收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

铁矿烧结烟气减量排放基础理论与工艺研究

潘建  
【摘要】: 钢铁工业是能耗大户,也是污染大户,而烧结工序是钢铁工业中排放空气污染物的主要污染源之一,由烧结工序产生的SO_2约占钢铁生产系统空气污染物中SO_2的40%~60%,烧结能耗则占钢铁工业总能耗的10%~15%。目前,国外发达国家对钢铁工业中SO_2、NO_x等的治理技术已经商业化,进入第三代污染物CO_2以及二嗯英等治理技术的研究和应用阶段。国内则由于技术和经济方面的原因,对钢铁工业的SO_2、NO_x的污染控制尚处于工业化应用前期研究,而烧结烟气脱硫脱硝处理基本处于空白,CO_x排放量的控制更没纳入议事日程。 本论文结合国家自然科学基金项目《烧结烟气SO_2、NO_x、CO_2减量化排放基础理论与应用研究》(NSFC50274072),从清洁生产的观点出发,通过热重分析、红外光谱测试、X-射线衍射分析、扫描电镜及能谱分析、气相色谱分析等分析测试技术及对烧结烟气中SO_x、NO_x、CO_x在线检测等手段,对铁矿烧结工艺过程SO_2、NO_x、CO_x烟气的形成机制、排放规律及影响因素进行了研究。 系统研究了铁矿烧结烟气中SO_2生成机理,结果表明:铁矿烧结烟气中SO_2来源于含铁原料和燃料中硫在高温下的热解,烧结混合料中硫的热解和脱硫率主要受温度、时间、空气中氧浓度、焦粉粒度等因素的影响。烧结脱硫率越高,烧结矿中残余的硫含量越低,越有利于改善生铁质量,但烧结烟气中排放的SO_2量越大。研究表明,脱硫率随温度升高、加热时间延长、氧浓度提高和焦粉粒度减小而迅速升高。但温度过高,烧结混合料中硫的脱除率愈低,烟气中SO_2排放量愈少。首次揭示了烧结烟气中SO_2的排放特征,提出了烧结烟气中SO_2浓度变化具有自持性的新观点,即无论烧结工艺参数和原料特性如何变化,烧结烟气中SO_2浓度始终在烧结终点前某一时刻急剧上升到最大值,随后急剧下降。阐明了烟气中SO_2的排放特征受烧结料层水分的迁移规律及料层中SO_2的热解生成-吸附-解吸机制所控制。采用动态法研究了烧结混合料对SO_2的吸附机理和吸附动力学,结果表明,在低吸附量时吸附速度1/C(?) dA/dt与吸附量A遵从一级反应动力学方程,两者有较好的线性关系;并且在吸附初期,当混合料碱度越高且CaO来源于生石灰、混合料含水量高、混合料平均粒度细及烟气中SO_2浓度越高时,均有利于混合料对烟气中SO_2的多相反应吸附过程。随着料层对SO_2的吸附量增加,吸附速度与吸附量间符合零级反应,吸附速度不再随吸附量的增大而加快。研究SO_2在烧结料层中的迁移规律时发现,存在CaSO_3的再氧化和CaSO_4的高温热分解过程,这是导致烟气中SO_2排放存在峰值特征的主要原因之一。在此理论研究基础上,创立了烧结过程SO_2的热解生成-料层吸收-热解解吸的迁移及富集排放模型,成功开发出了烧结烟气分段脱硫新工艺。在采用湿法石灰石-石膏法脱硫工艺的前提下,与传统全烟气脱硫相比,分段烟气脱硫新工艺减少烟气处理量40%,烟气脱硫率提高2.4%,吸收液大幅度减少,烟气脱硫设备投资和运行成本可明显降低。 在线检测烧结烟气的气体成分表明,铁矿烧结烟气中NO_x主要来源于烧结点火阶段煤气燃烧及烧结料层中固体燃料燃烧。烧结过程生成的NO_x也主要以NO为主,只有微量的NO_2存在。与烧结过程烟气中SO_2的排放规律相比,烧结过程烟气中NO_x的排放存在显著差异,从点火结束后开始到烧结终点前,始终保持在一个较高的浓度水平。NO_x的生成及排放量受燃料N含量、氮的存在形态、燃料粒度、空气中氧含量、烧结混合料化学成分等因素的影响。而研究结果表明,提高烧结碱度或增加烧结料层高度均有利于降低烟气中NO_x排放浓度,由此提出了烧结过程形成的铁酸钙对烧结体系的NO_x还原反应具有催化作用。根据铁矿烧结特点,运用晶体结构、反应活化能、催化还原反应的热力学和动力学基础理论,系统研究了铁酸钙自催化NO_x还原反应机理。研究表明,烧结料层中的铁酸钙对CO还原NO反应具有明显的自催化作用。催化作用的强弱取决于铁酸钙的结构特点,其催化能力由强到弱的顺序为CFC2F2CF,CF使CO还原NO反应的活化能由无CF存在时的246.68 kJ/mol降到有CF存在时的138.80kJ/mol;揭示了铁酸钙催化CO还原NO的反应机理为:作为催化剂的铁酸钙参与了反应,发生了催化剂被CO还原和被NO重新氧化的反应,与此同时,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。在铁酸钙自催化作用下,降低了烧结体系NO还原的表观反应活化能,加快了反应速度。促进铁酸钙在烧结矿表层的分布和提高烧结矿中铁酸钙矿物的含量,有利于强化铁酸钙自催化作用和降低NO_x的排放,在此基础上开发了分流制粒非均质烧结新工艺,优先发展铁酸钙系粘结相,改善铁酸钙在烧结矿表层的分布,与常规烧结工艺流程相比,可降低NO_x排放浓度44%左右。 对烧结过程固体燃料的燃烧特性进行了系统研究,运用催化燃烧和燃烧化学的理论,成功开发出具有助燃和助熔多种功能的烧结节能添加剂,改善了烧结矿产质量指标,降低烧结固体燃耗,烧结过程CO、CO_2和NO_x的排放浓度也明显降低,但烧结料层中氧化性气氛增强,强化了烧结混合料中硫的脱除,烧结烟气中SO_2的排放浓度峰值有所提高,但其排放规律仍维持其自持性。研究表明,节能添加剂催化焦粉燃烧的作用机理为活化固定碳的晶体结构、形成反应活性中心、降低反应活化能和促进燃烧过程的氧传递,焦粉经节能添加剂处理后,气化反应活化能由25.8kJ/mol降低到18.9kJ/mol,燃烬率由80.2%提高到89.8%,燃烧速率由2.25%/min加快到3.15%/min;催化剂中还含有助熔剂,可诱导低熔点的铁酸钙液相形成,在较低烧结温度下使液相产生的速度加快,粘结相量增多,从而提高烧结成品率和烧结矿强度。烧结节能添加剂工业试验结果进一步证明,烧结产质量指标明显改善,产量提高了15.72%,转鼓强度提高了1.99%,固体燃耗降低了4.19 kg·t_(烧结矿)~(-1),烧结过程废气中CO_2浓度下降10.53%,CO浓度降低35.29%,NO浓度降低25%,但SO_2平均排放浓度提高了16.74%,峰值排放浓度提高了17.70%,还需结合后续烟气处理才能达到烧结烟气SO_2的减量排放。 通过对铁矿烧结过程SO_2、NO,、CO_x排放规律的系统研究,设计了烧结烟气减量排放综合方案,即有机结合烟气分段处理+烧结节能添加剂+热风返烟烧结的工艺方案。以450m~2烧结机为例,与传统工艺流程相比,综合方案可减少烧结烟气脱硫时40%左右的处理烟气量,烧结烟气脱硫装置设备投资和运行成本分别可减少40%左右,而由热风返烟烧结节约的固体燃耗可带来直接经济效益936万元。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 郭翔;刘新斌;宗志敏;;基于LS-SVM的流向变换催化燃烧反应器的温度预测[J];河南化工;2010年05期
2 ;消除苯害化废为宝[J];劳动保护;1977年03期
3 ;论溶剂的催化燃烧技术[J];绝缘材料;1978年01期
4 熊成德;;国内催化燃烧技术的进展概况[J];绝缘材料;1984年04期
5 丁杰,姚祖涛,王光润;催化燃烧除去锅炉给水溶氧的研究[J];化工生产与技术;1997年03期
6 钟北京,洪泽恺;甲烷微尺度催化燃烧的数值模拟[J];工程热物理学报;2003年01期
7 柴义;一种高效节能的有机废气催化燃烧处理系统[J];节能;2003年04期
8 钱清;涂料烘房排气催化燃烧净化方法[J];食品工业;1982年04期
9 忻展侠;;催化燃烧型涂漆机试制小结[J];工业炉;1982年05期
10 沈慧英;有机气体催化燃烧净化装置[J];劳动保护;1988年10期
11 宫为民,许锦裳,赵国良,张弘弢;甲醇、甲苯蒸汽在MF催化剂上的催化燃烧[J];大连理工大学学报;1990年04期
12 唐伟,胡晓东,宣逸安;掺铈的铜锰钴复合氧化物催化剂对甲苯催化燃烧的性能研究[J];能源环境保护;2005年01期
13 李辛玉;邓谦;;纳米金催化剂的研究与应用[J];湘潭师范学院学报(自然科学版);2006年02期
14 韩峭峰;王苑娜;余倩;张绮旎;余林;戈早川;孙明;郝志峰;;二甲醚催化燃烧研究的进展[J];工业催化;2007年07期
15 徐伟;张钰靓;施延君;叶永根;;钙钛矿型催化剂去除VOC的性能研究[J];广东化工;2011年06期
16 张广宏;;Ce/Cu_(0.5)Mn_(0.5)/SBA-15催化剂及其甲苯催化燃烧性能研究[J];宁夏师范学院学报;2011年03期
17 应卫勇,SungkonoIE,龟山秀雄;MnCuO_x/Al_2O_3催化剂上的催化燃烧及其动力学研究[J];华东理工大学学报;1999年06期
18 唐旭东,单石灵,刘忠生;石化污水场含烃废气的催化燃烧试验[J];石油学报(石油加工);2002年02期
19 朱吉钦;危丽琼;王盈;李成岳;;有机废气净化催化剂上甲烷催化燃烧动力学研究[J];燃料化学学报;2007年04期
20 宋庆东;;催化燃烧热水炉烟气余热回收与热效率[J];湖南农机;2011年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张桂臻;何洪;訾学红;邱文革;戴洪兴;邓积光;;碳烟催化燃烧用三维有序大孔Pd-修饰三元铈锆固溶体[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
2 郭建光;李忠;奚红霞;;超声场下制备催化燃烧VOCs的CuO/γ-Al_2O_3催化剂[A];第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(下)[C];2004年
3 付慧静;傅立新;李俊华;;铟锡氧化物的制备及催化燃烧甲烷性能研究[A];第四届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2005年
4 李顺清;邹国军;陈龙;赵新红;王晓来;;一种低成本合成六铝酸盐纳米材料的方法[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年
5 戴宇;王幸宜;;不同Mn含量的MnCeLa-O催化剂对氯苯催化燃烧的影响[A];第十八届全国稀土催化学术会议论文集[C];2011年
6 金凌云;何迈;谢冠群;罗孟飞;;CeY涂层负载Pd整体式催化剂的研究[A];第三届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2006年
7 王斌;郭耘;张志刚;卢冠忠;;CeMnAl_(11)O_y的制备及甲烷催化燃烧反应性能[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年
8 李飞;邹小平;程进;任鹏飞;张红丹;王茂发;朱光;;多方向生长碳纳米纤维的催化燃烧制备[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(6)[C];2007年
9 张世红;何林;孙威;;天然气催化燃烧理论和应用[A];中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛会议论文集(上)[C];2009年
10 梁宝明;王耀军;;布朗气(氢氧气)的催化燃烧及其在危险废物焚烧上的应用[A];第七届全国氢能学术会议论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 潘建;铁矿烧结烟气减量排放基础理论与工艺研究[D];中南大学;2007年
2 甘敏;生物质能铁矿烧结的基础研究[D];中南大学;2012年
3 张佳瑾;低浓度甲烷流向变换催化燃烧实验研究及模型化[D];北京化工大学;2012年
4 戴宇;锰基催化剂上含氯挥发性有机化合物的催化燃烧[D];华东理工大学;2012年
5 李欣;抗湿性高活性的过渡金属催化剂的制备及其催化燃烧甲苯的性能[D];华南理工大学;2012年
6 訾学红;甲烷催化燃烧技术基础研究[D];北京工业大学;2012年
7 牛学坤;流向变换催化燃烧空气净化过程的模型化研究[D];北京化工大学;2003年
8 赵福真;低浓度CO和甲苯催化燃烧消除催化剂制备及反应性能研究[D];北京化工大学;2010年
9 李桃;烧结过程智能实时操作指导系统的研究[D];中南大学;2000年
10 商秀芹;新型进化计算方法及其在炼铁烧结过程建模与优化中的应用[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王霁欣;过渡金属氧化物上1,2-二氯乙烷催化燃烧的研究[D];清华大学;2009年
2 陈建国;工业有机尾气催化燃烧技术研究[D];华东理工大学;2011年
3 王智华;气相燃烧烟气分布及催化燃烧瞬态行为规律的研究[D];北京建筑工程学院;2012年
4 师兴兴;民用燃具燃烧特性研究以及催化燃烧的应用[D];北京建筑大学;2013年
5 季志云;应用秸秆制备铁矿烧结用生物质燃料的研究[D];中南大学;2013年
6 凌飞;氧化锰八面体分子筛的合成、表征及其催化燃烧性能[D];浙江大学;2010年
7 李文俊;矿井通风瓦斯催化燃烧的数值模拟[D];重庆大学;2010年
8 汤吉;复合金属氧化物催化剂上的二甲醚催化燃烧研究[D];汕头大学;2010年
9 豆庆民;狭缝型微型燃烧器的催化燃烧特性研究[D];大连海事大学;2011年
10 彭丹;含硫生物质气化气催化燃烧的实验研究[D];华中科技大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 周文涛;吹氧在铁矿烧结中的作用[N];世界金属导报;2011年
2 实习记者 孙书博;催化燃烧技术提高煤利用率[N];中国化工报;2011年
3 王秀江;燃煤催化燃烧节能技术通过鉴定[N];中国化工报;2009年
4 黄裕侃;如何治理医药含氯有机废气[N];中国环境报;2008年
5 唐先觉;铁矿烧结的30年[N];中国冶金报;2008年
6 龙红明 李家新 王平 高岗 张健;由末端治理向源头控制转变[N];中国冶金报;2011年
7 薛景照;催化燃品前景诱人[N];中国矿业报;2002年
8 徐刚;烧结过程自动控制技术演技研究通过鉴定[N];中国有色金属报;2005年
9 本报记者 黄裕侃;蓄热式有机废气催化燃烧技术节能效果明显[N];中国环境报;2005年
10 通讯员 张转移 首席记者 蔡立军;天铁烧结过程质量控制管理系统开发成功[N];中国冶金报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978