響

謝春帥

（河鋼集團邯鋼公司煉鐵部，河北 邯鄲056015）

鋼鐵是國家經濟建設的主要材料，對交通、國防、建筑、機械制造及汽車工業的發展起到了支撐作用，是不可替代的工業基礎原材料，同時鋼鐵工業是世界經濟發展不可或缺的支柱產業[1]。但在鋼鐵生產過程中，特別是燒結過程中煙氣量大，SO2的濃度高[2]，脫硫設備建設、運行費用高，運行負荷大，副產品利用價值低[3]，成為鋼鐵生產的瓶頸之一。

燒結煙氣脫硫的方式主要包括源頭治理、過程治理、末端治理。其中，源頭治理是通過使用硫含量較低的含鐵原料、熔劑和燃料來降低燒結煙氣中的SO2，但會造成噸鋼成本增加，市場競爭力下降；過程治理主要是使用煙氣循環工藝，SO2能夠降低25%左右[4-5]；末端治理主要采用鈣法，但在此過程中會產生大量二次污染物——脫硫廢灰。

實驗室研究表明[6]，通過加入一定量的尿素，借助燒結過程能夠脫除煙氣中的部分SO2，且沒有二次污染物產生，是一項值得推廣的技術。筆者以邯鋼新435 m2燒結機配加0.04%的尿素為研究對象，探究了尿素對燒結過程中SO2減排及燒結礦質量的影響，作為尿素燒結法工業生產的實踐基礎。

1 試驗

1.1 燒結混合料配礦結構

邯鋼新435 m2燒結機所用含鐵原料主要為PB粉、紐曼、楊迪、巴卡、巴混和南非等。燒結混勻料配料結構見表1。

1.2 尿素

實驗使用的尿素為普通工業尿素，GB/T 2440—2017，總氮（質量分數）≥46.0%，尿素顆粒粒度1.18～3.35mm。

表1 配礦結構（質量分數） %

1.3 試驗方法

在新435 m2燒結機進行添加尿素試驗。試驗期間綜合上料量800 t/h，機速2.02 m/min，日產燒結礦13 700 t。固體顆粒尿素采用人工均勻撒在燒結機圓輥處，隨混合料鋪在燒結臺車上（如圖1所示）。尿素加入量為0.04%（質量分數）。采用新435 m2燒結機脫硫脫硝在線數據平臺連續測定相關數據，將時間段內的平均值做為燒結煙氣SO2密度，避免了間斷測量產生的偶然誤差。未添加尿素的燒結礦質量采用最近6組數據（一天時間內）的平均數，添加尿素的燒結礦分兩次取樣，分別記做“添加1”和“添加2”。

圖1 人工添加尿素

2 結果與討論

2.1 添加尿素對燒結過程SO2減排的影響

在尿素加入前，燒結機機頭煙氣中的ρ（SO2）為1 100 mg/m3。在加入尿素45 min后，即含有尿素的混合料完全到達燒結機機尾時，ρ（SO2）的濃度降低到550 mg/m3，即SO2減排量為50%。尿素加入前后機頭煙氣的SO2濃度對比如圖2所示。

圖2 尿素加入前后機頭煙氣SO2濃度對比

在添加尿素的燒結過程中，發生了一系列物理和化學反應，建立起SO2的排放屏障。尿素具有熱不穩定性，在150～160℃時分解產生氨氣，氨氣與燒結過程中產生的SO2在氧化氣氛下反應，生成（NH4）2SO4。尿素在燒結SO2減排過程中發生的反應主要有：

2.2 添加尿素對燒結礦質量的影響

轉鼓指數是評價燒結礦常溫強度的一項重要指標。未添加尿素與添加質量分數0.04%尿素燒結后，燒結礦的轉鼓指數見表2。

表2 添加尿素對燒結礦轉鼓指數的影響

從表2可以看出，未添加尿素的燒結礦的轉鼓指數為77.47%，小于5 mm的為2.47%；添加尿素的燒結礦的轉鼓指數分別為77.20%和77.47%，小于5 mm的分別為3.37%和2.29%，平均粒度分別為24.68 mm和25.12 mm。通過生產實踐得知，添加尿素對燒結礦轉鼓強度的影響可以忽略不計，不會對高爐的生產產生不利影響。

向燒結混合料中添加0.04%的尿素，在燒結過程中，尿素分解，造成燒結料孔隙度增加，但在燒結過程中形成液相，通過液相的流動將尿素分解生成的多數孔洞填補，從而保證了燒結礦的粒度和強度。如果要提高燒結礦的強度，降低孔隙率，那么可以通過適當降低壓料器的辦法來實現。

從圖3可以看出，在未添加尿素的生產過程中，燒結礦中的硫含量為0.022%；添加尿素后，取得兩組試樣，硫含量分別為0.023%和0.022%。從而可以得出，添加尿素的燒結過程中生成的（NH4）2SO4是以一定狀態隨煙氣進入大煙道，而不是存在于燒結礦中，保證了高爐生產過程鐵水中的硫含量。

圖3 添加尿素對燒結礦中硫元素含量的影響

3 結論

通過在燒結混合料中添加尿素，可以形成SO2的排放屏障。當混合料中添加質量分數為0.04%的尿素時，燒結機機頭煙氣中的SO2質量濃度由1 100 mg/m3降低到550 mg/m3，減排量為50%。

尿素燒結法對燒結礦的質量影響不大。在混合料中添加質量分數為0.04%的尿素時，燒結礦中的硫含量沒有變化，燒結礦轉鼓指數略有變化，但不會影響高爐生產。

通過尿素燒結法可以大幅度降低煙氣中的SO2濃度，這樣可以在不增加脫硫設備負荷的條件下，使用一些硫含量較高的低價料，使鐵前獲得更有利的成本優勢。