一种研究烧结过程气体污染物生消和排放的实验装置及实验方法

摘要

本发明公开了一种研究烧结过程气体污染物生消和排放的实验装置及实验方法，所述实验装置由烧结系统、抽风系统和测量系统构成。其中，烧结系统又包含杯体和负压装置，沿杯体壁面纵向均布三个温度测量孔和三个气体采样孔，再在负压装置上布置一个温度测量孔、一个抽风孔和一个气压测量孔；在抽风系统风机前也布置一个气体采样孔。所述实验装置及实验方法可以在烧结杯模拟烧结过程中，通过布置在杯体上的温度测量孔和气体采样孔实时在线测量不同烧结料层的烟气构成，以及与烧结温度之间的关系；通过改变烧结料组成和烧结条件，可研究不同烧结料层所发生的化学反应，解析污染物生消和排放机理。

说明书

技术领域

本发明涉及一种研究烧结过程气体污染物生消和排放的实验装置和实验方法。

背景技术

钢铁工业是我国国民经济的支柱产业，为我国工业化和城镇化的推进与发展做出了重要 贡献。但同时我国钢铁工业环保水平还较低，单位产量污染物排放量较高，目前钢铁是仅次 于火电的大气污染物排放行业，总排污量位居第二位，而烧结过程中产生的大气污染物占整 个炼钢过程中的一半以上。因此研究钢铁烧结过程污染物生消机理，分析污染物排放特征， 对钢铁行业大气污染的控制，有效降低钢铁行业大气污染物排放量具有十分重要的意义

目前研究钢铁烧结过程气体污染物产生的装置和方法主要有管式炉实验和烧结杯试验 两种。管式炉试验方法使用卧式或竖式管式炉，将烧结混合料放入炉中焙烧，通过改变加热 温度、加热时间、气氛条件以及混合料组成等因素，研究烧结烧结料表面气氛或外排气氛中 的污染物种类及其浓度。实际烧结过程中，烧结混合料自上而下分别为烧结矿层、燃烧层、 预热层、干燥层和过湿层。相应地，助烧空气和烧结气体自上而下通过这些料层时，先后历 经气体污染物生成、被吸附、解吸和外排等过程，不同烧结料层的烟气组成存在显著差异， 这是管式炉所不能模拟的。烧结杯试验是指利用工业烧结实验室的烧结杯装置或类似装置进 行烧结研究，主要用于考察各因素对烧结料性能的影响，也可用于研究烧结外排气中各组分 的浓度。由于测量位置的单一性，烧结杯试验尾气分析只能从总体上研究了解污染物的排放 情况，不能解析烧结过程污染物的生消机理。

发明内容

本发明旨在提供一种可以模拟研究烧结过程气体污染物生消和排放的实验装置和实验 方法，与只能获得排放尾气污染物浓度的烧结杯试验相比，本实验装置和实验方法不仅能获 得排放尾气污染物浓度数据，还能用于研究烧结过程气体污染物生消机理，因而更具有实用 性、直观性和全面性。

本发明的技术方案如下：

本发明首先提供一种实验装置，所述的实验装置由三个部分组成，分别为烧结杯系统、 抽风系统和测量系统。

烧结杯系统由耐热不锈钢杯体和不锈钢负压装置组成，两者通过固定法兰连接，其中 上法兰焊接在烧结杯系统中杯体的下端面，下法兰焊接在负压装置的上端面。负压装置上端 面上有对接凹槽，用来连接固定杯体底部，并放置篦板承托烧结料。所述杯体与负压装置之 间用石棉垫密封。杯体外壁包裹陶瓷纤维硅酸铝棉保温隔热，最外层使用钢丝增强陶瓷纤维 布包裹固定。沿杯体侧壁纵向均布三个温度测量孔和三个气体采样孔，负压装置中再布置一 个抽风孔、一个温度测量孔和一个气压测量孔。

抽风系统由管道、风机以及除尘除水装置组成，风机与负压装置抽风口间采用管道连 接，在风机与负压装置连接的管道上顺次布置有除尘除水装置、泄压阀、流量计和一个气体 采样孔，在负压装置上布置有一个用于测量抽风负压的压力表。

测量系统由热电偶、小型抽气泵、除尘降温装置和烟气分析仪组成。热电偶使用310S 不锈钢保护套，直接插入温度测量孔内，以高温胶密封，接数显仪。烟气从四个气体采样孔 抽出后，经过除尘降温装置和小型抽气泵，再分别送入四台烟气分析仪，以检测各烧结料层 和外排烟气中各组分的浓度。

一种采用研究烧结过程气体污染物生消和排放的实验装置的实验方法，包括如下步骤：

a）将杯体密封固定在负压装置上，将垫料和烧结料装入杯体内。

b）使用汽油喷灯点火，控制点火抽风负压，并开始检测各个热电偶温度和烟气分析仪 中各组分浓度随时间的变化。

c）点火结束后提高抽风负压。

d）在负压装置温度达到最高点又折转降低50℃时，结束烧结模拟实验。

e）冷却后卸料。

在保持烧结料品质的前提下，通过改变烧结工艺参数和烧结混合料组分等参数，可研 究烧结过程不同料层所发生的化学反应，解析烧结过程气体污染物生消和排放机理。

本发明的优点是：能够检测烧结过程同一时刻不同位置的烟气组分浓度及其随时间的变 化。因此，可以分析不同烧结带所发生的化学反应，从而全面解析污染物生消机理及排放特 征，与现有研究烧结烟气污染物的技术装置相比，更具有实用性、准确性、直观性和全面性。

附图说明

图1是本发明实验装置结构组成示意图；

图2是本发明的烧结杯系统示意图；

图3是本发明的烧结杯杯体剖视图；

图4是本发明的烧结杯负压装置剖视图；

图5是本发明的烧结杯篦板示意图。

图中：

1、杯体2、烟气分析仪3、热电偶4、保温隔热层5、除尘降温装置6、小型 抽气泵7、固定法兰8、负压装置9、压力表10、泄压阀11、流量计12、风机13、 汽油喷灯14、对接凹槽15、温度测量孔16、气体采样孔17、上法兰18、下法兰 19、气压测量孔20、抽风孔21、篦板22、除尘除水装置

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

本发明首先提供一种研究烧结过程气体污染物生消和排放的实验装置，所述的实验装 置由三个部分组成，分别为烧结杯系统、抽风系统和测量系统。

如图1所示，烧结杯系统由耐热不锈钢杯体1和不锈钢负压装置8组成，如图3所示， 所述的杯体1是圆筒形状，杯体1侧壁上纵向设置有三个测量点，每个测量点包括一个温度 测量孔15和一个气体采样孔16，并且所述测量点处的温度测量孔15与气体采样孔16的 高度相同。所述负压装置8上设置有一个抽风孔20、一个温度测量孔15和一个气压测量孔 19，所述抽风孔20通过管道连接抽风系统中的风机12，所述气压测量孔19上连接压力表 9，用于测量负压装置8内的抽风负压。所述杯体1与负压装置8之间通过固定法兰7连接。

抽风系统由管道、风机12以及除尘除水装置22组成，风机12的进风口通过管道连 接负压装置8的抽风孔20，并在所述管道上顺次装有除尘除水装置22、泄气阀10、流量计 11和第四个气体采样孔16。风机12的出风口直接与空气连接进行排空。

测量系统由热电偶3、小型抽气泵6、除尘降温装置5和烟气分析仪2组成。热电偶3 一端连接在温度测量孔15，另一端连接数显仪；除尘降温装置5和小型抽气泵6分别顺次 连接在三个气体采样孔16和三个烟气分析仪2之间的管道上。所述热电偶3使用310S不 锈钢保护套，一个四个，分别直接插入四个温度测量孔15内，以高温胶密封。小型抽气泵6 和除尘降温装置5各三个，分别连接在杯体1侧壁上的三个气体采样孔和三个烟气分析仪之 间。在所述风机12与负压装置8之间的管道上设置的第四个气体采样孔16，在该第四个气 体采样孔16和第四个烟气分析仪2之间只设置有小型抽气泵6，而无需设置除尘降温装置5， 以检测各烧结料层和外排烟气中各组分的浓度。

如图2所示，所述固定法兰7包括上法兰17和下法兰18，其中上法兰17焊接在烧 结杯系统中杯体1的下端面，下法兰18焊接在负压装置8的上端面。负压装置8上端面上 有对接凹槽14，如图4，对接凹槽14与负压装置8的内孔同轴，并且对接凹槽14的内径 大于负压装置8的内孔径，一般也大于杯体1的外径，这样便于杯体1与负压装置8之间的 机械连接。所述对接凹槽14上放置篦板21用来承托垫料和烧结料。所述杯体1与负压装置 8之间用石棉垫圈密封。杯体1外壁具有保温隔热层4，所述的保温隔热层4是指包裹在杯 体1外壁的陶瓷纤维硅酸铝棉用于保温隔热，最外层使用钢丝增强陶瓷纤维布包裹固定。沿 杯体1侧壁纵向均布三个温度测量孔15和三个气体采样孔16，如图2所示，杯体1侧壁上 将一个温度测量孔15与一个气体采样孔16一一对应作为一组测量点，每组测量点中的温度 测量孔15与气体采样孔16的高度相同。

所述篦板21结构如图5所示，具有网格或者孔211的平板结构，网格或者孔211直 径小于垫料尺寸，保证垫料不会落下。一般优选为6mm。

下面通过实施例对本发明提供的实验方法进行说明。

实验所用烧结杯系统中的杯体1内径100mm，外径120mm，高度为700mm。

连接好烧结杯系统、抽风系统和测量系统，如图1所示，其中测量系统中的热电偶3 暂时不插入温度测量孔15，杯体上的温度测量孔15和气体采样孔16均使用高温胶密封。

如图2所示，将篦板21置于负压装置8与杯体底部对接凹槽14内，篦板21上下均 放置石棉垫圈进行密封。下法兰18上表面也放置对应大小的石棉垫圈。将杯体1底部置于 对接凹槽14内的篦板21表面上，上法兰17和下法兰18用螺栓连接固定。

按照实验方案的配料比，将垫料和混合均匀的烧结料装入杯体1中。将热电偶3插入 温度测量孔15，用高温胶密封。所述的垫料为破碎筛分后的烧结成料，粒径6-10mm。

高温胶固化后，实验装置连接完毕，开始实验，具体为：

汽油喷灯13点火，调节汽油喷灯使火焰强大并且稳定。

启动抽风风机12，调节泄压阀10使负压装置8压力为-8kpa，将汽油喷灯13移到杯 体1上方进行点火，点火时间约2min。点火的同时启动小型抽气泵6，烟气分析仪2开始 测量，并开始记录与热电偶3连接的数显仪上温度示数随时间的变化。

杯体1点火结束后，移走汽油喷灯13，调节泄压阀10使负压装置8压力至 -11kpa～-14kpa，烧结开始。继续测试四个气体采样点16的烟气组分浓度，并记录温度随 时间的变化。

在负压装置8温度达到最高点后，下降50℃后烧结实验结束。

等待烧结料冷却后卸料。

本发明提供的实验装置及实验方法通过温度测量点和对应的气体测量点获得的实验数 据可以直观的研究烧结过程中各个烧结带所发生的不同化学反应，并可以通过不同测量点之 间烟气组分浓度的变化研究分析污染物的迁移变化过程。相比只能考察烟气尾气的传统的烧 结杯装置及实验方法，本实验装置和实验方法通过研究分析改变烧结料组成以及工艺条件所 造成的烧结过程中不同烧结带烟气组分的变化，可以更准确更全面的研究烧结过程气体污染 物生消和排放。