钢铁烧结工艺氧化脱硝的模拟试验及工程试验

摘要

氮氧化物(NOx)是钢铁企业所排放的主要大气污染物之一，其中钢铁烧结工序所产生的NOx约占整个钢铁冶炼主工序的48％左右，是钢铁企业NOx排放控制的重点。目前全国大部分钢铁企业烧结生产线都配有烧结烟气脱硫设施，却没有配套的脱硝设备，造成的NOx污染问题日趋严重。一方面由于烧结工序所采用的的燃料变化大，烧结矿原料品质参差不齐，造成了烧结烟气具有温度低且变化范围大、NOx浓度低波动大、含氧量和含湿量大等特点。不适宜直接采用普通燃煤电厂的脱硝方法;另一方面由于燃煤电厂的烟气脱硝与脱硫是分开进行的，这种传统的分别脱硫脱硝技术存在设备投资和运行费用高，占地面积大等不足，为此，本文开展了烧结烟气氧化脱硝的实验室模拟试验研究和工程试验，旨在不影响脱硫效率的前提下，在原有的烧结烟气脱硫工艺中加入合适的氧化剂，达到NOx减排的目的。
　　对不同的氧化剂进行分析筛选，选取了NaClO及KMnO4/NaClO/Ca(OH)2组合为烧结烟气氧化脱硝实验室模拟试验研究的氧化剂。构建以南京钢铁厂2x180m2烧结工序脱硫工艺为原型的旋转喷雾模拟试验平台，进行NaClO/Ca(OH)2溶液体系和KMnO4/NaClO/Ca(OH)2溶液体系的烧结烟气氧化脱硝实验室模拟试验研究，考察了氧化剂溶液pH、模拟烟气温度、氧化剂浓度、SO2浓度及NO浓度这些操作参数对脱除效率的影响，并对NaClO/Ca(OH)2溶液体系和KMnO4/NaClO/Ca(OH)2组合溶液体系烧结烟气氧化脱硝的实验室模拟试验的过程进行了热力学计算和试验机理分析。试验及分析结果表明，NaClO/Ca(OH)2溶液体系的实验室模拟试验最佳工况为pH=10、Tg=60℃、ms=6mmo/L，在此条件下的平均脱硫脱硝效率分别能够达到98.8％和60.1％; KMnO4/NaClO/Ca(OH)2溶液体系的最佳工况为pH=5.5、模拟烟气温度Tg=50℃、KMnO4/NaClO摩尔比为3（即mp=0.1 mmo/L，ms=0.3 mmo/L），在此条件下的平均脱硫脱硝效率分别能够达到98.8％和70.9％。
　　在南京钢铁厂2×180m2烧结工序的旋转喷雾脱硫塔上分别进行了NaClO/Ca(OH)2溶液体系和KMnO4/NaClO/Ca(OH)2溶液体系的烧结烟气氧化脱硝的工程试验，试验结果表明，在氧化剂溶液pH为10、NaClO浓度（ms）为6mmo/L、Ca(OH)2含固量为30％的条件下，采用NaClO/Ca(OH)2溶液体系进行工程试验的平均脱硝率为20％，脱硫率则能达到98％以上;在氧化剂溶液pH为5.5、KMnO4/NaClO摩尔比为3（即mp=0.1 mmo/L，ms=0.3 mmo/L）、Ca(OH)2含固量为30％的条件下，采用KMnO4/NaClO/Ca(OH)2溶液体系进行工程试验的平均脱硫脱硝效率分别能够达到98％和30％。两种情况下的原有烧结烟气脱硫效率均没有因为加入了氧化剂而受到影响，说明了在烧结烟气旋转喷雾脱硫的工艺中加入氧化剂NaClO/Ca(OH)2或者KMnO4/NaClO/Ca(OH)2组合进行烧结烟气氧化脱硝的方案是可行的，不仅不会影响原有设备的烟气脱硫效率，还能够减少氮氧化物(NOx)的排放，达到脱硫脱硝一体化的目的。

目录

声明

摘要

主要符号表

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 烧结烟气中氮氧化物(NOx)的来源与特点

1．3 国内外研究现状

1．3．1 烧结烟气氮氧化物控制技术研究现状

1．3．2 氮氧化物氧化脱除技术研究现状

1．4 课题研究内容及技术路线

1．4．1 课题研究内容

1．4．2 课题技术路线

第二章 氧化剂的选择及模拟试验平台的构建

2．1 氧化脱硝的原理

2．2 氧化剂的选择

2．3 实验室模拟试验平台的构建

2．4 试验主要设备(仪器)及材料

2．5 试验步骤

2．6 本章小结

第三章 NaClO／Ca(OH)2溶液体系的氧化脱硝试验研究

3．1 模拟试验条件

3．2 模拟试验结果及分析

3．2．1 NaClO浓度对脱除效率的影响

3．2．2 模拟烟气温度对脱除效率的影响

3．2．3 氧化剂溶液pH值对脱除效率的影响

3．2．4 烟气中SO2浓度对脱除效率的影响

3．2．5 烟气中NO浓度对脱除效率的影响

3．2．6 平行试验

3．3 本章小结

第四章 KMnO4／NaClO／Ca(OH)2溶液体系的氧化脱硝试验研究

4．1 模拟试验条件

4．2 模拟试验结果及分析

4．2．1 KMnO4／NaClO摩尔比对脱除效率的影响

4．2．2 模拟烟气温度对脱除效率的影响

4．2．3 氧化剂溶液pH值对脱除效率的影响

4．2．4 烟气中SO2浓度对脱除效率的影响

4．2．5 烟气中NO浓度对脱除效率的影响

4．2．6 平行试验

4．3 本章小结

第五章 氧化脱硝试验过程的热力学计算和试验机理分析

5．1 化学反应热力学计算及分析方法

5．1．1 化学反应的吉布斯自由能函数△rGm(T)

5．1．2 化学反应的焓变函数△rHm(T)

5．1．3 化学反应平衡常数K(T)

5．1．4 不同温度下NO和SO2的平衡分压PSO2，PNO

5．1．5 相关标准(T=298K)热力学数据

5．2 NaClO／Ca(OH)2溶液体系氧化脱硝试验过程的热力学计算及分析

5．2．1 吉布斯自由能函数△rGm(T)

5．2．2 化学反应的焓变函数△rHm(T)

5．2．3 平衡常数K(T)

3．1．4 NO和SO2的平衡分压PSO2，PNO

5．3 KMnO4／NaClO／Ca(OH)2溶液体系氧化脱硝试验过程的热力学计算及分析

5．3．1 吉布斯自由能函数△rGm(T)

5．3．2 化学反应的焓变函数△rHm(T)

5．2．3 平衡常数K(T)

5．1．4 NO和SO2的平衡分压PSO2，PNO

5．4 氧化脱硝试验化学反应机理分析方法

5．4．1 离子测定方法

5．4．2 实验仪器及试剂

5．5 NaClO／Ca(OH)2溶液体系氧化脱硝试验机理分析

5．6 KMnO4／NaClO／Ca(OH)2溶液体系氧化脱硝试验机理分析

5．7 本章小结

第六章 2×180m2烧结生产线烟气氧化脱硝的工程试验

6．1 2×180m2烧结生产线脱硫工序相关数据

6．1．1 烧结机相关主要设备及参数

6．1．2 脱硫原烟气参数

6．1．3 能源介质条件

6．2 工程试验方案

6．2．1 工程试验方案原料

6．2．2 NaClO／Ca(OH)2体系工程试验方案

6．2．3 KMnO4／NaClO／Ca(OH)2体系工程试验方案

6．2．4 工程试验评价指标

6．2．5 工程试验现场

6．3 工程试验结果及分析

6．3．1 NaClO／Ca(OH)2溶液体系氧化脱硝工程试验结果及分析

6．3．1 KMnO4／NaClO／Ca(OH)2溶液体系的氧化脱硝工程试验结果及分析

6．4 工程经济性分析

6．4．1 NaClO／Ca(OH)2溶液体系的氧化脱硝的工程经济性分析

6．4．2 KMnO4／NaClO／Ca(OH)2溶液体系的氧化脱硝的工程经济性分析

6．5 本章小结

第七章 全文总结与展望

7．1 全文的主要工作及创新点

7．3 进一步工作建议

致谢

参考文献

攻读硕士期间的成果