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邯钢西区关于烧结烟气中SO2与NOx的影响因素的研究与生产实践

关注:日期:2018-03-17

摘要:本文通过对邯钢西区烧结机烟气污染物排放特征的分析,以及通过实验检测数据分析,验证了烟气中SO2含量主要来源于混匀料与固体燃料;而烟气中NOx则来自固体燃料的燃烧与焦炉煤气与空气点火燃烧带入的事实;并基于此分析,结合现有石灰石—石膏湿法烟气脱硫处理工艺,制定了相应的控制措施,降低由于烟气污染物排放要求限值,对烧结生产制约的被动局面,并简述了邯钢西区烧结机现有脱硫工艺所存在的问题及解决方案。

西区炼铁厂烧结车间包括2台360m2烧结机,1#烧结机2008年3月投产,2#烧结机同年11月投产,为两座3200m3高炉的配套工程,满足高炉75%烧结矿的配矿需求。设计烧结矿产量726万吨,烧结矿转鼓指数≥79%,主抽风机工况风量2×18000m3/min,共有风箱24个。2014年9月底,按照相关环保要求,将脱硫烟气旁路进行彻底封堵,脱硫系统将作为主生产设施,这样脱硫的运行状态将直接影响烧结生产,烧结风机风门的调整也同样制约脱硫的运行。2015年1月1日起现有及新建烧结机烟气颗粒物及SO2的排放限值分别为50mg/m3和200mg/m3,其中京津冀排放限值执行特别限值为40mg/m3和180mg/m3,新增NOx排放限值为300mg/m3。污染物排放总量约束指标及污染物排放浓度限值对大气污染治理提出了新的要求,由原来对粉尘、SO2单一污染物的治理,变为对多污染物的综合治理。

1烧结烟气污染物排放特征

1.1二氧化硫

烟气中的SO2主要来源于铁矿石和固体燃料(无烟煤、焦粉与焦化除尘灰)(1)。铁矿石中的硫通常以硫化物(FeS2、CuFeS2等)、硫酸盐(BaSO4、CaSO4、MgSO4等)的形式存在,燃料中的硫多以有机硫的形式存在,硫化物与有机硫分解后很快和O2反应而氧化为SO2,而硫酸盐在分解反应中释放出SO2。每生产1t烧结矿需要燃料约35~55kg,烧结烟气中的SO2主要来源于烧结用固体燃料。(1)(4)

1.2氮氧化物

烧结过程产生的NOx主要包括NO和NO2,90%以上为NO,5%~10%为NO2,还有微量N2O。NOx来源主要有两部分:一是烧结点火阶段,二是固体燃料燃烧和高温反应阶段﹝3﹞。NOx产生途径主要有3种:在燃烧条件下,空气中的N2和O2反应生成热力型NOx;燃烧过程中,空气中的N2和燃料中的碳氢基团反应生成的HCN、CN等NO前驱物又被进一步氧化成为NOx,为快速型NOx(4);燃料中的氮在燃烧过程中被氧化成为燃料型NOx。(4)已有研究表明,烧结过程产生的NOx有80%~90%来源于燃料中的氮,为燃料型NOx,热力型和快速型NOx生成量很少。低于1500℃时,热力型NOx的生成量很少;高于1500℃时,随着反应温度升高,其生成速率按指数规律增加,生成量明显升高,烧结燃烧温度为1200~1400℃,燃料中氮的热分解温度低于燃烧温度,在600~800℃时生成燃料型NOx。NOx生成量受到燃料氮含量、氮的存在形态、燃料粒度、空气过剩系数、烧结混合料中金属氧化物等成分的影响。(4)生产1t烧结矿产生NOx约0.4~0.65kg,烧结烟气中NOx的浓度一般在200~300mg/m3。

2邯钢烧结机烟气分析数据

2.1烧结机风箱烟气浓度与污染物浓度分析

我们于2017年2月对烧结机风箱烟气浓度与污染物烟气浓度进行测量。烧结机为双烟道设计,分高硫、低硫烟道。西侧烟道收纳了机尾东侧烟道三个风箱的烟气,东侧烟道则收纳了机头西侧烟道的5个风箱烟气,中间各烟道互相混合交叉,通过该设计实现高硫低硫烟道区分。烟道内径为5m,监测数据如下表1:(中科院过程所测试数据)

图1中SO2和NOx的浓度随烧结机位置的不同而变化:机头和机尾烟气SO2浓度低,中部烟气SO2浓度高;NOx浓度沿烧结方向的变化趋势与SO2不同,在机头浓度最高,自烧结机中部到机尾,开始逐渐下降至最低值。烧结工艺特有的SO2浓度分布特性源于烧结过程中SO2析出、再吸收和再析出的复杂过程。SO2的再吸收与烧结机的湿润带相对应,在该区域由于烧结原料中碱性熔剂(生石灰)、弱酸盐(石灰石、白云石、菱镁石等)和液态水的存在,大部分SO2被吸收。随着烧结过程的推进,其吸收能力和容纳能力逐步降低,在烧结末期该区域消失;同时,在该区域生成的不稳定的亚硫酸盐在通过干燥预热带时会发生分解,再次释放出SO2。SO2浓度沿烧结机方向呈现两头低中间高的特点。

而NOx的浓度点火后从第3个风箱开始,浓度在200---300ppm之间,到15#风箱其浓度开始逐步降低,到机尾达到最低。同时也证实了我们的分析,烟气中NOx的主要来源于烧结点火与固体燃料的燃烧与高温反应阶段。

2.2烧结原料中S与N含量分析

为了研究烧结过程烟气中SO2与NOx的含量及来源,我们对烧结原料中含量进行测量如表所示:

从上表中我们发现,烧结中硫的重要带入为混匀料与燃料,而氮的主要带入为燃料与点火用焦炉煤气与空气。我们对烧结过程中所产生的污染物硫与氮的检测如下表:

其中我们对烧结混匀料中大量配加的瓦斯灰与污泥等固体废弃物的含S与N的具体情况未进行过检测。但是我们在生产实践中发现,在变堆后,若加入大量的瓦斯灰与污泥,在烧结过程中对烟气中SO2与NOx的浓度波动很大。


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