登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
摘要:本文首先结合铁矿烧结工艺特征,从NOx的生成和还原机理两方面介绍了烧结过程NOx的形成机理;其次,分别阐述了固体燃料配比和类型等烧结固体燃料结构、料层冷态透气性和高度等工艺参数对烧结过程NOx排放的影响规律;在此基础上,针对烧结料层内脱硝技术的未来展望,分别从提升烧结料层内固体燃料近旁CO还原势、扩展烧结料层内NO还原反应区域、降低烧结料层内NO还原反应活化能等三方面强化烧结料层内NOx还原以达到提升烧结料层内脱硝效率进行了展望。
引言
近年来,随着工业和交通运输业等行业的迅猛发展,化石燃料的大量使用,导致空气中NOx的浓度不断升高,而NOx不仅会对人体产生直接危害,而且在大气条件下形成的光化学烟雾、酸雨、雾霾等污染物严重危害人类健康和社会发展。根据《2015中国环境状况公报》[1],全国氮氧化物排放总量为1851.8万吨,钢铁行业废气中氮氧化物的排放量占全国的3%左右,其中烧结工序是产生NOx的主要来源之一,约占钢铁行业NOx排放总量的50%。对此,一方面,中国环境保护部新颁布的《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》[2]中规定:烧结烟气氮氧化物排放浓度限值为300mg/m3;另一方面,中国各省份环保部门均大幅提高氮氧化物排放的收费标准,如:北京市和河北省环保局对废气中氮氧化物排放的收费标准由原来的0.67元/kg分别提高到目前的10元/kg[3]和2.52元/kg[4],平均增幅达9.34倍。因此,减少烧结工序NOx排放势在必行。
目前国内外减少烧结烟气NOx排放技术,主要分为烧结烟气源头削减法、烧结料层过程控制法及烧结烟气末端处理法。由于烧结工序产生的NOx主要为燃料型NOx,90%以上是由固体燃料燃烧产生[5],故NOx源头削减主要是选择使用氮元素含量低的固体燃料。范晓慧、Chin-LuMO等人的研究表明[6,7],在烧结料中添加生物质燃料(木质炭、秸秆炭及锯末等)替代焦粉可显著减少NOx的生成。然而,优质的低氮原燃料较为缺乏,而以生物质过多地替代焦粉会对烧结产质量指标产生不利影响,故这类方法的工业应用存在一定的限制性。就NOx的过程控制而言,主要是在烧结料层内创造有利于抑制NOx形成的条件,降低NOx的生成量,或促进已生成NOx的还原,且对烧结产质量指标影响较小。现有研究表明该方法的脱硝率约为20%~40%,由于该方法不需要额外的设备投资,且运行成本也较低,故其备受炼铁工作者的青睐。对于NOx末端处理而言,目前主要采用两大类方法,其一是选择性催化还原法(SCR),其脱硝率可达80%以上,但由于烧结烟气温度低而需要加热装置,且需要消耗昂贵的催化剂,而该催化剂容易中毒而失活,进而使得催化NOx还原的效果减弱[8];其二是活性炭吸附法,其烧结工艺的脱硝率约为40%[9]。该方法主要应用于同时脱除SO2、NOx、二噁英,但烟气中粉尘易致活性炭堵塞,造成活性下降,进而影响活性炭的循环使用。此外,上述两种方法均存在设备投资与运行成本较高的问题,制约了其在工业上的广泛应用。对此,由于烧结料层内脱硝的优势,以及提高烧结料层内脱硝效率不仅能够有效缓解源头削减对资源的限制,而且也可以减轻末端处理的负担,故烧结领域的研究者和工程技术人员对其进行了大量研究。因此,本文将在简述铁矿石烧结过程NOx形成机理的基础上,分别从烧结固体燃料结构和工艺参数两方面阐述其对烧结NOx排放的影响规律,在此基础上针对铁矿石烧结料层内脱硝技术的未来发展方向进行展望。
1铁矿石烧结过程NOx的形成机理
烧结过程中形成的NOx,绝大多数为NO,且该NOx为燃料型NOx,NOx主要来源于烧结过程中焦粉、无烟煤等固体燃料中的氮与空气中的氧在高温下燃烧产生。铁矿石烧结过程是一个多组分、多温区、多相共存的复杂动态系统,其工艺特征决定了烧结料层内NOx形成过程的复杂。根据佐々木晃等人[10]测定的烧结过程中燃烧带内各气体浓度分布情况(图1)可知,在燃烧带上部氧化带中固体燃料开始燃烧,O2充足,此时固体燃料燃烧充分,生成CO2,无CO生成,同时NO开始生成;随着燃烧反应的进行,O2浓度逐渐降低,CO2和NO浓度升高,但在进入燃烧带下部后,CO开始生成,且在CO和NO浓度基本同时达到最大值之后,NO浓度呈现逐渐减小的趋势,而CO浓度基本保持不变,且O2浓度继续减小、CO2浓度继续增加,这可能是由于生成的CO与NO发生了还原反应。由此可知,在烧结料层内燃烧带中既存在着NO的生成,又存在NO的还原,两者交互发生,故烧结过程NOx的形成机理较为复杂。基于此,本文将结合铁矿石烧结工艺特征分别从固体燃料燃烧过程NOx的生成和还原机理阐述烧结料层内NOx的形成机理。
图1烧结料层燃烧带中各气体浓度分布
1.1NOx生成机理
烧结过程常用的焦粉、无烟煤等固体燃料中氮元素一般存在于吡咯、吡啶、季氨等官能团中[11]4。在固体燃料燃烧初期条件下,固体燃料中的含氮官能团被裂解生成HCN、NH3等含氮小分子前驱物。在后续的燃烧过程中,一部分HCN、NH3等前驱物与氧气反应生成NO,如反应式(1)和(3)所示;另一部分则会与已生成的NO反应生成N2,见反应式(2)和(4)[12,13]。其中,上述所涉及化学反应的标准吉布斯自由能如图2所示。
图2NOx生成过程各类反应的标准吉布斯自由能变化图
从图2中可以看出,就生成NO的反应而言,在低于1373K时前驱物HCN氧化生成NO反应的吉布斯自由能远高于NH3氧化生成NO的反应的吉布斯自由能,且其吉布斯自由能大于零,故前驱物NH3氧化生成NO的反应更易发生;就生成N2而言,前驱物HCN、NH3转化为N2的反应均能发生,且高温下HCN转化为N2的吉布斯自由能低于NH3情形,故前驱物HCN转化为N2的反应更容易发生。由此可知,整体而言,相比于前驱物HCN,前驱物NH3氧化生成NO的反应较容易发生,而其与NO反应生成N2的反应则较难发生,且WuZ等人[14]认为高温下部分HCN将转化为NH3,故焦粉燃烧过程NO的生成可能主要来源于NH3的氧化反应。此外,由于烧结过程中料层内整体为氧化型气氛,局部区域为还原性气氛,在远离固体燃料表面区域,前驱物氧化为NO的反应动力学条件较其转化为N2的反应更优越。因此,固体燃料燃烧过程中发生的主要反应为前驱物NH3与氧气反应生成NO。
1.2NOx还原机理
在燃烧带下部生成NO的同时,亦会在料层中发生NO的还原反应。一方面,在焦粉等固体燃料与O2发生剧烈燃烧反应的红热带区域(烧结料层内1000~1300℃的区域),O2被不断消耗而浓度逐渐降低,不完全燃烧反应的程度加大而形成CO,而完全燃烧反应生成的CO2亦会在高温下与固体燃料中的C反应而生成CO,故在此氧分压相对低、CO浓度较高的红热带区域,存在NO被CO还原成N2的化学反应,如式(5)所示。另一方面,在烧结料层的红热带区域,NO被固体燃料颗粒表面的C及铁的低价氧化物Fe3O4、FeO还原成N2,反应式分别如式(6)、式(7)、式(8)所示。上述NO还原反应的标准反应吉布斯自由能变化示于图3。
图3各类NO还原反应的标准吉布斯自由能变化图
在热力学层面而言,高温下NO可以被Fe3O4、FeO、CO、C所还原。对于铁的低价氧化物还原NO,笔者、葛西栄輝等人研究结果表明[15],当Fe3O4、FeO作为还原剂时,NO的脱除率分别达到17%、93%。然而,在实际烧结过程中,由于烧结料层整体为氧化性气氛,铁的低价氧化物Fe3O4、FeO的数量很少,致使铁的低价铁氧化物还原NO的效果不明显。另外,虽然C还原NO的热力学条件较CO优越,但是其属于异相(固相-气相)还原反应,且烧结工艺固体燃料的配加量很少,故存在反应表面积小的不足,影响其还原反应效率。
至于CO还原NO,其属于同相(气相-气相)还原反应,动力学条件优越,且在烧结料层的红热带区域,特别是在燃烧的固体燃料颗粒近旁,气相中CO/NO的浓度比值较大,有助于CO还原NO反应的有效进行。因此,烧结料层内NO的还原反应主要为CO还原NO的同相还原反应。
此外,张秀霞的研究表明,锅炉中固体燃料燃烧过程中N转化为NO的转化率约为50~80%[11]87-92,而肥田行博、葛西栄輝、笔者等人[16,17]研究结果表明在实际烧结过程中该转化率约为30%~40%。由此可以推断,烧结料层内存在能够有效减少NOx排放的热力学和动力学条件。基于此,若通过调控烧结料层内温度及气氛等条件,进一步抑制料层内NOx的生成,或促进NOx的还原,将能有效提高烧结料层内脱除NOx的效率。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
中国招标投标公共服务平台发布承德冀东水泥有限责任公司水泥熟料线SCR脱硝技术改造项目设备采购招标公告,招标内容为催化剂。
为推动重庆水务环境集团科技创新,助力科技创新人才培养,重庆水务环境集团特设“科技创新进步”奖项,并在2024年工作会议上,对在科学技术领域方面有突出贡献的单位进行表彰。值得庆贺的是,三峰环境集团联合重庆大学创新研发的“垃圾焚烧烟气高分子脱硝技术”获重庆水务环境集团2023年度科技创新进步
中国招标投标公共服务平台发布承德冀东水泥有限责任公司水泥熟料线SCR脱硝技术改造项目EPC工程总承包中标候选人公示,河北省建筑材料工业设计研究院有限公司预中标,投标报价:1805.563万元。该项目采用高温高尘SCR脱硝工艺,新建高温高尘SCR脱硝反应系统等。
中国招标投标公共服务平台发布承德冀东水泥有限责任公司水泥熟料线SCR脱硝技术改造项目EPC工程总承包招标公告,该项目采用高温高尘SCR脱硝工艺,新建高温高尘SCR脱硝反应系统等。
华润集团守正电子招标采购平台发布华润水泥投资有限公司封开3#、4#、惠州、龙岩和永定高温低尘SCR脱硝技术改造项目资格预审公告:根据项目进度,华润水泥投资有限公司封开3#、4#、惠州、龙岩和永定高温低尘SCR脱硝技术改造项目已具备招标条件,现进行公开招标,本标段采用资格预审方式。一、项目基本情
随着举世欢腾的中秋节和国庆节即将来临,北京晨晰环保工程有限公司也在这个喜庆的季节里迎来了双喜临门。以其先进的焦化中低温脱硝技术,晨晰环保成功入选中钢协2023年先进环保技术案例征集活动的优秀技术案例目录,同时也于近日荣获2023北极星杯脱硝催化剂影响力企业这一殊荣,再次证明了公司在烟气治
9月22日,中建材环保研究院(江苏)有限公司(以下简称“中建材环保院”)受北极星环保网邀请参加第五届工业烟气深度治理高峰论坛,并在会上就“典型水泥窑高温高尘烟气SCR脱硝工程及运行”做主题演讲。报告深度剖析了现阶段水泥窑烟气SCR脱硝技术难点、解决方案和发展方向,从SCR反应器优化设计、耐磨
精彩纵横云采购平台发布江西于都南方万年青水泥有限公司4800t/d熟料水泥生产线窑尾烟气脱硝技术改造项目(招标编号:JXTC2023020270)国内公开招标公告:江西于都南方万年青水泥有限公司4800t/d熟料水泥生产线窑尾烟气脱硝技术改造项目进行公开招标,欢迎符合条件的单位参加投标。有关事项公告如下:一、
陕西采购与招标网发布冀东海德堡(扶风)水泥有限公司一线预热器SCR脱硝技术改造项目中标候选人公示,唐山盾石建筑工程有限责任公司预中标,投标报价1598.03万元。该工程采用高温高尘SCR脱硝工艺,建设高温高尘SCR脱硝反应系统及其配套公用辅助车间,属于除设计以外的交钥匙工程。
中国招标投标公共服务平台发布唐山冀东水泥股份有限公司SCR脱硝技术改造项目EPC工程总承包中标候选人公示,该项目内容包含唐山冀东水泥股份有限公司唐山分公司二厂B线、C线及冀东水泥滦州有限责任公司一线SCR脱硝技术改造项目EPC工程总承包。河北省建筑材料工业设计研究院有限公司位列第一候选人,投标
中国招标投标公共服务平台发布唐山冀东水泥股份有限公司SCR脱硝技术改造项目EPC工程总承包招标公告,招标范围包括唐山冀东水泥股份有限公司唐山分公司二厂B线、C线及冀东水泥滦州有限责任公司一线SCR脱硝技术改造。该工程采用高温高尘SCR脱硝工艺,建设高温高尘SCR脱硝反应系统及其配套公用辅助车间,
中国招标投标公共服务平台发布沈阳绿环澄源热力有限公司辽中2#热源厂锅炉超低排放改造工程EPC总承包中标候选人公示,中标候选人第1名为沈阳赛思环境工程设计研究中心有限公司;福建百家利环保集团有限公司,投标报价:3410.6万元。招标内容包含对现有除尘器进行维修不提标;对现有脱硫塔进行提标改造;
中国招标投标公共服务平台发布通化钢铁股份有限公司1号焦炉烟气脱硫脱硝项目中标候选人公示,安徽威达环保科技股份有限公司预中标,投标报价2340.5531万元。项目预算2808.5万元。该项目招标内容为1号焦炉烟气脱硫脱硝超低排放改造系统的设计、施工和设备等内容,采用中低温SCR脱硝和钠基干法脱硫。
河北省招标投标公共服务平台发布隆尧天唯热电有限公司#2炉脱硝系统高灰分、低排放适应性改造项目招标二次公告:1.招标条件本招标项目隆尧天唯热电有限公司#2炉脱硝系统高灰分、低排放适应性改造项目已由/以/批准建设,项目业主为隆尧天唯热电有限公司,建设资金来自自筹,出资比例为国有资金:100.00%
3月22日上午,景德镇市科技局党组书记虞萍一行来到新科环保走访调研。萍乡市科技局党组书记、局长陈光良,区党工委副书记、管委会副主任刘波,区经济发展局局长彭霞等陪同调研。虞萍一行实地查看了新科环保的生产车间和研发大楼,对新科环保研发实力和技术创新能力表示肯定,并对于厂区生产经营模式的
中招联合招标采购网发布江苏国信仪征热电有限责任公司#3、4余热锅炉烟气脱硝改造-中标候选人公示,浙江浙能科技环保集团股份有限公司预中标,报价1186万元。为进一步降低NOx排放,本项目对#3、4余热锅炉采用氨水直喷SCR工艺脱硝改造,使机组NOx排放低于7.5mg/Nm3。
中国招标投标公共服务平台发布九三集团长春大豆科技股份有限公司动力工段锅炉超低排放改造项目招标公告,本项目招标范围新建75t/h锅炉SNCR炉内脱硝与SCR炉外脱硝设备及配套设施;拆除现氧化镁脱硫塔,新建石灰石湿法脱硫塔及配套设备、自控系统增加高效除雾器与改造除尘器布袋,包括土建施工、环保验收
中国招标投标公共服务平台发布新疆维吾尔自治区麦盖提县白云热力脱硫除尘脱硝超低排放改造项目设备采购项目招标公告,项目预算1800万元,计划新2台SCR脱硝反应器、2台布袋除尘器、1台脱硫塔和2台450KW引风机、同时配置相应的脱硫除尘脱硝附属设备及其设备基础。
中国华能集团电子商务平台发布华能江苏公司金陵电厂1号机组SCR脱硝催化剂再生项目中标候选人公示(招标编号:HNZB2024-02-1-088),西安热工研究院有限公司排名第一。一、评标情况标段(包)[HNZB2024-02-1-088-01]华能江苏公司金陵电厂1号机组SCR脱硝催化剂再生项目:1、中标候选人基本情况中标候选人
中国招标投标公共服务平台发布承德冀东水泥有限责任公司水泥熟料线SCR脱硝技术改造项目设备采购招标公告,招标内容为催化剂。
内蒙古招标投标网发布巴林左旗新城热力有限责任公司燃煤锅炉超低排放改造项目(EPC)中标候选人公示,北方一建建设集团有限公司预中标,报价约5640万。该项目计划对现有2x75t和130t、2x130t燃煤锅炉烟气处理系统进行超低排放改造,对脱硫系统、脱硝系统和除尘系统分别进行改造。拆除原有2座脱硫塔及配
大唐电子商务平台发布大唐蒲城发电有限责任公司3、4号机组脱硝提效改造工程中标候选人公示,中瑞工程设计院有限公司预中标,投标报价1978万元。该项目投标人负责对3、4号机组现有SCR脱硝工艺进行提效改造,将SCR反应器拔高5m以上,加装一层催化剂,催化剂由投标人供货,并对SCR反应器入口烟道及导流板
中铸产业网电子招标采购平台发布武安本级炼铁部三烧烟气脱硝BOO项目招标公告,本项目招标人为新兴铸管股份有限公司,需要在三烧原湿法脱硫的区域进行改造,主要解决目前烧结烟气通过活性焦脱硫后的NOx和氨逃逸的问题,具体指标是:烟气进入SCR之前NOx浓度为500mg/m3,出口指标NOx浓度小于20mg/m3,氨逃
Part1研发背景近年来,随着我国大气污染防治工作的不断深入,常规大气污染物都得到了有效治理,环境质量得以改善。与此同时,一些非常规污染物的排放(如:CO、氨逃逸、VOCs等)也逐渐引起关注。其中一氧化碳(CO)因其具有:极易与血液中运载氧的血红蛋白相结合,在极低浓度时能使人或动物遭到缺氧性
日前,生态环境部印发《国家清洁生产先进技术目录(2022)》,包括钢铁烧结烟气内循环减污降碳协同技术、活性染料染色残液络合萃取盐水再生利用技术等20项技术,详情如下:关于印发《国家清洁生产先进技术目录(2022)》的通知环办科财函〔2023〕11号各省、自治区、直辖市、新疆生产建设兵团生态环境厅
近日,重庆钢铁在加快实现“废水零排放,废气超低排,固废不出厂”工作上取得新进展,随着3套烧结脱硝系统的顺利投运,标志着3台烧结机机头烟气超低排放改造圆满收官,此举对推进重钢绿色低碳发展以及区域环境治理提升具有重要意义。2019年,生态环境部发布《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》,要
党的二十大报告强调,要推进生态优先、节约集约、绿色低碳发展。公司积极贯彻落实,全力推进企业超低排放改造工作。12月17日,在经过半个月的试运行后,方大九钢238平方米烧结烟气超低排放项目正式投产,开机后系统运行正常,各项性能指标符合设计要求,企业烧结烟气排放实现超低排放,以实际行动践行
11月6日宝华智慧招标共享平台发布山西太钢不锈钢股份有限公司烧结烟气超低排放用板式催化剂招标公告。详情如下:山西太钢不锈钢股份有限公司烧结烟气超低排放用板式催化剂招标公告发布日期:2022年11月06日招标编号:4510-2264A066-B47-787上海宝华国际招标有限公司华北分公司(以下称招标机构)受欧冶
北极星大气网获悉,10月27日,宝华智慧招标共享平台发布太钢不锈炼铁厂烧结烟气超超低排放改造项目中标结果公告,中国二十冶集团有限公司中标,详情如下:炼铁厂烧结烟气超超低排放改造项目中标结果公告本炼铁厂烧结烟气超超低排放改造项目(招标项目编号:4510-2265A052-B47-784),确定炼铁厂烧结烟
9月30日,宝华智慧招标共享平台发布太钢不锈炼铁厂烧结烟气超超低排放改造项目招标公告。详情如下:炼铁厂烧结烟气超超低排放改造项目招标公告1.招标条件本招标项目炼铁厂烧结烟气超超低排放改造项目已批准建设,建设资金来自自筹资金,招标人为山西太钢不锈钢股份有限公司。项目已具备招标条件,现对
9月20日,鑫智链发布烧结厂2X180烧结烟气脱硝系统改造中标结果公示。详情如下:[烧结厂2X180烧结烟气脱硝系统改造招标]中标结果公示中标结果公示烧结厂2X180烧结烟气脱硝系统改造招标(项目编号:XZL-EP-20220725-002)(标段:烧结厂2X180烧结烟气脱硝系统改造招标(第一标段))评标工作已经结束,现对
8月23日,浙能集团智慧供应链一体化平台发布钢铁行业烧结烟气CO净化技术研究科技项目CO催化氧化催化剂开发评标结果公示。详情如下:钢铁行业烧结烟气CO净化技术研究科技项目CO催化氧化催化剂开发评标结果公示标段编号:ZJTY-2022-07-26-004公示期为:3天
日前,浙能集团智慧供应链一体化平台发布钢铁行业烧结烟气CO净化技术研究科技项目CO催化氧化催化剂开发采购公告。详情如下:钢铁行业烧结烟气CO净化技术研究科技项目CO催化氧化催化剂开发采购公告ZJTY-2022-07-26-004一.采购条件本采购项目钢铁行业烧结烟气CO净化技术研究科技项目CO催化氧化催化剂开发
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!