Fundamental Research on NOx Reduction by Decoupling Combustion with Recycling Flue Gas during Iron Ore Sintering

目前，我国铁矿烧结过程NOx年排放量达100万吨以上，约占全国NOx总排放量的10%，NOx导致酸雨与光化学烟雾的形成，危害人体健康和影响生态环境，因此需要降低烧结过程NOx排放。我国烧结工序在脱硫除尘方面做了大量的研究，并取得良好的效果，但国内绝大部分烧结厂的烟气未经脱硝处理直接排放到大气中。随着环保要求的提高，降低烧结过程NOx排放已成为钢铁企业的一项长期战略目标。 在煤的解耦耦合燃烧降低NOx排放原理和烟气返回脱硝技术的基础上，结合烧结过程的特点，本文提出了解耦燃烧与烟气返回降低烧结过程NOx排放的新工艺。该工艺将煤热解产生的热解气引入到烧结过程，以添加剂改性后焦炭作为烧结燃料，同时将部分烟气返回到烧结过程，降低烧结过程NOx排放量。本文从热力学计算与实验研究两方面对该工艺进行了应用基础研究。 本论文在以下几个方面取得了创新性进展： (1) 为从理论上证实该新工艺的可行性，系统地进行了热解气组分以及焦炭还原NOx热力学计算。结果表明，热解气主要组分H2、CO、CH4和含氮化合物NH3、HCN还原性气体均能有效还原NOx。增大反应体系中O2浓度不利于NOx脱除。在焦炭燃烧过程中，燃烧的焦炭是良好的NOx还原剂，可将NOx还原为N2；在焦炭燃烧过程中，引入热解气组分H2、CO、CH4、NH3或HCN均可进一步提高NOx转化率。 (2) 为了研究烧结过程NOx还原作用机理，考察了热解气还原NOx均相反应中工艺参数对NOx脱除的影响。结果表明，在热解气还原NOx均相反应中，还原气氛下NOx可被完全还原为N2；NOx转化率随反应体系中O2浓度升高逐渐降低。采用Fe质反应器有利于提高NOx转化率。 (3) 在分段模拟烧结过程NOx还原反应的基础上，研究了烧结料层不同带层发生的脱硝反应与机理。结果表明，在烧结矿带，烧结矿对H2、CO和NH3还原NOx反应具有催化作用的组分为CaO、MgO和Fe2O3。在空气气氛下，烧结矿对热解气还原NOx反应的催化温度区间为300～650℃，NOx转化率为10～30%。以焦炭燃烧模拟燃烧带，在焦炭燃烧过程中引入4.0%的H2、CO，NOx排放分别降低9.4%和15.8%；引入0.15%的NH3可使NOx排放降低5.7%。以150ppmNOx模拟返回烟气，引入到上面三个过程，NOx排放量分别降低23.1%、18.0%和17.1%。 (4) 结合添加剂在改性焦炭燃烧过程的原位催化作用及烟气返回降低NOx排放机理，获得了焦炭改性与烟气返回工艺中NOx的排放规律。结果表明，K2CO3、Na2CO3、CaO、CaCl2、Fe3O4(38～47μm)和CeO2(38～47μm)负载量均为2.0%时，焦炭燃烧过程NOx排放量分别降低了26.54%、17.40%、8.58%、22.29%、15.05%和14.84%。以含150ppmNOx的气体模拟返回烟气，引入到2.0%K2CO3、2.0%CaO和2.0%Fe3O4和2.0%CeO2改性焦炭燃烧过程中，NOx排放量分别降低了36.7%、20.2%、19.8%和26.2%。 (5) 为实现解耦燃烧与烟气返回降低烧结NOx排放，考察了40kg级烧结放大实验NOx排放规律及脱硝工艺对烧结过程的影响。结果表明，以2.0%CaO、2.0%K2CO3和2.0%CeO2改性焦粉作为烧结燃料，NOx排放量分别降低13.5%、16.5%和18.8%。将含45ppmNOx的模拟烟气返回到2.0%CaO、2.0%K2CO3和2.0%CeO2改性焦粉为燃料的烧结过程中，NOx排放量分别降低32.56%、32.17%和36.10%，在上述烧结过程同时引入热解气组分H2、CO和NH3可将NOx排放降低40%以上。解耦燃烧与烟气返回降低烧结过程NOx排放工艺对烧结矿的机械强度和冶金还原性能影响较小，同时该工艺还具有经济性好，操作简单等优点，是一种有良好前景的烧结过程NOx减排新技术

烧结过程中CO还原NO的模拟研究

为了考察烧结过程中烧结矿各主要组分对NO脱除反应的影响,研究了有O2和无O2条件下CO还原NO的反应规律,并在还原性气氛下对烧结矿催化还原NO进行了动力学分析。在500～1 000℃,分别以CaO、MgO、Fe2O3和烧结矿为填料层,在固定床石英反应器中研究NO的脱除规律。研究结果表明,不同填料对CO还原NO反应催化作用的强弱顺序为CaO〉烧结矿〉Fe2O3〉MgO。烧结矿作用下,CO体积分数为1.2%时,NO的转化率可达90%以上,CO还原NO反应的Arrhenius曲线以780℃为界分为两段,两段的反应机理不同。反应体系中O2存在时不利于NO还原反应的进行

焦粉改性降低烧结过程NOx排放的模拟

以浸渍法制备CeO2和CaO改性焦粉作为烧结燃料降低NOx排放。分别采用焦炭燃烧模拟实验和烧结杯实验对CeO2和CaO降低NOx排放进行研究。结果表明,在2.0%CeO2和2.0%CaO改性焦炭燃烧中,NOx减少排放率分别为14.8%和7.7%。在烧结杯实验中,以2.0%CeO2和2.0%CaO改性焦粉作为烧结燃料,NOx减少排放率分别为18.8%和13.5%

烧结过程中解耦燃烧与烟气返回共脱硝新工艺Ⅰ：模拟烧结矿带的脱硝机理

基于煤的解耦耦合燃烧原理和烟气返回脱硝技术,并结合烧结工序特点,提出了烧结过程中解耦燃烧与烟气返回共脱硝新工艺,详细介绍了该工艺的基本原理和工艺流程,对其可行性进行了热力学计算分析;重点研究了烧结矿带发生的脱硝反应.利用烧结矿作填料,采用H2、CO和NH3模拟热解气主要组分对返回烟气中NOx的脱除进行了实验研究.结果表明,450-550℃下烧结过程引入4.0%的H2或4.0%的CO,可使NOx的浓度降低20%-40%;620-660℃时烧结过程引入0.15%的NH3,可使NOx浓度降低20%-30%.烧结过程解耦燃烧与烟气返回共脱硝工艺可有效减少NOx的排放,同时可降低烧结能耗

烧结过程中解耦燃烧与烟气返回共脱硝新工艺Ⅰ：模拟烧结矿带的脱硝机理

基于煤的解耦耦合燃烧原理和烟气返回脱硝技术,并结合烧结工序特点,提出了烧结过程中解耦燃烧与烟气返回共脱硝新工艺,详细介绍了该工艺的基本原理和工艺流程,对其可行性进行了热力学计算分析;重点研究了烧结矿带发生的脱硝反应.利用烧结矿作填料,采用H2、CO和NH3模拟热解气主要组分对返回烟气中NOx的脱除进行了实验研究.结果表明,450-550℃下烧结过程引入4.0%的H2或4.0%的CO,可使NOx的浓度降低20%-40%;620-660℃时烧结过程引入0.15%的NH3,可使NOx浓度降低20%-30%.烧结过程解耦燃烧与烟气返回共脱硝工艺可有效减少NOx的排放,同时可降低烧结能耗

焦粉改性降低烧结过程NO_x排放的模拟

以浸渍法制备CeO2和CaO改性焦粉作为烧结燃料降低NOx排放。分别采用焦炭燃烧模拟实验和烧结杯实验对CeO2和CaO降低NOx排放进行研究。结果表明,在2.0%CeO2和2.0%CaO改性焦炭燃烧中,NOx减少排放率分别为14.8%和7.7%。在烧结杯实验中,以2.0%CeO2和2.0%CaO改性焦粉作为烧结燃料,NOx减少排放率分别为18.8%和13.5%

烧结过程中解耦燃烧与烟气返回共脱硝新工艺Ⅰ:模拟烧结矿带的脱硝机理

基于煤的解耦耦合燃烧原理和烟气返回脱硝技术,并结合烧结工序特点,提出了烧结过程中解耦燃烧与烟气返回共脱硝新工艺,详细介绍了该工艺的基本原理和工艺流程,对其可行性进行了热力学计算分析;重点研究了烧结矿带发生的脱硝反应.利用烧结矿作填料,采用H2、CO和NH3模拟热解气主要组分对返回烟气中NOx的脱除进行了实验研究.结果表明,450~550℃下烧结过程引入4.0%的H2或4.0%的CO,可使NOx的浓度降低20%~40%;620~660℃时烧结过程引入0.15%的NH3,可使NOx浓度降低20%~30%.烧结过程解耦燃烧与烟气返回共脱硝工艺可有效减少NOx的排放,同时可降低烧结能耗

燃煤过程NOx抑制与脱除技术的现状与进展

根据NOx产生的机理和特点,燃煤过程NOx抑制与脱除技术主要包括无氮燃烧技术、低NOx燃烧技术以及烟气脱硝三类.本工作综合分析了常见的脱硝技术的特点与发展现状,并介绍了近年来国内外发展的脱硝新工艺和新技术.无氮燃烧技术和烟气脱硝技术成本较高,现有的低NOx燃烧技术脱硝率较低,需要开发燃烧过程中抑制NOx生成的新技术以适合我国当前的形势.利用煤燃烧的解耦耦合原理,提出了在钢铁生产烧结过程中抑制NOx生成的新方法

烧结过程中解耦燃烧与烟气返回共脱硝新工艺Ⅱ：模拟燃烧带的脱硝机理

通过模拟烧结过程中焦炭的分布,研究了返回烟气、热解气主要组分与焦炭耦合燃烧降低NOx排放的规律.结果表明,热解气主要组分与焦炭耦合燃烧可使NOx排放降低10%左右,烟气返回到焦炭燃烧过程可使NOx的排放降低15%,耦合燃烧和烟气返回结合可使NOx的排放降低20%以上.在新工艺过程中,焦炭层厚度由150mm增大到300mm时,NOx排放的降低率由23%增大到40%.烧结过程解耦耦合燃烧与烟气返回脱硝工艺可有效减少NOx的排放

焦粉改性降低烧结过程NOx排放的模拟

以浸渍法制备CeO2和CaO改性焦粉作为烧结燃料降低NOx排放。分别采用焦炭燃烧模拟实验和烧结杯实验对CeO2和CaO降低NOx排放进行研究。结果表明,在2.0%CeO2和2.0%CaO改性焦炭燃烧中,NOx减少排放率分别为14.8%和7.7%。在烧结杯实验中,以2.0%CeO2和2.0%CaO改性焦粉作为烧结燃料,NOx减少排放率分别为18.8%和13.5%