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烧结过程中氮氧化物排放的研究

北极星环保网来源:钢铁研究 张硕等2019/5/22 15:12:33我要投稿

北极星环保网讯:目前尚无经济有效的末端治理工艺进行烧结过程烟气脱硝,因此,有必要在烧结生产中进行工序过程控制,从而保证烟气排放时烟气中的NOx质量浓度处于较低水平。通过应用SPSS软件,使用统计分析的方法,解析了某钢厂实际烧结过程中原燃料条件参数、工艺参数对烟气中NOx质量浓度的影响。

结果表明:半褐铁矿使用比例、料层冷态透气性、焦粉使用比例、钙质熔剂比例、BTP位置等因素对NOx的排放具有较强的相关性;采用多元线性回归法建立了烟气中NOx质量浓度的预测模型,其在误差为10%以内时,预测精度为62.12%,预测值与实际值的整体趋势一致。

铁矿石烧结生产过程中产生大量含有多种物质的污染物包括颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、二噁英及呋喃类物质等的有毒有害物质。烧结过程中排放的NOx每年有1.0×106t左右[1],约占全国NOx总排放量的6%,严重影响生态环境。

随着我国钢铁工业的迅速发展,对出现的环境问题的重视程度日益提升。我国从20世纪90年代起开始重视烧结烟气脱硫的问题,目前国内烧结机普遍增设了烟气脱硫设施,烧结烟气二氧化硫的排放得到了有效控制。但针对烧结烟气脱硝的问题,相对于一些发达的国家尚存在不小的差距。

例如,日本90%以上的烧结厂对烧结烟气进行脱硝处理,而我国只有很少的企业对烧结烟气排放的NOx进行处理[2]。与此同时,由于环保“新规”的要求,自2015年起烧结烟气氮氧化物的排放限值需由500mg/m3降低至300mg/m3。

因此,烧结烟气中氮氧化物的减排治理已经摆上钢铁企业环保治理日程。实现烟气脱硝净化功能之前,有必要分析总结烧结过程中影响烟气NOx排放的主要因素,探讨烧结生产工艺方面的减排控制措施,以满足新的NOx排放限值要求,并为烧结烟气过程处理技术的研发提供参考[3]。

1烧结烟气中NOx排放水平

经收集和整理CEMS小时平均数据,将2014年某钢厂1号烧结机的烟气NOx排放数据的离散趋势进行描述性统计,统计结果列于表1。

表1NOx排放的描述性统计分析

QQ截图20190522145728.jpg

根据国家环保部最新颁布的《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》,要求“自2015年起烧结烟气氮氧化物的质量浓度排放限值需由500mg/m3降低到300mg/m3”。由表1可以得出:

1)2014年该钢厂1号烧结机烟气NOx排放浓度波动较大,最小值为124mg/m3,最大值为428mg/m3,全年NOx排放质量浓度的平均值为303.45mg/m3,低于氮氧化物排放质量浓度需小于500mg/m3的现行国家标准。同时应注意到,若以即将实施的新标准所规定的烧结烟气氮氧化物排放限值小于300mg/m3作为衡量标准,则1号烧结机烟气氮氧化物排放质量浓度大于300mg/m3的情况占多数,其比例为58.79%;

2)1号烧结机的烟气NOx排放质量浓度在下半年有显著增加,普遍超标(不小于300mg/m3),而在2,3,5,6月这4个月份的烟气NOx排放质量浓度较低,多数处于200~250mg/m3,说明烧结过程控制技术在现实层面是具有可行性的;3)10月份后,通过原料和工艺制度调整,烧结机的煤比下降至10kg/t以下,并实施了730mm厚料层烧结,使得烧结烟气NOx排放质量浓度略有下降。

2烧结烟气中NOx排放的主要影响因素

烧结过程中NOx的产生主要有以下2个途径:

一是固体燃料燃烧和高温反应过程;二是烧结点火过程,且前者是主要来源。燃烧过程中NOx的生成主要有热力型、快速型和燃料型3种途径,烧结过程中NOx的生成主要是燃料型,由燃料中的含氮有机化合物热分解后氧化及燃料中的固定氮燃烧所产生,并且NOx主要以NO形式存在,该类型占烟气中氮氧化物排放总量的90%以上。

研究表明:烧结烟气中NOx主要来自燃料中的氮与空气中氧气在高温下发生的反应,其生成质量浓度水平受燃料类型、粒度、燃烧温度、气氛等因素的影响。

与此同时,如果烧结料层存在还原性物质(如C、CO、燃料挥发前驱物等)和适当的催化剂(如低价铁氧化物、铁酸钙等)作用时,部分生成的NOx亦可被还原成N2,从而降低烧结烟气NOx的排放。

因此,在烧结烟气末端治理技术尚未成熟满足工业实施之前,应当积极探索合理的烧结工艺过程氮氧化物控制技术,通过深入研究烧结原、燃料条件参数及工艺参数对烟气中氮氧化物排放的影响规律,抑制烧结过程中NOx生成并促进其还原,从而控制烧结烟气氮氧化物的排放处于较低水平。

延伸阅读:

烧结烟气污染物排放的计算方法

太钢烧结烟气氮氧化物超低排放技术研究

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