D0I:10.13374/i.issm1001t63x.2010.02.004 第32卷第2期 北京科技大学学报 Vol 32 No 2 2010年2月 Journal of Un iversity of Science and Technobgy Beijing Feb 2010 不同料层高度烧结过程尾气排放规律 吴胜利陈东峰赵成显张丽华韩宏亮薛方 北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 摘要研究了不同料层高度下烧结过程中尾气成分(O2、C02、S02和N0)的变化规律.结果表明：随着烧结历程的推进，尾 气中02含量降低而C02含量升高，这主要是因为固体燃料燃烧量逐渐增多：尾气中$02、N0的含量亦呈升高趋势，但幅度很 小，这主要是因为烧结料层对02有吸收作用，而燃烧带的C0气体则可以还原使部分0分解；在临近烧结终点时，因料层对 S02的吸收作用消失而使析出作用强化，导致尾气中©02含量急剧升高.另外，随着料层高度的增加，因固体燃料配比相应减 小，尾气中C02、SO2和N0的含量降低，而02含量增加.因此，控制高温区宽度的厚料层烧结技术是我国开展减少烧结尾气 中气体污染物(C02、S02和N0)的有效措施. 关键词铁矿粉：烧结：料层高度：尾气排放 分类号TF046.4 Exhaust em ission law at different bed depths in sintering process WU Sheng-li CHEN Dong-feng ZHAO Cheng xian ZHANG Lihua HAN Hong-liang XUE Fang School of Metallurgical and Ecological Engineering University of Science and Technobgy Beijng Beijing 100083 Chna ABSTRACT The change in exhaust composition (such as O2.CO2.SO2 and NO)at different bed depths in sinterng process was studied The results show that w ith the sintering process proceeding the quantity of cambustion solid fuel ncreases therefore the con- tent ofO2 decreases and the content of CO2 increases As SOz is absorbed by the sinter bed and NO is reduced by CO in the cambustion zone the contents of SO2 and NO increase slow ly Near the buming through point the absorption of SO2 by the sintering bed disap- pears and the decanposability of SO2 strengthens leading to the rapid increase of SO2 content W ith the bed depth increasing the ratio of solid fuel declines therefore the contents of COz SOz and NO decrease and the content ofOz increases So controlling the width of the high temperature zone in deep-bed sintering can efficiently reduce gaseous pollutants(CO2.SO2 and NO)in sintering tail gas KEY WORDS iron ores sintering bed depth:exhaust e ission 烧结尾气是烧结混合料，点火后在高温烧结成型 司配合建设了一些不同流程的烧结尾气脱硫项目， 过程中产生的含尘尾气，其排放的主要特点四是： 虽然取得了一定的成果和经验，但还没有完全解决 ①烧结尾气排放量大；②粉尘多；③C02、S02和 烧结尾气脱硫的技术问题，并没有找到适合我国的 NO等对环境有害的气体排放含量低且波动范围 烧结尾气脱硫技术[可 宽：④含湿量大：⑤温度波动范围大，烧结尾气的 些研究表明，烧结尾气成分的变化是烧结过 上述情况给其治理带来了很大的困难，目前烧结过 程中碳的燃烧、铁氧化物的还原和氧化、熔剂分解等 程的环保问题主要是控制烧结尾气中的粉尘及硫氧 反应不同程度发展的结果[]，本文通过石英杯烧结 化物和氨氧化物的含量[).国内各烧结厂都配备有 实验检测烧结过程中尾气的排放情况，通过烧结过 烧结除尘设施，但烧结尾气中硫氧化物和氨氧化物 程摄像考察各料层高度的高温区的情况，结合烧结 的去除在国内各烧结厂进行得较少).以烧结尾气 过程中各尾气成分的生成机理，分析得出降低烧结 脱硫为例，我国2005年之前还没有一台烧结机实施 燃料消耗和控制高温区宽度能够降低烧结过程中气 烟气脱硫，2005年以后，部分钢铁企业与脱硫公 态污染物的排放， 收稿日期：200904-16 作者简介：吴胜利(1955男，教授，博士生导师，E maik wushengl@metall ustb ed:cm
第 32卷 第 2期 2010年 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．32Ｎｏ．2 Ｆｅｂ．2010 不同料层高度烧结过程尾气排放规律 吴胜利 陈东峰 赵成显 张丽华 韩宏亮 薛 方 北京科技大学冶金与生态工程学院北京 100083 摘 要 研究了不同料层高度下烧结过程中尾气成分 （Ｏ2、ＣＯ2、ＳＯ2和 ＮＯ）的变化规律．结果表明：随着烧结历程的推进尾 气中 Ｏ2含量降低而 ＣＯ2含量升高这主要是因为固体燃料燃烧量逐渐增多；尾气中 ＳＯ2、ＮＯ的含量亦呈升高趋势但幅度很 小这主要是因为烧结料层对 ＳＯ2有吸收作用而燃烧带的 ＣＯ气体则可以还原使部分 ＮＯ分解；在临近烧结终点时因料层对 ＳＯ2的吸收作用消失而使析出作用强化导致尾气中 ＳＯ2含量急剧升高．另外随着料层高度的增加因固体燃料配比相应减 小尾气中 ＣＯ2、ＳＯ2和 ＮＯ的含量降低而 Ｏ2含量增加．因此控制高温区宽度的厚料层烧结技术是我国开展减少烧结尾气 中气体污染物 （ＣＯ2、ＳＯ2和 ＮＯ）的有效措施． 关键词 铁矿粉；烧结；料层高度；尾气排放 分类号 ＴＦ046∙4 Ｅｘｈａｕｓｔｅｍｉｓｓｉｏｎｌａｗａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｅｄｄｅｐｔｈｓｉｎｓｉｎｔｅｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ ＷＵＳｈｅｎｇ-ｌｉＣＨＥＮＤｏｎｇ-ｆｅｎｇＺＨＡＯＣｈｅｎｇ-ｘｉａｎＺＨＡＮＧＬｉ-ｈｕａＨＡＮＨｏｎｇ-ｌｉａｎｇＸＵＥＦａｎｇ ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌａｎｄＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇＢｅｉｊｉｎｇ100083Ｃｈｉｎａ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅｃｈａｎｇｅｉｎｅｘｈａｕｓｔｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ（ｓｕｃｈａｓＯ2ＣＯ2ＳＯ2 ａｎｄＮＯ） ａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｅｄｄｅｐｔｈｓｉｎｓｉｎｔｅｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅｓｉｎｔｅｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｔｈｅｑｕａｎｔｉｔｙｏｆｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｓｏｌｉｄｆｕｅｌｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｒｅｆｏｒｅｔｈｅｃｏｎ- ｔｅｎｔｏｆＯ2ｄｅｃｒｅａｓｅｓａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆＣＯ2ｉｎｃｒｅａｓｅｓ．ＡｓＳＯ2ｉｓａｂｓｏｒｂｅｄｂｙｔｈｅｓｉｎｔｅｒｂｅｄａｎｄＮＯｉｓｒｅｄｕｃｅｄｂｙＣＯｉｎｔｈｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｚｏｎｅｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＳＯ2ａｎｄＮＯｉｎｃｒｅａｓｅｓｌｏｗｌｙ．ＮｅａｒｔｈｅｂｕｒｎｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈｐｏｉｎｔｔｈｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆＳＯ2 ｂｙｔｈｅｓｉｎｔｅｒｉｎｇｂｅｄｄｉｓａｐ- ｐｅａｒｓａｎｄｔｈｅｄｅｃｏｍｐｏｓａｂｉｌｉｔｙｏｆＳＯ2ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｓｌｅａｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒａｐｉｄｉｎｃｒｅａｓｅｏｆＳＯ2ｃｏｎｔｅｎｔ．Ｗｉｔｈｔｈｅｂｅｄｄｅｐｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｒａｔｉｏ ｏｆｓｏｌｉｄｆｕｅｌｄｅｃｌｉｎｅｓｔｈｅｒｅｆｏｒｅｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＣＯ2ＳＯ2ａｎｄＮＯｄｅｃｒｅａｓｅａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆＯ2ｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｓｏｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｗｉｄｔｈｏｆ ｔｈｅｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｚｏｎｅｉｎｄｅｅｐ-ｂｅｄｓｉｎｔｅｒｉｎｇｃａｎｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙｒｅｄｕｃｅｇａｓｅｏｕｓｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ（ＣＯ2ＳＯ2ａｎｄＮＯ） ｉｎｓｉｎｔｅｒｉｎｇｔａｉｌｇａｓ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｉｒｏｎｏｒｅ；ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ；ｂｅｄｄｅｐｔｈ；ｅｘｈａｕｓｔｅｍｉｓｓｉｏｎ 收稿日期：2009--04--16 作者简介：吴胜利 （1955— ）男教授博士生导师Ｅ-ｍａｉｌ：ｗｕｓｈｅｎｇｌｉ＠ｍｅｔａｌｌ．ｕｓｔｂ．ｅｄｕ．ｃｎ 烧结尾气是烧结混合料点火后在高温烧结成型 过程中产生的含尘尾气其排放的主要特点 ［1］是： ① 烧结尾气排放量大；② 粉尘多；③ＣＯ2、ＳＯ2 和 ＮＯ等对环境有害的气体排放含量低且波动范围 宽；④ 含湿量大；⑤ 温度波动范围大．烧结尾气的 上述情况给其治理带来了很大的困难．目前烧结过 程的环保问题主要是控制烧结尾气中的粉尘及硫氧 化物和氮氧化物的含量 ［2］．国内各烧结厂都配备有 烧结除尘设施但烧结尾气中硫氧化物和氮氧化物 的去除在国内各烧结厂进行得较少 ［3］．以烧结尾气 脱硫为例我国 2005年之前还没有一台烧结机实施 烟气脱硫 ［4］．2005年以后部分钢铁企业与脱硫公 司配合建设了一些不同流程的烧结尾气脱硫项目 虽然取得了一定的成果和经验但还没有完全解决 烧结尾气脱硫的技术问题并没有找到适合我国的 烧结尾气脱硫技术 ［5］． 一些研究表明烧结尾气成分的变化是烧结过 程中碳的燃烧、铁氧化物的还原和氧化、熔剂分解等 反应不同程度发展的结果 ［6］．本文通过石英杯烧结 实验检测烧结过程中尾气的排放情况通过烧结过 程摄像考察各料层高度的高温区的情况结合烧结 过程中各尾气成分的生成机理分析得出降低烧结 燃料消耗和控制高温区宽度能够降低烧结过程中气 态污染物的排放． DOI :10．13374／j．issn1001—053x．2010．02．004
第2期 吴胜利等：不同料层高度烧结过程尾气排放规律 .165 达到最高，烧结完全后记录总烧结时间，到烧结尾气 1实验方法 温度下降到200℃停止抽风，倒出烧结饼，接着对烧 实验所用的烧结含铁原料以含硫较少的富矿粉 结饼做落下筛分实验以检测烧结矿粒度组成和成品 为主，烧结原料化学组分如表1所示. 率，对成品烧结矿（粒度>l0mm)做转鼓实验以测 实验方法为将含铁原料混匀矿、高炉返矿、循环 得转鼓指数.在整个烧结时间内连续检测烧结尾气 返矿、熔剂（生石灰、石灰石、白云石和蛇纹石）和焦 成分，烧结尾气测量仪器采用KM9106烟气分析仪 粉等按表2进行配料，加水人工混匀后，装入 英国Kane公司)，该仪器检测精确度：SO2和N0 中600mm×1000mm圆筒混合机进行二次混匀，混 均为1×10-，02和C02均为0.1%.烧结尾气检测 匀时间为3min混合料水分可控制在质量分数 实验装料高度分为三组，每组做2~3次重复性烧结 8.%左右，然后将混匀的烧结混合料装入直径为 实验，并采用过程摄像考察高温区宽度变化，装料高 165mm的小型石英烧结杯，采用汽油喷灯点火，点 度分别为700850和1000mm,装料总量分别为30， 火时间为1.5min点火负压为8kPa点火结束后调 35和40kg烧结实验装置的结构示意图如 整负压到13kPa开始抽风烧结，直到烧结尾气温度 图1所示. 表1各烧结原料的化学成分（质量分数） Table I Chen ical camnposition of each sntering materials 号 名称 TFe FeO S02 Ca0 AbOs Mgo 混匀矿 61.34 1.37 3.74 1.07 1.41 0.27 0.02 生石灰 一 0.40 84.00 0.06 石灰石 0.69 54.18 0.41 0.23 白云石 1.24 30.83 0.32 20.37 蛇纹石 37.93 3.37 1.53 36.91 高炉返矿 58.02 7.79 4.87 8.89 1.98 1.69 0.01 焦炭灰分 - 5.93 0.23 4.20 注：焦粉工业分析为，固定碳=84.41%.灰分=13.60%，挥发分=1.99%，s=0.65%. 表2各烧结原料的配比（质量分数） Table 2 Ratio of each sintering materials % 原料 混匀矿 循环返矿 生石灰 石灰石 白云石 蛇纹石 高炉返矿 焦粉 料厚700mm 63.34 18.00 3.20 3.76 2.28 1.52 4.00 3.90 料厚850mm 63.52 18.00 3.20 3.79 2.24 1.55 4.00 3.70 料厚1000mm 63.70 18.00 3.20 3.86 2.16 1.58 4.00 3.50 一石英烧结杯：2汽油喷灯（点火用）：3-带篦条板底座；4一测温热电偶；一风箱：6U型负压计；7一网状除尘降温装置；8一 KM9106烟气分析仪；9一气体成分显示器；10-1级旋风除尘器；1一2级旋风除尘器：12-调压阀：13一抽风机：1-流量计 图1烧结实验装置的结构示意图 Fig 1 Schenatic diagnm of the sntering test device 相，当烧结料冷却时，液相将矿粉颗粒黏结成块，形 2实验结果及分析 成烧结饼，烧结饼经破碎后筛分成粒度满足高炉需 烧结过程借助燃料燃烧产生的高温，使烧结料 要的产品即为成品烧结矿，烧结过程同时还是烧结 发生一系列的物理化学变化，并产生一定数量的液 矿带逐渐扩大，其他各带逐渐下移、减小最后消失的
第 2期 吴胜利等： 不同料层高度烧结过程尾气排放规律 1 实验方法 实验所用的烧结含铁原料以含硫较少的富矿粉 为主烧结原料化学组分如表 1所示． 实验方法为将含铁原料混匀矿、高炉返矿、循环 返矿、熔剂 （生石灰、石灰石、白云石和蛇纹石 ）和焦 粉等 按 表 2进 行 配 料加 水 人 工 混 匀 后装 入 ●600ｍｍ×1000ｍｍ圆筒混合机进行二次混匀混 匀时间为 3ｍｉｎ混合料水分可控制在质量分数 8∙0％左右然后将混匀的烧结混合料装入直径为 165ｍｍ的小型石英烧结杯．采用汽油喷灯点火点 火时间为 1∙5ｍｉｎ点火负压为 8ｋＰａ点火结束后调 整负压到 13ｋＰａ开始抽风烧结直到烧结尾气温度 达到最高烧结完全后记录总烧结时间到烧结尾气 温度下降到 200℃停止抽风倒出烧结饼接着对烧 结饼做落下筛分实验以检测烧结矿粒度组成和成品 率对成品烧结矿 （粒度 ＞10ｍｍ）做转鼓实验以测 得转鼓指数．在整个烧结时间内连续检测烧结尾气 成分烧结尾气测量仪器采用 ＫＭ9106烟气分析仪 （英国 Ｋａｎｅ公司 ）该仪器检测精确度：ＳＯ2 和 ＮＯ 均为1×10 —6Ｏ2和 ＣＯ2均为0∙1％．烧结尾气检测 实验装料高度分为三组每组做 2～3次重复性烧结 实验并采用过程摄像考察高温区宽度变化装料高 度分别为700850和1000ｍｍ装料总量分别为30 35和 40ｋｇ．烧 结 实 验 装 置 的 结 构 示 意 图 如 图 1所示． 表 1 各烧结原料的化学成分 （质量分数 ） Ｔａｂｌｅ1 Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｅａｃｈｓｉｎｔｅｒｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓ ％ 名称 ＴＦｅ ＦｅＯ ＳｉＯ2 ＣａＯ Ａｌ2Ｏ3 ＭｇＯ Ｓ 混匀矿 61∙34 1∙37 3∙74 1∙07 1∙41 0∙27 0∙02 生石灰 — — 0∙40 84∙00 — 0∙06 — 石灰石 — — 0∙69 54∙18 0∙41 0∙23 — 白云石 — — 1∙24 30∙83 0∙32 20∙37 — 蛇纹石 — — 37∙93 3∙37 1∙53 36∙91 — 高炉返矿 58∙02 7∙79 4∙87 8∙89 1∙98 1∙69 0∙01 焦炭灰分 — — 5∙93 0∙23 4∙20 — — 注：焦粉工业分析为固定碳 ＝84∙41％灰分 ＝13∙60％挥发分 ＝1∙99％Ｓ＝0∙65％． 表 2 各烧结原料的配比 （质量分数 ） Ｔａｂｌｅ2 Ｒａｔｉｏｏｆｅａｃｈｓｉｎｔｅｒｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓ ％ 原料 混匀矿 循环返矿 生石灰 石灰石 白云石 蛇纹石 高炉返矿 焦粉 料厚 700ｍｍ 63∙34 18∙00 3∙20 3∙76 2∙28 1∙52 4∙00 3∙90 料厚 850ｍｍ 63∙52 18∙00 3∙20 3∙79 2∙24 1∙55 4∙00 3∙70 料厚 1000ｍｍ 63∙70 18∙00 3∙20 3∙86 2∙16 1∙58 4∙00 3∙50 1—石英烧结杯；2—汽油喷灯 （点火用 ）；3—带篦条板底座；4—测温热电偶；5—风箱；6—Ｕ型负压计；7—网状除尘降温装置；8— ＫＭ9106烟气分析仪；9—气体成分显示器；10—1级旋风除尘器；11—2级旋风除尘器；12—调压阀；13—抽风机；14—流量计 图 1 烧结实验装置的结构示意图 Ｆｉｇ．1 Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｓｉｎｔｅｒｉｎｇｔｅｓｔｄｅｖｉｃｅ 2 实验结果及分析 烧结过程借助燃料燃烧产生的高温使烧结料 发生一系列的物理化学变化并产生一定数量的液 相当烧结料冷却时液相将矿粉颗粒黏结成块形 成烧结饼烧结饼经破碎后筛分成粒度满足高炉需 要的产品即为成品烧结矿．烧结过程同时还是烧结 矿带逐渐扩大其他各带逐渐下移、减小最后消失的 ·165·
166 北京科技大学学报 第32卷 过程.同时，从料面抽入的空气，从上到下依次流经 质硫、有机硫和无机硫的形式存在).从表1的原 烧结料层各带（烧结矿带一燃烧带一干燥预热带一 料成分中可以看出，焦粉含硫较高，其他原料含硫较 过湿带，初期烧结生料带存在时还会流过烧结生料 少，因此焦粉的配比对SO2排放的影响较显著. 带)以后进入风箱变为烧结尾气，在流经烧结过程 烧结气体中$02在烧结料层中经历了析出、被 各带时，其成分、密度和温度也会发生变化，这里为 吸收和再析出的复杂物理化学过程，呈现出烧结工 了描述方便将流经烧结料层的气体统称为烧结气 艺特有的S02及其硫化物的分布特性山.S02扩散 体，即从料面抽入的空气在烧结过程中经历了空 析出区对应于烧结矿区，在该区域不存在生成SO2 气一烧结气体一烧结尾气的转变过程 的化学反应，主要是烧结矿中已生成的S02向烟气 2.1烧结尾气中0，含量变化规律 中扩散，S02燃烧析出区是产生S02气体的主要区 烧结气体的流速和氧含量对烧结矿的矿物组成 域，它与干燥预热带和燃烧熔融带相对应，在干燥预 有严重影响，流过烧结矿层的烧结气体含氧量越高， 热带焦粉中有机硫以H2S和CS析出，以无机硫和 对磁铁矿的氧化越有利？)，烧结矿的赤铁矿含量 硫酸盐形式存在的硫在燃烧带发生燃烧和分解反 就高，同时氧含量高还有利于铁酸钙[)的生成，故 应，以S02的形式释放，S02吸收区与料层中的过 一般以烧结尾气的氧含量高低来考察料层的“氧 湿带相对应，在该区域由于烧结料中的碱性物质和 位的高低情况，各料层高度下烧结过程中尾气中 液态水，大部分SO2被吸收 的02含量检测结果如图2所示，烧结理论分析表 从图3可以看出：料层高度为700850和 明，烧结气体中的氧气含量降低主要发生在两个部 1000mm的S02含量曲线依次降低；三个高度的烧 位：其一在烧结矿带和燃烧带交界的高温区，磁铁矿 结烟气中SO2含量曲线均为从烧结开始时有相对较 的氧化消耗导致烧结气体中氧含量降低；其二在燃 大幅度上升，烧结过程中整体含量趋于稳定，烧结 烧带内，燃料燃烧消耗，气体中的氧含量降低，故烧 过程快要结束时，其含量急剧上升，达到最高值后迅 结尾气中氧含量的变化规律可以反映烧结过程中以 速回落，直至烧结过程结束，产生上述现象的主要 燃烧带为主体的高温区的变化， 原因是：刚开始烧结时固体燃料中的含硫物质在燃 20.0 烧过程中释放S02,这时过湿带尚未充分形成，对 -。-700mm 175 -o-850mm 02的吸收能力相对较弱，随后的烧结过程中下部 ★一1000m 15.0 过湿带形成，有利于吸收烧结气体中S02生成 CaS0或者CaS04,所以SO2含量变化不大；到接近 12.5 烧结终了，由于过湿带逐渐消失，其对SO2的吸收作 10.0 20 30 40 50 时间min 用也随之消失，同时料层中以CaSO3或者CaSO4形 图2各料层高度的烧结尾气中02含量随时间的变化情况 式富集的S02开始大量分解，形成S02含量峰值 Fg 2 Variations ofO2 contentw ith tme n each bed depth sintering 800 --700mm 从图2可以看出：料层高度为700,850和 o-850 mm -1000mm1 1000mm的02含量曲线依次升高；三个料层高度下 400 烧结尾气中的02含量在相当长的时间内保持小幅 200 度下降，直至烧结过程快要结束时才出现上升的情 20 30 40 50 况，其含量最终接近空气中02的含量，这是因为随 时间lmin 着烧结的进行，燃烧带宽度变宽，单位时间内燃料的 图3各料层高度的烧结尾气中S02含量随烧结时间的变化 情况 燃烧量逐渐增加，消耗的氧量也有所增加：当烧结到 Fig3 Variations of SO2 content with tie n each bed depth sinte- 烧结料层底部时，由于燃烧带消失，而磁铁矿氧化消 ring 耗较少，故其含量升高较快 2.2烧结尾气中S0,含量变化规律 具体而言，700mm与850mm料层高度下尾气中 铁矿石中的硫通常以硫化物和硫酸盐形式存 的S02含量峰值相比，虽然后者的过湿带较宽且料 在：以硫化物形式存在的矿物有FeS、CuFeS、 层底部最高温度较高，但其固体燃料配比减少的作 CuS、ZnS和PhS等；以硫酸盐形式存在的有 用占主导地位，从而使得850mm料层高度下尾气中 BaSO4、CaSO4和MgsO等，而固体燃料带入的硫以单 的S02含量峰值下降，另外，1000mm与850mm料
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 过程．同时从料面抽入的空气从上到下依次流经 烧结料层各带 （烧结矿带—燃烧带—干燥预热带— 过湿带初期烧结生料带存在时还会流过烧结生料 带 ）以后进入风箱变为烧结尾气在流经烧结过程 各带时其成分、密度和温度也会发生变化这里为 了描述方便将流经烧结料层的气体统称为烧结气 体即从料面抽入的空气在烧结过程中经历了空 气—烧结气体—烧结尾气的转变过程． 2∙1 烧结尾气中 Ｏ2含量变化规律 烧结气体的流速和氧含量对烧结矿的矿物组成 有严重影响流过烧结矿层的烧结气体含氧量越高 对磁铁矿的氧化越有利 ［7--8］烧结矿的赤铁矿含量 就高同时氧含量高还有利于铁酸钙 ［9］的生成故 一般以烧结尾气的氧含量高低来考察料层的 “氧 位 ”的高低情况．各料层高度下烧结过程中尾气中 的 Ｏ2含量检测结果如图 2所示．烧结理论分析表 明烧结气体中的氧气含量降低主要发生在两个部 位：其一在烧结矿带和燃烧带交界的高温区磁铁矿 的氧化消耗导致烧结气体中氧含量降低；其二在燃 烧带内燃料燃烧消耗气体中的氧含量降低．故烧 结尾气中氧含量的变化规律可以反映烧结过程中以 燃烧带为主体的高温区的变化． 图 2 各料层高度的烧结尾气中 Ｏ2含量随时间的变化情况 Ｆｉｇ．2 ＶａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆＯ2ｃｏｎｔｅｎｔｗｉｔｈｔｉｍｅｉｎｅａｃｈｂｅｄｄｅｐｔｈｓｉｎｔｅｒｉｎｇ 从图 2可以看出：料层高度为 700850和 1000ｍｍ的 Ｏ2含量曲线依次升高；三个料层高度下 烧结尾气中的 Ｏ2含量在相当长的时间内保持小幅 度下降直至烧结过程快要结束时才出现上升的情 况其含量最终接近空气中 Ｏ2的含量．这是因为随 着烧结的进行燃烧带宽度变宽单位时间内燃料的 燃烧量逐渐增加消耗的氧量也有所增加；当烧结到 烧结料层底部时由于燃烧带消失而磁铁矿氧化消 耗较少故其含量升高较快． 2∙2 烧结尾气中 ＳＯ2含量变化规律 铁矿石中的硫通常以硫化物和硫酸盐形式存 在：以 硫 化 物 形 式 存 在 的 矿 物 有 ＦｅＳ2、ＣｕＦｅＳ2、 ＣｕＳ2、ＺｎＳ2 和 ＰｂＳ2 等；以硫 酸 盐 形 式 存 在 的 有 ＢａＳＯ4、ＣａＳＯ4和ＭｇＳＯ4等而固体燃料带入的硫以单 质硫、有机硫和无机硫的形式存在 ［10］．从表 1的原 料成分中可以看出焦粉含硫较高其他原料含硫较 少因此焦粉的配比对 ＳＯ2排放的影响较显著． 烧结气体中 ＳＯ2 在烧结料层中经历了析出、被 吸收和再析出的复杂物理化学过程呈现出烧结工 艺特有的 ＳＯ2及其硫化物的分布特性 ［11］．ＳＯ2扩散 析出区对应于烧结矿区在该区域不存在生成 ＳＯ2 的化学反应主要是烧结矿中已生成的 ＳＯ2 向烟气 中扩散．ＳＯ2燃烧析出区是产生 ＳＯ2 气体的主要区 域它与干燥预热带和燃烧熔融带相对应在干燥预 热带焦粉中有机硫以 Ｈ2Ｓ和 ＣＳ2 析出以无机硫和 硫酸盐形式存在的硫在燃烧带发生燃烧和分解反 应以 ＳＯ2 的形式释放．ＳＯ2 吸收区与料层中的过 湿带相对应在该区域由于烧结料中的碱性物质和 液态水大部分 ＳＯ2被吸收． 从图 3可以看出：料层高度为 700850和 1000ｍｍ的 ＳＯ2含量曲线依次降低；三个高度的烧 结烟气中 ＳＯ2含量曲线均为从烧结开始时有相对较 大幅度上升烧结过程中整体含量趋于稳定烧结 过程快要结束时其含量急剧上升达到最高值后迅 速回落直至烧结过程结束．产生上述现象的主要 原因是：刚开始烧结时固体燃料中的含硫物质在燃 烧过程中释放 ＳＯ2这时过湿带尚未充分形成对 ＳＯ2的吸收能力相对较弱随后的烧结过程中下部 过湿带形成有利于吸收烧结气体中 ＳＯ2 生成 ＣａＳＯ3或者 ＣａＳＯ4所以 ＳＯ2 含量变化不大；到接近 烧结终了由于过湿带逐渐消失其对 ＳＯ2的吸收作 用也随之消失同时料层中以 ＣａＳＯ3 或者 ＣａＳＯ4 形 式富集的 ＳＯ2开始大量分解形成 ＳＯ2含量峰值． 图 3 各料层高度的烧结尾气中 ＳＯ2 含量随烧结时间的变化 情况 Ｆｉｇ．3 ＶａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆＳＯ2ｃｏｎｔｅｎｔｗｉｔｈｔｉｍｅｉｎｅａｃｈｂｅｄｄｅｐｔｈｓｉｎｔｅ- ｒｉｎｇ 具体而言700ｍｍ与850ｍｍ料层高度下尾气中 的 ＳＯ2含量峰值相比虽然后者的过湿带较宽且料 层底部最高温度较高但其固体燃料配比减少的作 用占主导地位从而使得850ｍｍ料层高度下尾气中 的 ＳＯ2含量峰值下降．另外1000ｍｍ与850ｍｍ料 ·166·
第2期 吴胜利等：不同料层高度烧结过程尾气排放规律 .167, 层高度下尾气的S02含量峰值相比，虽然前者的固 言.因此，燃料型NO的生成量主要取决于燃料中 体燃料配比降低，但由于其过湿带相对宽、料层底部 的有机氨含量和燃料的配加量，燃料中的含氨量越 温度更高，故所富集的硫酸盐量较多，硫酸盐的分解 高，燃料的配加量越多，生成的NO越多 量也大，造成其尾气中的S02含量峰值要高于850 快速型NO,是在燃料着火燃烧阶段，空气中的 mm料层. 氨分子与燃料燃烧的中间产物烃(CH)等发生撞 2.3烧结尾气中C0,含量变化规律 击，生成中间产物HCN和CN等，这些中间产物经 烧结尾气中的C02气体主要由两部分构成：一 氧化后生成NO,其转化率取决于空气过剩条件和 部分是烧结混合料中的碳酸盐（主要来自石灰石、 温度水平.在烧结气氛下，快速型NO.以生成NO 白云石等熔剂)在干燥预热带分解产生：另一部分 为主 是燃料中固定碳和挥发分在燃烧带中燃烧产生，在 热力型NO,是指空气中的氮气在高温下氧化 烧结过程中，C02气体体积分数的变化除了受到燃 所产生的氨氧化物，同样以NO为主，热力型NO的 料质量配比和碳酸盐的质量配比的影响外，还受到 生成机理是由前苏联科学家泽尔多维奇提出的，因 燃烧带宽度、干燥预热带宽度、进入燃烧带的气体中 而称为泽尔多维奇机理山-).在没有考虑其他物 氧含量等的影响，因此，研究烧结过程中C02的含 质对N2和O2反应催化的情况下，根据泽尔多维奇 量变化，可以把握烧结过程燃烧带和干燥预热带的 化学反应计算得出，生成NO速度较快的最低温度 变化情况、对各料层高度烧结过程中产生的烧结尾 在1500℃左右，而在燃烧带内产生的C0会抑制热 气中的C02的检测结果如图4所示 力型NO的生成，并还原所生成的NO,故一些文 6.0 献山认为烧结过程中产生的N0主要为燃料型 NO,热力型NO很少，但是，泽尔多维奇在描述生成 3.0 热力型NO的速率时也指出氧含量和反应时间对热 -700mm -850mm 力型NO的生成有重大的影响，同时水蒸气的存在 ★-1000mm 10 会促进热力型NO的产生，这是其他一些文献[]指 10 20 30 时间min 出N0含量达到10数量级的最低温度在1300℃ 图4各料层高度的绕结尾气中的C02含量随时间的变化情况 的原因，即烧结过程中会产生热力型NO Fg4 Variations of CO2 content w ith time in each bed depth snte- 由表3可知，影响烧结过程中热力型NO含量 ring 的因素有反应平衡常数K,及N2和O2的含量，N2 含量变化不明显，因此O2含量直接影响NO的生成 从图4可知：料层高度700850和1000mm的 量，氧含量水平越高，NO的生成量就会越多，同时 C02含量曲线依次降低；三个料层高度下烧结尾气 N2与O2的反应平衡常数K.随着温度的升高而升 中C02含量从烧结开始相对较长的时间内有小幅 高·烧结过程中的氨氧化物(NO,)主要产生于高温 度的稳定上升，到烧结过程快结束时达到最高值，接 的烧结矿带和燃烧带，在燃烧带刚刚移出的烧结矿 着迅速下降，但整个过程中没有出现含量急剧上升 带，由于其温度和氧含量高，易于产生热力型NO; 的情况，这是因为随着烧结的进行，燃烧带慢慢变 在燃烧带则以燃料型NO.为主，并且有少量的快速 宽，因而碳燃烧量增多，致使产生的C02量也逐渐 型NO,生成，但是，由于固体燃料燃烧产生的CO 升高，当燃烧到烧结料层底部时，燃烧带最宽，C02 会对生成的N0,起还原作用-)，烧结料层燃烧带 量最高， 以上部分产生的NO,将会被部分还原成氨气，这一 2.4烧结尾气中NO含量变化规律 作用显然与烧结固体燃料配加量有关， 在燃烧过程中所排放出的氮氧化物主要是NO 和NO2,通常把这两种氨氧化物通称为NO,), N+0-2N0,K,-D NO,可分为三种类型，即燃料型NO、热力型NO,和 从图5可以看出：料层高度为700850和 快速型NO, 1000mm的N0含量曲线依次降低；各料层高度下烧 燃料型NO、是指燃料在燃烧过程中产生的 结尾气中NO含量在刚开始时急剧上升，接下来比 NO,其中90%以上是NO,有少量的NO2,在通常的 较长的时间内处于小幅度波动上升阶段，在烧结过 烧结温度下燃料燃烧所生成的NO,几乎全部为 程快要结束时达到最高值，然后迅速下降，这是由 NO,故本文所述的NO,生成机理主要针对NO而 于初期点火的目的为了形成燃烧带，故初期燃烧带
第 2期 吴胜利等： 不同料层高度烧结过程尾气排放规律 层高度下尾气的 ＳＯ2 含量峰值相比虽然前者的固 体燃料配比降低但由于其过湿带相对宽、料层底部 温度更高故所富集的硫酸盐量较多硫酸盐的分解 量也大造成其尾气中的 ＳＯ2 含量峰值要高于 850 ｍｍ料层． 2∙3 烧结尾气中 ＣＯ2含量变化规律 烧结尾气中的 ＣＯ2 气体主要由两部分构成：一 部分是烧结混合料中的碳酸盐 （主要来自石灰石、 白云石等熔剂 ）在干燥预热带分解产生；另一部分 是燃料中固定碳和挥发分在燃烧带中燃烧产生．在 烧结过程中ＣＯ2 气体体积分数的变化除了受到燃 料质量配比和碳酸盐的质量配比的影响外还受到 燃烧带宽度、干燥预热带宽度、进入燃烧带的气体中 氧含量等的影响．因此研究烧结过程中 ＣＯ2 的含 量变化可以把握烧结过程燃烧带和干燥预热带的 变化情况．对各料层高度烧结过程中产生的烧结尾 气中的 ＣＯ2的检测结果如图 4所示． 图 4 各料层高度的烧结尾气中的 ＣＯ2含量随时间的变化情况 Ｆｉｇ．4 ＶａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆＣＯ2ｃｏｎｔｅｎｔｗｉｔｈｔｉｍｅｉｎｅａｃｈｂｅｄｄｅｐｔｈｓｉｎｔｅ- ｒｉｎｇ 从图 4可知：料层高度 700850和 1000ｍｍ的 ＣＯ2含量曲线依次降低；三个料层高度下烧结尾气 中 ＣＯ2含量从烧结开始相对较长的时间内有小幅 度的稳定上升到烧结过程快结束时达到最高值接 着迅速下降但整个过程中没有出现含量急剧上升 的情况．这是因为随着烧结的进行燃烧带慢慢变 宽因而碳燃烧量增多致使产生的 ＣＯ2 量也逐渐 升高当燃烧到烧结料层底部时燃烧带最宽ＣＯ2 量最高． 2∙4 烧结尾气中 ＮＯ含量变化规律 在燃烧过程中所排放出的氮氧化物主要是 ＮＯ 和 ＮＯ2通常把这两种氮氧化物通称为 ＮＯｘ ［12］． ＮＯｘ可分为三种类型即燃料型 ＮＯｘ、热力型 ＮＯｘ和 快速型 ＮＯｘ． 燃料型 ＮＯｘ 是指燃料在燃烧过程中产生的 ＮＯｘ其中 90％以上是 ＮＯ有少量的 ＮＯ2在通常的 烧结温度下燃料燃烧所生成的 ＮＯｘ 几乎全部为 ＮＯ故本文所述的 ＮＯｘ 生成机理主要针对 ＮＯ而 言．因此燃料型 ＮＯ的生成量主要取决于燃料中 的有机氮含量和燃料的配加量燃料中的含氮量越 高燃料的配加量越多生成的 ＮＯ越多． 快速型 ＮＯｘ是在燃料着火燃烧阶段空气中的 氮分子与燃料燃烧的中间产物烃 （ＣＨＩ）等发生撞 击生成中间产物 ＨＣＮ和 ＣＮ等这些中间产物经 氧化后生成 ＮＯｘ其转化率取决于空气过剩条件和 温度水平．在烧结气氛下快速型 ＮＯｘ 以生成 ＮＯ 为主． 热力型 ＮＯｘ是指空气中的氮气在高温下氧化 所产生的氮氧化物同样以 ＮＯ为主．热力型 ＮＯ的 生成机理是由前苏联科学家泽尔多维奇提出的因 而称为泽尔多维奇机理 ［11--12］．在没有考虑其他物 质对 Ｎ2和 Ｏ2反应催化的情况下根据泽尔多维奇 化学反应计算得出生成 ＮＯ速度较快的最低温度 在1500℃左右而在燃烧带内产生的 ＣＯ会抑制热 力型 ＮＯ的生成并还原所生成的 ＮＯ故一些文 献 ［11］认为烧结过程中产生的 ＮＯ主要为燃料型 ＮＯ热力型 ＮＯ很少．但是泽尔多维奇在描述生成 热力型 ＮＯ的速率时也指出氧含量和反应时间对热 力型 ＮＯ的生成有重大的影响同时水蒸气的存在 会促进热力型 ＮＯ的产生这是其他一些文献 ［12］指 出 ＮＯ含量达到 10 —3数量级的最低温度在 1300℃ 的原因即烧结过程中会产生热力型 ＮＯ． 由表 3可知影响烧结过程中热力型 ＮＯ含量 的因素有反应平衡常数 Ｋｐ 及 Ｎ2 和 Ｏ2 的含量Ｎ2 含量变化不明显因此 Ｏ2含量直接影响 ＮＯ的生成 量氧含量水平越高ＮＯ的生成量就会越多同时 Ｎ2与 Ｏ2的反应平衡常数 Ｋｐ 随着温度的升高而升 高．烧结过程中的氮氧化物 （ＮＯｘ）主要产生于高温 的烧结矿带和燃烧带在燃烧带刚刚移出的烧结矿 带由于其温度和氧含量高易于产生热力型 ＮＯｘ； 在燃烧带则以燃料型 ＮＯｘ为主并且有少量的快速 型 ＮＯｘ生成．但是由于固体燃料燃烧产生的 ＣＯ 会对生成的 ＮＯｘ起还原作用 ［13--14］烧结料层燃烧带 以上部分产生的 ＮＯｘ将会被部分还原成氮气这一 作用显然与烧结固体燃料配加量有关． Ｎ2＋Ｏ2—2ＮＯＫｐ＝ （ｐＮＯ ） 2 （ｐＯ2 ）（ｐＮ2 ） ． 从图 5可 以 看 出：料 层 高 度 为 700850和 1000ｍｍ的 ＮＯ含量曲线依次降低；各料层高度下烧 结尾气中 ＮＯ含量在刚开始时急剧上升接下来比 较长的时间内处于小幅度波动上升阶段在烧结过 程快要结束时达到最高值然后迅速下降．这是由 于初期点火的目的为了形成燃烧带故初期燃烧带 ·167·
168 北京科技大学学报 第32卷 从无到有急剧变宽，其后随着烧结的进行，燃烧带小 缓慢上升，三个高度的含量曲线存在差异的原因在 幅度波动变宽，燃烧的焦粉量增加，燃料型NO量增 于，随着料层高度的增加，焦粉配加量减少，料层中 加，同时高温区逐渐变宽，烧结料层最高温度升高， 烧结气体的氧含量升高，可以减弱燃烧带C0气体 N2和O2结合生成热力型NO的能力增强，NO含量 对NO的还原 表3N2与02生成N0的平衡常数K。 Table 3 Equilibrim constantK of the reaction beteen N2 and 02 T水 300 1000 1200 1500 2000 K 7.0×10-31 7.5X10-9 2.8×10-7 1.1×10-5 4.1×10-￥ 250 下重复性烧结实验结果会有偏差，但偏差不太大 200 鉴于上述特点，不能用平均值进行计算.本文选用 -。-700mm 其中较好的一组来说明料层高度增加对烧结气体成 -o-850mm -★-100mm 分流量的影响，所选数据的实验条件是：料层高度为 700850和1000mm的烧结时间分别为2533和 10 20 30 时间min 47min气体流量分别为2.822.66和2.59m3.min. 图5各料层高度的烧结尾气中N0含量随时间的变化情况 根据平均尾气流量、烧结尾气含量曲线和烧结时间计 Fig5 Variations of NO content with tme in each bed depth sinte- 算所得的各气体成分的总流量，具体见表4 ring 为了便于分析烧结料层中高温区对烧结尾气成 2.5烧结过程高温区宽度变化规律 分的变化的影响，对石英杯烧结进行过程摄像得到 由于烧结料是混合物，不能保证每次实验的水 三个料层高度下高温区宽度随烧结时间的变化情 分含量和烧结料的粒度分布完全一致，故同一高度 况，具体如图6所示. 表4各气体成分的总流量 Table 4 Gas flow of each camnposition 料层厚度mm 02计算总流量M加3 C02计算总流量加3 S02计算总流量m3 NO计算总流量加3 700 9.67 2.71 0.0195 0.0116 850 12.62 3.09 0.0182 0.0151 1000 17.92 4.02 0.0174 0.0209 (e) -107E 20on 8 min 16 min 24 min 32 min 40 min 图6各料层高度的高温区宽度在烧结过程中的变化照片.（a)料层高度700mm:(b)料层高度850mm:(c)料层高度1000mm Fig 6 Varations n width of the high temperature zone in different bed depths (a)bed depth 700mm:(b)bed depth 850mm:(c)bed depth 1000mm 从图6(a)(c)中可以较为清晰地看出，在各 的原因有三个.其一，由于烧结过程是将平均温度 料层高度的高温区在烧结过程中逐渐变宽，这与上 较低的烧结料变成平均温度较高的烧结矿的过程， 文所述的根据烧结尾气成分判断烧结过程高温区宽 故随着烧结的进行，高温烧结矿层越来越厚；其二， 度的变化结果较为一致.高温区宽度产生上述变化 由于高温烧结矿层的厚度增加，烧结气体受热时间
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 从无到有急剧变宽其后随着烧结的进行燃烧带小 幅度波动变宽燃烧的焦粉量增加燃料型 ＮＯ量增 加同时高温区逐渐变宽烧结料层最高温度升高 Ｎ2和 Ｏ2结合生成热力型 ＮＯ的能力增强ＮＯ含量 缓慢上升．三个高度的含量曲线存在差异的原因在 于随着料层高度的增加焦粉配加量减少料层中 烧结气体的氧含量升高可以减弱燃烧带 ＣＯ气体 对 ＮＯ的还原． 表 3 Ｎ2与 Ｏ2生成 ＮＯ的平衡常数 Ｋｐ Ｔａｂｌｅ3 ＥｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｃｏｎｓｔａｎｔＫｐｏｆｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＮ2ａｎｄＯ2 Ｔ／Ｋ 300 1000 1200 1500 2000 Ｋｐ 7∙0×10—31 7∙5×10—9 2∙8×10—7 1∙1×10—5 4∙1×10—4 图 5 各料层高度的烧结尾气中 ＮＯ含量随时间的变化情况 Ｆｉｇ．5 ＶａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆＮＯｃｏｎｔｅｎｔｗｉｔｈｔｉｍｅｉｎｅａｃｈｂｅｄｄｅｐｔｈｓｉｎｔｅ- ｒｉｎｇ 2∙5 烧结过程高温区宽度变化规律 由于烧结料是混合物不能保证每次实验的水 分含量和烧结料的粒度分布完全一致故同一高度 下重复性烧结实验结果会有偏差但偏差不太大． 鉴于上述特点不能用平均值进行计算．本文选用 其中较好的一组来说明料层高度增加对烧结气体成 分流量的影响．所选数据的实验条件是：料层高度为 700850和 1000ｍｍ的烧结时间分别为 2533和 47ｍｉｎ、气体流量分别为 2∙822∙66和 2∙59ｍ 3·ｍｉｎ —1． 根据平均尾气流量、烧结尾气含量曲线和烧结时间计 算所得的各气体成分的总流量具体见表 4． 为了便于分析烧结料层中高温区对烧结尾气成 分的变化的影响对石英杯烧结进行过程摄像得到 三个料层高度下高温区宽度随烧结时间的变化情 况具体如图 6所示． 表 4 各气体成分的总流量 Ｔａｂｌｅ4 Ｇａｓｆｌｏｗｏｆｅａｃｈｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ 料层厚度／ｍｍ Ｏ2计算总流量／ｍ3 ＣＯ2计算总流量／ｍ3 ＳＯ2计算总流量／ｍ3 ＮＯ计算总流量／ｍ3 700 9∙67 2∙71 0∙0195 0∙0116 850 12∙62 3∙09 0∙0182 0∙0151 1000 17∙92 4∙02 0∙0174 0∙0209 图 6 各料层高度的高温区宽度在烧结过程中的变化照片．（ａ） 料层高度 700ｍｍ；（ｂ） 料层高度 850ｍｍ；（ｃ） 料层高度 1000ｍｍ Ｆｉｇ．6 Ｖａｒｉａｔｉｏｎｓｉｎｗｉｄｔｈｏｆｔｈｅｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｚｏｎｅｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｅｄｄｅｐｔｈｓ：（ａ） ｂｅｄｄｅｐｔｈ700ｍｍ；（ｂ） ｂｅｄｄｅｐｔｈ850ｍｍ；（ｃ） ｂｅｄｄｅｐｔｈ 1000ｍｍ 从图 6（ａ）～（ｃ）中可以较为清晰地看出在各 料层高度的高温区在烧结过程中逐渐变宽这与上 文所述的根据烧结尾气成分判断烧结过程高温区宽 度的变化结果较为一致．高温区宽度产生上述变化 的原因有三个．其一由于烧结过程是将平均温度 较低的烧结料变成平均温度较高的烧结矿的过程 故随着烧结的进行高温烧结矿层越来越厚；其二 由于高温烧结矿层的厚度增加烧结气体受热时间 ·168·
第2期 吴胜利等：不同料层高度烧结过程尾气排放规律 .169 延长，体积膨胀率增加，导致进入燃烧带的烧结气体 cal Industry Press 2009 流速减慢和单位体积氧的分子数量减少，导致燃烧 (朱廷钰，烧结烟气净化技术.北京：化学工业出版社，2009) 带的燃烧速度减慢，料层内大部分焦粉颗粒燃尽的 [2]Feng J Practice of energy saving in Shougang sntering plant Sin- ter Pelleti拉2004.29(1).53 时间延长，燃烧带变宽；其三，由于烧结气体流速减 (冯娟.首铜烧结节能的实践.烧结球团，200429(1)：53) 慢，单位时间烧结气体携带的热量减少，故料层内蓄 [3]Huang D S W ang R E Tang C G.About FGD technology in sin- 积热量较多，高温区变宽，结合上述各料层高度烧 tering pmcess Sinter Pelleti位200833(3)：6 结尾气各成分的含量曲线分析可知，增加料层高度 (黄东生，王荣恩，汤楚贵·烧结烟气脱硫技术探讨.绕结球 可以有效地减少烧结尾气中气体污染物(CO2、SO2 团，200833(3)：6) [4]Gao X.Sitation of sintering and pelletizng pmcesses desulfua 和N0)的含量，随着烧结的进行，高温区宽度增加， tion in our country and count measures to decrease S02 e ission 气体污染物(C02、SO2和N0)的含量逐渐升高·因 Sin ter Pelletiz 2008 33(3):3 此，加快烧结过程后期燃料燃烧速度能够抑制燃烧 (郜学.我国烧结球团行业脱硫现状及减排对策，烧结球团， 带变宽，提高下部料层的透气性使高温区变窄，将会 200833(3):3) 减少烧结尾气中气体污染物(CO2、SO2和NO)的 [5]LiG Q.Zhu C Y.Energy Savng and EnvironmentalP rotection n Fermous Metallugg ical P mocess Beijing Metallrgical Industry 含量 Pes5200630 3结论 (李光强，朱诚意，钢铁冶金的环保与节能。北京：冶金工业 出版社，2006：30) (1)随着烧结过程的进行，固体燃料的燃烧量 [6]Yang ZX.Du JH.Judge of sintering pmocess panmeters by waste 增多，烧结尾气中02含量下降；增加料层高度，因强 gas canposition Sinter Pelletia 1990.15(2):9 (杨兆祥，杜继红·利用烧结废气成分分析判断烧结过程。烧 化自动蓄热作用，固体燃料配比减小，料层中氧位升 结球团，199015(2)：9) 高，烧结尾气02含量呈现上升态势. [7]Kium H S Endo S J YajmnaK H.etal Effect of oxygen par (2)烧结过程的固体燃料燃烧是影响尾气中 tial pressure on liquids for the CaSD2 F,system at 1573 K. C02含量的主要因素，随着燃烧反应的加速，烧结尾 S0ht2004,44(12):2041 气中C02含量升高：随着料层高度的增加，因减少 [8]Yang X D.Zhang L Greenhouse gas an isson from iron and steel 了固体燃料配比量，烧结尾气C02含量整体下降. industry and its reduction Imn Steel 2003 38(7):65 (杨晓东，张玲.钢铁工业温室气体排放与减排.钢铁，2003 (3)在烧结过程中，尾气中S02含量呈现小幅 38(7):65) 升高态势，临近烧结终点时则出现大幅度升高，这主 [9]LiH.Sich H.Whiteman JA.Effect of oxygen potential on m ner 要与其经历生成、被吸收和再析出的过程有关；增加 al fomation in lmne-fhxed iron ore sinter BU Int 1989 29 料层高度，因固体燃料配比减小，尾气中$02含量明 (8):627 显下降. [10]Zhang X.Guo Z C Energy consmption and amospheric pollu- tants of China's irn and steel industry Imon Steel 2000 35(2): (4)随着烧结历程的推进，尾气中NO含量平 公 稳上升，与S02含量变化曲线不同，没有在临近烧结 (张夏，郭占成，我国钢铁工业能耗与大气污染物排放量·钢 终点时出现含量急剧升高的现象，这是因为料层局 铁，200035(2)：63) 部的还原气氛可以分解部分NO以及NO在料层中 [11]MaG D.Air Pollution Control Engneerng 2nd Ed Beijing Chinese Envimonmental Science Press 2003.76 无蓄积的缘故；随着料层高度增加，由于燃料型NO (马广大.大气污染控制工程。2版、北京：中国环境科学出 生成量减少的幅度更大，故NO含量呈现降低态势， 版社，2003.76) (5)由于涉及气体污染物的生成反应大部分在 [12]Wu B J The camnposingmechanism ofNO,in comnbustion Power 烧结料层高温区内发生，加快烧结燃料的燃烧速度 Environ Pmt 2003 19(4):9 和提高下部料层的透气性是抑制烧结料层的高温区 (俁碧君，燃烧过程中氮氧化物的生成机理·电力环境保护， 变宽的主要措施，能够减弱烧结过程中尾气中的 200319(4):9) [13]KasaiE K.Wu SL Sugiyama T S et al Numericalmodelng of CO2、SO2和N0含量的升高速度，减少烧结尾气中 NO fomation during packed bed cambustion of coke gmanules 气体污染物的排放， Tets-oHagane 1992 78(7):1005 [14]Wu SL SugiyaaT S Morioka K C et al Elin ination reac- 参考文献 tion of NO gas generated fmm coke canbustion n imn ore sinter [1]Zhu T Y.Sintering Gas Purification Technology Beijing Cheni bed Tetsu-oHagane 1994.80(4):227
第 2期 吴胜利等： 不同料层高度烧结过程尾气排放规律 延长体积膨胀率增加导致进入燃烧带的烧结气体 流速减慢和单位体积氧的分子数量减少导致燃烧 带的燃烧速度减慢料层内大部分焦粉颗粒燃尽的 时间延长燃烧带变宽；其三由于烧结气体流速减 慢单位时间烧结气体携带的热量减少故料层内蓄 积热量较多高温区变宽．结合上述各料层高度烧 结尾气各成分的含量曲线分析可知增加料层高度 可以有效地减少烧结尾气中气体污染物 （ＣＯ2、ＳＯ2 和 ＮＯ）的含量随着烧结的进行高温区宽度增加 气体污染物 （ＣＯ2、ＳＯ2 和 ＮＯ）的含量逐渐升高．因 此加快烧结过程后期燃料燃烧速度能够抑制燃烧 带变宽提高下部料层的透气性使高温区变窄将会 减少烧结尾气中气体污染物 （ＣＯ2、ＳＯ2 和 ＮＯ）的 含量． 3 结论 （1） 随着烧结过程的进行固体燃料的燃烧量 增多烧结尾气中 Ｏ2含量下降；增加料层高度因强 化自动蓄热作用固体燃料配比减小料层中氧位升 高烧结尾气 Ｏ2含量呈现上升态势． （2） 烧结过程的固体燃料燃烧是影响尾气中 ＣＯ2含量的主要因素随着燃烧反应的加速烧结尾 气中 ＣＯ2 含量升高；随着料层高度的增加因减少 了固体燃料配比量烧结尾气 ＣＯ2含量整体下降． （3） 在烧结过程中尾气中 ＳＯ2 含量呈现小幅 升高态势临近烧结终点时则出现大幅度升高这主 要与其经历生成、被吸收和再析出的过程有关；增加 料层高度因固体燃料配比减小尾气中 ＳＯ2含量明 显下降． （4） 随着烧结历程的推进尾气中 ＮＯ含量平 稳上升与 ＳＯ2含量变化曲线不同没有在临近烧结 终点时出现含量急剧升高的现象这是因为料层局 部的还原气氛可以分解部分 ＮＯ以及 ＮＯ在料层中 无蓄积的缘故；随着料层高度增加由于燃料型 ＮＯ 生成量减少的幅度更大故 ＮＯ含量呈现降低态势． （5） 由于涉及气体污染物的生成反应大部分在 烧结料层高温区内发生加快烧结燃料的燃烧速度 和提高下部料层的透气性是抑制烧结料层的高温区 变宽的主要措施能够减弱烧结过程中尾气中的 ＣＯ2、ＳＯ2和 ＮＯ含量的升高速度减少烧结尾气中 气体污染物的排放． 参 考 文 献 ［1］ ＺｈｕＴＹ．ＳｉｎｔｅｒｉｎｇＧａｓＰｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｅｍｉ- ｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｅｓｓ2009 （朱廷钰．烧结烟气净化技术．北京：化学工业出版社2009） ［2］ ＦｅｎｇＪ．ＰｒａｃｔｉｃｅｏｆｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｉｎＳｈｏｕｇａｎｇｓｉｎｔｅｒｉｎｇｐｌａｎｔ．Ｓｉｎ- ｔｅｒＰｅｌｌｅｔｉｚ200429（1）：53 （冯娟．首钢烧结节能的实践．烧结球团200429（1）：53） ［3］ ＨｕａｎｇＤＳＷａｎｇＲＥＴａｎｇＣＧ．ＡｂｏｕｔＦＧＤｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｓｉｎ- ｔｅｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．ＳｉｎｔｅｒＰｅｌｌｅｔｉｚ200833（3）：6 （黄东生王荣恩汤楚贵．烧结烟气脱硫技术探讨．烧结球 团200833（3）：6） ［4］ ＧａｏＸ．Ｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｓｉｎｔｅｒｉｎｇａｎｄｐｅｌｌｅｔｉｚｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｓｄｅｓｕｌｆｕｒａ- ｔｉｏｎｉｎｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙａｎｄｃｏｕｎｔｍｅａｓｕｒｅｓｔｏｄｅｃｒｅａｓｅＳＯ2ｅｍｉｓｓｉｏｎ． ＳｉｎｔｅｒＰｅｌｌｅｔｉｚ200833（3）：3 （郜学．我国烧结球团行业脱硫现状及减排对策．烧结球团 200833（3）：3） ［5］ ＬｉＧＱＺｈｕＣＹ．ＥｎｅｒｇｙＳａｖｉｎｇａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎｉｎ ＦｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＰｒｏｃｅｓｓ． Ｂｅｉｊｉｎｇ： ＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ Ｐｒｅｓｓ2006：30 （李光强朱诚意．钢铁冶金的环保与节能．北京：冶金工业 出版社2006：30） ［6］ ＹａｎｇＺＸＤｕＪＨ．Ｊｕｄｇｅｏｆｓｉｎｔｅｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｂｙｗａｓｔｅ ｇａｓｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ．ＳｉｎｔｅｒＰｅｌｌｅｔｉｚ199015（2）：9 （杨兆祥杜继红．利用烧结废气成分分析判断烧结过程．烧 结球团199015（2）：9） ［7］ ＫｉｍｕｒａＨＳＥｎｄｏＳＪＹａｊｉｍａＫＨｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｏｘｙｇｅｎｐａｒ- ｔｉａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｏｎｌｉｑｕｉｄｓｆｏｒｔｈｅＣａＯ-ＳｉＯ2-ＦｅＯｘｓｙｓｔｅｍａｔ1573Ｋ． ＩＳＩＪＩｎｔ200444（12）：2041 ［8］ ＹａｎｇＸＤＺｈａｎｇＬ．Ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｇａｓｅｍｉｓｓｉｏｎｆｒｏｍｉｒｏｎａｎｄｓｔｅｅｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄｉｔｓｒｅｄｕｃｔｉｏｎ．ＩｒｏｎＳｔｅｅｌ200338（7）：65 （杨晓东张玲．钢铁工业温室气体排放与减排．钢铁2003 38（7）：65） ［9］ ＬｉＨＳｉｅｈＨＷｈｉｔｅｍａｎＪＡ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｏｘｙｇｅｎｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｎｍｉｎｅｒ- ａｌｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｌｉｍｅ-ｆｌｕｘｅｄｉｒｏｎｏｒｅｓｉｎｔｅｒ．ＩＳＩＪＩｎｔ198929 （8）：627 ［10］ ＺｈａｎｇＸＧｕｏＺＣ．Ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｐｏｌｌｕ- ｔａｎｔｓｏｆＣｈｉｎａʾｓｉｒｏｎａｎｄｓｔｅｅｌｉｎｄｕｓｔｒｙ．ＩｒｏｎＳｔｅｅｌ200035（2）： 63 （张夏郭占成．我国钢铁工业能耗与大气污染物排放量．钢 铁200035（2）：63） ［11］ ＭａＧＤ．ＡｉｒＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．2ｎｄＥｄ．Ｂｅｉｊｉｎｇ： ＣｈｉｎｅｓｅＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅＰｒｅｓｓ2003：76 （马广大．大气污染控制工程．2版．北京：中国环境科学出 版社2003：76） ［12］ ＷｕＢＪ．ＴｈｅｃｏｍｐｏｓｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＮＯｘｉｎｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ．Ｐｏｗｅｒ ＥｎｖｉｒｏｎＰｒｏｔ200319（4）：9 （吴碧君．燃烧过程中氮氧化物的生成机理．电力环境保护 200319（4）：9） ［13］ ＫａｓａｉＥＫＷｕＳＬＳｕｇｉｙａｍａＴＳｅｔａｌ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆ ＮＯ ｆｏｒｍａｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｐａｃｋｅｄ-ｂｅｄｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｏｆｃｏｋｅｇｒａｎｕｌｅｓ． Ｔｅｔｓｕ-ｔｏ-Ｈａｇａｎｅ199278（7）：1005 ［14］ ＷｕＳＬＳｕｇｉｙａｍａＴＳＭｏｒｉｏｋａＫＣｅｔａｌ．Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎｒｅａｃ- ｔｉｏｎｏｆＮＯｇａｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｆｒｏｍｃｏｋｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｉｎｉｒｏｎｏｒｅｓｉｎｔｅｒ ｂｅｄ．Ｔｅｔｓｕ-ｔｏ-Ｈａｇａｎｅ199480（4）：227 ·169·