烧结过程添加尿素对SO2减排及烧结矿质量的影响

2021-05-26谢春帅

山西冶金 2021年2期

谢春帅

（河钢集团邯钢公司炼铁部，河北邯郸056015）

钢铁是国家经济建设的主要材料，对交通、国防、建筑、机械制造及汽车工业的发展起到了支撑作用，是不可替代的工业基础原材料，同时钢铁工业是世界经济发展不可或缺的支柱产业[1]。但在钢铁生产过程中，特别是烧结过程中烟气量大，SO2的浓度高[2]，脱硫设备建设、运行费用高，运行负荷大，副产品利用价值低[3]，成为钢铁生产的瓶颈之一。

烧结烟气脱硫的方式主要包括源头治理、过程治理、末端治理。其中，源头治理是通过使用硫含量较低的含铁原料、熔剂和燃料来降低烧结烟气中的SO2，但会造成吨钢成本增加，市场竞争力下降；过程治理主要是使用烟气循环工艺，SO2能够降低25%左右[4-5]；末端治理主要采用钙法，但在此过程中会产生大量二次污染物——脱硫废灰。

实验室研究表明[6]，通过加入一定量的尿素，借助烧结过程能够脱除烟气中的部分SO2，且没有二次污染物产生，是一项值得推广的技术。笔者以邯钢新435 m2烧结机配加0.04%的尿素为研究对象，探究了尿素对烧结过程中SO2减排及烧结矿质量的影响，作为尿素烧结法工业生产的实践基础。

1 试验

1.1 烧结混合料配矿结构

邯钢新435 m2烧结机所用含铁原料主要为PB粉、纽曼、杨迪、巴卡、巴混和南非等。烧结混匀料配料结构见表1。

1.2 尿素

实验使用的尿素为普通工业尿素，GB/T 2440—2017，总氮（质量分数）≥46.0%，尿素颗粒粒度1.18～3.35mm。

表1 配矿结构（质量分数） %

1.3 试验方法

在新435 m2烧结机进行添加尿素试验。试验期间综合上料量800 t/h，机速2.02 m/min，日产烧结矿13 700 t。固体颗粒尿素采用人工均匀撒在烧结机圆辊处，随混合料铺在烧结台车上（如图1所示）。尿素加入量为0.04%（质量分数）。采用新435 m2烧结机脱硫脱硝在线数据平台连续测定相关数据，将时间段内的平均值做为烧结烟气SO2密度，避免了间断测量产生的偶然误差。未添加尿素的烧结矿质量采用最近6组数据（一天时间内）的平均数，添加尿素的烧结矿分两次取样，分别记做“添加1”和“添加2”。

图1 人工添加尿素

2 结果与讨论

2.1 添加尿素对烧结过程SO2减排的影响

在尿素加入前，烧结机机头烟气中的ρ（SO2）为1 100 mg/m3。在加入尿素45 min后，即含有尿素的混合料完全到达烧结机机尾时，ρ（SO2）的浓度降低到550 mg/m3，即SO2减排量为50%。尿素加入前后机头烟气的SO2浓度对比如图2所示。

图2 尿素加入前后机头烟气SO2浓度对比

在添加尿素的烧结过程中，发生了一系列物理和化学反应，建立起SO2的排放屏障。尿素具有热不稳定性，在150～160℃时分解产生氨气，氨气与烧结过程中产生的SO2在氧化气氛下反应，生成（NH4）2SO4。尿素在烧结SO2减排过程中发生的反应主要有：

2.2 添加尿素对烧结矿质量的影响

转鼓指数是评价烧结矿常温强度的一项重要指标。未添加尿素与添加质量分数0.04%尿素烧结后，烧结矿的转鼓指数见表2。

表2 添加尿素对烧结矿转鼓指数的影响

从表2可以看出，未添加尿素的烧结矿的转鼓指数为77.47%，小于5 mm的为2.47%；添加尿素的烧结矿的转鼓指数分别为77.20%和77.47%，小于5 mm的分别为3.37%和2.29%，平均粒度分别为24.68 mm和25.12 mm。通过生产实践得知，添加尿素对烧结矿转鼓强度的影响可以忽略不计，不会对高炉的生产产生不利影响。

向烧结混合料中添加0.04%的尿素，在烧结过程中，尿素分解，造成烧结料孔隙度增加，但在烧结过程中形成液相，通过液相的流动将尿素分解生成的多数孔洞填补，从而保证了烧结矿的粒度和强度。如果要提高烧结矿的强度，降低孔隙率，那么可以通过适当降低压料器的办法来实现。

从图3可以看出，在未添加尿素的生产过程中，烧结矿中的硫含量为0.022%；添加尿素后，取得两组试样，硫含量分别为0.023%和0.022%。从而可以得出，添加尿素的烧结过程中生成的（NH4）2SO4是以一定状态随烟气进入大烟道，而不是存在于烧结矿中，保证了高炉生产过程铁水中的硫含量。