江蘇省生鐵和粗鋼產量位居全國第二，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%。在當前生態(tài)環(huán)保與碳達峰雙重壓力下，綠色低碳發(fā)展是鋼鐵行業(yè)減污降碳的必然選擇。省大氣專項項目組征集了鋼鐵行業(yè)可行的源頭治理技術，為各地推動鋼鐵行業(yè)大氣污染與溫室氣體協同減排提供技術路徑。

一、技術原理

富氧燃燒技術是一種源自德國的先進空氣分級燃燒系統(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換效率，從而實現低碳、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，利用氧氣從燒嘴側面高速噴入，實現燃燒系統(tǒng)的空氣分級燃燒，從而把原來的常規(guī)燃燒升級為富氧低氮燃燒，從源頭上降低10~30%的NOx，并同步降低噸鋼燃料消耗。

二、典型項目案例

項目概況

徐州市中新鋼鐵集團有限公司建有步進式燒結機、高爐、轉爐、方坯連鑄機、高速線棒材生產線等相關設施。企業(yè)燒結機點火爐原采用空氣預熱后與燃氣進行混合燃燒。為實現綠色低碳發(fā)展，企業(yè)對燒結機點火爐進行了富氧燃燒技術改造，并于2021年1月1日在1號燒結機上正式投產運行。

改造前燒結機實景

技改方案

企業(yè)采用燒結機點火爐主管富氧方案進行改造，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進行混合，通過氧氣閥組對氧氣流量進行調節(jié)和安全控制。

結合現場空氣流量和氧氣供應情況，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：(1) 改造安全可靠；(2) 方案易于實現；(3) 取消了燒結機點火爐的預熱爐。

改造后燒結機實景

技術、經濟指標

富氧燃燒改造后，理論燃燒溫度提升，火焰剛性增強，表面熱強度增加，火焰發(fā)亮，物料表面的傳熱速率增強。改造后具有如下技術和經濟指標：

(1) 溫度靈活可調。外部因素變化時，可通過調整富氧度來迅速調整燃燒溫度，富氧度為3%時，可提升溫度約40攝氏度。

(2) 節(jié)約燃氣。富氧量為300Nm3/h時，可節(jié)約燃氣約1000Nm3/h。

(3) 產量提升。富氧度為4%時，產量可提升2%。

(4) 質量提升。產品強度增加，返礦率減少，質量得到提升。

社會、環(huán)境效益

本項目通過燒結機點火爐富氧燃燒改造，取得了良好的社會和環(huán)境效益。根據省鋼鐵協會初步評估結果，富氧度為4%時，產量提升2%。點火環(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、技術推廣應用

江蘇省已有8家鋼鐵企業(yè)實施了富氧燃燒技術，總體運行良好。富氧燃燒技術在鋼鐵行業(yè)及大部分需要燃燒化石能源的行業(yè)均具可推廣應用性和工程意義。實現減污降碳降本的三重效果，實現電能、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絡。