鋼鐵行業CO 排放治理與管控研究

趙廷剛

（邯鄲市生態環境局，河北 邯鄲 056000）

自2019 年《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》發布以來，鋼鐵行業積極推進全流程治理改造，顆粒物、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）等主要大氣污染物排放量已大幅削減，推動區域環境空氣質量明顯改善[1]。隨著環保治理的日益嚴格和精細，鋼鐵行業一氧化碳（CO）排放量大，對空氣CO指數的影響日益凸顯。CO 排放的治理與管控逐漸成為鋼鐵企業環保治理的重點，強化鋼鐵企業CO 減排也成為涉鋼城市推進環境空氣質量持續改善的有效途徑。

1 一氧化碳排放源

1.1 燒結工序

燒結工序CO 排放主要由焦粉煤粉等固體燃料和點火煤氣不完全燃燒產生，受原料配比及工況波動等影響，燒結機機頭煙氣中含有較高含量的CO[2]。在燒結工藝相對落后、未采取有效治理措施的情況下，燒結機機頭煙氣中CO 濃度約為10 000mg/m3，遠大于顆粒物、SO2、NOx排放量的總和。

1.2 煉鐵工序

高爐煤氣中CO 含量為28%—33%。受高爐煉鐵傳統工藝技術限制，高爐煤氣主要以兩種方式放散進入大氣。一種是高爐料罐間歇性作業產生的煤氣均壓放散，每次爐頂稱量后，需將稱量料罐內高壓煤氣對空放散，壓力降至與上部料罐相等的大氣壓力，才能進行裝料工序；另一種是在高爐煤氣回收利用過程中，會因壓力波動大等原因向大氣中放散一定量的煤氣。

1.3 煉鋼工序

轉爐冶煉過程產生的煙氣為轉爐一次煙氣。轉爐一次煙氣經降溫除塵后大部分可回收作為轉爐煤氣（CO 為60%—80%）。轉爐一次煙氣的產生量在一個冶煉周期內并不均衡，成分也有變化，在吹煉初期和末期產生的不滿足回收利用標準（O2＞1.5%）的轉爐煤氣通常經過放散塔進行放散，每個冶煉爐次放散時間為2—3min，放散量約為10%。

1.4 軋鋼工序

軋鋼加熱爐燃料不完全燃燒會產生一定量的CO。蓄熱式加熱爐是以換向閥的頻繁換向為基礎，每次換向閥切換，一組（側）燒嘴由燃燒狀態轉變成排煙狀態時，換向閥到蓄熱式燒嘴之間的殘存煤氣就會被排煙系統抽走，導致部分殘存煤氣直排。

1.5 煤氣輸送使用

當燒結機、軋鋼加熱爐等煤氣下游用戶檢修時，煤氣用量減少，導致煤氣產用不平衡，煤氣管網壓力產生較大波動，部分富裕煤氣需經放散塔對空放散。此外，在煤氣管網長距離輸送過程中，因管道或閥門巡檢維修不及時會產生煤氣泄漏。

2 治理管控措施

2.1 燒結工序

2.1.1 煙氣循環技術

煙氣循環技術采取內循環方式，燒結機主抽或冷卻段選取部分風箱連接煙氣管道，經除塵器除塵后，由循環風機送至主抽風箱上部平臺密封罩內，再次進行循環燃燒，使其中的高濃度CO 得到再次燃燒[3]。該技術的關鍵點為循環風箱的精準選擇，要盡可能多對CO 濃度高的風箱進行煙氣循環，以實現減排效果最大化。

2.1.2 “富氧助燃+料面噴吹蒸汽”技術

該技術通過提高點火助燃空氣或抽入料層空氣的氧含量，改善燃料燃燒條件，強化燃燒過程，使點火煤氣及料層中固體燃料充分燃燒，從而減少CO排放，同時采用霧化噴嘴對燒結料面噴吹蒸汽，H2O與燃料碳的氣化反應可以擴大燃料孔隙度，增強碳氧反應面積，提高燒結料中碳完全燃燒比例，降低煙氣中CO 含量。噴吹蒸汽技術的關鍵點為噴吹位置的確定，臺車上過前或過后噴吹CO 都會導致減排效果較小。

2.1.3 末端治理技術

該技術主要有溶液吸收法、吸附法和氧化法。溶液吸收法和吸附法目前雖已有所研究，但尚未成熟[4]。CO 催化氧化法針對SCR 脫硝工藝，增設CO催化燃燒系統，可有效提高CO 燃燒效率，同時可使煙氣升溫，降低補熱系統熱負荷和運行成本。目前，該技術得到了越來越廣泛的研究應用。

2.2 煉鐵工序

2.2.1 煤氣均壓放散回收

在爐頂原有均壓煤氣放散管路上設置引射單元，前期均壓煤氣依靠自身較高壓力自然回收進入除塵器，當達到設定壓力后，開啟引射閥門，采用高壓凈煤氣作為引射氣源，將料罐內殘余煤氣快速引射到現有除塵器的入口管道，經除塵器凈化后進入煤氣管網，實現均壓煤氣全回收，具有顯著的生態效益和經濟效益。

2.2.2 煤氣休風凈化回收

在高爐干法除塵器后設置高壓引射裝置，利用高壓引射介質作為動力源，將休風的高爐煤氣引入高爐煤氣回收管道，經除塵凈化后進入低壓管網。系統設置氣體分析儀對回收煤氣成分進行在線分析，回收過程中通過對氧含量等參數的檢測保證系統的安全性。

2.2.3 高爐煤氣零放散

在高爐煤氣常規放散系統的連接管和放散塔之間增設水封系統，系統主要采用U 型水封密封技術和放散壓力調節技術，通過將閥門截斷變為流體介質密封，避免了機械閥門關閉不徹底造成的CO 無組織放散。

2.3 煉鋼工序

煉鋼工序采用轉爐煤氣直燃式點火伴燃技術。傳統伴燒型點火系統一般采用外來高熱值燃氣長期伴燒，即“長明燈”，存在資源浪費和環境污染。直燃式點火伴燃技術采用新型高空點火頭和等離子點火器，利用電弧電離局部空氣，產生高溫直流高壓環境，轉爐煤氣在催化反應作用下可以直接被點燃并作為伴燒氣體，用轉爐煤氣代替其他高熱值氣體伴燒，直到放散管放散結束。

2.4 軋鋼工序

軋鋼工序采用軋鋼加熱爐煤氣反吹技術。在蓄熱式加熱爐排煙系統風機后取點，增加煙氣吹掃系統管路，將煤氣引出循環至加熱爐換向閥前，在每次換向排煙前將殘存煤氣反吹進爐膛進行燃燒，可有效解決換向燃燒時煤氣直排問題。采用反吹技術可大幅降低排放煙氣的CO 含量，同時降低軋鋼加熱爐煤氣消耗。

2.5 生產運行管理

優化燒結配料結構，按照“厚料層、慢機速”，探索最優料層厚度和機速，可實現燒結煙氣CO 濃度進一步降低。優化轉爐煤氣回收條件，可最大限度降低不合格轉爐煤氣放散量。提高高爐熱風爐等煤氣用戶燃燒控制水平，確定最優空燃比范圍，可實現煤氣充分燃燒。通過強化煤氣管網設施巡檢維護，可減少煤氣泄漏量；強化生產節奏銜接和能源平衡管理，可減少煤氣無序放散情況；適度增加高爐煤氣柜和下游煤氣用戶消耗能力建設，可有效提升煤氣平衡調控能力。

3 建議

針對燒結工序，應重點關注催化氧化技術的推廣應用，目前已有貴金屬催化劑工業化應用案例，但催化劑的適用性和穩定性仍需檢驗，同時要加大非貴金屬催化劑研發力度，以期降低應用成本。針對煤氣放散，需對放散煤氣點燃時的火苗燃燒速度進行深入研究，以期為合理控制煤氣放散流速提供科學依據。針對生產管理，需建立智能管控平臺，集成監測監控、DCS 和數據綜合分析能力，實現鋼鐵企業CO 排放的全面精細化管控。

4 結論

鋼鐵企業CO 排放量大，對環境空氣質量的影響日益凸顯。系統分析鋼鐵企業各工序CO 排放來源及特點，針對性采取燒結煙氣循環、煤氣放散回收、蓄熱式加熱爐煤氣反吹等治理管控措施，優化生產運行和能源平衡管理，可有效降低鋼鐵企業CO 排放水平。鋼鐵企業需積極探索應用燒結煙氣催化燃燒等CO 末端治理技術，加大對煤氣放散燃燒特性的研究，建立CO 智能管控平臺，進一步降低CO 排放水平，為區域環境空氣質量持續改善作出貢獻。