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。
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