钢铁行业CO 排放治理与管控研究

赵廷刚

（邯郸市生态环境局，河北 邯郸 056000）

自2019 年《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》发布以来，钢铁行业积极推进全流程治理改造，颗粒物、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）等主要大气污染物排放量已大幅削减，推动区域环境空气质量明显改善[1]。随着环保治理的日益严格和精细，钢铁行业一氧化碳（CO）排放量大，对空气CO指数的影响日益凸显。CO 排放的治理与管控逐渐成为钢铁企业环保治理的重点，强化钢铁企业CO 减排也成为涉钢城市推进环境空气质量持续改善的有效途径。

1 一氧化碳排放源

1.1 烧结工序

烧结工序CO 排放主要由焦粉煤粉等固体燃料和点火煤气不完全燃烧产生，受原料配比及工况波动等影响，烧结机机头烟气中含有较高含量的CO[2]。在烧结工艺相对落后、未采取有效治理措施的情况下，烧结机机头烟气中CO 浓度约为10 000mg/m3，远大于颗粒物、SO2、NOx排放量的总和。

1.2 炼铁工序

高炉煤气中CO 含量为28%—33%。受高炉炼铁传统工艺技术限制，高炉煤气主要以两种方式放散进入大气。一种是高炉料罐间歇性作业产生的煤气均压放散，每次炉顶称量后，需将称量料罐内高压煤气对空放散，压力降至与上部料罐相等的大气压力，才能进行装料工序；另一种是在高炉煤气回收利用过程中，会因压力波动大等原因向大气中放散一定量的煤气。

1.3 炼钢工序

转炉冶炼过程产生的烟气为转炉一次烟气。转炉一次烟气经降温除尘后大部分可回收作为转炉煤气（CO 为60%—80%）。转炉一次烟气的产生量在一个冶炼周期内并不均衡，成分也有变化，在吹炼初期和末期产生的不满足回收利用标准（O2＞1.5%）的转炉煤气通常经过放散塔进行放散，每个冶炼炉次放散时间为2—3min，放散量约为10%。

1.4 轧钢工序

轧钢加热炉燃料不完全燃烧会产生一定量的CO。蓄热式加热炉是以换向阀的频繁换向为基础，每次换向阀切换，一组（侧）烧嘴由燃烧状态转变成排烟状态时，换向阀到蓄热式烧嘴之间的残存煤气就会被排烟系统抽走，导致部分残存煤气直排。

1.5 煤气输送使用

当烧结机、轧钢加热炉等煤气下游用户检修时，煤气用量减少，导致煤气产用不平衡，煤气管网压力产生较大波动，部分富裕煤气需经放散塔对空放散。此外，在煤气管网长距离输送过程中，因管道或阀门巡检维修不及时会产生煤气泄漏。

2 治理管控措施

2.1 烧结工序

2.1.1 烟气循环技术

烟气循环技术采取内循环方式，烧结机主抽或冷却段选取部分风箱连接烟气管道，经除尘器除尘后，由循环风机送至主抽风箱上部平台密封罩内，再次进行循环燃烧，使其中的高浓度CO 得到再次燃烧[3]。该技术的关键点为循环风箱的精准选择，要尽可能多对CO 浓度高的风箱进行烟气循环，以实现减排效果最大化。

2.1.2 “富氧助燃+料面喷吹蒸汽”技术

该技术通过提高点火助燃空气或抽入料层空气的氧含量，改善燃料燃烧条件，强化燃烧过程，使点火煤气及料层中固体燃料充分燃烧，从而减少CO排放，同时采用雾化喷嘴对烧结料面喷吹蒸汽，H2O与燃料碳的气化反应可以扩大燃料孔隙度，增强碳氧反应面积，提高烧结料中碳完全燃烧比例，降低烟气中CO 含量。喷吹蒸汽技术的关键点为喷吹位置的确定，台车上过前或过后喷吹CO 都会导致减排效果较小。

2.1.3 末端治理技术

该技术主要有溶液吸收法、吸附法和氧化法。溶液吸收法和吸附法目前虽已有所研究，但尚未成熟[4]。CO 催化氧化法针对SCR 脱硝工艺，增设CO催化燃烧系统，可有效提高CO 燃烧效率，同时可使烟气升温，降低补热系统热负荷和运行成本。目前，该技术得到了越来越广泛的研究应用。

2.2 炼铁工序

2.2.1 煤气均压放散回收

在炉顶原有均压煤气放散管路上设置引射单元，前期均压煤气依靠自身较高压力自然回收进入除尘器，当达到设定压力后，开启引射阀门，采用高压净煤气作为引射气源，将料罐内残余煤气快速引射到现有除尘器的入口管道，经除尘器净化后进入煤气管网，实现均压煤气全回收，具有显著的生态效益和经济效益。

2.2.2 煤气休风净化回收

在高炉干法除尘器后设置高压引射装置，利用高压引射介质作为动力源，将休风的高炉煤气引入高炉煤气回收管道，经除尘净化后进入低压管网。系统设置气体分析仪对回收煤气成分进行在线分析，回收过程中通过对氧含量等参数的检测保证系统的安全性。

2.2.3 高炉煤气零放散

在高炉煤气常规放散系统的连接管和放散塔之间增设水封系统，系统主要采用U 型水封密封技术和放散压力调节技术，通过将阀门截断变为流体介质密封，避免了机械阀门关闭不彻底造成的CO 无组织放散。

2.3 炼钢工序

炼钢工序采用转炉煤气直燃式点火伴燃技术。传统伴烧型点火系统一般采用外来高热值燃气长期伴烧，即“长明灯”，存在资源浪费和环境污染。直燃式点火伴燃技术采用新型高空点火头和等离子点火器，利用电弧电离局部空气，产生高温直流高压环境，转炉煤气在催化反应作用下可以直接被点燃并作为伴烧气体，用转炉煤气代替其他高热值气体伴烧，直到放散管放散结束。

2.4 轧钢工序

轧钢工序采用轧钢加热炉煤气反吹技术。在蓄热式加热炉排烟系统风机后取点，增加烟气吹扫系统管路，将煤气引出循环至加热炉换向阀前，在每次换向排烟前将残存煤气反吹进炉膛进行燃烧，可有效解决换向燃烧时煤气直排问题。采用反吹技术可大幅降低排放烟气的CO 含量，同时降低轧钢加热炉煤气消耗。

2.5 生产运行管理

优化烧结配料结构，按照“厚料层、慢机速”，探索最优料层厚度和机速，可实现烧结烟气CO 浓度进一步降低。优化转炉煤气回收条件，可最大限度降低不合格转炉煤气放散量。提高高炉热风炉等煤气用户燃烧控制水平，确定最优空燃比范围，可实现煤气充分燃烧。通过强化煤气管网设施巡检维护，可减少煤气泄漏量；强化生产节奏衔接和能源平衡管理，可减少煤气无序放散情况；适度增加高炉煤气柜和下游煤气用户消耗能力建设，可有效提升煤气平衡调控能力。

3 建议

针对烧结工序，应重点关注催化氧化技术的推广应用，目前已有贵金属催化剂工业化应用案例，但催化剂的适用性和稳定性仍需检验，同时要加大非贵金属催化剂研发力度，以期降低应用成本。针对煤气放散，需对放散煤气点燃时的火苗燃烧速度进行深入研究，以期为合理控制煤气放散流速提供科学依据。针对生产管理，需建立智能管控平台，集成监测监控、DCS 和数据综合分析能力，实现钢铁企业CO 排放的全面精细化管控。

4 结论

钢铁企业CO 排放量大，对环境空气质量的影响日益凸显。系统分析钢铁企业各工序CO 排放来源及特点，针对性采取烧结烟气循环、煤气放散回收、蓄热式加热炉煤气反吹等治理管控措施，优化生产运行和能源平衡管理，可有效降低钢铁企业CO 排放水平。钢铁企业需积极探索应用烧结烟气催化燃烧等CO 末端治理技术，加大对煤气放散燃烧特性的研究，建立CO 智能管控平台，进一步降低CO 排放水平，为区域环境空气质量持续改善作出贡献。