钢铁企业一氧化碳减排技术应用实践

辛景昌，柴海强

（新兴铸管股份有限公司能源环保部，河北 武安 056300）

0 引言

近年来，随着各地大气污染防治工作的不断深入，常规大气污染物得到有效治理，环境空气质量不断好转。与此同时，一些非常规污染物逐渐被引起关注，一氧化碳主要来自燃料的不完全燃烧，对人体有害，能与血红蛋白结合进入血液，导致人体缺氧，危害人类健康。2012 年国家出台规定，将用空气质量指数（AQI）替代原有空气污染指数（API）。参与空气质量评价的主要污染物为细颗粒物、可吸入颗粒物、二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳等6 项。2018 年施行的《环境保护税法》中明确将废气中的一氧化碳污染物纳入征税对象。钢铁行业是一氧化碳排放的主要来源之一，开展钢铁行业一氧化碳治理，有效控制一氧化碳排放，对持续改善大气环境质量非常重要[1-3]。本文重点介绍新兴铸管股份有限公司应用的一氧化碳减排技术及控制措施。

1 钢铁企业所排放的CO 主要来源

1）烧结机、高炉热风炉、轧钢加热炉、石灰窑、自备电厂燃烧过程中煤、焦炭、高炉煤气、转炉煤气不完全燃烧产生的一氧化碳。

2）高炉上料均压放散、高炉休风放散、转炉非回收期放散、轧钢加热炉反吹煤气等生产作业过程所排放的一氧化碳。

3）高炉煤气、转炉煤气在没有下游煤气用户的情况下，煤气放散排放的一氧化碳，如钢铁企业烧结机停机、石灰窑停产、自备电厂检修等。

2 一氧化碳减排技术应用

2.1 烧结机烟气循环

工艺介绍：选取烧结机前三个与后三个风箱烟气经过多管除尘与循环风机回到烧结机台车料面顶部。

在抽风烧结过程中少量的一氧化碳未能来得及燃尽即被气流带走，而烟气循环工艺可以将这部分一氧化碳通过二次燃烧燃尽，一方面可以减少一氧化碳的排放，另一方面可利用其潜热，减少固体燃料的消耗。烧结烟气含量低，SO2含量高，直接将烟气进行循环烧结，势必对烧结矿的产量及质量产生影响。但烧结机的烟气各段的成分差异较大，作为参与循环的烟气要求含氧量高，CO 含量高，NOx含量高，SO2含量低，且需综合考虑烟气温度等因素，这样才不至于对烧结生产造成大的影响，同时有利于降低污染物排放[4]。参与循环的烟气如图1 所示。

图1 参与循环的烟气

治理效果：烟气循环完成后，ρ（CO）由原有15 000 mg/m3减少到5 000 mg/m3，NOx出口质量浓度减少20%。

2.2 烧结料面喷蒸汽

工艺介绍：在烧结料面喷吹水蒸气，促使CO 和O2生成CO2的反应速度加快，使其用同样数量的燃料产生更多的热量，起到降低燃料消耗和一氧化碳排放的效果。烧结料面喷吹蒸汽系统包含蒸汽主管道、布置于烧结料面的蒸汽管道、切换阀、蒸汽调节阀、除湿装置等部分，该蒸汽喷吹系统与烟气循环系统协同降低烧结一氧化碳含量。蒸汽温度在150 ℃±20 ℃，蒸汽主管压力达到0.2 MPa 以上。

治理效果：烧结固体燃耗降低0.5～1.0 kg/t。

2.3 烧结富氧点火

工艺介绍：由制氧厂提供体积分数为99%以上的氧气，经输送管道、减压阀、调节阀送至助燃风管道，助燃管道中的氧气和助燃空气混合，形成所需要的富氧助燃气，富氧助燃气中φ（O2）为21%～22.8%；将高炉煤气再与富氧助燃气按煤气和富氧助燃气的质量比为1∶（0.7～1.2）的比例混合后点火；富氧烧结点火能够促进燃烧完全，减少燃烧后的废气量，降低烧结点火能耗和减少CO 的排放量，通过提高点火助燃空气和抽入料层空气的含O2量，从而改善燃烧条件，增强料层氧势，使燃料燃烧效率更高，燃烧更加充分，产生的一氧化碳更少。

治理效果：固体燃料消耗降低0.30 kg/t，煤气单耗下降0.15 m3/t。

2.4 高炉均压放散回收

工艺介绍：炉顶料罐均压放散煤气全回收装置（强制回收）布置在现有放散系统旁，增加均压煤气回收阀及管道，回收管道引至均压煤气除尘系统，在回收管路上设置全回收引射器装置，回收阀打开后，荒煤气通过回收管路、引射器，进入利旧除尘布袋箱体中，前期依靠料罐压力对煤气进行自然回收，后期残余低压煤气则通过开启引射阀，使煤气经过引射器强制回收到布袋除尘器当中。待料罐内压力降至上密封阀可开启时（约3 kPa），关闭回收系统回收阀门，停止引射。打开上密封阀，执行正常装料程序。全回收系统投入后，则不需要开启原有放散系统。引射器气源采用高压净煤气，布置在利旧干法箱体区域。

治理效果：实现均压煤气放散全回收，减少煤气放散200 m3/h。

2.5 高炉休风放散回收

工艺介绍：在高炉现有干法布袋除尘后端减压阀组区域的原干法布袋除尘器高压净煤气出口增加引射装置及其附属设施，将整个休风过程中产生的煤气，经过现有重力除尘器和布袋除尘器净化后，再送入低压煤气管网，从而实现环保减排和资源回收再利用；利用氮气作为引射装置引射动力气源，首先将高炉休风时的煤气从调压阀组前引出，并通过原调压阀后切断阀门组对低压净煤气管网进行切断，经过休风引射装置进入低压管网，利用原干法除尘器1～2 个罐体进行粉尘过滤，达到煤气回收目的[5]。其控制系统采集了引射器阀门开关量、休风放散阀门开关量、休风放散回收流量、休风放散管道压力等数据，实现了任意参数在同界面（坐标系）的组合查询。

治理效果：休风放散能够实现2 300 m3/h 的煤气回收量。

2.6 轧钢加热炉煤气反吹

工艺介绍：双蓄热式加热炉在生产过程中，蓄热室放热时，燃料煤气进入蓄热室内，伴随阀门切换关闭，会残留少量CO，通过反吹煤气回收改造，将蓄热室内残留CO 吹入炉内燃烧，从而避免跟随烟气外排[6]。系统建立了完善的反吹系统功能，采集了加热炉煤气耗量、反吹风机风量、反吹风机频率、支管流量及阀门开关量、排放口CO 浓度等信息。

治理效果：加热炉一氧化碳外排小时均值控制在5 000 mg/m3以下。

2.7 煤气放散点火装置

工艺介绍：整套煤气放散装置由火炬头、高能点火装置、火焰检测装置、长明灯燃气快切阀及自动点火控制系统等组成，保证放散系统自动点火的安全、环保及稳定的运行[7]。

治理效果：煤气放散点火装置保证了排放气体能够安全、稳定的无烟排放燃烧，能在各种恶劣环境中正常、可靠的工作，最大化降低煤气放散污染大气。

3 减排措施管理

新兴铸管股份有限公司为减少一氧化碳排放，从六个方面进行管控：

1）日常管理：建立煤气LDAR 管理制度，对煤气重点区域、煤气设备、煤气管道、排水器、煤气阀门逐个进行检查，建立煤气泄露实时监控。

2）检修管理：在生产设施停机检修前，先确保煤气平衡，以“煤气零放散“的原则定检修计划。

3）规范煤气使用：对不同类型的炉窑制定不同的空燃比，确保使煤气充分燃烧。

4）一氧化碳治理设施管理：对烧结烟气循环、轧钢加热炉煤气反吹等设施，按照环保治理设施的标准进行管理。

5）优化煤气管网：将富余的转炉煤气并入高炉煤气管道；同时具备“转炉煤气不足时，将部分高炉煤气补充并入转炉煤气管网”的能力。

6）转炉煤气充分回收：通过优化转炉煤气回收条件，采取将φ（O2）设置为≤1.5%、取消一氧化碳浓度限制的措施，协同转炉一次除尘、煤气回收优化操作，统筹安排转炉煤气供应和消耗平衡，吨钢回收煤气144 m3，处于行业先进水平。

4 建设一氧化碳管控平台

为进一步做好一氧化碳治理管控工作，建立了一氧化碳智能监控平台，以此提高一氧化碳精细化管理水平，结合公司信息化系统，将分散一氧化碳治理设施、在线监控、煤气平衡调度等多系统整合到一起，进行数据采集、记录、分析，建立起连续、可控、可追溯的监控模式。

一氧化碳管控平台分为煤气放散管监控、煤气平衡及放散监控、一氧化碳治理设施监控、厂界一氧化碳监控。

4.1 煤气放散管监控

煤气管网放散管点多面广，难以监管，通过建立煤气放散监控平台，可以随时监控煤气放散阀的开关状态，记录煤气放散管检修吹扫作业的时间、时长，实现煤气吹扫规范作业，精细管理及结果精确统计。

4.2 煤气平衡及放散监控

通过数字平台动态监视高炉、转炉、焦炉的发生量、消耗量、管网压力等，实时记录煤气发电及各种炉窑生产负荷，同时采集高煤气放散流量、累积量及点火温度、伴烧温度、伴烧流量；监控转炉一次除尘放散流速、流量，构建煤气精细化管理体系，动态分析和预测能源平衡，指导和优化煤气利用率，提高自发电比例。

4.3 一氧化碳治理设施监控

烧结机烟气循环：采集排放口烟气流量、循环烟气流量、料面氧含量、补风管道流量、风箱支管取风管道阀门开关量、支管烟气流量、循环风机频率、循环风机电流。

烧结料面喷蒸汽：采集烧结机速、蒸汽管道压力、蒸汽流量。

烧结富氧点火：采集氧气流量、助燃风流量、区域氧含量、烧结机速、料层厚度。

高炉均压放散回收：采集引射器阀门开关量、回收煤气量、料罐压力、均压煤气回收阀门开关量、均压煤气放散阀门开关量。

高炉休风放散回收：引射器阀门开关量、休风放散阀门开关量、休风放散回收流量、休风放散管道压力。

轧钢加热炉煤气反吹：采集加热炉煤气耗量、反吹风机风量、反吹风机频率、支管流量及阀门开关量、排放口CO 浓度。

煤气放散点火：采集流量、温度、压力、火炬温度等全面参数，具备自动点火放散效果，可组合查询历史曲线。

4.4 厂界一氧化碳监控

在新兴铸管股份有限公司厂界和主要工序分别安装了4 套和10 套一氧化碳自动监测子站，对厂区一氧化碳进行综合统计分析，有效掌握并科学分析无组织排放分布、浓度、变化规律等数据，为精准管理提供依据。

5 取得的成效

自发电比例：通过煤气精细化管理，实现煤气系统总体平衡和高效利用，自发电比例达75%左右。

烧结机工序能耗：烧结的固体燃耗由之前的矿60 kg/t，降低到当前的55 kg/t，降低了5 kg/t。

一氧化碳减排：通过实施烧结烟气循环、轧钢加热炉煤气反吹等项目，一氧化碳日减排260 t。

助力空气质量改善：武安市空气质量综合指数实现历史性省市“退倒一”，2022 年空气指数中CO年均质量浓度2.5 mg/m3，较2022 年2.7 mg/m3下降0.2 mg/m3。

6 结语

新兴铸管股份有限公司开展的一氧化碳深度治理和精细化管控，不仅提升了企业节能减排水平，而且有效降低了一氧化碳排放总量，改善了区域空气质量，为钢铁企业一氧化碳减排提供了借鉴意义。