烧结过程中氮氧化物排放的研究

2.1.3固体燃料类型对NOx排放的影响

燃料型NOx的生成受到燃料类别、氮元素含量及燃料粒度等因素的影响。某钢厂1号烧结机所用固体燃料主要为焦粉和无烟煤，由于烧结混合料中固体燃料配比相对稳定、变化较小，导致固体燃料使用比例与烧结烟气中NOx质量浓度之间的Pearson相关系数仅为0.063，近似等于0，呈现不相关关系。

因此，在探讨固体燃料类型对NOx排放的影响规律时，将固体燃料比例固定，研究焦粉和无烟煤的比例变化对烟气NOx排放的影响规律。根据固体燃料比例样本数据的分布规律，选取具有代表性的固体燃料比例为3.3%～3.5%的样本数据进行相关性分析研究，结果见表4。

表4固体燃料类型与NOx质量浓度的相关分析

根据统计分析的结果表明，在固体燃料配比保持不变的情况下，提高烧结燃料结构中焦粉的比例、降低无烟煤的比例，有利于降低烟气中NOx的质量浓度。产生这一结果主要有以下两方面的原因。

2.1.3.1燃料的氮含量及其分配的影响

随着燃料中氮含量的增加，燃烧过程生成NOx的速率和质量浓度都将增加，对于烧结固体燃料焦粉与无烟煤而言均如此。

煤中的氮元素以环状含氮有机化合物形式存在，燃烧过程中首先随同挥发分从燃料中析出的含氮化合物，称之为挥发分N。残留在焦炭中的含氮化合物称之为焦炭N。挥发分N中最主要的氮化合物是HCN和NH3，二者氧化生成NOx。焦炭N的析出比较复杂，与其在焦炭中N-C、N-H之间的结合状态有关。由焦炭N生成的NOx占燃料型NOx的20%～40%[8-10]。

煤的w(N)一般为0.4%～2.9%。该钢厂烧结用无烟煤的w(N)大多小于1.4%，焦炭的w(N)则基本在1%以下。而燃料中挥发分N转化为NOx所需要的前驱体化合物HCN，NH3决定于挥发分含量和氢含量。因此，结合燃料型NOx生成机理可知，要控制固体燃料燃烧生成的NOx，不仅要关注燃料中的氮含量，还应关注其挥发分和氢含量。

2.1.3.2燃烧粒度对NOx生成特性的影响

研究表明，焦粉粒度1～3mm时，NOx的生成量和燃料N的转化速度均为最高;其次是3～5mm和0.5～1.0mm;而小于0.5mm和大于5mm粒级焦粉的NOx生成量和燃料N转化率均低于前述粒级。而烧结用焦粉粒度控制一般为-3mm粒级比例占85%以上，且烧结理论要求焦粉粒度为0.5～3.0mm。因此，烧结生产中应跟踪和控制焦粉中3～5mm和大于5mm粒级的比例，即避免焦粉跑出，有助于减少燃料NOx的生成。

烧结用无烟煤由于可磨性低于焦炭，破碎后的无烟煤粉粒度要小于焦粉，一般可达1mm以上。有试验研究表明[11]，无烟煤在热解过程中，随着粒度的细化，挥发分氮转化率增加，但不超过45%;相应地，焦炭氮转化率有所降低，并保持55%以上。由此可见，在烧结过程中，尽管无烟煤粉由挥发分氮生成NOx的量小于焦炭氮的生成量，但是因其粒度细仍将有较高比例的挥发分氮转化为NOx。

综上所述，烧结固体燃料不仅在用量上，而且在品种和结构上对烟气中NOx质量浓度均有一定影响。因此，从控制燃料NOx生成角度，烧结固体燃料应优先选择焦粉，而不用无烟煤。如果使用无烟煤，则应选择氮含量、氢含量和挥发分均较低的煤种。

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