吳勝利¹⁾，張永忠^1，2)，蘇博¹⁾，王旭明²⁾，張麗^1，2)

1) 北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京100083 2) 寶山鋼鐵股份有限公司，上海201900

摘 要  在燒結(jié)煙氣脫硫治理取得成效之后，煙氣脫硝迅即擺上鋼鐵企業(yè)的環(huán)保治理議程．在尚無(wú)經(jīng)濟(jì)有效的末端治理脫硝工藝的前提下，有必要在燒結(jié)生產(chǎn)中進(jìn)行工序過程控制，從而保持燒結(jié)煙氣NOx排放質(zhì)量濃度處于較低水平．本文通過統(tǒng)計(jì)解析的研究方法，系統(tǒng)分析了2013至2014年寶鋼實(shí)際燒結(jié)過程中原燃料條件參數(shù)、工藝條件參數(shù)對(duì)煙氣中NOx排放質(zhì)量濃度的影響規(guī)律．研究結(jié)果表明: 適當(dāng)降低赤鐵礦的使用比例，提高燒結(jié)粉、返礦的配比，提高鈣質(zhì)熔劑中石灰石的使用比例，降低鎂質(zhì)熔劑使用比例，保持燒結(jié)礦較高的堿度水平，強(qiáng)化制粒提高料層透氣性，堅(jiān)持厚料層燒結(jié)等措施均有利于抑制燒結(jié)煙氣NOx的排放質(zhì)量濃度水平．

關(guān) 鍵 詞  燒結(jié);氮氧化物;煙氣減排;過程控制;相關(guān)性分析

鐵礦石燒結(jié)生產(chǎn)過程中，將產(chǎn)生大量的含有多種大氣污染物的煙氣，主要包括顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、二噁英及呋喃類物質(zhì)等有毒有害物質(zhì)．其中，燒結(jié)過程排放的NOx總量每年有1.0×10⁶t左右，約占全國(guó)NOx總排放量的6%^［1］．NOx容易形成光化學(xué)煙霧，危害人體健康．同時(shí)，NOx也是形成酸雨的主要物質(zhì)之一，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量．隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，對(duì)發(fā)展過程中所出現(xiàn)的環(huán)境問題的重視程度日益提升．我國(guó)從90年代起開始重視燒結(jié)煙氣脫硫的問題，目前國(guó)內(nèi)燒結(jié)機(jī)普遍增設(shè)了煙氣脫硫設(shè)施，燒結(jié)煙氣二氧化硫的排放得到了有效控制，但在燒結(jié)煙氣脫硝問題上，相對(duì)于一些發(fā)達(dá)國(guó)家尚存在不小的差距，例如日本90%以上的燒結(jié)廠對(duì)燒結(jié)煙氣進(jìn)行脫硝處理，而我國(guó)只有很少的企業(yè)對(duì)燒結(jié)煙氣排放的NOx進(jìn)行處理^［2］．與此同時(shí)，鑒于環(huán)保“新規(guī)”的要求，自2015年起燒結(jié)煙氣氮氧化物排放的質(zhì)量濃度限值需由500mg·m^－3降低至300mg·m^－3．因此，燒結(jié)煙氣中氮氧化物的減排治理已經(jīng)擺上鋼鐵企業(yè)環(huán)保治理日程．

煙氣脫硝的方法較多，按照其工作介質(zhì)的不同主要分為干法脫硝和濕法脫硝兩種．干法脫硝包括選擇性催化還原法(selective catalytic deduction，SCＲ)、選擇性非催化還原法(selective non-catalytic reduction，SNCＲ) 、活性炭(焦)吸附法、等離子法等;濕法脫硝是用可以溶解氮氧化物或可以與它發(fā)生反應(yīng)的溶液吸收廢氣中NOx的辦法，包括酸吸收、堿吸收、氧化吸收和配合吸收法等．此外，國(guó)內(nèi)外一些科研人員還開發(fā)了用微生物來(lái)處理NOx廢氣的方法．但就目前而言，煙氣脫硝治理技術(shù)尚處于研發(fā)階段，雖然取得了一定的成果，但由于實(shí)際燒結(jié)煙氣具有煙氣量大、溫度波動(dòng)大、氣體成分復(fù)雜、粉塵量大等特點(diǎn)，給燒結(jié)煙氣脫硝末端治理工作帶來(lái)了巨大的困難，例如對(duì)于脫硝率較高、工藝較成熟的選擇性催化還原法而言，為避免價(jià)格昂貴的催化劑材料“中毒”，在脫硝處理前，需對(duì)燒結(jié)煙氣進(jìn)行除塵、脫硫等處理，而脫硫后的煙氣溫度將大幅降低，約為120～150℃，在這樣的溫度條件下，催化劑的活性僅為50%左右，嚴(yán)重影響脫硝效率，故需要再次對(duì)煙氣進(jìn)行加熱處理以使其脫除率達(dá)標(biāo)，這必然導(dǎo)致能源的浪費(fèi)．此外，燒結(jié)煙氣的流量巨大，以450m²燒結(jié)機(jī)為例，其煙氣流量可達(dá)到13000～14000m³·min^－1，遠(yuǎn)高于燃煤電廠的煙氣量，因此其脫除劑也消耗巨大，再加上燒結(jié)煙氣中NOx質(zhì)量濃度較低，僅為300～500mg·m^－3，不利于脫除反應(yīng)的進(jìn)行，使得燒結(jié)煙氣NOx的脫除變得更加困難．加上燒結(jié)煙氣末端治理設(shè)備巨大的投資成本、高昂的操作維護(hù)費(fèi)用及場(chǎng)地限制等問題都必將給“新形勢(shì)”下的鋼鐵企業(yè)帶來(lái)沉重的額外負(fù)擔(dān)．而環(huán)保問題卻刻不容緩，因此，在高效低成本燒結(jié)煙氣末端治理技術(shù)尚未普遍滿足工業(yè)應(yīng)用之前，應(yīng)當(dāng)積極探索開發(fā)適合燒結(jié)工藝特點(diǎn)的過程N(yùn)Ox減排技術(shù)^［3］．

燒結(jié)過程中NOx的產(chǎn)生主要來(lái)源于以下兩個(gè)方面:一是固體燃料燃燒和高溫反應(yīng)過程，二是燒結(jié)點(diǎn)火過程，且前者是主要來(lái)源．燃燒過程中NOx的生成主要有熱力型、快速型和燃料型三種途徑，且以燃料型NOx為主．有研究表明，燒結(jié)煙氣中NOx主要來(lái)自燃料中的氮與空氣中氧氣在高溫下發(fā)生的反應(yīng)，其生成濃度水平受燃料類型、粒度、燃燒溫度、氣氛等因素的影響．與此同時(shí)，如果燒結(jié)料層存在還原性物質(zhì)(如C、CO、燃料揮發(fā)前驅(qū)物等) 和適當(dāng)?shù)拇呋瘎?如低價(jià)鐵氧化物、鐵酸鈣等)作用時(shí)，部分生成的NOx亦可被還原成N₂，從而降低燒結(jié)煙氣NOx的排放質(zhì)量濃度^［4--6］．通過調(diào)節(jié)燒結(jié)原料、燃料條件參數(shù)及工藝條件參數(shù)可有效抑制燒結(jié)過程中NOx生成并促進(jìn)其還原，從而穩(wěn)定燒結(jié)煙氣氮氧化物排放質(zhì)量濃度處于較低水平．

因此，本文采用統(tǒng)計(jì)分析的研究方法對(duì)寶鋼某燒結(jié)機(jī)2013—2014年的原燃料、工藝主要參數(shù)及NOx排放質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，探索影響燒結(jié)煙氣NOx排放質(zhì)量濃度的主要因素，揭示其對(duì)NOx質(zhì)量濃度的影響規(guī)律，為燒結(jié)煙氣過程處理技術(shù)的研發(fā)提供依據(jù)．

1  研究對(duì)象及方法

1.1 研究對(duì)象

根據(jù)寶鋼某燒結(jié)機(jī)2013—2014年的生產(chǎn)報(bào)表，提煉出每日的原料條件參數(shù)，如褐鐵礦比例、半褐鐵礦比例、赤鐵礦比例、燒結(jié)粉比例、內(nèi)返礦比例、石灰石比例、生石灰比例、白云石比例、焦粉比例、無(wú)煙煤比例、固體燃料比例;工藝參數(shù)，如堿度、混合料含水率、冷態(tài)透氣性、料層高度、垂直燒結(jié)速度;以及燒結(jié)廢氣中NOx的排放質(zhì)量濃度值．剔除作業(yè)率小于90%或數(shù)據(jù)點(diǎn)缺失等情況天數(shù)．同時(shí)，考慮到漏風(fēng)率波動(dòng)對(duì)煙氣NOx排放質(zhì)量濃度的影響，本文首先對(duì)2013—2014年燒結(jié)機(jī)煙氣出口的氧含量進(jìn)行了分析，如圖1所示．燒結(jié)機(jī)煙氣O₂體積分?jǐn)?shù)處于15%～17%范圍內(nèi)，均值為15.67%，這表明在該研究周期內(nèi)燒結(jié)機(jī)的漏風(fēng)率波動(dòng)很小，故可以在本文中忽略該燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率波動(dòng)對(duì)NOx排放質(zhì)量濃度變化的影響．

在此期間生產(chǎn)所用無(wú)煙煤的類型有三種，分別是大安山煤、晉城煤、焦作煤．圖2為分別使用三種不同無(wú)煙煤情況下排放的NOx質(zhì)量濃度平均值，表1為所用固體燃料的主要元素分析結(jié)果．考慮到煤種之間因含氮量不同，使得帶入燒結(jié)原料中的N含量不同，并最終導(dǎo)致煙氣NOx排放質(zhì)量濃度的差異．故選擇固體燃料為焦粉和大安山煤搭配的情況作為相關(guān)性分析的數(shù)據(jù)，其樣本容量為334．

1.2 研究方法

本文采用統(tǒng)計(jì)分析的研究方法解析原燃料和工藝參數(shù)對(duì)實(shí)際燒結(jié)過程N(yùn)Ox排放質(zhì)量濃度的影響規(guī)律．由于實(shí)際生產(chǎn)過程中NOx的排放質(zhì)量濃度受諸多因素共同作用影響，因此在研究單因素對(duì)NOx排放質(zhì)量濃度的影響規(guī)律時(shí)有必要對(duì)其他因素的范圍加以限制，將協(xié)同變量值控制在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，以盡量消除其影響．故本文首先采用SPSS 軟件中頻數(shù)分析功能^［7］得到各主要變量的集中分布范圍，并控制選擇樣本量達(dá)到40%的覆蓋率，以保證單因素分析所需的樣本量和數(shù)據(jù)的代表性，得到各主要原燃料和工藝參數(shù)范圍如表2所示．

此外，本文通過SPSS軟件的相關(guān)系數(shù)分析功能計(jì)算各因素與NOx排放質(zhì)量濃度的相關(guān)關(guān)系的強(qiáng)弱程度．相關(guān)系數(shù)Ｒ以數(shù)值的方式精確地反映了變量之間線性關(guān)系的強(qiáng)弱程度．一般地，相關(guān)系數(shù)Ｒ的取值在－1～+1之間．Ｒ＞0，表示兩變量之間存在正線性相關(guān)關(guān)系;Ｒ＜0，表示兩變量之間存在負(fù)線性相關(guān)關(guān)系;|Ｒ|越接近0，表示兩變量之間的相關(guān)性越差;|Ｒ|越接近1，表示兩變量之間的相關(guān)性越強(qiáng)．Ｒ=+1，表示兩變量是完全正相關(guān)關(guān)系;Ｒ=－1，表示兩變量是完全負(fù)相關(guān)關(guān)系;Ｒ=0，則兩變量不存在線性相關(guān)關(guān)系^［7］．

2  結(jié)果與討論

2. 1 燒結(jié)煙氣NOx

的排放特征使用大安山煤時(shí)期的燒結(jié)煙氣NOx排放質(zhì)量濃度如圖3所示．表3為其描述性統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果．

根據(jù)圖3及表3可以得出:燒結(jié)煙氣中NOx排放質(zhì)量濃度的波動(dòng)較大，最小值僅為62mg·m^－3，最大值為400mg·m^－3，均值為291.05mg·m^－3．且使用焦粉和大安山煤配合時(shí)期的NOx排放質(zhì)量濃度集中在240～340mg·m^－3的范圍內(nèi)．同時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意到，若以“新標(biāo)準(zhǔn)”所規(guī)定的燒結(jié)煙氣NOx排放限值小于300mg·m^－3作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，2013—2014年內(nèi)燒結(jié)煙氣中NOx排放質(zhì)量濃度小于300mg·m^－3的比例為52.99%，說明燒結(jié)過程控制技術(shù)在現(xiàn)實(shí)層面是具有可行性的．

2.2 燒結(jié)煙氣NOx排放質(zhì)量濃度的主要影響因素解析

2.2.1 含鐵原料對(duì)NOx排放質(zhì)量濃度的影響

本節(jié)研究中不限制褐鐵礦、半褐鐵礦、赤鐵礦的使用比例范圍，控制其他因素在表2的范圍內(nèi)，得到不同類型的鐵礦粉配比對(duì)燒結(jié)煙氣NOx排放質(zhì)量濃度的影響如圖4所示．從圖4(a)及4(b)可以看出鐵礦粉中褐鐵礦與半褐鐵礦的比例與NOx排放質(zhì)量濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即隨著鐵礦粉原料中褐鐵礦和半褐鐵礦比例的升高，NOx排放質(zhì)量濃度降低．圖4(c)表明赤鐵礦比例NOx排放質(zhì)量濃度呈較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，隨著赤鐵礦礦粉使用比例的增加，NOx排放質(zhì)量濃度也隨之升高．

對(duì)此，分析認(rèn)為這主要是由不同類型的鐵礦粉在燒結(jié)過程中液相生成能力的差異性所致．根據(jù)閻麗娟等^［8］對(duì)鐵礦粉高溫特性的研究結(jié)果可知，褐鐵礦和半褐鐵礦類型的鐵礦粉由于顆粒疏松多孔且礦物晶粒細(xì)小，其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件較好，因此，同化溫度較低，液相生成較早．赤鐵礦類型鐵礦粉，由于其結(jié)構(gòu)致密、結(jié)晶程度高，導(dǎo)致其與熔劑的反應(yīng)能力低，同化溫度較高，需要在較高的溫度條件下才能大量生成有利于NOx還原分解的鐵酸鈣礦物，并且NOx的大量生成是在燃燒反應(yīng)的初期，故燒結(jié)過程中鐵礦酸鈣礦物的形成溫度越低、鐵酸鈣的生成量越多，越有利于CO對(duì)NOx的分解還原作用^［9］．因此，呈現(xiàn)出了NOx的排放質(zhì)量濃度隨赤鐵礦比例的增加而升高的趨勢(shì)．

采用類似的方法分析燒結(jié)粉比例、返礦比例對(duì)NOx排放質(zhì)量濃度的影響，結(jié)果如圖5所示．燒結(jié)粉和返礦的比例與NOx排放質(zhì)量濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著混合料中燒結(jié)粉和返礦比例的增加，燒結(jié)煙氣中NOx的排放質(zhì)量濃度呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)．

分析認(rèn)為，燒結(jié)粉是指高爐槽下返礦，其是成品燒結(jié)礦往高爐運(yùn)輸過程中因碰撞、沖擊、摩擦等原因所剝落的燒結(jié)礦小顆粒，其主要成分是鐵酸鈣等黏結(jié)相礦物;內(nèi)返礦是指在燒結(jié)廠內(nèi)篩分出的不能滿足高爐生產(chǎn)要求的未融化、未黏結(jié)的物料顆粒，其主要包含鐵氧化物和少量黏結(jié)相礦物．眾多國(guó)內(nèi)外研究者^［10--11］的研究結(jié)果表明:鐵酸鈣系礦物對(duì)NO的還原分解均具有較強(qiáng)的促進(jìn)作用，且鐵酸鈣礦物在較低的溫度下(1000℃)即可對(duì)NO的還原產(chǎn)生明顯效果．鐵酸鈣催化NO還原服從多相催化的吸附活化物理論^［4］，在鐵酸鈣催化劑活性部位發(fā)生NO分子吸附、離解、表面活性物的重組和產(chǎn)物脫附等反應(yīng)，在反應(yīng)的共同作用下，降低了NO還原的表觀反應(yīng)活化能，加快了反應(yīng)速度，反應(yīng)需經(jīng)歷如下4個(gè)主要步驟．

(1)CO與NO吸附在鐵酸鈣活性位形成吸附活化物:

2)鐵酸鈣被CO還原得到氧缺位的鐵酸鈣及低價(jià)態(tài)鐵氧化物:

(3)低價(jià)態(tài)鐵氧化物在CO作用下還原吸附的NO，低價(jià)態(tài)鐵氧化物得氧被氧化，NO失氧生成N2:

(4)Fe₂O₃和CaO重新反應(yīng)生成鐵酸鈣:

因此，作為NO還原反應(yīng)的催化劑，提高燒結(jié)粉和內(nèi)返礦的比例在一定程度上提高了燒結(jié)料層中鐵酸鈣的含量，可以促進(jìn)NOx的還原，尤其是料層低溫段(800～1000℃)內(nèi)CO對(duì)NOx的還原作用，降低了燒結(jié)煙氣中NOx的排放質(zhì)量濃度．

2.2.2 熔劑結(jié)構(gòu)對(duì)NOx

排放質(zhì)量濃度的影響由圖6可以看出熔劑結(jié)構(gòu)對(duì)煙氣NOx排放質(zhì)量濃度的影響，其中石灰石和生石灰比例與NOx排放質(zhì)量濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，如圖6(a)和6(b)所示．根據(jù)圖6(c)可知，白云石的比例與NOx排放質(zhì)量濃度呈正相關(guān)關(guān)系．即提高石灰石和生石灰的比例，降低白云石的使用比例有利于降低煙氣中NOx的排放質(zhì)量濃度．

這是因?yàn)槭沂蛏冶壤岣哂欣阼F酸鈣礦物的生成，從而促進(jìn)CO對(duì)NOx的還原分解作用．另外，研究和實(shí)踐表明^［12--13］CaO具有捕捉和還原NOx的作用，可以降低燒結(jié)煙氣NOx的排放質(zhì)量濃度．而白云石中的MgO將會(huì)影響燒結(jié)過程中鐵酸鈣的形成，減弱NOx的還原．此外，根據(jù)反應(yīng)(6)可知，由于Mg²⁺抑制了Fe²⁺向Fe³⁺的轉(zhuǎn)化，也降低了Fe²⁺對(duì)NO的還原作用．而且MgO本身對(duì)NO還原反應(yīng)的催化作用也較弱，遠(yuǎn)低于CaO和鐵酸鈣礦物^［11］．故提高白云石比例不利于NOx排放質(zhì)量濃度的控制．

此外，對(duì)比圖6(a)和圖6(b)可知，相比于生石灰，石灰石比例的提高對(duì)抑制NOx排放質(zhì)量濃度更有效果．這是由于在升溫過程中石灰石分解后產(chǎn)生的生石灰活性更高．相同條件下，石灰石與鐵氧化物反應(yīng)生成鐵酸鈣的能力更強(qiáng)，生成量更多^［14］，這無(wú)疑將有利于催化CO對(duì)NOx的還原反應(yīng)，降低NOx的排放質(zhì)量濃度．另外，根據(jù)碳素熔損反應(yīng)可知，石灰石分解生成CO₂，有利于CO的生成，從而增加了氣相還原劑CO的生成量，促進(jìn)NOx的還原．

2.2.3 固體燃料對(duì)NOx排放質(zhì)量濃度影響

不控制焦粉和大安山無(wú)煙煤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，控制其他因素并限制固體燃料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.55%～3.70%．得到焦粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)和無(wú)煙煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)NOx排放質(zhì)量濃度的影響，如圖7所示，隨著固體燃料中焦粉比例的減少、大安山煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，燒結(jié)煙氣中NOx的排放質(zhì)量濃度呈降低趨勢(shì)．

分析認(rèn)為產(chǎn)生這一結(jié)果的原因主要有以下兩個(gè)方面．

(1)燃料的氮含量的影響．

燒結(jié)過程中NOx的類型主要為燃料型NOx，其是由燃料中的有機(jī)氮和低分子氮在燃燒情況下與氣相中的氧反應(yīng)而形成的，故隨著燃料中氮含量的增加，燃料型NOx的生成速率和質(zhì)量濃度都將增加．根據(jù)表1可知，本研究所用焦粉的氮含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為0.97%，大安山無(wú)煙煤的含氮量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為0.55%．因此，結(jié)合燃料型NOx生成機(jī)理可知，在同樣的燃燒條件下，焦粉的NOx生成量要多于大安山無(wú)煙煤．

(2)燃料粒度組成的影響．

由于燒結(jié)用無(wú)煙煤的可磨性低于焦炭，因此，破碎后的無(wú)煙煤粉粒度要大于焦粉，尤其是+5mm粒級(jí)比例．而不同粒級(jí)的燃料其燃料N的轉(zhuǎn)化率也有一定差異．有研究表明^［4］，在完全燃燒條件下，焦粉粒度為0.5～5mm時(shí)，燃料N的轉(zhuǎn)化率較高，接近95%;而－0.5mm和+5mm粒級(jí)焦粉的燃料N轉(zhuǎn)化率均低于前述粒級(jí)，分別為80%和70%左右．若假設(shè)燃料N的轉(zhuǎn)化率只與燃料粒度有關(guān)，根據(jù)燃料的粒度組成和各粒級(jí)燃料N的轉(zhuǎn)化率，計(jì)算得出兩種燃料的綜合燃料N轉(zhuǎn)化率，如表4所示．可以看出，焦粉的綜合燃料N轉(zhuǎn)化率略大于大安山無(wú)煙煤．這說明在燃料燃燒過程中焦粉中將有更多的燃料N與氧氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化成NOx．

因此，基于降低NOx排放質(zhì)量濃度的考慮，優(yōu)化燒結(jié)固體燃料結(jié)構(gòu)應(yīng)在保證焦粉消耗的基礎(chǔ)上，盡量選擇與低氮煤種搭配使用，以減少原料N的帶入量．此外，也應(yīng)關(guān)注搭配燃料的粒度組成，以盡量降低燃料N的轉(zhuǎn)化率，從而實(shí)現(xiàn)降低煙氣中NOx的排放質(zhì)量濃度的目的．

2.2.4 工藝參數(shù)對(duì)NOx排放質(zhì)量濃度的影響

限制含鐵原料、熔劑結(jié)構(gòu)、固體燃料等原燃料參數(shù)在控制范圍內(nèi)，不限制工藝條件參數(shù)．另外，在研究堿度對(duì)NOx排放質(zhì)量濃度的影響時(shí)，不限制石灰石和生石灰的比例．得到各工藝參數(shù)對(duì)NOx排放質(zhì)量濃度的影響，結(jié)果如圖8所示．

根據(jù)圖8(a)可知，NOx的排放質(zhì)量濃度隨著燒結(jié)礦堿度的升高而降低．不難理解，這是由于提高燒結(jié)礦堿度有利于低熔點(diǎn)的鐵酸鈣礦物生成^［15］，從而促進(jìn)CO對(duì)NOx還原作用，降低煙氣中NOx的排放質(zhì)量濃度．

從圖8(b)和圖8(d)可以看出，改善料層的透氣性有利于降低煙氣中NOx的質(zhì)量濃度．分析認(rèn)為一方面是由于良好的料層透氣性提高了煙氣總量，稀釋了主排煙氣中NOx的質(zhì)量濃度;另一方面，在制粒效果較好的情況下，燃料的賦存狀態(tài)則多為被覆型和球團(tuán)型^［16］，而呈被覆型和球團(tuán)型的燃料準(zhǔn)顆粒其NOx生成質(zhì)量濃度和燃料N轉(zhuǎn)化率較低^［9］．故在燒結(jié)過程中通過改善制粒效果，提高料層透氣性，可有效抑制燒結(jié)煙氣中NOx的排放質(zhì)量濃度．

由圖8(c)可得，料層厚度與NOx排放質(zhì)量濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即隨著料層厚度的增加，煙氣中NOx的排放質(zhì)量濃度呈降低趨勢(shì)．這是因?yàn)椋环矫嬗捎谧孕顭嶙饔茫S著料層厚度的增加，固體燃料配比減少，降低了燃料N的帶入量，從而減少了NOx的生成量;另一方面，隨著料層厚度的增加，料層最高溫度升高，高溫保持時(shí)間延長(zhǎng)，這也有利于CO對(duì)NOx的還原作用．根據(jù)研究表明當(dāng)溫度超過1000℃后，焦粉燃燒產(chǎn)生NOx的質(zhì)量濃度和總量隨著溫度的升高、保溫時(shí)間的延長(zhǎng)而降低^［17--18］．

2.2.5 影響NOx排放質(zhì)量濃度的主要因素及控制建議

采用SPSS軟件計(jì)算各因素對(duì)NOx排放質(zhì)量濃度影響的相關(guān)系數(shù)，列于表5中．通過對(duì)比各因素與NOx排放質(zhì)量濃度的相關(guān)性系數(shù)大小，歸納出影響NOx排放質(zhì)量濃度的主要影響因素為赤鐵礦、燒結(jié)粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)、石灰石、白云石質(zhì)量分?jǐn)?shù)、固體燃料中大安山煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以及堿度、冷態(tài)透氣性等工藝參數(shù)．

綜上所述，在煙氣脫硝末端治理裝置尚未普遍應(yīng)用之前，要抑制燒結(jié)煙氣NOx的排放質(zhì)量濃度值，控制NOx排放質(zhì)量濃度的波動(dòng)性，需要積極的實(shí)施燒結(jié)工藝過程控制．

(1)原燃料管理方面:優(yōu)化固體燃料結(jié)構(gòu)，拓展使用燃料類型．若配加無(wú)煙煤，應(yīng)盡量選擇氮含量、氫含量和揮發(fā)分較低的無(wú)煙煤煤種，以減少燃料N的帶入量．使用燃料時(shí)，同時(shí)要注意控制燃料粒度組成，以降低燃料N的綜合轉(zhuǎn)化率．優(yōu)化配礦結(jié)構(gòu)方面，可適當(dāng)增加混勻礦中半褐鐵礦的使用配比，控制鐵酸鈣生成能力較差的赤鐵礦的使用比例．在熔劑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，應(yīng)提高鈣質(zhì)熔劑的使用比例，尤其是石灰石的使用比例，控制白云石的使用比例．

(2)燒結(jié)工藝與操業(yè)方面: 應(yīng)保持較高的燒結(jié)礦堿度水平，以改善鐵酸鈣類礦物的生成條件;通過優(yōu)化配水、強(qiáng)化制粒等手段，提高料層透氣性;堅(jiān)持厚料層燒結(jié)生產(chǎn)的方向，在持續(xù)和加強(qiáng)燒結(jié)設(shè)備漏風(fēng)治理的前提下，進(jìn)一步提高燒結(jié)料層厚度，加強(qiáng)燒結(jié)過程操業(yè)管理．

3  結(jié)論

(1)燒結(jié)煙氣NOx的排放質(zhì)量濃度水平與所用固體燃料的種類有很大關(guān)系，焦粉的N質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，在1%左右，而無(wú)煙煤的N質(zhì)量分?jǐn)?shù)因煤種不同差距較大，在0.5%～1.5%之間，且含N量高的煤種通常其燃燒產(chǎn)生的NOx質(zhì)量濃度也較高．

(2)含鐵原料方面，提高褐鐵礦、半褐鐵礦的使用比例，適當(dāng)降低赤鐵礦的使用比例;熔劑結(jié)構(gòu)方面，提高石灰石和生石灰的比例，尤其是石灰石比例，降低白云石配比;工藝參數(shù)方面，通過保持燒結(jié)礦的高堿度、強(qiáng)化制粒提高料層透氣性、堅(jiān)持厚料層燒結(jié)等措施有利于降低煙氣NOx的排放質(zhì)量濃度．

(3)燒結(jié)過程控制可以有效抑制燒結(jié)煙氣NOx的排放質(zhì)量濃度，其中影響燒結(jié)煙氣NOx排放質(zhì)量濃度的主要因素分別為赤鐵礦、燒結(jié)粉的使用比例，石灰石、白云石的配比，固體燃料中大安山煤配比，以及堿度、冷態(tài)透氣性工藝參數(shù)．

(4)燒結(jié)過程煙氣NOx治理技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)，一方面是擴(kuò)展燃料類型，控制燃料N的帶入量，以減少燒結(jié)過程中NOx的生成量;另一方面是通過探索適宜原燃料及工藝參數(shù)制度，改善燒結(jié)過程中NOx的還原條件;在此基礎(chǔ)上努力探索開發(fā)適應(yīng)燒結(jié)工藝特點(diǎn)的低成本NOx還原促進(jìn)劑．

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