CN105087906B - 一种铁矿烧结过程nox减排的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁矿烧结过程NOx减排的方法，先将常规烧结燃料焦粉或无烟煤筛分成‑1mm、1~3mm、+3mm三个粒级；再将‑1mm焦粉或无烟煤与粒度为‑1mm的高反应性化石燃料或生物质燃料压制成1~3mm的燃料颗粒，然后与1~3mm焦粉或无烟煤、细粒铁矿、部分粗粒铁矿、熔剂、返矿进行一次预制粒，制粒后的混合料和经改性处理后的+3mm焦粉或无烟煤以及剩余的粗粒铁矿进行二次混合制粒，所得到的混合料经布料后进行点火、烧结。本发明依据不同粒级化石燃料生成NOx的特性，有针对性地控制各个粒级化石燃料NOx的生成行为，从而较大程度减少NOx的生成以达到降低NOx排放，NOx减排量达到20~40%。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域的烧结行业，涉及一种铁矿烧结过程NOx减排的方法。
背景技术
NOx（氮氧化物）是光化学烟雾和酸雨的主要成因之一，其排放造成的污染问题严重影响生态环境和危害人体健康。铁矿烧结工序是钢铁企业中NOx主要排放源，铁矿烧结工序能耗主要为固体燃料焦粉、无烟煤等化石燃料的消耗，约占工序总能耗的75~80%，而烧结工序排放的NOx 90%以上均由燃料氮转化而来，每年约有100万吨NOx经烧结烟囱排入大气，占钢铁企业总排放量的48%，占全国NOx总排放量的10%，因此，减少烧结过程NOx排放具有重要意义。尤其是2015年1月1日《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》中规定的NOx排放新标准在现有企业开始实施，烧结工序正面临巨大的NOx减排压力。
烧结烟气流量大，但NOx浓度低，通常在200-300ppm左右，烟气脱硝技术普遍存在设备要求高、能耗大及脱硝成本高等缺点，有的还存在二次污染，因此，在烧结过程中实现NOx减排是相对经济可靠的方法。国外Tashiro Kiyoshi进行了烧结燃料碱度对NOx排放影响的研究，得出适宜的碱度可以降低烧结尾气中NOx的浓度，但NOx脱除率较低；HosoyaYozo在烧结点火前利用微波加热处理顶部烧结料，认为可以在一定程度上降低NOx的排放，但是处理过程要使O2浓度控制在12%～18%的范围内。Fukutome在烧结混合料中加入粒径小于2.5mm的细石灰石，发现可以减少焦炭氮向NOx的转化，从而降低NOx的排放量；Ch-Lu-Mo研究发现在烧结混合料中添加富含碳氢化合物的物质蔗糖后，烧结烟气中NOx的含量降低28%，后续实验中添加砂糖或糖蜜可使得烟气中NOx的排放量降低50%左右，但是使得烧结成本增加较高。
国内中科院过程研究所王志等人基于煤解耦耦合燃烧NOx降解机理，采用解耦燃烧与烟气返回共脱硝工艺，通过向循环回烧结台车的烟气中添加含H2、CO以及NH3、HCN的热解气以还原生成的NOx，研究表明可降低NOx20~50%；王志等人还通过向焦炭负载一些添加剂，催化燃烧过程中生成的NOx的还原反应，使NOx降低30～50%；武汉科技大学毕学工等人向烧结混合料中添加高温条件下可以分解生成NH3的氨类添加剂，在铁矿石的催化作用下，NH3可以还原烧结过程中生成的NOx。
当前的NOx减排方法没有考虑不同粒度的焦粉（或）无燃煤燃烧过程产生NOx的特征，都是将燃料进行整体处理或控制，使得其减排量不高，或添加剂消耗量大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种铁矿烧结过程NOx减排的方法，先将常规烧结燃料焦粉或无烟煤分成三个有代表性的粒级，再通过分别对三个粒级的燃料进行预处理，目的是在不影响烧结产量、质量指标的前提下，减少烧结过程各粒级燃料燃烧时NOx的生成量，实现NOx减排量达到20~40%，将烧结烟气中NOx浓度降低到国家排放标准以下。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种铁矿烧结过程NOx减排的方法，先将常规烧结燃料焦粉或无烟煤筛分成-1mm、1~3mm、+3mm三个粒级，再分别对三个粒级的燃料进行预处理：将-1mm焦粉或无烟煤与粒度为-1mm的高反应性化石燃料或生物质燃料压制成1~3mm的燃料颗粒，然后与1~3mm焦粉或无烟煤、细粒铁矿、部分粗粒铁矿、熔剂、返矿进行一次预制粒，制粒后的混合料和经改性处理后的+3mm焦粉或无烟煤以及剩余的粗粒铁矿进行二次混合制粒，所得到的混合料经布料后进行点火、烧结。
上述的铁矿烧结过程NOx减排的方法，优选的，将-1mm焦粉或无烟煤与粒度为-1mm的高反应性化石燃料或生物质燃料压制成1~3mm的燃料颗粒的具体方法为：将-1mm粒级焦粉或无烟煤、-1mm高反应性化石燃料或生物质燃料、粘结剂沥青按质量分数分别为72~85%、10-20%、5-8%的比例混合均匀后，在1~3MPa的压力条件下压制成粒度为1~3mm的混合燃料颗粒。
上述的铁矿烧结过程NOx减排的方法，优选的，所述生物质燃料是指生物质炭；所述高反应性化石燃料是指兰炭以及挥发分含量在15-30%范围内的高挥发性气煤、气肥煤、肥煤、1/3焦煤、焦煤、瘦煤中一种或几种的混合物。
上述的铁矿烧结过程NOx减排的方法，优选的，所述一次预制粒的具体方法是将压制所得的1~3mm混合燃料颗粒，与筛分得到的1~3mm焦粉或无烟煤一起，加到细粒铁矿、部分粗粒铁矿、熔剂和返矿中在圆筒混合机中制粒3~5min，通过粗粒铁矿的配加量控制一次制粒的混合料碱度为2.0~2.4；其中所述细粒铁矿为平均粒径不超过2mm的铁矿，所述粗粒铁矿为平均粒径大于2mm的铁矿。
上述的铁矿烧结过程NOx减排的方法，优选的，所述的+3mm焦粉或无烟煤改性处理是指在+3mm焦粉或无烟煤中配加质量分数为10~20%的消石灰并包裹在+3mm焦粉或无烟煤表面。
上述的铁矿烧结过程NOx减排的方法，优选的，所述二次制粒是将一次制粒后的混合料、改性处理后的+3mm焦粉或无烟煤与剩余粗粒铁矿在圆筒混合机中混合制粒2~3min。
本发明是在发明人研究不同粒级焦粉（或）无燃煤生成NOx规律的基础上，有针对性地将燃料分成三个粒级，通过相应的适宜处理方法，使得达到高效的处理效果，较大程度降低NOx的排放。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明从化石燃料自身出发，通过控制燃料燃烧过程NOx的生成：依据不同粒级化石燃料生成NOx的特性，开发燃料的预处理技术，有针对性地控制各个粒级化石燃料NOx的生成行为，从而较大程度减少烧结过程NOx的生成，以达到降低NOx排放的目的。
（2）本发明将-1mm粒级焦粉或无烟煤与生物质炭或高反应性化石燃料（包括兰炭、石油焦）进行预处理后，高反应性化石燃料或生物质炭在燃烧过程中可热解或气化生成CO、H2、CH4、NH3等还原性组分，起到同步抑制焦粉或无烟煤中燃料氮转化为NOx、还原降解已生成NOx的作用。
（3）本发明将1-3mm焦粉或无烟煤与其他细粒级物料预先制粒，有助于将焦粉或无烟煤包裹在制粒小球内部，从而使其在燃烧过程形成的NOx在通过粘附粉层向烧结烟气扩散的过程中可被CO、H2、CH4、NH3进一步还原降解，且控制该部分物料的碱度为2.0~2.4，起到催化NOx降解的作用。
（4）本发明采用消石灰对+3mm焦粉或无烟煤进行改性处理，钙化合物在燃料燃烧过程中可起到催化NOx被碳素还原降解的作用。
综上所述，本发明对焦粉或无烟煤分级预处理，可使NOx减排量达到20~40%，且通过两次制粒工艺，仅将粒度相对较细的焦粉或无烟煤（-1mm、1-3mm）包裹在制粒小球内部，而粒度相对较粗的+3mm焦粉或无烟煤大部分以单独颗粒存在（外层仅包裹薄层消石灰），可使粗粒燃料在空气中充分燃烧，且钙化合物有促进燃烧的作用，从而保证烧结过程燃料燃烧速度不受影响，因而可以在保证烧结矿产量、质量指标的条件下实现NOx减排。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。
实施例1：
一种本发明的铁矿烧结过程NOx减排的方法，将铁矿烧结用焦粉筛分为-1mm、1-3mm、+3mm三个粒级。将-1mm焦粉与粒度为-1mm的秸秆炭、沥青按质量分数分别为75%、18%、7%的比例混合均匀后，在1.5MPa的压力条件下压制成粒度为1-3mm的混合燃料颗粒。将制备好的1-3mm混合燃料颗粒与1-3mm焦粉配合加到细粒级铁矿(平均粒径≤-2mm)、部分粗粒级铁矿(平均粒径>-2mm)、熔剂和返矿中，通过控制粗粒级添加比例使混合料碱度为2.0， 然后将混合料在圆筒混合机中进行一次制粒，制粒时间为4min。将经过一次制粒的混合料与经过改性处理的+3mm焦粉（在+3mm焦粉中添加质量分数为10%的消石灰，两者均匀混合，使消石灰黏附在+3mm焦粉表面，得到的是改性处理的+3mm焦粉）与剩余粗粒级铁矿在圆筒混合机中混合制粒2.5min。制粒后的混合料经布料、点火、烧结后，烧结指标和NOx减排量如表1所示，可知，添加预处理后焦粉烧结可获得与基准相当的烧结指标，且NOx排放量减少34%。
实施例2:
一种本发明的铁矿烧结过程NOx减排的方法，将铁矿烧结用焦粉筛分为-1mm、1-3mm、+3mm三个不同粒级。先将-1mm焦粉与粒度为-1mm的兰炭、沥青按质量分数分别为80%:15%:5%的比例混合均匀后，在2.5MPa的压力条件下压制成粒度为1-3mm的混合燃料颗粒。将制备好的1-3mm混合燃料颗粒与1-3mm焦粉配加到细粒级铁矿(平均粒径≤-2mm)、部分粗粒级铁矿(平均粒径>-2mm)、熔剂和返矿中，通过控制粗粒级添加比例使混合料碱度为2.2，然后将混合料在圆筒混合机中进行一次制粒，制粒时间为4.5min。将经过一次制粒的混合料、经过改性处理的+3mm焦粉（+3mm焦粉中添加质量分数为15%的消石灰，两者均匀混合，使消石灰黏附在焦粉表面，得到改性处理的+3mm焦粉）与剩余粗粒级铁矿在圆筒混合机中混合制粒2min。制粒后的混合料经布料、点火、烧结后，烧结指标和NOx减排量如表1所示，可知，添加预处理后焦粉烧结可获得与基准相当的烧结指标，且NOx排放量减少23%。
实施例3：
一种本发明的铁矿烧结过程NOx减排的方法，将铁矿烧结用焦粉筛分为-1mm、1-3mm、+3mm三个不同粒级。先将-1mm焦粉与粒度为-1mm的肥煤、沥青按质量分数分别为75%:17%:8%的比例混合均匀后，在1.5MPa的压力条件下压制成粒度为1-3mm的混合燃料颗粒。将制备好的1-3mm混合燃料颗粒与筛分得到的1-3mm焦粉配加到细粒级铁矿(平均粒径≤-2mm)、部分粗粒级铁矿(平均粒径>-2mm)、熔剂和返矿中，通过控制粗粒级添加比例使混合料碱度为2.2，然后将混合料在圆筒混合机中进行一次制粒，制粒时间为5min。将经过一次制粒的混合料、经过改性处理的+3mm焦粉（+3mm焦粉中添加质量分数为15%的消石灰，两者均匀混合，使消石灰黏附在燃料表面得到改性处理的+3mm焦粉）与剩余粗粒级铁矿在圆筒混合机中混合制粒2min。制粒后的混合料经布料、点火、烧结后，烧结指标和NOx减排量如表1所示，可知，添加预处理后焦粉烧结可获得与基准相当的烧结指标，且NOx排放量减少31%。
实施例4：
一种本发明的铁矿烧结过程NOx减排的方法，将铁矿烧结用焦粉筛分为-1mm、1-3mm、+3mm三个不同粒级。先将-1mm焦粉与粒度为-1mm的秸秆炭、兰炭、肥煤以及沥青按质量分数分别为75%:10%:5%:5%:5%比例混合均匀后，在3MPa的压力条件下压制成粒度为1-3mm的混合燃料颗粒。将制备好的1-3mm混合燃料颗粒与1-3mm焦粉配加到细粒级铁矿(平均粒径≤-2mm)、部分粗粒级铁矿(平均粒径>-2mm)、熔剂和返矿中，通过控制粗粒级添加比例使混合料碱度为2.4，然后将混合料在圆筒混合机中进行一次制粒，制粒时间为4.5min。将经过一次制粒的混合料、经过改性处理的+3mm焦粉（+3mm焦粉中添加质量分数为15%的消石灰，两者均匀混合，使消石灰黏附在燃料表面，得到改性处理的+3mm焦粉）与剩余粗粒级铁矿在圆筒混合机中混合制粒2.5min。制粒后的混合料经布料、点火、烧结后，烧结指标和NOx减排量如表1所示，可知，添加预处理后焦粉烧结可获得与基准相当的烧结指标，且NOx排放量减少40%。
表 1 不同实施例烧结指标及NOx减排量
Claims (3)
1.一种铁矿烧结过程NOx减排的方法，其特征在于，先将常规烧结燃料焦粉或无烟煤筛分成-1mm、1～3mm、+3mm三个粒级；再将-1mm焦粉或无烟煤与粒度为-1mm的高反应性化石燃料或生物质燃料压制成1～3mm的燃料颗粒，然后与1～3mm焦粉或无烟煤、细粒铁矿、部分粗粒铁矿、熔剂、返矿进行一次预制粒，制粒后的混合料和经改性处理后的+3mm焦粉或无烟煤以及剩余的粗粒铁矿进行二次混合制粒，所得到的混合料经布料后进行点火、烧结；其中，
将-1mm焦粉或无烟煤与粒度为-1mm的高反应性化石燃料或生物质燃料压制成1～3mm的燃料颗粒的具体方法为：将-1mm粒级焦粉或无烟煤、-1mm高反应性化石燃料或生物质燃料、粘结剂沥青按质量分数分别为72～85％、10-20％、5-8％的用量混合均匀后，在1～3MPa的压力条件下压制成粒度为1～3mm的混合燃料颗粒；
所述生物质燃料是指生物质炭；所述高反应性化石燃料是指挥发分含量在15-30％范围内的高挥发性气煤、气肥煤、肥煤、1/3焦煤、焦煤、瘦煤中一种或几种的混合物；所述一次预制粒的具体方法是将压制所得的1～3mm混合燃料颗粒，与筛分得到的1～3mm焦粉或无烟煤一起，加到细粒铁矿、部分粗粒铁矿、熔剂和返矿中在圆筒混合机中制粒3～5min；所述的+3mm焦粉或无烟煤改性处理是指在+3mm焦粉或无烟煤中配加质量分数为10～20％的消石灰并包裹在+3mm焦粉或无烟煤的表面。
2.如权利要求1所述的铁矿烧结过程NOx减排的方法，其特征在于，通过粗粒铁矿的配加量控制一次制粒的混合料碱度为2.0～2.4；其中所述细粒铁矿为平均粒径不超过2mm的铁矿，所述粗粒铁矿为平均粒径大于2mm的铁矿。
3.如权利要求1～2任一项所述的铁矿烧结过程NOx减排的方法，其特征在于，所述二次制粒是将一次制粒后的混合料、改性后的+3mm焦粉或无烟煤与剩余粗粒铁矿在圆筒混合机中混合制粒2～3min。
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