正在加载图片...
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·