鋼鐵企業一氧化碳減排技術應用實踐

辛景昌，柴海強

（新興鑄管股份有限公司能源環保部，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，常規大氣污染物得到有效治理，環境空氣質量不斷好轉。與此同時，一些非常規污染物逐漸被引起關注，一氧化碳主要來自燃料的不完全燃燒，對人體有害，能與血紅蛋白結合進入血液，導致人體缺氧，危害人類健康。2012 年國家出臺規定，將用空氣質量指數（AQI）替代原有空氣污染指數（API）。參與空氣質量評價的主要污染物為細顆粒物、可吸入顆粒物、二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳等6 項。2018 年施行的《環境保護稅法》中明確將廢氣中的一氧化碳污染物納入征稅對象。鋼鐵行業是一氧化碳排放的主要來源之一，開展鋼鐵行業一氧化碳治理，有效控制一氧化碳排放，對持續改善大氣環境質量非常重要[1-3]。本文重點介紹新興鑄管股份有限公司應用的一氧化碳減排技術及控制措施。

1 鋼鐵企業所排放的CO 主要來源

1）燒結機、高爐熱風爐、軋鋼加熱爐、石灰窯、自備電廠燃燒過程中煤、焦炭、高爐煤氣、轉爐煤氣不完全燃燒產生的一氧化碳。

2）高爐上料均壓放散、高爐休風放散、轉爐非回收期放散、軋鋼加熱爐反吹煤氣等生產作業過程所排放的一氧化碳。

3）高爐煤氣、轉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，如鋼鐵企業燒結機停機、石灰窯停產、自備電廠檢修等。

2 一氧化碳減排技術應用

2.1 燒結機煙氣循環

工藝介紹：選取燒結機前三個與后三個風箱煙氣經過多管除塵與循環風機回到燒結機臺車料面頂部。

在抽風燒結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。燒結煙氣含量低，SO2含量高，直接將煙氣進行循環燒結，勢必對燒結礦的產量及質量產生影響。但燒結機的煙氣各段的成分差異較大，作為參與循環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，這樣才不至于對燒結生產造成大的影響，同時有利于降低污染物排放[4]。參與循環的煙氣如圖1 所示。

圖1 參與循環的煙氣

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

2.2 燒結料面噴蒸汽

工藝介紹：在燒結料面噴吹水蒸氣，促使CO 和O2生成CO2的反應速度加快，使其用同樣數量的燃料產生更多的熱量，起到降低燃料消耗和一氧化碳排放的效果。燒結料面噴吹蒸汽系統包含蒸汽主管道、布置于燒結料面的蒸汽管道、切換閥、蒸汽調節閥、除濕裝置等部分，該蒸汽噴吹系統與煙氣循環系統協同降低燒結一氧化碳含量。蒸汽溫度在150 ℃±20 ℃，蒸汽主管壓力達到0.2 MPa 以上。

治理效果：燒結固體燃耗降低0.5～1.0 kg/t。

2.3 燒結富氧點火

工藝介紹：由制氧廠提供體積分數為99%以上的氧氣，經輸送管道、減壓閥、調節閥送至助燃風管道，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氣，富氧助燃氣中φ（O2）為21%～22.8%；將高爐煤氣再與富氧助燃氣按煤氣和富氧助燃氣的質量比為1∶（0.7～1.2）的比例混合后點火；富氧燒結點火能夠促進燃燒完全，減少燃燒后的廢氣量，降低燒結點火能耗和減少CO 的排放量，通過提高點火助燃空氣和抽入料層空氣的含O2量，從而改善燃燒條件，增強料層氧勢，使燃料燃燒效率更高，燃燒更加充分，產生的一氧化碳更少。

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（強制回收）布置在現有放散系統旁，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，在回收管路上設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，進入利舊除塵布袋箱體中，前期依靠料罐壓力對煤氣進行自然回收，后期殘余低壓煤氣則通過開啟引射閥，使煤氣經過引射器強制回收到布袋除塵器當中。待料罐內壓力降至上密封閥可開啟時（約3 kPa），關閉回收系統回收閥門，停止引射。打開上密封閥，執行正常裝料程序。全回收系統投入后，則不需要開啟原有放散系統。引射器氣源采用高壓凈煤氣，布置在利舊干法箱體區域。

治理效果：實現均壓煤氣放散全回收，減少煤氣放散200 m3/h。

2.5 高爐休風放散回收

工藝介紹：在高爐現有干法布袋除塵后端減壓閥組區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施，將整個休風過程中產生的煤氣，經過現有重力除塵器和布袋除塵器凈化后，再送入低壓煤氣管網，從而實現環保減排和資源回收再利用；利用氮氣作為引射裝置引射動力氣源，首先將高爐休風時的煤氣從調壓閥組前引出，并通過原調壓閥后切斷閥門組對低壓凈煤氣管網進行切斷，經過休風引射裝置進入低壓管網，利用原干法除塵器1～2 個罐體進行粉塵過濾，達到煤氣回收目的[5]。其控制系統采集了引射器閥門開關量、休風放散閥門開關量、休風放散回收流量、休風放散管道壓力等數據，實現了任意參數在同界面（坐標系）的組合查詢。

治理效果：休風放散能夠實現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過程中，蓄熱室放熱時，燃料煤氣進入蓄熱室內，伴隨閥門切換關閉，會殘留少量CO，通過反吹煤氣回收改造，將蓄熱室內殘留CO 吹入爐內燃燒，從而避免跟隨煙氣外排[6]。系統建立了完善的反吹系統功能，采集了加熱爐煤氣耗量、反吹風機風量、反吹風機頻率、支管流量及閥門開關量、排放口CO 濃度等信息。

治理效果：加熱爐一氧化碳外排小時均值控制在5 000 mg/m3以下。

2.7 煤氣放散點火裝置

工藝介紹：整套煤氣放散裝置由火炬頭、高能點火裝置、火焰檢測裝置、長明燈燃氣快切閥及自動點火控制系統等組成，保證放散系統自動點火的安全、環保及穩定的運行[7]。

治理效果：煤氣放散點火裝置保證了排放氣體能夠安全、穩定的無煙排放燃燒，能在各種惡劣環境中正常、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，從六個方面進行管控：

1）日常管理：建立煤氣LDAR 管理制度，對煤氣重點區域、煤氣設備、煤氣管道、排水器、煤氣閥門逐個進行檢查，建立煤氣泄露實時監控。

2）檢修管理：在生產設施停機檢修前，先確保煤氣平衡，以“煤氣零放散“的原則定檢修計劃。

3）規范煤氣使用：對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）一氧化碳治理設施管理：對燒結煙氣循環、軋鋼加熱爐煤氣反吹等設施，按照環保治理設施的標準進行管理。

5）優化煤氣管網：將富余的轉爐煤氣并入高爐煤氣管道；同時具備“轉爐煤氣不足時，將部分高爐煤氣補充并入轉爐煤氣管網”的能力。

6）轉爐煤氣充分回收：通過優化轉爐煤氣回收條件，采取將φ（O2）設置為≤1.5%、取消一氧化碳濃度限制的措施，協同轉爐一次除塵、煤氣回收優化操作，統籌安排轉爐煤氣供應和消耗平衡，噸鋼回收煤氣144 m3，處于行業先進水平。

4 建設一氧化碳管控平臺

為進一步做好一氧化碳治理管控工作，建立了一氧化碳智能監控平臺，以此提高一氧化碳精細化管理水平，結合公司信息化系統，將分散一氧化碳治理設施、在線監控、煤氣平衡調度等多系統整合到一起，進行數據采集、記錄、分析，建立起連續、可控、可追溯的監控模式。

一氧化碳管控平臺分為煤氣放散管監控、煤氣平衡及放散監控、一氧化碳治理設施監控、廠界一氧化碳監控。

4.1 煤氣放散管監控

煤氣管網放散管點多面廣，難以監管，通過建立煤氣放散監控平臺，可以隨時監控煤氣放散閥的開關狀態，記錄煤氣放散管檢修吹掃作業的時間、時長，實現煤氣吹掃規范作業，精細管理及結果精確統計。

4.2 煤氣平衡及放散監控

通過數字平臺動態監視高爐、轉爐、焦爐的發生量、消耗量、管網壓力等，實時記錄煤氣發電及各種爐窯生產負荷，同時采集高煤氣放散流量、累積量及點火溫度、伴燒溫度、伴燒流量；監控轉爐一次除塵放散流速、流量，構建煤氣精細化管理體系，動態分析和預測能源平衡，指導和優化煤氣利用率，提高自發電比例。

4.3 一氧化碳治理設施監控

燒結機煙氣循環：采集排放口煙氣流量、循環煙氣流量、料面氧含量、補風管道流量、風箱支管取風管道閥門開關量、支管煙氣流量、循環風機頻率、循環風機電流。

燒結料面噴蒸汽：采集燒結機速、蒸汽管道壓力、蒸汽流量。

燒結富氧點火：采集氧氣流量、助燃風流量、區域氧含量、燒結機速、料層厚度。

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

高爐休風放散回收：引射器閥門開關量、休風放散閥門開關量、休風放散回收流量、休風放散管道壓力。

軋鋼加熱爐煤氣反吹：采集加熱爐煤氣耗量、反吹風機風量、反吹風機頻率、支管流量及閥門開關量、排放口CO 濃度。

煤氣放散點火：采集流量、溫度、壓力、火炬溫度等全面參數，具備自動點火放散效果，可組合查詢歷史曲線。

4.4 廠界一氧化碳監控

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 套一氧化碳自動監測子站，對廠區一氧化碳進行綜合統計分析，有效掌握并科學分析無組織排放分布、濃度、變化規律等數據，為精準管理提供依據。

5 取得的成效

自發電比例：通過煤氣精細化管理，實現煤氣系統總體平衡和高效利用，自發電比例達75%左右。

燒結機工序能耗：燒結的固體燃耗由之前的礦60 kg/t，降低到當前的55 kg/t，降低了5 kg/t。

一氧化碳減排：通過實施燒結煙氣循環、軋鋼加熱爐煤氣反吹等項目，一氧化碳日減排260 t。

助力空氣質量改善：武安市空氣質量綜合指數實現歷史性省市“退倒一”，2022 年空氣指數中CO年均質量濃度2.5 mg/m3，較2022 年2.7 mg/m3下降0.2 mg/m3。

6 結語

新興鑄管股份有限公司開展的一氧化碳深度治理和精細化管控，不僅提升了企業節能減排水平，而且有效降低了一氧化碳排放總量，改善了區域空氣質量，為鋼鐵企業一氧化碳減排提供了借鑒意義。