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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·