申明强 （河钢邯钢炼铁部，河北邯郸 056015）

摘 要：烧结机头烟气中含有大量的 CO，目前尚无治理措施。CO 的无组织排放不仅造成了环境的污染，更造成 了能源的浪费。据统计，烧结烟气中CO 携带能量约占烧结消耗总能量的 15%~20%，如果采取措施使其氧化成 CO2， 将其携带的能量释放到烧结烟气中正好满足 SCR 及二噁英的脱除温度要求，从而实现烧结烟气污染物的同步脱除。 把脱除 CO、NOx及二噁英后的烟气热量进行回收，将产生显著的经济效益，切实实现节能减排的目标。

关键词：烧结烟气；CO；NOx；二噁英；脱除

Co-treatment of CO, NOx and Dioxins in Sintering Flue Gas Shen Mingqiang (Iron-making Department of HBIS Group Hansteel Company, Handan 056015, China) Abstract: There is a large amount of CO in the flue gas of sintering machine head, and no control measure at present. The non-organized emission of CO not only pollutes the environment, but also wastes energy. According to statistics, the energy carried by CO in sintering flue gas accounts for about 15%~20% of the total energy consumed by sintering. If measures are taken to oxidize it into CO2, the energy carried by it will be released into sintering flue gas to meet the requirements of SCR and dioxin removal temperature, thus achieving the simultaneous removal of pollutants in sintering flue gas. Recovery of flue gas heat after removal of CO, NOx and dioxins will produce significant economic benefits and achieve the goal of energy saving and emission reduction. Key words: sintering flue gas; CO; NOx; dioxin; removal

在当今全球变暖、生态环境恶化的背景下，烧结的节能减排对钢铁工业的可持续发展具有重要意义。据统计，烧结工序能耗约占整个钢铁工业能耗的 15%以上，污染物排放量约占整个钢铁工业的 40%左右。近 年来，随着国家对节能减排的日益关注，在烧结领域烧结机机头烟气脱硫技术已日趋成熟，并且随着国家环保标准的提高，相继出现了烧结烟气 NOx 的处理技术。目前烧结机头烟气污染物处理技术虽取得长足进步， 但结果并不能使人满意。主要原因是在烟气污染物处理过程中需要消耗大量的能源，在降低污染物排放的同时造成了电能和其他能源的大量消耗，对社会资源也是一种极大的浪费。

1 CO 脱除对烧结烟气脱硝工艺的积极意义

1.1 目前烧结烟气脱硝工艺比较 为了实现烧结烟气中 NOx 排放降低到 50mg/m3以下，近期发展出臭氧氧化法、低温催化还原法（SCR） 和活性炭脱硫脱硝等多种脱硝工艺。以上工艺虽能实现烧结烟气中 NOx 的达标排放，但都存在一定问题制约其发展，主要存在以下几个方面：

（1）活性炭脱硫脱硝工艺：1）一次性投资成本及后期运行维护成本高；2）活性炭用煤资源量有限，将来面临无活性炭可用的境地。

（2）臭氧氧化法脱硝工艺：1）电耗成本较高，臭氧转化率偏低；2）对脱硫后布袋具有强氧化作用，影响到除尘布袋寿命；3）臭氧作为大气污染物的一种，造成新的大气污染。

（3）低温催化还原脱硝工艺（SCR）：1）低温脱硝效率偏低；2）需要消耗大量能源对烟气进行加热。

1.2 中温催化还原脱硝工艺

中温催化还原脱硝工艺（SCR）（300~420℃）在火电厂应用相当广泛，并且有较高的脱硝效率。该技术 是利用脱硝还原剂（液氨、氨水、尿素等），在催化剂作用下选择性地将烟气中的 NOx（主要是 NO、NO2） 还原成氮气（N2）和水（H2O），从而达到脱除 NOx 的目的。该工艺具有技术成熟，脱硝效率高等一系列优点，但在够脱除烧结烟气中的 CO，使其转化为转化为 CO2，不仅可以消除 CO 污染，其释放的能量将会把 烧结烟气提高 150℃左右，如果再少量辅以其他热量，将可以使烧结烟气适应中温催化脱硝工艺（300~420℃）， 必将推动烧结烟气脱硝工艺的巨大发展。另外，如果对脱硝后烧结工艺中一直不能得到推广，主要原因是烧 结烟气温度低（110~160℃），将烟气温度达到该工艺所需工况条件需要消耗大量的能源，导致脱硝成本高昂。

1.3 CO 脱除的必要性

烧结烟气中含有约 1%~2%的 CO（约 8000~20000mg/m3），已经成为烧结烟气亟需治理的污染物之一。据有关资料显示，在烧结过程中大概有 1/4 的 C 最终以不完全燃烧的形式排放，由此造成了约 15%~20%的 能量以烧结烟气中 CO 的形式排放，造成了巨大的能源浪费。

1.4 CO 脱除对脱硝工艺的积极影响

如果能的高温烟气进行余热回收，将可能在脱除污染物的同时产生一定的经济效益。

2 烧结过程 CO 产生机理

2.1 烧结燃烧特性

烧结料层炭的燃烧特性，烧结料层是典型的固定床，但与一般固定床燃料燃烧相比又有很大的不同。

（1）烧结料层中碳含量少、粒度细而且分散，按重量计燃料只占总料重的 3%~5%，按体积计不到总料 体积的 10%。

（2）烧结料层中的热交换十分有利，固定碳颗粒燃烧迅速，且在一个厚度不大（一般为30~40mm）的 高温区内进行，高温废气降低很快，二次燃烧反应不会有明显的发展。

（3）烧结料层中一般空气过剩系数较高（常为 1.4~1.5）故废气中均含一定数量的氧。燃烧带的特征是一种“嵌晶”结构，即炭粒是在周围没有含炭的惰性物粒包围下进行的。在靠近燃料颗 粒附近，最高温度和还原性气氛占优势，氧气不足，特别是烧结块形成时，燃料被熔融场包裹时氧更显得不足。但空气抽过邻近不含炭的区域，温度就低得多，具有明显氧化气氛。

2.2 烧结废气中 CO 的发生及组成

烧结过程中 CO 产生的原因，不外为燃烧不充分（包括 C+0.5O2=CO 的反应温度低），C 和 CO2反应生 成 CO（波多反应），氧化铁的直接还原和水煤气反应等化学反应所致。由于烧结废气中 CO 的存在，使燃烧的热值受到相当大的损失，如废气中含 CO1%~2%，热损失占总热 收入的 15%~20%，烧结废气组成通常用 CO2、CO 比值，和燃烧比[CO/(CO+CO2)]来评价[1]。

2.3 烧结烟气中 CO 浓度的影响因素 烧结废气中 CO/(CO+CO2)随燃料粒度增大而减小但随混合料中的燃料的用量增大而增大。负压提高，废气燃烧比亦增加，但幅度较小。亦与料层的厚度，返矿量，燃烧温度和燃料的反应性等有关。随着燃料粒度变细，燃料量增加和温度提高而使燃烧比增加是由于波多反应的结果；料层加厚和返矿减少，引起燃烧比的增加是由于烧结时间延长和温度提高，以及燃料分布密度增大的结果；负压增大使反应过冷，所以负压增大燃烧比也增大。CO 比 CO2提早 1min 消失，是由于波多反应 CO+0.5O2=CO2反应过冷的 结果。

3 烧结烟气中 CO 脱除的可行性研究

3.1 烧结烟气中 CO 的燃烧条件

烧结烟气中的 CO 含量很低，本身很难燃烧，需要外界创造一个高温的条件和适宜的氧气量，从而完成 燃烧过程。这个过程可能是燃烧过程，也可能是无焰的氧化过程，完成这个过程需要一定的时间。相关记载在 710℃完成烧结烟气中 CO 的燃烧需要 0.05s，但工程中出于安全问题考虑，一般设计烟气在焚烧炉中高温区的停留时间 1~2s。

CO 燃烧过程不仅有最低的启燃温度要求，而且存在启燃区域限制，在最低的启燃温度以下，CO 不可 能发生剧烈燃烧；但在启燃区域以内，启燃速度随温度升高而增加，继续升高温度，转化率曲线由平缓过渡到陡直，即存在一个转折点。这个转折点随操作条件的不同而略有变化，即与压力、水蒸气和 CO 浓度等因 素有关。由此可见，CO 燃烧过程经历了一个由不燃（<639℃）到启燃以致剧烈燃烧的过程。烧结烟气 CO的启燃温度为 639℃，而爆燃温度为 700~710℃，639℃到 700℃为启燃阶段。

3.2 烧结烟气 CO、NOx 及二噁英的协同处理工艺

把从烧结主抽风机出来的烟气送进专门设计的 CO 脱除炉内，该 CO 脱除炉以高炉煤气（或焦炉煤气） 为能源，在炉内形成 800~1100℃的高温，使烟气中的 CO 和二噁英氧化分解，反应后的热量连同 CO 脱除炉 本身的煤气燃烧释放热量一同进入烧结烟气中，此时烟 气将会被加热到 300~350℃。被加热后烟气通过 SCR 装置，实现对烟气中 NOx 的脱除。通过 SCR 脱硝工艺 后烟气通过换热器进行换热，在产生高温高压蒸汽的同 时烟气温度将会降低到 130℃左右。此时把烧结烟气送 回到现有的脱硫工艺中，实现对烟气中 SO2的脱除。

4 烧结烟气热平衡计算

目前烧结烟气温度一般控制 130~170℃，对于大型烧结机烟气温度一般控制在 150℃。对于大型烧结机 而言，烟气量一般为 1500Nm3 /t 矿，烟气中含有的 CO 浓度约为 20000mg/m3 。CO 脱除炉设计高炉煤气产生 热值为 12%烧结总能耗（220.8×106J/t矿），在经过 CO 脱除炉时，由高炉煤气及烧结烟气中 CO 燃烧所产生 的热量将会使烧结烟气升高到 350℃以上，此时正好适合 SCR 脱硝反应的进行（最佳反应温度 300~420℃）。 经 SCR 脱硝后的高温烟气在换热发电后将会降低到 130℃，把此烟气返回到现有脱硫工艺中进一步脱除烟 气中 SO2等污染物。

5 经济效益计算

如果对脱硝后的烟气热量进行回收，经计算，仅 CO 产生热量所转化为电能约为 25kWh/t 矿，如果加上 CO 脱除炉产生热量，预计总发电量将会达到 40kWh/t 矿。按照工业用电 0.6 元/kWh 计算，仅 CO 产生电能 将节约成本 15 元/t 矿。此项节约成本将可抵消整个脱硫脱硝工艺的运行费用。 6 结束语 该工艺的实施使烧结烟气中 CO 从一种污染物变成了能源被回收利用，切实达到了节能减排的目的，同时在该工艺的基础上增加 SCR 脱硝工艺，解决了目前烧结烟气 SCR 脱硝工艺中所消耗煤气能量不能回收利用的问题，如果该工艺得以实施，必然会产生巨大的经济和社会效益。