铁矿烧结过程烟气排放规律分析

摘要：为了研究烧结烟气中COx的排放规律,首先对烧结工序中燃料燃烧行为进行研究,分析COx的生成机制。然后模拟生产现场烧结过程,使用烟气分析仪对烧结烟气进行检测,分析烟气温度、负压、烟气成分等数据,并结合烧结料层状态解析了烟气参数变化与料层状态之间的相关联性。实验结果得出,影响烧结烟气中CO质量浓度的主要因素是温度;CO、CO2和氮氧化物质量浓度变化一致,与O2气体积分数变化负相关;CO、SO2和氮氧化物浓度有相同的极值时间,此时烟气温度达到最快上升期;烧结点火结束之后至烟气温度上升之前是分段处理烟气中CO的黄金阶段。     

无烟煤代替焦粉燃烧行为及对烧结NOx排放的影响

 为了明确固体燃料燃烧行为对烧结过程NOx排放及其产质量的影响规律,采用微型燃烧装置考察了无烟煤代替不同比例焦粉时其燃烧速率、CO生成等燃烧行为对NOx排放浓度和总量、氮元素转化率的影响规律,并在此基础上进行工业性试验,研究不同替代比例下NOx排放和烧结产质量指标的变化规律。结果表明,随着无烟煤代替焦粉比例的升高,其燃烧速率逐渐减小,且其与NOx排放浓度整体呈线性正相关关系,同时其CO生成量则先增大后减小,且与NOx排放总量和氮元素转化率均呈线性负相关关系。此外,固体燃料的燃烧热值会对烧结产质量指标产生影响,而在兼顾NOx排放指标及烧结产质量指标下,低氮无烟煤代替焦粉的适宜比例为70%。     

颗粒结构对焦粉燃烧性能的影响

在日本铁矿烧结中每年排放约32MtCO2,占总排放量的2.6%。由于烧结废气中含有一定量的CO,因此如果焦粉能够完全燃烧就可减少其消耗量。为明确焦粉在烧结过程中的燃烧机理,目前的研究主要是基于焦粉在铁矿石、石灰石和氧化铝等各种烧结物料颗粒间的位置对其着火温度和燃烧速率的影响。对粗焦粉颗粒来说,铁矿石和石灰石的附着会降低其着火温度,加快燃烧速率。除焦粉和石灰石形成的复合小球状颗粒外,细焦粉颗粒则会黏附于其他物料颗粒表面或者与其他物料颗粒共存形成的复合颗粒,既不会改变焦粉的着火温度,也不会改变其燃烧速率。石灰石对加快焦粉燃烧速率似乎具有催化作用。     

焦粉粒度对烧结烟气中CO排放的影响

摘要：针对钢铁企业大气污染物排放问题,生态环境部提出了NOx、SO2、烟气颗粒物等超低排放的要求,京津冀地区在此基础上对烧结工序的CO排放浓度也做了相应要求。为探究不同粒度焦粉对烧结烟气中CO排放的影响,进行烧结杯实验,使用紫外差分烟气分析仪实时测定烧结烟气中CO浓度,并测定烧结矿的性能指标。结果表明：焦粉粒径小于1mm时,生料层透气性差,焦粉燃烧不完全,CO排放量大,随着焦粉粒径增大,制粒得到强化,生料层透气性、氧化性气氛得到改善,在焦粉粒径达到3～4mm时达到最佳,较小于1mm降低约41%;随着粒径增大,烧结矿强度、成品率均有所增加,冶金性能得到改善,在焦粉粒径达到2～3mm时,综合性能达到最优。     

烧结过程最佳风量全面控制系统(TACS)的研究与应用

支配着烧结过程温度状况的焦粉燃烧状态,不仅取决于燃料方面的条件,还取决于风量等气体条件。在本项研究中分析了作为烧结料层内焦粉燃烧条件的风量和点火器内氧浓度等的实际状态,探讨了“调整气体条件提高料层内体焦燃烧效率”的实际意义。结果表明:1)料层上层的焦炭燃烧状况与中层以下的焦炭燃烧状况不同,下层的焦粉燃烧速度对风量依赖性小,减小风量,上层的温度状况的改善效果很大;2)拦板附近和大裂缝处发现局部风量过剩,发生欠烧,造成料层内烧结状况混乱;3)点火器内存在缺氧状态等。本项研究结果促进了有关改进技术的实际应用。新日铁公司大分钢铁厂2号烧量结机以烧结机运行方向上的风量分布控制技术为中心。形成了烧结过程最佳风量全面控制系统(TACS),并已实际应用,效果很好。     

燃烧条件对准颗粒CO排放影响的数值模拟

在烧结过程中料层不同位置温度、氧气浓度、空气流速等条件存在差异巨大,为探究烧结过程中燃烧条件对烧结准颗粒CO生成行为的影响,利用数值模拟的方法研究了不同准颗粒烧结过程。通过FLUENT软件,以多孔介质模型为基础,结合能量方程模型、组分输运方程模型、燃料燃烧以及污染物排放的反应动力学模型,以自定义功能(UDF)对各方程模型的源项进行定义与修正,建立了4种不同结构铁矿石烧结准颗粒,即S′型(裸露型)、S型(被覆型)、C型(外包型)和P型(球团型)的燃料燃烧过程模型,阐述了各种因素对烧结准颗粒中燃料燃烧行为及污染物排放特性的影响规律。模拟结果显示,准颗粒烧结过程CO排放规律随着燃烧条件的变化而发生改变,不同的反应条件对准颗粒内焦炭的燃烧速率有不同影响。当环境温度从1 200 K升至1 400 K时,准颗粒的CO排放总量下降了2%左右。较高的环境风速与氧气浓度都使准颗粒的CO排放浓度峰值增加,同时增加了焦炭的未完全燃烧程度。     

烧结烟气CO的产生及治理途径——源头及过程控制技术

烧结烟气CO的减排越来越受到重视,从源头和过程减少CO的排放,对烧结清洁生产意义重大.本文从低碳烧结技术和烧结过程燃料燃烧调控技术入手,总结从源头和烧结过程减少CO排放的方法.结果 表明:超厚料层烧结技术、富氢能源利用技术等可以从源头减少CO的生成,而燃料粒度及分布的控制技术、蒸汽喷吹技术、富氧改变燃烧介质技术和烟气循...     

基于固体燃料粒度优化的烧结过程NOx减排

为了研究优化固体燃料粒度以减少烧结过程NOx排放,采用微型烧结燃烧装置进行不同粒度下单独焦粉颗粒的燃烧试验,以及焦粉分别为粗粒级(粒度为2.00～3.15 mm)、中间粒级(粒度为0.5～1.0 mm)、细粒级(粒度小于0.5 mm)下的固结试验,并在此基础上通过烧结杯试验研究了优化焦粉粒度对烧结NOx排放和产质量指标的影响规律。结果表明,随着焦粉粒度的减小,其燃烧过程NOx排放浓度和氮元素转化率均逐渐升高,且当焦粉为全粗粒级和中间粒级时,烧结固结强度得到改善。此外,将焦粉粒度控制在0.50～3.15 mm范围内,其NOx最大排放浓度和氮元素转化率分别降低约8%和27%,且烧结各项产质量指标都得到改善。     

基于生命周期评价的烧结烟气净化工艺碳足迹分析

钢铁企业烧结烟气具有烟气量大、成分复杂、温室气体含量高的特点,当前对烧结烟气的净化处理仅限于除尘、脱硫、脱硝及脱二噁英等,并未有控制温室气体排放的有效措施。同时,烟气净化系统运行过程中额外带来的温室气体排放不可忽视。本文以我国某钢铁企业550 m~2烧结烟气活性炭同时脱硫脱硝净化工程为研究对象,采用生命周期评价(LCA)方法,核算其全生命周期过程的碳足迹(以CO_(2-eq)计),分析不同阶段对碳足迹的贡献,识别其减碳潜力。结果表明:烧结烟气中的温室气体为活性炭法烟气净化系统碳足迹主要贡献者,占比为80.24%;系统能源消耗对应的能源生产对碳足迹的贡献为17.07%;系统吸附阶段主要消耗物活性炭和液氨生产对碳足迹的贡献为2.61%;解析阶段供热煤气燃烧对碳足迹的贡献为1.70%;副产物的回收利用有效地降低了全生命周期的碳足迹,可抵消碳足迹1.61%,全年减排CO_(2-eq)35 810 t。     

烧结点火后料面喷吹蒸汽机理分析与试验

在烧结点火后适当时机与位置在料面喷洒蒸汽(或水汽混合物),对烧结过程起到强化作用。机理分析认为,喷入蒸汽在燃烧带,C与H_2O反应生成了H_2、CO或CO_2。CO少部分还原铁矿石,大部分与上部空气下传的O_2发生燃烧反应,生成CO_2更彻底,提高了废气中CO_2/(CO+CO_2)的比值,即提高了燃料利用率。蒸汽在燃烧带进行各种物理化学反应后,实际上发生了元素转移,蒸汽中的O元素转移到CO_2中,CO_2中的O不是全部来源于上部空气的O_2,部分来自H_2O,上部空气中的O_2更多地用于燃烧反应,燃烧速度加快。H_2O与C反应生成的H_2与CO都是强还原剂,它们对铁矿石进行还原反应,生成FeO甚至金属铁。烧结矿的FeO含量将增加,可节约混合料配炭。化学反应生成的气态H_2O与喷入的H_2O蒸汽都具有加快传热传质作用而强化烧结。工业试验表明,在烧结机点火后适当时机开始喷吹蒸汽,平均蒸汽用量3.84 kg/t,烧结增产率达到1.64%,固体燃料降低了1.67 kgce/t,节能率达到4.21%,返矿率降低了0.26%,转鼓指数上升了0.12%;增加蒸汽喷吹量后,废气中O_2含量减少,CO_2含量增加,CO含量减少,燃烧比[CO/(CO+CO_2)]降低,燃料利用率[CO_2/(CO+CO_2)]提高。     

Analysis of flue gas emission law in sintering process of iron mine

In order to study the emission law of COx in the sintering flue gas, firstly, the fuel combustion behavior in the sintering process was studied and the generation mechanism of COx was analyzed. Then, the sintering process in the production site was simulated. Sintering flue gas was detected by the flue gas analyzer. Flue gas temperature, negative pressure, and flue gas composition were analyzed. The correlation between the change of flue gas parameters and the state of sinter bed was analyzed. The experimental results can be concluded that the main factor affecting the mass concentration of CO in the sintered flue gas is temperature. The changes of CO, CO2 and NOx mass concentrations are consistent and negatively correlated with the changes of O2 gas volume fraction.CO, SO2 and NOx concentrations have the same extreme time, and the flue gas temperature reaches the fastest rising period. The golden stage of staged treatment of CO in flue gas is from the end of sintering ignition to the rise of flue gas temperature.     

焦粉改性降低烧结过程NOx排放的模拟

 以浸渍法制备CeO2和CaO改性焦粉作为烧结燃料降低NOx排放。分别采用焦炭燃烧模拟实验和烧结杯实验对CeO2和CaO降低NOx排放进行研究。结果表明,在20%CeO2和20%CaO改性焦炭燃烧中,NOx减少排放率分别为148%和77%。在烧结杯实验中,以20%CeO2和20%CaO改性焦粉作为烧结燃料,NOx减少排放率分别为188%和135%。     

燃料结构对烧结性能及综合效果的影响

 焦粉与无烟煤均可作为烧结燃料,产生烧结过程物理化学反应与发热作用的主要是碳素,由于价格因素无烟煤碳的性价比几乎是焦粉碳的2倍,有利于经济烧结。在攀钢钒原燃料条件下,开展了燃料结构与比例的系统试验并对试验结果进行综合评价。实验室试验表明,“25%焦+75%煤”综合效果最好,“50%焦+50%煤”次之,但这两种结构比例均优于单独使用焦或煤。工业试验表明,“15%焦+85%煤”综合效果最好,“85%焦+15%煤”次之,这两种搭配均优于单独使用焦。试验中发现,单独使用煤综合效果优于单独使用焦,且烧结矿矿物组成与结构及冶金性能基本不受影响。排除煤粉配比略高、脉石含量高的影响因素后仍然体现出明显的经济性,而综合效果不受影响。实验室烟气成分检测表明,单独用焦或煤或两者搭配使用,随着烧结时间的变化,其废气O₂、CO、CO₂含量曲线形状高度相似,表现出燃料结构与比例对烧结过程的燃烧与作用机理是相同的或差异甚微,不同的是废气成分含量有一定的差异但不大,表征燃烧效率与利用率φ(CO)/[φ(CO)+φ(CO₂)]比值相近或差异不大,这说明焦、煤可以互换或搭配使用,达到用煤经济性的目的。     

生物质替代焦粉铁矿石烧结过程中的碱金属迁移行为

通过挥发–冷凝实验装置进行小型烧结实验,运用X射线荧光光谱（XRF）、扫描电镜–能谱仪（SEM–EDS）及电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP–OES）等分析检测手段,结合Factsage热力学模拟,对比研究了以木炭和焦粉为燃料,配加含铁粉尘的铁矿石烧结过程中,床层碱金属随烟气挥发迁移的规律、烧结前后的碱金属脱除率以及工艺措施对碱金属脱除的影响。结果表明,K相对于Na更容易被脱除,挥发至烟气中的碱金属化合物主要是KCl,其次为NaCl。增加燃料配比促进了碱金属元素的脱除;在燃料配比相同的条件下,木炭烧结的碱金属脱除效果不及焦粉烧结。烧结过程中,排入废气中的碱金属化合物被下部混合料层大量捕获、吸附,下部床层内捕集的碱金属氯化物促进了碱金属的氯化脱除。添加CaCl₂后,以木炭为燃料时K和Na的脱除率高于焦粉工况,且产物中K和Na的含量较低。配合氯化脱除工艺将生物质应用于铁矿石烧结是烧结生产发展的可行方向。      

焦炭低浓度燃烧及碳素溶损反应的模拟研究

通过连续热反应装置,考察不同焦炭粒度在低O2及CO2浓度下随温度下的失重行为,并采用此装置对干熄焦过程焦炭的烧损行为进行分析研究。结果表明,焦炭的燃烧反应和碳素溶损反应的起始温度约分别为550和800℃,且随着焦炭粒度的降低以及温度、O2、CO2浓度的提高,焦炭的损失质量均会增加;同时通过对TG、DTG曲线的分析,得到焦炭在低浓度燃烧反应的动力学参数。利用连续热反应装置,能较好地模拟干熄炉内焦炭在不同温度区域、气相组成以及红焦燃烧和碳素溶损的反应过程,为探讨工业上干熄焦炉内的焦炭烧损控制及其对焦炭质量的影响提供理论指导。     

烧结主要工艺参数对烟气SO2排放的影响

针对目前烧结烟气分段脱硫技术中存在的实际问题及烧结烟气中SO2的排放规律,研究了铁矿石烧结过程中,主要工艺参数(混合料水分、焦粉用量、生石灰用量及碱度)对烟气中SO2排放规律的影响。结果表明,烧结过程结束前,烟气中SO2含量将出现峰值,其峰值大小与烧结混合料水分及焦粉用量呈正相关,与生石灰用量及碱度呈负相关。     

Sulfur Flow Analysis for New Generation Steel Manufacturing Process

Sulfur flow for new generation steel manufacturing process is analyzed by the method of material flow analysis, and measures for SO2 emission reduction are put forward as assessment and target intervention of the results. The results of sulfur flow analysis indicate that 90 % of sulfur comes from fuels. Sulfur finally discharges from the steel manufacturing route in various steps, and the main point is BF and BOF slag desulfurization. In sintering process, the sulfur is removed by gasification, and sintering process is the main source of SO2 emission. The sulfur content of coke oven gas （COG） is an important factor affecting SO2 emission. Therefore, SO2 emission reduction should be started from the optimization and integration of steel manufacturing route, sulfur burden should be reduced through energy saving and consumption reduction, and the sulfur content of fuel should be controlled. At the same time, BF and BOF slag desulfurization should be optimized further and coke oven gas and sintering exhausted gas desulfurization should be adopted for SO2 emission reduction and reuse of resource, to achieve harmonic coordination of economic, social, and environmental effects for sustainable development.