CN107287414A - 一种降低铁矿烧结NOx排放的原料制备及烧结方法 - Google Patents

一种降低铁矿烧结NOx排放的原料制备及烧结方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种降低铁矿烧结NOx排放的原料制备方法，包括：步骤1、按质量配比称取铁矿粉、燃料及熔剂；将铁矿粉按照质量比分为铁矿粉一和铁矿粉二；步骤2、将铁矿粉一进行造球，制备母球一；步骤3、铁矿粉二与熔剂均匀混合制备粘附粉；步骤4、将粘附粉与母球一在圆盘造球机中进行造球，制备母球二；步骤5、将焦粉与母球二进行均匀混合，得到降低铁矿烧结NOx排放的原料。本发明还公开了使用上述方法制备的原料进行烧结的方法。本发明的有益效果为：利用铁酸钙和Fe2O3对NOx的催化还原作用，增加铁矿粉与熔剂的接触机会，促进铁酸钙形成，将燃料外置有利于燃料燃烧和提高热量的利用，促进铁酸钙的形成和减少NOx的排放，较传统工艺减排NOx约40％～60％。

Description

一种降低铁矿烧结NOx排放的原料制备及烧结方法
技术领域
本发明涉及冶金环境保护技术领域，尤其涉及一种降低铁矿烧结NOx排放的原料制备及烧结方法。
背景技术
NOx是形成酸雨和光化学烟雾的主要原因，也是雾霾的主要成因，严重影响生态环境和人类健康，有效减少NOx的排放具有重要意义。目前，我国NOx的年排放量在2000万吨左右，2015年我国NOx排放量为1851.9万吨，工业NOx排放量达到1180.9万吨，占全国NOx排放总量的63.8％。工业NOx排放量当中，钢铁工业NOx排放量为55.1万吨，占工业NOx排放总量的4.7％，是重要的工业NOx排放源。
烧结工序排放的NOx约占整个钢铁生产流程NOx排放量的50％左右，是钢铁企业主要的NOx排放工序。烧结过程NOx排放的特点是，烟气排放量大，NOx浓度小且波动大，一吨烧结矿产生的烟气量一般为3500～5000m3，而烧结烟气中NOx浓度一般为0～600mg/m3。目前我国烧结烟气脱硫已取得了显著的成效，截止2015年底，全国重点钢铁企业烧结机脱硫面积已增加到13.8万平方米，安装率由2005年的19％增加至88％。而与此形成鲜明对比的是，我国在烧结烟气脱硝方面进展缓慢，我国有报道的烧结脱硝装置不到10台，其中主要以活性炭法为主，活性炭法可同时脱除SO2、NOx及二噁英和其他有害物质，但该工艺运行费用高、投资成本大，在钢铁市场不景气的背景下难以广泛推广使用。
目前，用于烟气脱硝的主要工艺有选择性非催化还原法(SNCR)和选择性催化还原法(SCR)。SNCR工艺是在900～1100℃高温下，还原剂(一般为尿素或氨水)热解生成的NH3有选择地将烟气中的NOx还原为N2和H2O的工艺方法。由于烧结烟气的温度一般在200℃以下，使用SNCR技术需要将烟气加热到700℃左右，这在实际生产中是行不通的。SCR法的原理与SNCR相似，主要差别在于SCR使用催化剂降低了反应活化能，使得反应能在相对较低的温度下(200～450℃)进行。但烧结烟气中的SO2与还原剂NH3反应，生成的(NH4)2SO4及NH4HSO4沉积在催化剂表面，易导致催化剂失活。对烧结烟气先行脱硫可以解决SCR催化剂中毒问题，但会增加投资成本及设备占地面积。所以，SNCR和SCR工艺均无法直接应用于烧结烟气脱硝，必须研发新型烟气脱硝技术，以满足日益严格的烧结NOx排放要求。
同时，针对烧结过程NOx的相关治理也主要是以末端治理为主，从源头出发降低烧结过程NOx排放的相关研究较少，不利于降低工艺成本。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种降低铁矿烧结NOx排放的原料制备及烧结方法，用以降低烧结NOx排放量，实现了在对现有烧结工艺流程改造较小的前提下，减少烧结过程中NOx排放的目的。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种降低铁矿烧结NOx排放的原料制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、按质量配比称取铁矿粉、燃料及熔剂；将铁矿粉按照质量比分为铁矿粉一和铁矿粉二两部分；
步骤2、将铁矿粉一进行造球，制备母球一；
步骤3、铁矿粉二与熔剂进行均匀混合，制备粘附粉；
步骤4、将粘附粉与母球一在喷洒雾化水的条件下在圆盘造球机中进行造球，制备母球二；
步骤5、将焦粉与母球二进行均匀混合，得到降低铁矿烧结NOx排放的原料。
本发明通过合理调节不同烧结物料在料球中的分布位置，相较于传统工艺，更加促进了铁矿粉与熔剂的接触机会，使得铁酸钙进一步发展，为充分利用铁酸钙和Fe2O3等物质对NOx的催化还原作用提供了条件；同时，燃料外置的方式更有利于燃料燃烧和热量利用，有助于料层中CO含量的增加，进一步促进了铁酸钙的形成和NOx的减排，本发明比传统工艺减排NOx达40％～60％。
进一步的，所述步骤1中，所述铁矿粉、燃料及熔剂的质量配比分别为：铁矿粉75％～85％、燃料5％～8％、熔剂10％～20％。
本发明使用上述配比制备原料，能够保证烧结过程顺利进行所需热量及成品烧结矿具有合适强度及冶金性能；本发明铁矿粉可以选择任意类型的铁矿粉，并没有特殊限制。
进一步的，所述燃料为焦粉，所述熔剂为白云石、石灰石及生石灰。
焦粉的主要作用是为烧结过程提供充足的热量，保证烧结过程顺利进行；熔剂的主要作用是在烧结过程中产生足够的粘结相，保证烧结矿强度。
进一步的，所述步骤1中，所述铁矿粉一和铁矿粉二的质量比为0.6～1.5。
本发明铁矿粉一和铁矿粉二的质量比为0.6～1.5，有利于增加熔剂与铁矿粉的接触机会，促进铁酸钙的发展，因为铁酸钙的发展一方面可增强其对NOX的催化还原效果，另一方面可增加烧结矿的强度，提高烧结矿质量。
进一步的，所述步骤2中，铁矿粉一在圆盘造球机中进行造球，造球过程中配加雾化水，将造好的球作为母球一，所述配水总质量为铁矿粉、燃料及熔剂总质量的3％～4％。
本发明步骤2配加雾化水能够提高铁矿粉一的润湿效果，有利于提高制粒效果；配水总质量为铁矿粉、燃料及熔剂总质量的3％～4％，一方面可提高和改善母球一的成球性和致密性，另一方面更有利于母球一与原料的粘附。
进一步的，所述步骤2中，造球时间为3～5min，所述圆盘造球机半径为2～3m，转速为5～6r/min，倾角45°～50°，所制备出的直径为2～5mm的母球一的质量占母球一总体质量的50％～70％。
将造球时间控制为3～5min，圆盘造球机半径选择2～3m，能够保证铁矿粉一的混匀及制粒效果；将转速控制为5～6r/min，倾角控制在45°～50°，能够使铁矿粉一达到较好的制粒效果；控制直径2～5mm的母球一的质量占母球一总体质量的50％～70％，一方面有利于后续母球一同粘附粉的粘附及制粒，另一方面能够确保母球一通过后续工序处理，获得合适尺寸和比例的母球二，保证后续工序顺利进行。
进一步的，所述步骤3中，所述铁矿粉二与熔剂在圆筒混料机中混匀，制备粘附粉。
进一步的，所述铁矿粉二与熔剂的混合时间控制在1.5～3min，转速为其中，R为圆筒混料机半径，单位为m；将混合均匀的铁矿粉二与熔剂作为粘附粉。
将混合时间控制为1.5～3min，转速控制为能够保证铁矿粉二与熔剂达到较好的混匀效果。
进一步的，所述步骤4中，配水总质量为铁矿粉、燃料及熔剂总质量的4％～6％。
本发明配加雾化水能够提高母球一与粘附粉的润湿效果，有利于提高制粒效果；配水总质量为铁矿粉、燃料及熔剂总质量的4％～6％，一方面有利于粘附粉在母球一表面的粘附，另一方面可提高和改善母球二的成球性和致密性。
进一步的，所述步骤4中，造球时间控制为6～8min，所述圆盘造球机半径为3～4m，转速为6～7r/min，倾角45°～53°，所制备出的直径为5～8mm的母球二的质量占母球二总体质量的60％～80％。
将造球时间控制为6～8min，圆盘造球机半径选择3～4m，能够充分保证母球一与粘附粉的混匀及制粒效果；将转速控制为6～7r/min，倾角控制在45°～53°，能够使母球一与粘附粉达到较好的制粒效果；控制直径5～8mm的母球二的质量占母球二总体质量的60％～80％，一方面有利于后续母球二对焦粉的粘附及制粒，另一方面能够确保母球二通过后续工序处理，获得合适尺寸和比例的烧结物料，保证烧结生产过程中料层具有良好的透气性，使烧结过程能够正常顺利进行。
进一步的，所述步骤5中，所述焦粉与母球二的混合时间控制在2.5～3min，转速为其中，R为圆筒混料机半径，单位为m。
本发明将混合时间控制在2.5～3min，能够提高焦粉和母球二的混匀粘附效果；转速为能够保证焦粉和母球二的混匀粘附和制粒效果。
一种根据上述方法制备的原料进行烧结的方法，将制备得到的降低铁矿烧结NOx排放的原料进行点火烧结，所述烧结的点火温度为1000～1200℃，点火时间为50～90s。
本发明对烧结的点火温度进行限定，能够为点燃烧结原料表层固体燃料提供充足热量，保证烧结过程顺利进行。
进一步的，所述烧结过程为将所述降低铁矿烧结NOx排放的原料表层的固体燃料点燃，并在抽风的作用下继续往下燃烧产生高温，使烧结过程自上而下顺利进行。
本发明在降低铁矿烧结NOx排放的原料表层点燃并抽风，一方面使烧结过程顺利进行；另一方面有利于改善表层烧结矿的强度。
本发明有益效果如下：
1)本发明利用铁酸钙和Fe2O3等物质对NOx的催化还原作用，增加铁矿粉与熔剂的接触机会，促进铁酸钙形成，同时燃料外置更有利于燃料燃烧和提高热量的利用，进一步促进铁酸钙的形成和减少NOx的排放，本发明较传统工艺减排NOx约40％～60％，效果明显；
2)本发明无需添加任何添加剂，工艺简单，投资小；
3)本发明在降低NOx排放的同时不影响烧结正常生产；
4)本发明方法对原有烧结工序无较大改变，具有制备工艺简单，经济实用易实现的特点。
附图说明
图1为本发明降低铁矿烧结NOx排放的原料的制备过程流程图；
图2为本发明降低铁矿烧结NOx排放的原料的物料颗粒结构示意图；
图3为本发明的物料在高温烧结条件下NOx排放浓度的变化图。
其中，1-铁矿粉一，2-铁矿粉二，3-熔剂，4-4m圆盘造球机，5-1m圆筒混料机，6-6m圆盘造球机，7-焦粉，8-烧结机，9-烧结矿，10-焦粉，11-50％矿粉+熔剂，12-50％矿粉，13-传统烧结NOx排放曲线，14-本发明NOx排放曲线。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
实施例1
一种降低铁矿烧结NOx排放的原料制备及烧结方法，如图1所示，本实施例选取PB、Yandi、Kooly、Carajas、司家营五种典型铁矿粉进行烧结，选取焦粉作为燃料，选取白云石、石灰石及生石灰作为熔剂，本实施配制100Kg原料：具体步骤如下：
步骤1、称取PB、Yandi、Kooly、Carajas、司家营五种典型铁矿粉共77.22Kg，燃料焦粉5.05Kg，熔剂白云石、石灰石及生石灰共17.73Kg；将五种典型铁矿粉按照质量分数平均分为铁矿粉一和铁矿粉二两部分，原料中各组分的含量配比关系如表1所示；
表1烧结原料中各组分的质量百分含量
步骤2、将铁矿粉一在直径为4m的圆盘造球机中配加3Kg的雾化水混合作为母球一，造球时间为4min，转速为5r/min，所制备的直径为2～5mm的母球一的质量占总体母球一质量的60％，配加水量为配水总质量的33.3％，配水总质量为9Kg，母球一含水质量百分数为7.77％；
步骤3、将铁矿粉二与熔剂在直径为1m的圆筒混料机中均匀混合作为粘附粉，混合时间为2min，转速为10r/min；
步骤4、将母球一和粘附粉在直径为6m的圆盘造球机中配加6Kg的雾化水混合作为母球二，造球时间为6min，转速为6r/min，所制备的直径为5～8mm的母球二质量占总体母球二质量的70％，配加水量为配水总质量的66.7％，配水总质量为9Kg，母球二含水质量百分数为9.5％；
步骤5、将母球二与焦粉在直径为1m的圆筒混料机中均匀混合制得降低铁矿烧结NOx排放的烧结原料，混合时间为3min，转速为12r/min，制好的烧结原料颗粒含水质量百分数为9％；制好的降低铁矿烧结NOx排放的原料颗粒模型如图2所示。
上述“铁矿粉一”、“铁矿粉二”、熔剂、焦粉的质量分数之和为100％。
本实施例将制备好的烧结原料颗粒作为降低铁矿烧结NOx排放的原料，模拟实际烧结生产，进行烧结杯实验，烧结杯尺寸为Φ300mm×600mm，点火温度为1100℃，点火时间为90s；将降低铁矿烧结NOx排放的原料表层的固体燃料点燃，并在负压抽风的作用下继续往下燃烧产生高温，使烧结过程自上而下顺利进行。
烧结过程中铁酸钙和Fe2O3等物质对NOx的催化还原作用可由如下反应方程式表示：
本发明与以传统原料制备流程制备的烧结原料在相同的烧结杯实验条件下NOx的排放浓度对比如图3所示，NOx峰值浓度降低37.5％，通过积分计算可得NOx排放量减少45％左右，NOx减排效果明显。
综上所述，本发明提供了一种降低铁矿烧结NOx排放的原料制备方法，通过利用铁酸钙和Fe2O3等物质对NOx的催化还原作用，增加铁矿粉与熔剂的接触机会促进铁酸钙形成，同时利用燃料外置的优势，可实现NOx减排40％～60％的效果，同时，本发明方法对原有烧结工序无较大改变，具有制备工艺简单，经济实用易实现的特点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种降低铁矿烧结NOx排放的原料制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、按质量配比称取铁矿粉、燃料及熔剂；将铁矿粉按照质量比分为铁矿粉一和铁矿粉二两部分；
步骤2、将铁矿粉一进行造球，制备母球一；
步骤3、铁矿粉二与熔剂进行均匀混合，制备粘附粉；
步骤4、将粘附粉与母球一在喷洒雾化水的条件下在圆盘造球机中进行造球，制备母球二；
步骤5、将焦粉与母球二进行均匀混合，得到降低铁矿烧结NOx排放的原料。
2.根据权利要求1所述的一种降低铁矿烧结NOx排放的原料制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述铁矿粉、燃料及熔剂的质量配比分别为：铁矿粉75％～85％、燃料5％～8％、熔剂10％～20％。
3.根据权利要求1或2所述的一种降低铁矿烧结NOx排放的原料制备方法，其特征在于，所述燃料为焦粉，所述熔剂为白云石、石灰石及生石灰。
4.根据权利要求3所述的一种降低铁矿烧结NOx排放的原料制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述铁矿粉一和铁矿粉二的质量比为0.6～1.5。
5.根据权利要求4所述的一种降低铁矿烧结NOx排放的原料制备方法，其特征在于，所述步骤2中，铁矿粉一在圆盘造球机中进行造球，造球过程中配加雾化水，将造好的球作为母球一，所述配水总质量为铁矿粉、燃料及熔剂总质量的3％～4％；造球时间为3～5min，所述圆盘造球机半径为2～3m，转速为5～6r/min，倾角45°～50°，所制备出的直径为2～5mm的母球一的质量占母球一总体质量的50％～70％。
6.根据权利要求5所述的一种降低铁矿烧结NOx排放的原料制备方法，其特征在于，所述步骤3中，所述铁矿粉二与熔剂在圆筒混料机中混匀，制备粘附粉；所述铁矿粉二与熔剂的混合时间控制在1.5～3min，转速为其中，R为圆筒混料机半径，单位为m；将混合均匀的铁矿粉二与熔剂作为粘附粉。
7.根据权利要求6所述的一种降低铁矿烧结NOx排放的原料制备方法，其特征在于，所述步骤4中，配水总质量为铁矿粉、燃料及熔剂总质量的4％～6％；造球时间控制为6～8min，所述圆盘造球机半径为3～4m，转速为6～7r/min，倾角45°～53°，所制备出的直径为5～8mm的母球二的质量占母球二总体质量的60％～80％。
8.根据权利要求7所述的一种降低铁矿烧结NOx排放的原料制备方法，其特征在于，所述步骤5中，所述焦粉与母球二的混合时间控制在2.5～3min，转速为其中，R为圆筒混料机半径，单位为m。
9.一种采用权利要求1-8所述方法制备的原料进行烧结的方法，其特征在于，将制备得到的降低铁矿烧结NOx排放的原料进行点火烧结，所述烧结的点火温度为1000～1200℃，点火时间为50～90s。
10.根据权利要求9所述的烧结的方法，其特征在于，所述烧结过程为将所述降低铁矿烧结NOx排放的原料表层的固体燃料点燃，并在抽风的作用下继续往下燃烧产生高温，使烧结过程自上而下顺利进行。
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