安钢烧结系统配加低氮固体燃料减排的工业实验

2021-04-14晁红召关红兵刘月建

河南冶金 2021年6期

晁红召关红兵刘月建

（安阳钢铁股份有限公司炼铁厂）

0 前言

据相关文献资料介绍，烧结过程中产生的氮氧化物90%以上来自于固体燃料的燃烧，即绝大多数为燃烧型NOx，而烧结煤中的氮元素主要来源于其中的挥发分。从燃料化验结果看，某种低氮煤（以下简称低氮煤）的挥发分含量低于安钢目前使用的无烟煤品种（以下简称无烟煤），可以从源头降低氮氧化物来源。从理论分析可知，使用低氮煤生产可有效降低脱硫氮氧化物的排放，需要工业实验进行验证。

1 工业实验方案

1.1 计划

本次工业实验计划在2#烧结系统系统进行，实验期间配矿结构、燃料配比以及其他过程参数保持稳定，仅将燃料品种作为变量，分析配加低氮煤前后2#烧结系统污染物排放指标的变化。

1.2 用燃料准备

2#烧结系统提前三天开始准备煤池，西侧煤池放置焦粉，东侧煤池为无烟煤，基准期结束后开始腾空东侧煤池进厂低氮煤，当低氮煤库存量达到500 t 以上时具备实验开始条件。

1.3 实验过程安排

（1）2#烧结系统正常的燃料结构为焦煤比1:1，其中焦粉为自产焦粉，煤粉为安阳周边地区无烟煤，在该燃料结构下获取72 h 的数据作为基准期实验数据。

（2）为了减少煤种突然切换对烧结生产的影响，工业实验分两组进行。第一组实验使用低氮煤替代全部无烟煤，焦煤比仍执行1:1，焦粉使用自产焦粉。第二组实验则停用焦粉，全部换用低氮煤。

（3）工业实验按基准期、第一组、第二组依次执行，基准期第一组实验计划于低氮煤进厂具备使用条件后开始执行，持续72 h，之后进入12 h 缓冲期，用于新旧燃料品种配比的切换，12 h 后开始进行第二组全低氮煤实验，该阶段持续96 h。

（4）记录基准期和第一组、第二组实验期烧结机运行参数、烧结矿质量及烧结机污染物排放数据，并对数据进行对比分析。

2 工业实验过程

2.1 基础条件

在实验期间，2#烧结系统未进行配比结构调整，烧结过程参数保持稳定。

2.2 具体步骤

实验基准期2#烧结系统使用焦粉和无烟煤，焦煤比例执行1:1，记录三天的数据，作为基础实验数据，与第一、第二阶段实验数据进行对比分析，烧结机的主要运行参数见表1。

表1 基准期烧结机的运行数据

基准期，烧结机料批总体稳定在660～680 t/h，烧结机生产状态稳定。基准期束后进入过渡期，烧结机开始腾空东侧煤仓，进低氮煤。

3 月14 日白班，2#烧结系统煤仓低氮煤储量满足实验条件，当天夜班开始按照实验方案取用低氮煤，焦煤比例执行1:1。3 月15 日0 点开始记录烧结机运行参数和脱硫排放数据，至3 月17 日24 点结束第一阶段实验。实验期间，烧结机料批总体稳定在650～680 t/h，烧结机生产状态基本稳定，烧结机的主要运行参数数据见表2。

表2 第一阶段实验烧结机运行数据

第一阶段实验结束后，3 月18 日夜班开始逐步换用全低氮煤生产。3 月19 日0 点开始记录使用全低氮煤期间的实验数据，至3 月22 日24 点结束。实验期间，烧结机料批总体稳定在650～680 t/h，烧结机生产状态基本稳定，烧结机的主要运行参数记录见表3。

表3 第二阶段实验烧结机运行数据

3 实验用燃料性状分析

低氮煤进场后，对低氮煤、焦粉和无烟煤的成分、粒度组成和水分情况进行了分析，结果见表4 ～表6。

表4 低氮煤进厂质检成分 %

表5 实验使用的三种燃料的粒度组成

从表4～表6 可以看出，低氮煤固定碳含量要低于烧结目前使用的无烟煤和焦粉，灰分高于无烟煤和焦粉，挥发分含量低于无烟煤。

表6 实验使用的三种燃料的粒级分布情况及水分 %

从粒度组成来看，低氮煤粒度偏碎，≤0.5 mm部分含量达到15.54%，＞0.5～1 mm 含量达到14.31%，两者合计过粉碎（≤1 mm）达到29.85%，平均粒度2.25 mm，相较于焦粉和无烟煤来说其粒度偏碎。

此外，低氮煤水分含量较高，且粒度偏细，因此该煤粉较湿黏，在实验过程中出现了燃料破碎系统堵仓、堵斗以及配料室燃料仓蓬仓的现象，影响了配煤的稳定性。

4 实验期间污染物排放数据分析

实验结束后，通过对相关实验数据进行汇总、对比，分析了相同原料条件下，不同燃料品种对烧结过程二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）排放的影响。

4.1 脱硫脱硝系统入口烟气SO2和NOx含量分析

实验期间，采用手持式烟气分析仪对2#烧结系统脱硫脱硝入口烟气进行了检测，由于检测仪器受CO 干扰无法检测烟气SO2的含量，因此仅分析了入口NOx的排放趋势。

实验期间2#烧结系统脱硫脱硝系统入口NOx的排放数据见表7。为排除烟气含氧量波动的影响，表7 中NOx折算值一栏的数值，为实际检测NOx数值按照16%的基础含氧量折合而来。

表7 实验阶段2#脱硫入口排放数据

从表7 可以看出，在第一实验阶段，焦粉:低氮煤=1:1 时，NOx折算值的平均值为259.97 mg/h，排名第二；基础数据阶段停用低氮煤，焦粉:无烟煤=1:1 时的平均值为273.78 mg/h，排名第三；使用全低氮煤期间，2#烧结系统脱硫脱硝系统入口烟气的NOx排放最低，平均为231.80 mg/h，与基础数据阶段相比，降低了41.98 mg/h，降低幅度为15.33%。

从以上数据推算，不同燃料品种氮氧化物的产生量由少到多排列为低氮煤＜焦粉＜无烟煤。因此，烧结机配加低氮煤确有从源头降低氮氧化物排放的作用。

4.2 脱硫脱硝系统出口烟气SO2和NOx含量分析

实验期间，2#烧结系统脱硫脱硝系统出口SO2、NOx、风量数据以及按照风量数据计算的单位小时累计排放量见表8。

表8 实验阶段烧结污染物排放数据

从表8 可以看出，在第一实验阶段，燃料结构为焦粉:低氮煤=1:1 时，脱硫脱硝系统出口烟气SO2排放均值为16.45 mg/h，NOx排放均值为22.08 mg/h，此阶段SO2和NOx排放均为三个阶段最低。第二实验阶段和基础数据阶段的排放数据差别不大，均高于第一实验阶段，且三个阶段均能达到超低排放要求。