一、原料參數(shù)對NOx排放的影響規(guī)律

針對2014年某鋼廠1號燒結機的煙氣NOx排放與實際生產(chǎn)原料條件參數(shù)，采用SPSS軟件的相關性分析功能模塊進行統(tǒng)計分析[5]，以確定顯著影響燒結煙氣NOx排放的主要原料條件參數(shù)，并明確其影響規(guī)律，以便為控制燒結過程煙氣NOx排放水平提供支持。

1、礦物類型對NOx排放的影響

鐵礦粉是燒結的主要原料，不同礦物類型的鐵礦粉因其具有不同的高溫特性，從而對NOx的生成及還原作用產(chǎn)生不同的影響。將1號燒結機混勻礦大堆所使用的主要礦種比例與燒結煙氣中NOx濃度進行相關性統(tǒng)計分析，結果列于表1中。

表1混勻礦中鐵礦粉的礦物類型與煙氣中NOx質量濃度的相關分析

相關性分析的研究結果表明[6]，赤鐵礦、褐鐵礦的使用比例與燒結煙氣中NOx質量濃度呈較弱的正相關關系，表明提高混勻礦中赤鐵礦、褐鐵礦的使用比例可能不利于控制燒結煙氣中NOx質量濃度處于較低水平;而半褐鐵礦的使用比例與煙氣中NOx質量濃度呈較強的負相關關系，在一定程度上說明保持半褐鐵礦的使用比例在較高水平時，有利于降低NOx的排放水平。

分析原因，一方面是由于半褐鐵礦是1種同化溫度較低的鐵礦粉，即在燒結過程中會較早地產(chǎn)生鐵酸鈣等低熔點液相，而鐵酸鈣具有促進NOx還原的作用，因此降低了NOx的排放[7];另一方面，相較于赤鐵礦其熔化產(chǎn)生液相所需的熱量更少，因此所需燃料量更少，從而減少NOx的生成。

褐鐵礦因其含有大量的結晶水，而結晶水揮發(fā)需要消耗熱量，因此所需燃料量亦增多，從而使得NOx的排放增加。

2、熔劑結構類型對NOx排放的影響

某鋼廠1號燒結機中使用的熔劑主要有石灰石、生石灰、白云石，按照熔劑的主要成分可以分為鈣質熔劑與鎂質熔劑。表2為該鋼廠的各種熔劑的使用比例與燒結煙氣中NOx質量濃度的相關性分析結果。

表2熔劑結構類型與NOx濃度的相關分析

根據(jù)相關性分析結果，鈣質熔劑使用比例與NOx的質量濃度呈負相關，且相關性系數(shù)較高;鎂質熔劑白云石的使用比例與NOx質量濃度呈正相關，相關性系數(shù)較低。有研究表明，CaO本身對燃燒過程中產(chǎn)生的NOx具有還原作用;此外，也有研究表明在燒結過程中鐵酸鈣類礦物對CO還原NOx具有較強的促進作用。鐵酸鈣(CaO·Fe2O3)是高堿度燒結礦的主要粘結相，燒結礦中的CaO含量在一定程度上可以反映其鐵酸鈣類礦物的含量。

根據(jù)統(tǒng)計分析的結果表明鈣質熔劑比例與成品燒結礦中CaO含量呈正相關關系，相關性系數(shù)為0.567，說明二者之間有較強的相關性。因此，提高鈣質熔劑比例將有利于鐵酸鈣的生成，從而促進NOx的還原作用，可達到降低煙氣中NOx質量濃度水平的目的。

3、固體燃料類型對NOx排放的影響

燃料型NOx的生成受到燃料類別、氮元素含量及燃料粒度等因素的影響。某鋼廠1號燒結機所用固體燃料主要為焦粉和無煙煤，由于燒結混合料中固體燃料配比相對穩(wěn)定、變化較小，導致固體燃料使用比例與燒結煙氣中NOx質量濃度之間的Pearson相關系數(shù)僅為0.063，近似等于0，呈現(xiàn)不相關關系。

因此，在探討固體燃料類型對NOx排放的影響規(guī)律時，將固體燃料比例固定，研究焦粉和無煙煤的比例變化對煙氣NOx排放的影響規(guī)律。根據(jù)固體燃料比例樣本數(shù)據(jù)的分布規(guī)律，選取具有代表性的固體燃料比例為3.3%～3.5%的樣本數(shù)據(jù)進行相關性分析研究，結果見表3。

表3固體燃料類型與NOx質量濃度的相關分析

根據(jù)統(tǒng)計分析的結果表明，在固體燃料配比保持不變的情況下，提高燒結燃料結構中焦粉的比例、降低無煙煤的比例，有利于降低煙氣中NOx的質量濃度。產(chǎn)生這一結果主要有以下兩方面的原因。

①燃料的氮含量及其分配的影響

隨著燃料中氮含量的增加，燃燒過程生成NOx的速率和質量濃度都將增加，對于燒結固體燃料焦粉與無煙煤而言均如此。

煤中的氮元素以環(huán)狀含氮有機化合物形式存在，燃燒過程中首先隨同揮發(fā)分從燃料中析出的含氮化合物，稱之為揮發(fā)分N。殘留在焦炭中的含氮化合物稱之為焦炭N。揮發(fā)分N中最主要的氮化合物是HCN和NH3，二者氧化生成NOx。焦炭N的析出比較復雜，與其在焦炭中N-C、N-H之間的結合狀態(tài)有關。由焦炭N生成的NOx占燃料型NOx的20%～40%[8-10]。

煤的w(N)一般為0.4%～2.9%。該鋼廠燒結用無煙煤的w(N)大多小于1.4%，焦炭的w(N)則基本在1%以下。而燃料中揮發(fā)分N轉化為NOx所需要的前驅體化合物HCN，NH3決定于揮發(fā)分含量和氫含量。因此，結合燃料型NOx生成機理可知，要控制固體燃料燃燒生成的NOx，不僅要關注燃料中的氮含量，還應關注其揮發(fā)分和氫含量。

②燃燒粒度對NOx生成特性的影響

研究表明，焦粉粒度1～3mm時，NOx的生成量和燃料N的轉化速度均為最高;其次是3～5mm和0.5～1.0mm;而小于0.5mm和大于5mm粒級焦粉的NOx生成量和燃料N轉化率均低于前述粒級。而燒結用焦粉粒度控制一般為-3mm粒級比例占85%以上，且燒結理論要求焦粉粒度為0.5～3.0mm。因此，燒結生產(chǎn)中應跟蹤和控制焦粉中3～5mm和大于5mm粒級的比例，即避免焦粉跑出，有助于減少燃料NOx的生成。

燒結用無煙煤由于可磨性低于焦炭，破碎后的無煙煤粉粒度要小于焦粉，一般可達1mm以上。有試驗研究表明[11]，無煙煤在熱解過程中，隨著粒度的細化，揮發(fā)分氮轉化率增加，但不超過45%;相應地，焦炭氮轉化率有所降低，并保持55%以上。由此可見，在燒結過程中，盡管無煙煤粉由揮發(fā)分氮生成NOx的量小于焦炭氮的生成量，但是因其粒度細仍將有較高比例的揮發(fā)分氮轉化為NOx。

綜上所述，燒結固體燃料不僅在用量上，而且在品種和結構上對煙氣中NOx質量濃度均有一定影響。因此，從控制燃料NOx生成角度，燒結固體燃料應優(yōu)先選擇焦粉，而不用無煙煤。如果使用無煙煤，則應選擇氮含量、氫含量和揮發(fā)分均較低的煤種。

二、工藝參數(shù)對NOx排放的影響規(guī)律燒結工藝因素重點考察燒結礦堿度、冷態(tài)透氣性、料層厚度與燒結終點(BTP)位置4個參數(shù)對煙氣NOx排放的影響。相關性分析結果列于表4中。

表4工藝參數(shù)與NOx質量濃度的相關分析

由相關性分析的結果可以看出，煙氣中NOx質量濃度與燒結礦堿度、冷態(tài)透氣性、BTP位置呈負相關關系，即采取提高燒結礦堿度、改善料層透氣性、將燒結終點位置適當提前等相關的工藝參數(shù)調(diào)整手段可以降低NOx的排放。分析原因可知，鐵酸鈣具有催化NOx還原的作用。

在燒結體系中鐵酸鈣(尤其是鐵酸一鈣CF)能夠催化CO還原NOx的反應，對于控制NOx排放有顯著效果。由Fe2O3-CaO-SiO2三元系相圖可知，當堿度大于1.87時液相成分以鐵酸鹽為主，當堿度小于1.87時液相成分則以硅酸鹽為主。

實際檢測該鋼廠燒結礦，在堿度1.85時，鐵酸鈣質量分數(shù)(20%～30%)已經(jīng)大于硅酸鹽(10%～15%)，而提高堿度后更有利于鐵酸鈣的生成。因此，燒結礦的堿度與煙氣NOx排放呈負相關關系。

冷態(tài)透氣性在一定程度上可以反映料層在高溫狀態(tài)下的透氣性，通過適當調(diào)整混合料的水分配給量、延長混合制粒的時間等技術手段可使料層透氣性得到改善，從而在負壓一定的條件下增加了抽風量。雖然風量增加會提高料層中的氧氣質量濃度促進燃料燃燒產(chǎn)生NOx，但相對于這方面，風量的增加也起到稀釋煙氣中NOx質量濃度的作用。因此，改善料層冷態(tài)透氣性可以在一定程度上降低燒結煙氣中NOx的排放。

燒結料出點火保溫爐后，風箱中NOx質量濃度迅速上升并達到近600mg/m3的最高水平，隨后經(jīng)過兩段下降速度不同的過程，在燒結廢氣溫度達最高(BTP)的風箱后降至100mg/m3以下[12]。

NOx質量濃度曲線中較高的幾個點可能與點火階段以及燒結初期空氣過剩系數(shù)較高有關。因此，適當調(diào)整空氣過剩系數(shù)，縮短點火保溫爐至燒結終點(BTP)之間的距離，將燒結終點位置(BTP)提前，可以在一定程度上降低NOx的排放，但這可能需要降低生產(chǎn)負荷。

統(tǒng)計分析結果表明，料層厚度與NOx的排放之間呈較弱的負相關關系，說明厚料層燒結有助于減少NOx的排放。分析可知，燒結料層高度提高對降低燒結過程NOx排放有以下2個方面的作用：

一方面，由于厚料層燒結的自動蓄熱作用，有利于高溫保持時間延長和液相的形成，故采用厚料層燒結技術可適當減少燒結燃料用量，即減少了燃料N的帶入量，從而使燒結過程中燃料型NOx的產(chǎn)生相應減少;另一方面，由于燃料用量減少有利于料層局部的氧位提高，可促進鐵酸鈣的形成，也有利于NOx的還原，從而降低其排放。

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