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摘要
烧结作为钢铁生产过程中污染最严重的工艺环节之一，其烟气中的NOx约占钢铁生产总排放量的50％，烧结烟气的治理已经成为钢铁企业环保达标的重中之重。因此，在钢铁行业超低排放形势下，寻求更为有效的烧结NOx过程控制方法，对减轻烧结NOx末端治理压力和降低脱硝成本具有重大环保和经济意义。针对烧结NOx过程控制问题，国内外学者开展了大量的研究和试探，也取得了一定的减排效果。但由于烧结反应过程本身具有反应温度高、氧化气氛强等特点，过程减排效果不太理想;本文结合烧结过程控制技术以及铁氧化物等对NOx催化还原作用，利用微型烧结装置和烧结杯试验装置研究烧结过程NOx产生与还原规律，并对其过程减排方法及工艺进行探索，得出以下主要结论: (1)煤粉燃烧NOx产生规律研究结果表明:适当降低气体流量和提高燃料粒度有利于控制煤粉燃烧NOxN转化率。烧结原料对煤粉燃烧过程NOx排放速率有促进作用，其中混匀铁矿和返矿的促进作用较大，而白云石、生石灰和石灰石的影响较小。混合料化学成分、含铁纯矿物种类和烧结矿物相组分对煤粉燃烧NOx释放特性有较大影响;Fe2O3加入后NOx排放速率增加到2.57倍，NOx排放量增加23.68％，CaO的影响较小;而SiO2、Al2O3、MgO对NOx的排放速率有抑制作用;褐铁矿和赤铁矿能够大幅度促进煤粉燃烧NOx的生成和排放，菱铁矿和镜铁矿的促进作用较弱;磁铁矿的加入使煤粉中NOx排放量降低了15.74％。烧结矿(ST)及其物相组分对NOx排放速率的促进作用从大到小顺序为:三氧化二铁＞铁酸二钙＞铁酸钙＞钙铁橄榄石＞烧结矿＞铁酸半钙＞硅酸钙＞铁橄榄石，其中，铁橄榄石、铁酸钙、铁酸半钙和铁酸二钙使得煤粉燃烧NOx排放量分别降低21.03％、28.46％、37.48和50.43％。在烧结过程中，NOx在干燥预热带及以下仅有少量生成，绝大部分产生于燃烧带高温区。 (2)烧结过程NO催化还原规律研究结果表明:无氧气存在时，CO还原NO的反应在600℃以上高温时才能发生;以烧结矿作为催化剂时，500℃时NO的转化率可达99.58％。O2浓度对烧结矿催化CO还原NO效果的影响较大。铁酸钙能催化CO还原NO,在500℃时，三种铁酸钙的催化活性从高至低依次为:铁酸半钙＞铁酸钙＞铁酸二钙。加入烧结矿和铁酸钙后，CO还原NO反应活化能大幅降低，可由26.49kJ·mol-1下降至10.40kJ·mol-1，加快了CO还原NO的反应速率，NO的转化率明显提高，说明烧结矿和铁酸钙对CO还原NO的反应有明显的催化作用。 (3)烧结过程NOx减排方法研究结果表明:燃料外裹熔剂预处理、三层制粒结构的中间层分布熔剂、混合料外裹熔剂和混合料内外分层配料能够有效降低NOx排放速率和排放量。当燃料分别外裹100％石灰石、白云石和生石灰时，NOx峰值浓度分别降低20.60％、26.82％和25.75％，NOx排放量分别降低22.85％、21.13％和16.21％;当三层制粒结构中间层分别分布100％石灰石、白云石和生石灰时，NOx峰值浓度分别降低32.83％、24.40％干1128.76％，NOx排放量分别降低22.96％、19.62％和23.17％;当混合料分别外裹100％石灰石、白云石和生石灰时，NOx峰值浓度分别降低28.11％，26.82％和31.76％，NOx排放量分别降低22.18％、24.72％和32.90％;混合料内外分层配料方案B(内层:混匀铁矿和返矿50％、熔剂和煤粉80％)和方案D(内层:混匀铁矿和返矿20％、熔剂和煤粉80％)的NOx峰值浓度分别降低15.45％和24.46％，NOx排放量分别降低23.50％和15.44％。 (4)烧结混合料热风预先干燥烧结杯试验结果表明，随着干燥时间的增加，烧结矿转鼓强度和落下强度总体升高，成品率、垂直烧结速度和烧结利用系数先升高后下降，干燥时间在30min为宜;随着烧结混合料热风预先干燥时间的增加，烧结过程中烟气NOx基准浓度和NOx排放量会逐渐减少，当干燥时间达到30min时，16％氧气浓度基准下NOx浓度可降低20％左右，NOx排放总量相比基准烧结减少了22.82％。双层点火烧结试验结果表明，双层点火烧结的烧结成品率和落下强度总体提高，转鼓强度和固体燃料略有降低。在层高比例为320/400mm(下/上)、点火时间间隔为7.5min时，烧结指标有略微下降，烟气的平均基准NOx浓度降低了28.85％。燃料外裹白云石、三层制粒结构中问层分布石灰石、混合料外裹生石灰对烧结指标的提高有促进作用，分层配料B的烧结指标有略微下降;三层制粒结构中间层分布石灰石、混合料外裹生石灰、分层配料B的减排效果比较明显，平均基准NOx浓度降低10％以上。
- 出版日期2022
- 单位武汉科技大学
