烧结烟气中NOx减排进展

 铁矿石烧结是钢铁工业生产的重要一环,同时也是大气中NO_x污染物的主要排放源。随着人们对大气环境的要求越来越高,烟气排放标准日益严格,如何高效、低成本脱除烧结烟气中的NO_x已经成为了钢铁企业面临的一个巨大挑战。首先介绍了烧结工序烟气NO_x的排放规律及现状,然后从烟气中NO_x生成机理出发,深入解析了煤燃料在热解和燃烧中氮的氧化还原机制,详细阐述了温度、氧及某些金属对煤中氮转化的不同影响,再结合NO_x的理化属性进一步指出了氧化/还原脱硝路径,并介绍了现阶段根据这2条路径开发的各种源头、末端和过程烟气治理手段;同时,结合不同的脱硝路径,深入分析了SCR催化还原机制、催化氧化机制和铁酸钙催化还原脱硝机制,全面总结对比了近期常见的各种NO_x减排举措的研究进展,其中铁酸钙催化过程脱硝以其低成本、显著的脱硝效果和不增加任何气、固污染物的特点而展示出巨大的潜力。最后,结合国家超低排放新的要求和钢铁企业烧结生产的现状,指出了当前钢铁工业烧结烟气高效、经济脱硝所面临的研究挑战,并展望了铁酸钙催化过程脱硝的应用前景和发展方向。     

烧结燃料清洁化对NOx减排影响的中试试验

钢铁烧结工序是典型的高能耗、高物耗和高污染工序,烧结脱硝成为钢铁行业发展的最主要的难题,从源头削减NO_x的产生是有效解决方案之一。为此,建立烧结杯中试试验系统,采用清洁燃料替代的方法进行氮氧化物源头减排的研究。试验筛选出石蜡、低氮煤、甲醇3种低氮物料分别与无替代烧结NO_x进行排放比较,同时比较了烧结过程的增温速率、高温水平、高温持续时间;分析了在满足烧结热量和温度需求情况下,NO_x的减排效果以及变化规律和机理,综合分析3种物料或燃料替代减低NO_x的效果。试验结果表明,用低氮煤替代50%焦粉,NO和NO_x平均浓度分别为63.4和99.7 mg/m3,分别降低44.8%和43.9%;用石蜡替代10%焦粉,NO和NO_x平均浓度分别为48.5和76.7 mg/m3,分别下降57.8%和56.8%。从降低NO_x浓度效果来看,石蜡优于低氮煤。用甲醇替代10%焦粉和20%焦粉,虽然都有一定降低NO_x的效果,但是增温效果不能满足烧结的温度和热量要求,不适合作为替代的清洁燃料。     

烟气循环烧结过程料层温度及NOx排放模拟模型

 为了研究烟气循环条件影响料层的热状态及减排机理,依据烟气循环烧结过程主要反应的热力学和动力学、气-固传热规律以及气体流体力学,建立了烟气循环烧结料层温度及NO_x排放的数值模拟模型。试验验证结果表明,模型计算的料层温度、气体组分(O₂、CO、NO)等与试验检测值吻合较好,料层温度及NO排放浓度相对误差在±5%以内;根据模拟模型分析可知,烟气循环烧结中影响NO排放的主要因素是烟气循环中O₂和CO浓度,随着O₂浓度的降低和CO浓度的上升,燃料氮氧化反应速率明显下降,NO-CO还原反应速率升高,烟气中NO平均排放浓度降低。     

红土镍矿烧结节能降耗技术研究及应用

褐铁矿型红土镍矿具有较低的铁品位和丰富的结晶水及高熔点矿物,这导致其烧结矿产质量低、固体燃耗高。通过开发加压致密化烧结技术、热废气循环烧结技术及多力场协同强化烧结技术,显著改善了其烧结矿产质量指标,有力地促进了节能减排。相对于常规烧结工艺,采用多力场协同强化技术后,烧结矿转鼓强度由45.87%增至56.93%,利用系数由0.97增至1.15 t/(m2·h),固体燃耗从140.52减至107.91 kg/t,废气中CO₂、NO_x及SO₂最高体积分数分别由27.42%、0.019 8%和0.261 5%降至19.89%、0.015 4%及0.203 0%,有害气体排放明显减少。这在相关工业应用中得到进一步验证。为更好地实现褐铁矿型红土镍矿烧结的清洁生产,可开发球团烧结技术,以进一步改善烧结矿产质量指标和降低生产能耗,值得大力推广应用。     

活性焦法烧结烟气脱硝率影响因素解析

 为了明确活性焦在烧结烟气净化系统循环使用过程中脱硝性能变化及影响烧结烟气脱硝率的主要工艺参数,提高活性焦法烧结烟气净化效率,通过红外光谱分析和模拟试验研究循环使用中活性焦性能变化及其对脱硝率的影响,并通过生产数据统计分析明确影响活性焦法烧结烟气脱硝率的主要工艺参数及其影响规律。结果表明,经循环使用,活性焦表面酚基和醌基数量增加,对NO吸附量降低,导致活性焦前期脱硝率下降,而氨气预吸附处理可大幅提高其前期脱硝率;随脱硝段高度位置下降,脱硝率经历100%、迅速降低、缓慢升高直至平衡等阶段。其次,脱硝率与氨氮比、O₂体积分数、NO_x质量浓度、解析温度呈正相关,与H₂O体积分数、SO₂质量浓度、烟气流量、活性炭床温度呈负相关,其中,氨氮比、O₂体积分数和NO_x质量浓度对脱硝率影响最大,工艺参数优化过程中应着重关注。     

高硫精矿配比对烧结矿性能的影响

 相比进口富矿粉,精矿品位较高,可广泛应用于铁矿石烧结工序。为了探究高硫精矿对烧结矿产质量的影响以及精矿中硫元素对烧结过程的影响,利用烧结杯试验装置进行了高硫精矿配比在25%~45%范围内的烧结杯试验。并通过微观结构、技术指标及冶金性能等方面表征了高硫精矿配比对烧结矿性能的影响。试验结果表明,精矿配比为25%时,烧结矿还原的界面反应条件较差,硅酸盐相阻碍了还原气体的扩散,致使烧结矿还原度为77.80%,软化开始温度为1 200 ℃,软熔带透气性能恶化。精矿配比为30%时,烧结利用系数提升至1.19 t/(m2·h)、垂直烧结速度达到22.22 mm/min。精矿配比为40%时,有效改善了烧结矿还原性能,恶化了低温还原粉化性能。精矿配比为45%时,烧结利用系数最高,为1.20 t/(m2·h),还原性能和低温还原粉化性能适宜。整体而言,在试验范围内,适当增加高硫精矿配比有利于提升烧结矿的还原性能和荷重软化熔滴性能,但精矿配比为45%时烧结矿的熔滴S特性值为281.02 kPa·℃,透气性能恶化。烧结烟气方面,精矿配比为40%时,烧结烟气的CO₂和NO_x含量较高,烧结过程氧化性气氛较强,降低了烧结矿中铁橄榄石等低还原性矿物含量,恶化了低温还原性能。烟气分析结果表明,高硫精矿烧结时硫元素基本都进入烧结烟气中,并未恶化烧结矿性能。     

基于高炉炉料结构优化的源头减排技术及应用

 为了更进一步降低污染物排放总量,河钢集团在实现污染物超低排放的同时积极开展源头和过程硫硝减排技术研发。针对国内矿粉资源特点和球团、烧结过程污染物生成规律,以减少污染物生成总量为出发点,开发出适于高比例球团冶炼的低排放、低能耗熔剂性球团制备技术,阐明了熔剂性球团焙烧过程吸放热规律,克服了生球爆裂、回转窑结圈等技术难题,成功生产出SiO₂质量分数在4.5%以上,MgO质量分数为1.8%左右,二元碱度(R₂)为1.0左右的镁质熔剂性球团,并且具备长期连续生产的能力。开发了焙烧温度与球团矿质量调控、燃烧温度与硫硝生成控制技术,使得熔剂性球团抗压强度大于2 200 N/个,SO₂生成量比酸性球团降低了20%,比烧结矿产生的SO₂、NO_x分别降低75%、53%。研发了高比例球团高炉冶炼集成技术,高炉球团质量分数由20%增加到80%,燃料比降低11 kg/t,吨铁SO₂、NO_x分别减排50%、26%。提出了炼铁流程全生命周期节能减排定量分析方法和持续改进方向,成功实现污染物在源头和过程上的削减。已成功推广至河钢集团2 000 m3级、3 000 m3级高炉和河钢乐亭沿海基地3 000 m3级高炉在建项目上,为国内钢铁工业减少污染物排放总量开辟了新的方向。     

烧结全过程节能减排智能控制方法分析

研究提出了烧结全过程节能减排大气污染物治理的模式和方法,根据物质流和能源流节点特征把烧结工序分成烧结源头系统、过程系统、末端处理系统。采用“双平衡”约束方法进行深度置信网络进行配料-成矿预测模型的训练,实现源头配料的智能控制,通过调整优化燃料配比,从源头上降低燃料消耗及污染物排放。基于深度神经网络进行了风箱负压和温度预测耦合模型的构建,降低了烧结过的程电能消耗。根据源头和过程污染物产生的信息调节末端脱硝还原剂使用量,最终建立了烧结全过程的节能减排智能辅助诊断决策系统。该系统在应用中固体燃料消耗降低18.9%,电能消耗减少21.9%, NO_x减少排放43.6%,SO₂减少排放14.0%,颗粒物减少20.1%,节能减排效果显著。     

不同蒸汽喷吹条件下烧结烟气的NOx和SO2排放规律

为降低烟气中NO_x和SO₂的排放质量浓度，提高固体燃料的燃烧效率，本文基于某钢铁厂的烧结原料开展50 kg级烧结杯试验，研究向烧结料面喷吹蒸汽条件下喷吹总量、喷吹流量及开始喷吹时间等因素对烧结过程NO_x和SO₂排放的影响。结果表明：点火8 min后向料面连续喷吹蒸汽15 min,当喷吹流量为0.02 m³/min时，烧结烟气中NO_x和SO₂排放质量浓度分别降低11.75%、13.25%,并且烧结矿的产、质量指标亦有优化。蒸汽的加入有利于固体燃料分子键的断裂，加速固体燃料挥发分中HCN和NH₃的析出进程，同时增强了烧结料层的局部还原性气氛，进而促进烧结过程NO的异相还原反应，降低了NO_x的排放质量浓度；向料面喷吹蒸汽会使过湿层增厚，使SO₂在过湿层中逐渐被吸收，当过湿层消失时，SO₂瞬间释放不充分，从而降低其排放质量浓度，并且延迟其排放峰值。本文研究...     

风口前端氧煤燃烧NOx生成行为分析及控制

 以高炉风口前端煤粉燃烧过程为研究对象,通过热力学计算系统分析了不同约束条件下煤气成分及NO_x的生成规律,探讨了温度、煤种比例及煤粉成分、富氧、喷煤等不同工况参数对NO_x生成行为的影响,并提出降低NO_x生成的方向性建议。研究结果表明,高炉风口前端煤粉燃烧生成NO_x兼具热力型、快速型、燃料型3种途径。温度是影响热力型NO_x生成的重要因素,温度大于2 000 ℃时,温度每升高100 ℃,高炉风口前端NO_x生成量增幅大于30%以上,计算温度范围内(2 000～2 400 ℃),NO_x生成量由4 056 mg/m3增加到12 942 mg/m3,NO_x生成量远超传统燃煤锅炉;其他工况条件不变,高炉烟煤配比由0提高至50%,NO_x的生成量由4 152 mg/m3增加至7 486 mg/m3,增幅达到80%;高炉煤比为80 kg/t时,即使不富氧,NO_x生成量依然达到了18 006 mg/m3;喷吹煤粉中1 mol碳素供氧量由2.0 mol降至1.2 mol,NO_x生成量显著减少了68%。综上所述,高炉通过采取调整理论燃烧温度、减少烟煤配比、使用低挥发分煤种、合理匹配富氧喷煤水平等措施,可以实现NO_x生成的源头控制。此外,就高炉NO_x排放角度而言,炉顶煤气中NO_x的含量水平亦显著受高炉内部还原作用的影响。正常冶炼条件下,生成的NO_x在炉内能够被充分还原,高炉炉顶煤气NO_x量通常为50 mg/m3以下,但应关注亏尺、悬料、休送风等特殊工况时高炉煤气及下游煤气用户NO_x的排放水平。     

球团烟气SNCR与嵌入式SCR耦合脱硝新技术

在中国大力推动绿色低碳发展的形势下,钢铁行业全面实施烧结、球团工业大气污染物超低排放,球团NOx减排迫在眉睫,减排效果将关乎球团行业的生存与发展.针对国内主流的链箅机-回转窑球团生产工艺NOx排放质量浓度高的问题,在系统分析球团烟气特性与NOx分布的基础上,开展了选择性非催化还原法脱硝技术(SNCR)与嵌入式选择性催化...     

Influence of O2 Content in Circulating Flue Gas on Iron Ore Sintering

 Circulating flue gas can reduce the emission of flue gas, and furthermore, it can reuse the waste heat effectively in the sintering process. Compared with conventional sintering, O2 that gets through the sintering bed decreases because of substituting circulating gas for air. The influences of O2 content on sintering process are studied through simulating the flue gas circulation sintering with artificial gas. It shows that, with the reducing of O2 content in circulating gas, the combustion speed of fuel decreases and incomplete combustion degree increases, which makes the flame front fall behind the heat front and reduces the heat utilization efficiency of fuel. The ultimate result is that the temperature of sintering bed decreases and the liquid phase reduces. In addition, the reducing atmosphere is strengthened because of flue gas circulation, which makes the magnetite increase yet calcium ferrite reduce gradually. Because the content of calcium ferrite with good strength reduces, the sinter yield and tumble strength decrease. To ensure the sinter index, the favorable O2 content of circulating flue gas is no less than 15%.     

典型钢铁企业全流程的氮素流及其含氮污染物减排潜力分析

针对钢铁生产全流程产生的NO_x造成的环境污染问题,依据NO_x生成机理及元素流分析方法,建立钢铁生产全流程氮素流分析模型。应用该模型,以某典型钢铁企业实际生产数据为样本,分析钢铁联合企业的氮元素流动特征,讨论钢铁生产全流程中排放的含氮污染物及废气NO_x的产生、脱硝及排放情况。研究结果表明,钢铁企业输入的氮素主要来源于高炉鼓风和各工序燃烧所需的空气(99.655%),输出的氮素主要以N₂形式(82.917%)排放至大气,全流程内的氮素主要以煤气和工序产品形式循环;钢铁企业排放的含氮污染物以废气NO_x(97.982%)为主,高炉炼铁工序废气NO_x排放量最高;钢铁企业产生的废气NO_x主要来源于焦炭(56.84%)和煤炭(28.91%),其中24.23%的NO_x经脱硝后转化为N₂排放至大气。对钢铁生产全流程氮素流及含氮污染物的排放、控制及相关政策开展研究,提出合理建议,对中国环境保护和钢铁行业的绿色发展具有重要意义。