轉爐爐氣高效燃燒低污染排放控制機制研究

《轉爐爐氣高效燃燒低污染排放控制機制研究》是依託中國科學院力學研究所，由李森擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：轉爐爐氣高效燃燒低污染排放控制機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李森
• 依託單位：中國科學院力學研究所

項目摘要

煉鋼轉爐爐氣燃燒時，常發生CO排放濃度過高，且煙氣排放中含有較高的SO2、NOx、HF污染氣體等，這不僅造成能源浪費，而且對環境產生二次污染。通過燃燒主動控制實現轉爐爐氣高效燃燒、低污染排放的研究目前尚未見有報導。因此，本課題研究轉爐爐氣高效燃燒及其過程中氣態污染物控制機制；根據爐氣高溫、高含塵特點，研究布風結構參數和氣動力學參數對燃燒氣流濃度場和流場分布的影響，分析火焰中CO和NOx分布規律，得到控制氣流混合、燃燒氣氛的機制，實現高溫低氧燃燒，提高CO燃盡率，抑制NOx生成；研究不同燃燒氣氛時轉爐煙塵（Fe、FeO、Fe2O3、CaO等）對NOx催化還原、CO催化氧化、固硫固氟的能力，探索煙塵對CO、SO2、 NOx和HF排放影響機理，分析其 協同效應，有效發揮煙塵對氣體污染物催化還原、脫除能力；得到轉爐爐氣高效燃燒、低污染排放控制機制，為轉爐煉鋼的升級換代提供重要的基礎數據和方法。

結題摘要

煉鋼轉爐爐氣燃燒排放時，經常發生CO濃度過高，且煙氣中含有較高的SO2、NOx、HF污染氣體等。目前，針對轉爐爐氣通過燃燒控制實現高效燃燒、低污染排放研究目前還沒有報導。本課題研究了轉爐爐氣燃燒混合特性，分析了轉爐煙塵中金屬及金屬氧化物（Fe、FeO、Fe2O3、CaO等）在不同燃燒氣氛對NOx催化還原、CO催化氧化、固硫固氟的影響，探索轉爐煙塵對CO、SO2、 NOx和HF排放影響機理分析其 “協同效應”，得到了如下重要結論： （1）轉爐爐氣與漏入冷卻煙道中的空氣具有較差的混合特性，必須避免大量的過剩空氣漏入冷卻煙道；為了降低NO排放，燃燒化學當量比和溫度必須有效控制；為了改善轉爐爐爐氣與空氣混合，燃燒空氣有效組織切向進入煙道，可使得爐氣與空氣得到充分混合，混合強烈。 （2）高溫轉爐煙氣擴散燃燒時，NOx排放隨過量空氣係數（SR）增大略有降低；而當溫度大於1500 K時，NOx排放隨溫度的升高而快速增大；SR<1,過量空氣係數和和溫度對CO燃盡都具有重要的影響，而當SR>1，爐氣溫度對CO燃盡影響較小。 （3）CaO對CO還原NO具有明顯的催化作用，在700-950℃區間其催化還原能力高，在800℃左右其催化還原貢獻率可達42%；煙氣中H2O和CO2濃度增大，不利於CaO對CO還原。 （4）氣態Fe和FeO對CO可以有效地促進CO的燃燒，過量空氣係數減小時，其催化作用更加明顯。氣態鐵化物催化CO氧化的反應路徑主要如下：Fe+O2=FeO+O, FeO2+O=FeO+O2, Fe+O2=FeO2, FeO+CO=Fe+CO2. 在這個循環反應過程中，鐵化物以Fe-FeO/FeO2-Fe 的形式催化CO氧化。 （5）在還原氣氛下，氟主要以SiF4(g)、CaF2(s)、HF和CaF2(g)存在，硫主要以FeS2(s)、 FeS(s)、COS(g)、SO(g)、SO2(g)和S2(g)形式存在；當溫度大於1100K時，CaF2開始分解。在氧化氣氛下，氟主要以SiF4(g)、HF和CaF2(g)形式存在，硫主要以Fe2(SO4)3(s), CaSO4(s)、SO2(g) 和SO3(g) 形式存在；當溫度大於1473K時，轉爐煙塵脫硫能力急劇下降。 以上研究結論為轉爐爐氣低污染高效燃燒利用套用提供了理論支持和和重要的試驗數據，為污染物排放控制提供了依據。