江蘇省生鐵和粗鋼產(chǎn)量位居全國第二，鋼鐵行業(yè)能源消耗量占全省工業(yè)能耗總量近20%，目前江蘇省鋼鐵行業(yè)已基本完成超低排放改造，末端治理逐步接近天花板，但SO2、NOx、顆粒物等大氣污染物排放量占比仍超過15%。在當(dāng)前生態(tài)環(huán)保與碳達(dá)峰雙重壓力下，綠色低碳發(fā)展是鋼鐵行業(yè)減污降碳的必然選擇。省大氣專項(xiàng)項(xiàng)目組征集了鋼鐵行業(yè)可行的源頭治理技術(shù)，為各地推動(dòng)鋼鐵行業(yè)大氣污染與溫室氣體協(xié)同減排提供技術(shù)路徑。
一、技術(shù)原理
富氧燃燒技術(shù)是一種源自德國的先進(jìn)空氣分級(jí)燃燒系統(tǒng)。通過在燒嘴附近鼓入低濃度、高濃度氧氣或純氧，改變常規(guī)火焰為無焰燃燒，提升該區(qū)域的輻射能力，改善溫度均勻性，大幅度提升了能源轉(zhuǎn)換效率，從而實(shí)現(xiàn)低碳、節(jié)能、降本、提效。富氧度可以分為低富氧（含氧量25%-30%）、高富氧（含氧量45%-55%）、純氧（含氧量99.99%）。富氧燃燒情況下，利用氧氣從燒嘴側(cè)面高速噴入，實(shí)現(xiàn)燃燒系統(tǒng)的空氣分級(jí)燃燒，從而把原來的常規(guī)燃燒升級(jí)為富氧低氮燃燒，從源頭上降低10~30%的NOx，并同步降低噸鋼燃料消耗。
二、典型項(xiàng)目案例
項(xiàng)目概況
徐州市中新鋼鐵集團(tuán)有限公司建有步進(jìn)式燒結(jié)機(jī)、高爐、轉(zhuǎn)爐、方坯連鑄機(jī)、高速線棒材生產(chǎn)線等相關(guān)設(shè)施。企業(yè)燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火爐原采用空氣預(yù)熱后與燃?xì)膺M(jìn)行混合燃燒。為實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展，企業(yè)對(duì)燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火爐進(jìn)行了富氧燃燒技術(shù)改造，并于2021年1月1日在1號(hào)燒結(jié)機(jī)上正式投產(chǎn)運(yùn)行。
改造前燒結(jié)機(jī)實(shí)景
技改方案
企業(yè)采用燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火爐主管富氧方案進(jìn)行改造，即直接在助燃總管上開孔，安裝氧氣噴槍，氧氣和空氣在主管道內(nèi)進(jìn)行混合，通過氧氣閥組對(duì)氧氣流量進(jìn)行調(diào)節(jié)和安全控制。
結(jié)合現(xiàn)場空氣流量和氧氣供應(yīng)情況，主管富氧度控制在1~3%，氧氣流量峰值控制在500Nm3/h。與原工藝相比，該工藝有如下特點(diǎn)：(1) 改造安全可靠；(2) 方案易于實(shí)現(xiàn)；(3) 取消了燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火爐的預(yù)熱爐。
改造后燒結(jié)機(jī)實(shí)景
技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
富氧燃燒改造后，理論燃燒溫度提升，火焰剛性增強(qiáng)，表面熱強(qiáng)度增加，火焰發(fā)亮，物料表面的傳熱速率增強(qiáng)。改造后具有如下技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：
(1) 溫度靈活可調(diào)。外部因素變化時(shí)，可通過調(diào)整富氧度來迅速調(diào)整燃燒溫度，富氧度為3%時(shí)，可提升溫度約40攝氏度。
(2) 節(jié)約燃?xì)?。富氧量?00Nm3/h時(shí)，可節(jié)約燃?xì)饧s1000Nm3/h。
(3) 產(chǎn)量提升。富氧度為4%時(shí)，產(chǎn)量可提升2%。
(4) 質(zhì)量提升。產(chǎn)品強(qiáng)度增加，返礦率減少，質(zhì)量得到提升。
社會(huì)、環(huán)境效益
本項(xiàng)目通過燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火爐富氧燃燒改造，取得了良好的社會(huì)和環(huán)境效益。根據(jù)省鋼鐵協(xié)會(huì)初步評(píng)估結(jié)果，富氧度為4%時(shí)，產(chǎn)量提升2%。點(diǎn)火環(huán)節(jié)可節(jié)約能耗8.3%，減排一氧化碳和氮氧化物10%以上。
三、技術(shù)推廣應(yīng)用
江蘇省已有8家鋼鐵企業(yè)實(shí)施了富氧燃燒技術(shù)，總體運(yùn)行良好。富氧燃燒技術(shù)在鋼鐵行業(yè)及大部分需要燃燒化石能源的行業(yè)均具可推廣應(yīng)用性和工程意義。實(shí)現(xiàn)減污降碳降本的三重效果，實(shí)現(xiàn)電能、氣體、燃料的綜合使用，搭建綠色電能與燃料降碳的新途徑，為未來的碳中和搭建立體能源網(wǎng)絡(luò)。
