降低热风炉烟气SO2浓度技术研究

董成国

石横特钢集团有限公司，中国·山东 泰安 271612

热风炉烟气SO2 含量；硫负荷；超低排放

1 引言

2020年国家超低排放新标准规定热风炉烟气排放SO2含量小时均值不得超过50mg/m3，面对环保高标准、严要求，探索研究控制措施和优化操作制度，降低热风炉烟气SO2含量，实现环保达标排放，是当前炼铁高炉共同努力的方向。

2 目前主要问题

2019年以来，在控制入炉硫负荷不超4.10Kg/t，烧炉用高炉煤气消耗不超100000m3/h 的条件下，热风炉烟气SO2含量仍偶有瞬时数值超出50mg/m³甚至超标较多情况，操作上通过采取降低烧炉强度、甚至短暂停烧措施，可确保小时均值控在超低排放要求范围之内，这在一定程度上限制了热风炉生产效率的最大发挥，高炉高风温使用造成一定影响，从经济性考虑，控烧减排治标不治本，绝非长久之策。

3 高炉煤气作为炼铁热风炉烧炉的主要燃料，是降低硫含量的直接有效手段

高炉冶炼中大部分的硫被炉渣及生铁带走，少量进入煤气由炉顶排出，目前高炉煤气多为干法除尘工艺，不具备煤气脱硫功能，高炉煤气在未经过脱硫处理情况下，用作热风炉烧炉燃料，烧炉产生的SO2随烟气排放。可以通过优化高炉操作，控制生铁硫含量、增加炉渣带出硫含量，选择适宜的造渣制度、控制合理的渣铁温度、减少操作因素影响等手段，降低高炉煤气硫含量。

3.1 适宜的造渣制度

高炉脱硫的主要原理是生铁中的硫和炉渣中的氧化钙反应生成硫化钙。一般情况下，随碱度升高，高炉脱硫效果提高，总结经验，1080m³高炉炉渣碱度适合控制在1.15～1.20。

碱度过高使炉渣的流动性变坏，进一步阻碍硫的扩散反而不利于铁水脱硫，氧化镁因呈碱性，也具一定的脱硫能力，渣中含有适量的氧化镁，含量控制在9～10%，既可保证脱硫能力，又可改善炉渣流动性。

三氧化二铝属两性氧化物，在高炉炉渣中以酸性氧化物存在，所以三氧化二铝的存在不利于脱硫，同时其含量过高也影响炉渣流动性及软熔带透气性，日常生产中控制炉渣三氧化二铝含量不超16.5%为宜。

亚铁的存在对脱硫极为不利，因会发生如下反应：

自由氧浓度增加，对脱硫不利，因此渣中亚铁要尽量少，控制在0.30%以内为宜，2019年全年1080m3高炉炉渣亚铁平均含量为0.25%。

3.2 渣铁温度

温度对炉渣脱硫能力的影响有两个方面：一是脱硫为吸热反应，提高温度利于脱硫反应的进行；二是提高温度降低了炉渣粘度，促进硫离子、氧离子的扩散，也对脱硫反应有利。1080m3高炉铁水温度控制在1490℃及以上。

3.3 操作因素

当高炉不顺，煤气流分布失常，炉缸工作不均匀时，高炉脱硫效果降低，高炉煤气中硫含量升高，煤气热值降低。因此，保证高炉顺行是充分发挥炉渣脱硫能力、降低高炉煤气含硫量的重要条件。

4 降低热风炉煤气消耗，可有效降低SO2 排放

4.1 优化热风炉烧炉参数

开始燃烧时，使用热风炉能接受最大煤气量和最小空气过剩系数，使炉顶温度在短时间内(15～20min)达到规定指数(1350℃)，并保持此指数到燃烧期终了，空煤比例控制在1：1.3为宜。烧炉前期煤气流量逐步增加，烟气中SO2含量呈不断升高趋势，要注意防止煤气压力波动影响烟气SO2含量超标，同时防止助燃风过剩影响烟气O2含量过高，一般情况烧炉过程中控制烟气O2含量在1～3%水平[2]。

4.2 增加煤气与空气的双预热工艺技术

2018年4月份大修期间新增双预热后，可把煤气预热温度提至230℃以上，空气预热温度保持在250℃以上，节省了高炉煤气，同时提高了风温使用，增加了喷煤量，降低了高炉焦比，降低了高炉煤气硫含量。

4.3 制定合理的烧炉制度和送风制度

根据煤气压力波动，灵活调整烧炉方法，加强对流传热，强化热风炉中、下部的热交换作用，有效节约燃料。

热风炉送风时间不要太长，一般单炉送风控制在60～75min，这样蓄热耐火砖热效率高，采用交叉并联式送风制度，可稳定高炉风压以稳定炉况，还可兼顾高风温与煤气消耗的降低。

热风炉烟道上安装烟氧分析仪，严格按照废气温度控制烧炉，参考热风炉废气氧含量控制要求调整空煤比，减少热风炉吨铁煤气消耗量。

使用自动烧炉技术，提高自动化水平，有效降低热风炉煤气消耗。

5 保持高炉长期稳定运行，杜绝炉况波动影响高炉煤气热值及硫含量波动

5.1 入炉原燃料质量保障

焦炭占炉内料柱体积的43.5%，在高炉冶炼过程中起到至关重要的料柱骨架作用。完善自产焦炭关键质量控制标准：25～40mm 粒级≤27.4%、1200℃热强度≥41%，1100℃热强度高达70%以上，大大提高焦炭料柱骨架作用，改善了炉内透气性和炉缸透气、透液性。

烧结矿占入炉含铁料比例75%左右，提高自产烧结矿强度，改善粒度分级、冶金性能和质量稳定性，更好地满足高炉高冶强生产的需求。明确烧结矿低温还原粉化指数（大于3.15mm）内控标准为65%，当前实际指标在70%以上，烧结矿碱度稳定率由88%提至95%及以上，混合料SiO2稳定率控制标准由67%提至74%，当前稳定率达75%及以上。

提高入炉前筛分，应用新设备、采用新技术、设备改造，“粗粮细作”，降低入炉粉率，提升高炉高冶强生产保障。进厂块矿在料场进行预筛分、槽下引进波纹筛筛分块矿、烧结生产时进行块矿烘干、直供球团矿与块矿在槽上混装烘干块矿。槽上烧结矿半仓上料改为高仓位运行、槽下引进强力复频振筛筛分烧结矿、创新性改造转运仓内部结构降低烧结矿转运流程落差。槽下控制筛分料流≤25kg/s，通过以上措施的采取，高炉入炉粉率（＜5mm）大幅降至2%以内。

有效控制有害元素入炉，吨铁入炉碱负荷(K2O+Na2O)≤ 3.8kg、Zn 负荷≤0.4kg、Pb 负荷≤0.15kg。

5.2 制定并严格执行合理的操作制度。

坚持“保证中心气流、兼顾边缘”的控制原则，矿批不低于38t/批、焦层厚度不低于400mm、矿焦正角差，保证煤气利用率在45%以上。

生铁[Si] 0.30-0.60%、[S] 0.020-0.050%，炉渣Al2O3含量不超16.5%，MgO 含量9-10%，铁水温度要求1490℃以上，确保炉缸充沛热量和良好的工作状态。

6 有效控制入炉硫负荷，从根源降低硫负荷

根据经验，入炉硫负荷升高1kg/t，高炉统计得热风炉烟气SO2含量可升高30～60 mg/m3，因此，控制入炉硫负荷是降低热风炉烟气SO2含量的关键。炼铁高炉冶炼过程中的硫，80%以上来自焦炭及喷吹燃料，除了降低自产焦炭硫含量以外，降低高炉燃料消耗、提高煤比、控制湿熄焦入炉比例是为有效措施。

（1）降低燃料消耗。在保持入炉精料的条件下，高炉可以优化操作手段，进一步追求生产低消耗。优化料制调整，做好下部调剂配合，发展中心气流，提高煤气利用率。优化布料矩阵，形成稳定的“平台+漏斗”料面，运用大矿批、大角差技术来减少矿焦界面反应，稳定气流分布，抑制或减轻炉墙渣皮脱落，提高煤气利用率，降低燃料消耗。

（2）提高煤比，煤代焦降低入炉硫负荷。做好入炉原燃料质量保障，维持自产焦炭、烧结矿较好的强度，降低入炉粉率，保证高炉良好的料柱透气性。除此之外，提高入炉品位，控制品位不低于57.5%，降低高炉渣量至350kg/t 及以下，改善料柱尤其是炉内软熔带透气性，为提高煤比创造有利条件。

（3）湿熄焦比例增加势必带来燃料比升高，进而导致入炉硫负荷升高，1080m3高炉控制湿熄焦比例至10%以下，是降低降热风炉烟气SO2含量的重要举措。

7 异常情况应对处理

（1）高炉停氧时，要时时关注排放指标异常变化，及时进行调节。

（2）高炉减风时，煤气压力低，应安排一座热风炉进行闷炉，做好对其他正常燃烧炉的煤气、空气配比调节，废气氧含量须控制在下限1～3%，并密切关注排放指标。

（3）高炉大减风时，煤气压力极低，先焖热风炉，但焖炉时间应＜10min，在焖炉期间极力协调煤气压力，争取最短时间内让热风炉烧炉，来补救在线排放指标。

（4）在热风炉焖炉前，喷煤应立即关闭从热风炉取废气的阀门，防止空气倒流烟囱，使在线排放指标中的氧含量迅速增高。

（5）热风炉焖炉期间，全开空气放散，助燃风机进口调至最小，大于1 小时应停助燃风机。

（6）高炉减风完成，回风时，应在高炉风压达到250～300Kpa 时，再进行烧炉（具体要根据高炉顺行程度而定），待煤气压力恢复正常时在进行烧炉操作。

8 结语

近一年来，热风炉烟气SO2含量平均控制在38.42mg/m3，较前期57.37 mg/m3降低了33.03%，达到国家2020年超低排放标准（炼铁热风炉实测烟气SO2小时平均值≤50 mg/m3），既创造了效益，又带动了低品质高硫物料消耗。