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烧结烟气环保节能处理的工艺设计

北极星环保网来源:冶金能源 郑琨2019/6/18 10:16:39我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:烧结烟气 烟气脱硫 烟气脱硝

北极星环保网讯:钢铁生产过程中约有51%~62%的SO2及48%的NOx来自烧结工序,烧结已是SO2和NOx的最大产生源[1],而目前对于烧结烟气污染物的脱除大部分采取针对某种污染物单独的末端处理工艺,随着国家对烟气中污染物限制排放种类的增多及排放量的要求越发严格,单一污染物的末端处理工艺配置越来越复杂,占地越来越大,造成建设投资及生产运行成本不断攀升。烧结工序余热也是单一部位的回收利用,同样造成了设备投资运行、场地占用等多方面的浪费。

烧结生产过程中,原燃料中存在的硫被高温氧化成气态的SO2,而燃料中存在的氮氧化物被高温氧化成气态的NOx。据潘建博士等科研人员的研究结论,在不同的烧结区段,随着烧结气氛中O2和COx浓度的变化,烟气中SO2和NOx浓度随着料温不断升高也产生了相应的变化[2]。

1 烧结烟气中SO2、NOx、COx浓度在烧结过程中分布特点

1.1 SO2的形成与烟气温度的关系

烧结烟气中的SO2主要是由含铁原料中的FeS2、FeS和燃料中的有机硫、FeS2、FeS氧化生成,还有部分来自硫酸盐的高温分解[3],存在于烧结生产的整个过程。在烧结生产过程中,烟气温度快速升高之前(即过湿带完全消失之前),烟气中SO2浓度一直处于较低且较稳定的状态;当烟气温度开始快速升高(即干燥带接近烧结料底层)时,料层原先吸附的SO2快速释放导致SO2浓度迅速升高;当燃烧带接近烧结料底层和达到烧结终点之前,SO2浓度达到最大值。

由此可以看出,烧结生产过程中的SO2浓度与烟气温度存在对应关系,但SO2浓度最大值出现的时间点比烟气温度最高点出现的时间点要提前一些[4]。

1.2 NOx形成与烟气温度的关系

烟气中NOx的形成主要有三种方式,燃料型、热力型及快速型,烧结烟气中NOx主要是由气体、固体燃料的燃烧产生,为燃料型NOx,而热力型及快速型NOx生成量很少。烟气中生成的NOx也主要以NO为主,只有很少量的NO2。

烧结过程的主要产物是铁酸钙,据有关研究发现,在CO还原NO的反应中铁酸钙起到显著的催化作用,它先被CO还原再被NO氧化,因此该反应属于自催化。同时铁酸钙催化NO还原还服从多相催化的吸附活化物理论,在铁酸钙催化剂活性部位发生NO分子吸附、离解、表面活性物种的重组和产物脱附的反应,在这两种反应机理共同作用下,该还原反应的活化能由246.68kJ/mol降到138.80kJ/mol,且加快了反应速度。铁酸钙有3种,催化能效依次为CaO·Fe2O3>CaO·2Fe2O3>2CaO·Fe2O3。

因此,在烧结过程中应尽可能的产生铁酸钙系粘结相,在烧结矿表层形成铁酸钙,以便达到铁酸钙自催化NOx还原的效果,这样不仅能减少烟气中NOx的排放,同时可降低NO排放浓度近44%,还可改善烧结产量质量指标。

1.3 COx形成与烟气温度的关系

烧结烟气中的COx主要由气体及固体燃料的燃烧产生,由于固体燃料在混合料中分散分布,其燃烧规律介于单体焦粒燃烧与焦粒层燃烧之间,属非均相反应[2]。在点火阶段,烟气中的COx浓度快速上升,其中CO从0%升到约7%,CO2从0%升到14%左右;而烟气中的O2浓度从20.9%降到2%左右。

点火后,烧结过程中CO浓度快速降到2%左右后基本不变,CO2浓度则一直在14%左右波动;O2浓度波动方向均与CO2浓度的波动方向相反,这种现象一直持续到烧结终点前2~3min。当烧结烟气温度达到最高点时,O2浓度恢复至空气中O2浓度水平,CO浓度降至很低,而CO2浓度则几乎为零。

2 烧结烟气余热利用

烧结烟气余热主要来自以下两方面:

(1)冷却机高温段的废烟气温度约为350~420℃[5],这部分废烟气显热约占总热量的29.3%。近年来,冷却机高温废烟气余热回收技术(余热蒸汽用于发电或汽拖带动烧结主抽风机)已开始广泛应用推广。

(2)烧结机尾风箱高温段烟气温度约为320~400℃[5],这部分烟气显热约占总热量的23.6%,目前主要用于烟气循环烧结或烟气余热回收产蒸汽。烧结生产采用热风烧结、点火保温工艺后,可降低燃料消耗,促进产物中铁酸钙的形成,防止台车中的烧结矿在出点火器后表层温度骤降造成强度变差,增加烧结返矿率。因此热风烧结能有效提高烧结矿强度,改善烧结矿质量,降低燃料消耗。

据有关统计数据,采用热风烧结工艺,烧结产量可提高2%,转鼓指数提高1.5%,成品率提高2%,燃耗降低12%~15%,固体燃耗降低2%~4%[6]。

烧结工序这两块余热目前大都只是单一回收利用,从实现能源梯级利用的高效性和经济性角度分析,将这两块余热进行综合回收处理是最大限度提高有效余热利用的发展方向。

延伸阅读:

钢铁超低排放难点在烧结 烧结工序超低排放有哪些绝招?

烧结烟气污染物治理技术研究及应用现状

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