CN107326176A - 一种同时降低铁矿烧结NOx和SO2排放的原料制备及烧结方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂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、将铁矿粉一与熔剂混匀造球，制备母球；步骤3、铁矿粉二与燃料均匀混合制备粘附粉；步骤4、将母球与粘附粉进行混匀造球，得到同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂排放的原料。同时，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：利用铁矿烧结NO_x和SO₂的生成特性进行分级制粒，促进铁酸钙和CaSO₄的形成，降低烧结过程中NO_x和SO₂的排放；相较于传统工艺，NO_X减排可达20％～40％，SO₂减排可达5％～20％。

Description

一种同时降低铁矿烧结NOx和SO2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，尤其涉及一种同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂排放的原料制备及烧结方法。

背景技术

NO_x和SO₂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NO_x和SO₂的排放具有重要意义。目前，我国NO_x和SO₂的年排放量均在2000万吨左右。2015年，我国NO_x和SO₂排放量分别为1851.9和1859.1万吨，工业NO_x和SO₂排放量分别达到1180.9和1556.7万吨，分别占全国NO_x和SO₂排放总量的63.8％和83.7％。在工业NO_x和SO₂排放量当中，钢铁工业NO_x和SO₂排放量分别为55.1万吨和136.8万吨，占工业NO_x和SO₂排放总量的4.7％和8.8％，是重要的工业NO_x和SO₂排放源。

烧结工序排放的NO_x和SO₂分别约占整个钢铁生产流程NO_x和SO₂排放量的50％和60％左右，是钢铁企业主要的NO_x和SO₂排放工序。烧结过程NO_x和SO₂排放的特点是，烟气排放量大，NO_x和SO₂浓度波动大，一吨烧结矿产生的烟气量一般为3500～5000m³，而烧结烟气中NO_x浓度一般为0～600mg/m³，SO₂浓度一般为400～5000mg/m³。

目前，我国在烧结烟气脱硫方面已取得了显著的成效，但仍存在诸多问题，如石灰消耗量大、脱硫废水难处理、脱硫石膏较难利用、设备腐蚀严重、投资成本和操作费用较高等。而在烧结烟气脱硝方面却进展缓慢，我国有报道的烧结烟气脱硝装置不到10台，其中主要以活性炭法为主，活性炭法可同时脱除SO₂、NO_x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。

当前针对烧结过程NO_x和SO₂的治理主要以末端治理为主，从源头出发降低烧结过程NO_x和SO₂排放的相关研究较少。欧洲钢铁行业烧结工序通过使用硫含量较低的原燃料使SO₂排放浓度小于500mg/m³，在经过脱硫后，SO₂排放浓度小于100mg/m³。而国内钢铁企业烧结原燃料相对固定，不易通过改变烧结原燃料的方法减少SO₂排放。从源头通过使用含氮较低燃料的方式减少烧结过程NO_x排放也会增加生产成本，不利于企业降本增效和稳定生产。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂排放的原料制备及烧结方法，用以同时降低烧结NO_x和SO₂的排放量，在对现有烧结原料制备工艺流程改造较小的前提下，实现降低烧结过程中NO_x和SO₂排放的目的，同时降低了钢铁企业处理烧结烟气的成本。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂排放的原料制备方法，主要包括以下步骤：

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、将铁矿粉一与熔剂均匀混合进行混匀造球，制备母球；

步骤3、铁矿粉二与燃料均匀混合制备粘附粉；

步骤4、将母球与粘附粉进行混匀造球，得到同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂排放的原料。

本发明利用铁矿烧结NO_x和SO₂的生成特性进行分级制粒，根据铁酸钙和Fe₂O₃对NO_x的催化还原作用，利用物料颗粒内部温度较低优势和增加铁矿粉与熔剂的接触机会，相较于传统工艺，更加促进了铁酸钙形成，降低了烧结过程中NO_x的排放；利用物料颗粒内部温度较低优势和增加母球中硫与CaO的接触机会，促进CaSO₄等的形成，降低烧结过程中SO₂的排放；同时燃料外置有利于燃料燃烧增加还原性气氛和提高热量利用率，进一步促进铁酸钙的形成和NO_x和SO₂的降低；本发明工艺相较于传统工艺，NO_x减排可达20％～40％，SO₂减排可达5％～20％。

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70％～80％、燃料5％～9％、熔剂10％～25％。

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0.8～1.2。

本发明铁矿粉一和铁矿粉二的质量比为0.8～1.2，有利于增加铁矿粉与熔剂的接触机会，促进铁酸钙的发展和CaSO₄等的形成，铁酸钙的发展一方面可增强其对NO_x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；CaSO₄等的形成可减少SO₂的排放。

进一步的，所述步骤2中，铁矿粉一与熔剂在圆盘造球机中进行混匀造球，混匀造球过程中配加溶剂水，将造好的球作为母球，所述配水总质量为铁矿粉、燃料及熔剂总质量的5％～7％。

本发明步骤2配加溶剂水能够提高铁矿粉一与熔剂的润湿效果，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5％～7％，一方面可提高和改善母球的成球性和致密性，另一方面更有利于母球与原料的粘附。

进一步的，所述步骤2中，混匀造球时间为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3～6mm的母球的质量占母球总质量的50％～80％。

将混匀造球时间控制为3～5min，圆盘造球机半径选择2～3m，能够保证铁矿粉一与熔剂的混匀及制粒效果；将转速控制为5～6r/min，倾角控制在45°～50°，能够使铁矿粉一与熔剂达到较好的制粒效果；控制直径3～6mm的母球的质量占母球总质量的50％～80％，一方面有利于后续母球同粘附粉的粘附及制粒，另一方面能够确保母球通过后续工序处理，获得合适尺寸和比例，保证后续工序顺利进行。

进一步的，所述步骤3中，所述铁矿粉二与燃料在圆筒混料机中混匀，制备粘附粉。

进一步的，所述铁矿粉二与燃料的混合时间控制在3～5min，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燃料作为粘附粉。

将混合时间控制为3～5min，转速控制为能够保证铁矿粉二与燃料达到较好的混匀效果。

进一步的，所述步骤4中，将母球与粘附粉进行混匀造球过程中配加雾化水，配加雾化水的总质量为铁矿粉、燃料及熔剂总质量的2％～4％。

本发明配加雾化水能够提高母球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2％～4％，一方面有利于粘附粉在母球表面的粘附，另一方面可提高和改善母球的成球性和致密性。

进一步的，所述步骤4中，混匀造球时间控制为4～6min，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6～9mm的料球质量占料球总质量的50％～80％。

将混匀造球时间控制为4～6min，圆盘造球机半径选择3～4m，能够充分保证母球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°，能够使母球与粘附粉达到较好的制粒效果；控制直径6～9mm的料球质量占料球总质量的50％～80％，有利于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。

一种根据上述方法制备的原料进行烧结的方法，将制备得到的同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂排放的原料进行点火烧结，所述烧结的点火温度为1100～1300℃，点火时间为60～90s。

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同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂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。

本发明在同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂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)本发明根据铁矿烧结NO_x和SO₂的生成特性进行分级制粒，利用物料颗粒内部温度较低优势和增加铁矿粉与熔剂的接触机会，促进铁酸钙和CaSO₄等的形成，同时将燃料外置有利于燃料燃烧增加还原性气氛和提高热量利用率，进一步促进铁酸钙的形成和减少NO_x和SO₂的排放，本发明较传统工艺减排NO_x约20％～40％，减排SO₂约5％～20％，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)本发明在同时降低NO_x和SO₂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原料制备工艺改造较小，具有制备工艺简单，经济实用易实现的特点。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明原料制备过程流程图；

图2为本发明同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂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NO_x排放浓度的变化图。

图4为本发明的物料在高温烧结条件下SO₂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-烧结机，8-烧结矿，9-50％矿粉+燃料，10-50％矿粉+熔剂，11-传统烧结NO_x排放曲线，12-本发明NO_x排放曲线，13-传统烧结SO₂排放曲线，14-本发明SO₂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

一种同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂排放的原料制备方法，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、将铁矿粉一与熔剂在直径为4m的圆盘造球机中配加6Kg的水混合造球作为母球，混匀造球时间为4min，转速为5r/min，所制备的直径为3～6mm的母球的质量占母球总质量的60％，配加水量为配水总质量的66.7％，配水总质量为9Kg，母球含水质量百分数为10.6％；

步骤3、将铁矿粉二与燃料在直径为1m的圆筒混料机中均匀混合作为粘附粉，混合时间为4min，转速为8r/min；

步骤4、将母球和粘附粉在直径为6m的圆盘造球机中配加3Kg的雾化水混匀造球作为同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂排放的原料料球，混匀造球时间为5min，转速为6r/min，所制备的直径为6～9mm的料球质量占料球总质量的70％，配加水量为配水总质量的33.3％，配水总质量为9Kg，料球含水质量百分数为9％；制好的同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂排放原料的物料颗粒模型如图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同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂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1200℃，点火时间为90s；将同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂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NO_x的催化还原作用可由如下反应方程式表示：

烧结过程中的固硫作用可由如下反应方程式表示：

CaO+SO₂→CaSO₃

2CaSO₃+O₂→2CaSO₄

CaO+SO₂+3CO→CaS+3CO₂

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NO_x的排放浓度对比如图3所示，NO_x峰值浓度降低18.8％，通过积分计算可得NO_x排放量减少25.5％左右，NO_x减排效果明显；SO₂的排放浓度对比如图4所示，SO₂峰值浓度降低2.78％，通过积分计算可得SO₂排放量减少6.00％左右，对SO₂具有一定的减排效果。

综上所述，本发明提供了一种同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂排放的原料制备方法，通过根据铁矿烧结NO_x和SO₂的生成特性进行分级制粒，利用物料颗粒内部温度较低优势和增加铁矿粉与熔剂的接触机会，促进铁酸钙和CaSO₄等的形成，同时将燃料外置有利于燃料燃烧增加还原性气氛和提高热量利用率，进一步促进铁酸钙的形成和减少NO_x和SO₂的排放。本发明较传统工艺减排NO_x约20％～40％，减排SO₂约5％～20％。同时，本发明方法对现有烧结原料制备工艺流程改造较小，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)

1.一种同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂排放的原料制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

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、将铁矿粉一与熔剂均匀混合进行混匀造球，制备母球；

步骤3、铁矿粉二与燃料均匀混合制备粘附粉；

步骤4、将母球与粘附粉进行混匀造球，得到同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂排放的原料。

2.根据权利要求1所述的一种同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂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70％～80％、燃料5％～9％、熔剂10％～25％。

3.根据权利要求1或2所述的一种同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂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所述的一种同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂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0.8～1.2。

5.根据权利要求4所述的一种同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂排放的原料制备方法，其特征在于，所述步骤2中，铁矿粉一与熔剂在圆盘造球机中进行混匀造球，混匀造球过程中配加溶剂水，将造好的球作为母球，所述配水总质量为铁矿粉、燃料及熔剂总质量的5％～7％；混匀造球时间为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3～6mm的母球的质量占母球总质量的50％～80％。

6.根据权利要求5所述的一种同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂排放的原料制备方法，其特征在于，所述步骤3中，所述铁矿粉二与燃料在圆筒混料机中混匀，制备粘附粉；所述铁矿粉二与燃料的混合时间控制在3～5min，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燃料作为粘附粉。

7.根据权利要求6所述的一种同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂排放的原料制备方法，其特征在于，所述步骤4中，将母球与粘附粉进行混匀造球过程中配加雾化水，配加雾化水的总质量为铁矿粉、燃料及熔剂总质量的2％～4％。

8.根据权利要求7所述的一种同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂排放的原料制备方法，其特征在于，混匀造球时间控制为4～6min，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6～9mm的料球质量占料球总质量的50％～80％。

9.根据权利要求1-8所述方法制备的原料进行烧结的方法，将制备得到的同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂排放的原料进行点火烧结，所述烧结的点火温度为1100～1300℃，点火时间为60～90s。

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同时降低铁矿烧结NO_x和SO₂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。