·694· 工程科学学报，第39卷，第5期 理日程 因此，本文采用统计分析的研究方法对宝钢某烧 烟气脱硝的方法较多，按照其工作介质的不同主 结机2013一2014年的原燃料、工艺主要参数及N0,排 要分为干法脱硝和湿法脱硝两种.干法脱硝包括选择 放质量浓度数据进行解析，探索影响烧结烟气NO,排 性催化还原法(selective catalytic deduction,SCR)、选 放质量浓度的主要因素，揭示其对NO,质量浓度的影 择性非催化还原法(selective non-catalytic reduction, 响规律，为烧结烟气过程处理技术的研发提供依据. SNCR)、活性炭（焦）吸附法、等离子法等：湿法脱硝是 1 研究对象及方法 用可以溶解氮氧化物或可以与它发生反应的溶液吸收 废气中NO,的办法，包括酸吸收、碱吸收、氧化吸收和 1.1研究对象 配合吸收法等.此外，国内外一些科研人员还开发了 根据宝钢某烧结机2013一2014年的生产报表，提 用微生物来处理NO,废气的方法.但就目前而言，烟 炼出每日的原料条件参数，如褐铁矿比例、半褐铁矿比 气脱硝治理技术尚处于研发阶段，虽然取得了一定的 例、赤铁矿比例、烧结粉比例、内返矿比例、石灰石比 成果，但由于实际烧结烟气具有烟气量大、温度波动 例、生石灰比例、白云石比例、焦粉比例、无烟煤比例、 大、气体成分复杂、粉尘量大等特点，给烧结烟气脱硝 固体燃料比例；工艺参数，如碱度、混合料含水率、冷态 末端治理工作带来了巨大的困难，例如对于脱硝率较透气性、料层高度、垂直烧结速度：以及烧结废气中 高、工艺较成熟的选择性催化还原法而言，为避免价格 NO,的排放质量浓度值.剔别除作业率小于90%或数据 昂贵的催化剂材料“中毒”，在脱硝处理前，需对烧结点缺失等情况天数.同时，考虑到漏风率波动对烟气 烟气进行除尘、脱硫等处理，而脱疏后的烟气温度将大 N0,排放质量浓度的影响，本文首先对2013一2014年 幅降低，约为120~150℃，在这样的温度条件下，催化 烧结机烟气出口的氧含量进行了分析，如图1所示 剂的活性仅为50%左右，严重影响脱硝效率，故需要 烧结机烟气0，体积分数处于15%~17%范围内，均值 再次对烟气进行加热处理以使其脱除率达标，这必然 为15.67%，这表明在该研究周期内烧结机的漏风率 导致能源的浪费.此外，烧结烟气的流量巨大，以 波动很小，故可以在本文中忽略该烧结机漏风率波动 450m2烧结机为例，其烟气流量可达到13000~ 对NO,排放质量浓度变化的影响. 14000m3min1,远高于燃煤电厂的烟气量，因此其脱 20H 平均值：15.6% 除剂也消耗巨大，再加上烧结烟气中NO,质量浓度较 低，仅为300~500mgm3,不利于脱除反应的进行，使 得烧结烟气NO的脱除变得更加困难.加上烧结烟气 末端治理设备巨大的投资成本、高昂的操作维护费用 12 还 及场地限制等问题都必将给“新形势”下的钢铁企业 带来沉重的额外负担.而环保问题却刻不容缓，因此， 0 在高效低成本烧结烟气末端治理技术尚未普遍满足工 业应用之前，应当积极探索开发适合烧结工艺特点的 4 过程NO,减排技术[) 烧结过程中NO,的产生主要来源于以下两个方 2013-01-012013-07-012014-01-012014-07-012015-01-01 日期 面：一是固体燃料燃烧和高温反应过程，二是烧结点火 过程，且前者是主要来源.燃烧过程中NO,的生成主 图12013一2014年宝钢某烧结机烟气中0，体积分数 要有热力型、快速型和燃料型三种途径，且以燃料型 Fig.I 0,volume fraction in flue gas of Baosteel sintering machine NO,为主.有研究表明，烧结烟气中NO,主要来自燃 from2013-2014 料中的氨与空气中氧气在高温下发生的反应，其生成 在此期间生产所用无烟煤的类型有三种，分别是 浓度水平受燃料类型、粒度、燃烧温度、气氛等因素的 大安山煤、晋城煤，焦作煤.图2为分别使用三种不同 影响.与此同时，如果烧结料层存在还原性物质（如 无烟煤情况下排放的NO,质量浓度平均值，表1为所 C、C0、燃料挥发前驱物等)和适当的催化剂（如低价： 用固体燃料的主要元素分析结果.考虑到煤种之间因 铁氧化物、铁酸钙等)作用时，部分生成的NO,亦可被 含氨量不同，使得带人烧结原料中的N含量不同，并 还原成N2,从而降低烧结烟气NO,的排放质量浓 最终导致烟气NO,排放质量浓度的差异.故选择固体 度[4)].通过调节烧结原料、燃料条件参数及工艺条件 燃料为焦粉和大安山煤搭配的情况作为相关性分析的 参数可有效抑制烧结过程中NO,生成并促进其还原， 数据，其样本容量为334. 从而稳定烧结烟气氮氧化物排放质量浓度处于较低 1.2研究方法 水平. 本文采用统计分析的研究方法解析原燃料和工艺工程科学学报,第 39 卷,第 5 期 理日程. 烟气脱硝的方法较多,按照其工作介质的不同主 要分为干法脱硝和湿法脱硝两种. 干法脱硝包括选择 性催化还原法( selective catalytic deduction, SCR)、选 择性非催化还原法 ( selective non鄄catalytic reduction, SNCR)、活性炭(焦)吸附法、等离子法等;湿法脱硝是 用可以溶解氮氧化物或可以与它发生反应的溶液吸收 废气中 NOx 的办法,包括酸吸收、碱吸收、氧化吸收和 配合吸收法等. 此外,国内外一些科研人员还开发了 用微生物来处理 NOx 废气的方法. 但就目前而言,烟 气脱硝治理技术尚处于研发阶段,虽然取得了一定的 成果,但由于实际烧结烟气具有烟气量大、温度波动 大、气体成分复杂、粉尘量大等特点,给烧结烟气脱硝 末端治理工作带来了巨大的困难,例如对于脱硝率较 高、工艺较成熟的选择性催化还原法而言,为避免价格 昂贵的催化剂材料“中毒冶,在脱硝处理前,需对烧结 烟气进行除尘、脱硫等处理,而脱硫后的烟气温度将大 幅降低,约为 120 ~ 150 益 ,在这样的温度条件下,催化 剂的活性仅为 50% 左右,严重影响脱硝效率,故需要 再次对烟气进行加热处理以使其脱除率达标,这必然 导致能源的浪费. 此外,烧 结 烟 气 的 流 量 巨 大, 以 450 m 2 烧 结 机 为 例, 其 烟 气 流 量 可 达 到 13000 ~ 14000 m 3·min - 1 ,远高于燃煤电厂的烟气量,因此其脱 除剂也消耗巨大,再加上烧结烟气中 NOx 质量浓度较 低,仅为 300 ~ 500 mg·m - 3 ,不利于脱除反应的进行,使 得烧结烟气 NOx 的脱除变得更加困难. 加上烧结烟气 末端治理设备巨大的投资成本、高昂的操作维护费用 及场地限制等问题都必将给“新形势冶 下的钢铁企业 带来沉重的额外负担. 而环保问题却刻不容缓,因此, 在高效低成本烧结烟气末端治理技术尚未普遍满足工 业应用之前,应当积极探索开发适合烧结工艺特点的 过程 NOx 减排技术[3] . 烧结过程中 NOx 的产生主要来源于以下两个方 面:一是固体燃料燃烧和高温反应过程,二是烧结点火 过程,且前者是主要来源. 燃烧过程中 NOx 的生成主 要有热力型、快速型和燃料型三种途径,且以燃料型 NOx 为主. 有研究表明,烧结烟气中 NOx 主要来自燃 料中的氮与空气中氧气在高温下发生的反应,其生成 浓度水平受燃料类型、粒度、燃烧温度、气氛等因素的 影响. 与此同时,如果烧结料层存在还原性物质(如 C、CO、燃料挥发前驱物等) 和适当的催化剂(如低价 铁氧化物、铁酸钙等)作用时,部分生成的 NOx 亦可被 还原成 N2 ,从而降低烧结烟气 NOx 的排放质量浓 度[4鄄鄄6] . 通过调节烧结原料、燃料条件参数及工艺条件 参数可有效抑制烧结过程中 NOx 生成并促进其还原, 从而稳定烧结烟气氮氧化物排放质量浓度处于较低 水平. 因此,本文采用统计分析的研究方法对宝钢某烧 结机 2013—2014 年的原燃料、工艺主要参数及 NOx 排 放质量浓度数据进行解析,探索影响烧结烟气 NOx 排 放质量浓度的主要因素,揭示其对 NOx 质量浓度的影 响规律,为烧结烟气过程处理技术的研发提供依据. 1 研究对象及方法 1郾 1 研究对象 根据宝钢某烧结机 2013—2014 年的生产报表,提 炼出每日的原料条件参数,如褐铁矿比例、半褐铁矿比 例、赤铁矿比例、烧结粉比例、内返矿比例、石灰石比 例、生石灰比例、白云石比例、焦粉比例、无烟煤比例、 固体燃料比例;工艺参数,如碱度、混合料含水率、冷态 透气性、料层高度、垂直烧结速度;以及烧结废气中 NOx 的排放质量浓度值. 剔除作业率小于 90% 或数据 点缺失等情况天数. 同时,考虑到漏风率波动对烟气 NOx 排放质量浓度的影响,本文首先对 2013—2014 年 烧结机烟气出口的氧含量进行了分析,如图 1 所示. 烧结机烟气 O2体积分数处于 15% ~ 17% 范围内,均值 为 15郾 67% ,这表明在该研究周期内烧结机的漏风率 波动很小,故可以在本文中忽略该烧结机漏风率波动 对 NOx 排放质量浓度变化的影响. 图 1 2013—2014 年宝钢某烧结机烟气中 O2体积分数 Fig. 1 O2 volume fraction in flue gas of Baosteel sintering machine from 2013—2014 在此期间生产所用无烟煤的类型有三种,分别是 大安山煤、晋城煤、焦作煤. 图 2 为分别使用三种不同 无烟煤情况下排放的 NOx 质量浓度平均值,表 1 为所 用固体燃料的主要元素分析结果. 考虑到煤种之间因 含氮量不同,使得带入烧结原料中的 N 含量不同,并 最终导致烟气 NOx 排放质量浓度的差异. 故选择固体 燃料为焦粉和大安山煤搭配的情况作为相关性分析的 数据,其样本容量为 334. 1郾 2 研究方法 本文采用统计分析的研究方法解析原燃料和工艺 ·694·