尿素法同步抑制烧结过程二氧化硫、氮氧化物、二噁英排放及其耦合作用机理

Sintering process is the main emission sources of SO2, NOx, PCDD/Fs. The key factors that restrict the effective removal of sintering pollutants are the large quantity of sintering gas, the big flow rate fluctuation and the low pollutant concentration. A method of adding a certain proportion urea in sintering mixture materials was proposed. Under the sintering thermodynamic conditions, an effective barrier which inhibits the emission of SO2, NOx and PCDD/Fs can be built synchronously in sintering process by the physic-chemical reaction of urea. At meantime, under the action of negative pressure, the reaction product (NH4)2SO4 solid particles were separated with sintering bed before the bed temperature increasing and trapped by precipitator after them attaching to the dust, which separate from exhaust gas and avoid the formation of secondary pollution. By adjusting the technical parameters, reveal the inherent law of inhibition effect of SO2, NOx, PCDD/Fs emissions reduction and the coupling mechanism between them, the sintering exhaust gas pollutants emissions reduction becomes process control instead of end management, which solved the three pollutants (SO2, NOx, PCDD/Fs) emission problems synchronously with high efficiency and low coats, and provided theoretical foundation and technical support to the sustainable development and clean production for the Iron and Steel Industry in the twelfth five-year developing time period.

烧结工序是二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）和二噁英（PCDD/Fs）的主要排放源。烧结烟气量大、流量波动大以及污染物浓度低是制约烧结污染物有效脱除的关键因素。本研究提出在烧结混合料中配入一定比例的尿素，利用烧结自身的热力学条件，通过尿素的物理化学反应，在烧结过程中建立起同步抑制SO2、NOx、PCDD/Fs三种污染物向烟气中排放的有效屏障，同时反应产物 (NH4)2SO4固体颗粒在抽风负压的作用下，在料层的高温到来之前与烧结料层分离，附着在粉尘上被除尘器捕集，避免进入烟气形成二次污染。通过调整技术参数，探寻尿素法同步抑制烧结SO2、NOx、PCDD/Fs排放的内在规律及减排效果间的耦合作用机理，将烧结烟气污染物减排由末端治理转变为过程控制，高效率、低成本、同步地解决烧结烟气的SO2、NOx、PCDD/Fs三大污染问题，为“十二五”钢铁工业的清洁生产和可持续发展提供理论基础和技术支撑。

钢铁工业是国民经济的重要支柱产业，也是我国最主要的资源、能源消耗和污染物排放行业之一。其中烧结工序是二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）和二噁英类（PCDD/Fs）的主要排放源。本项目提出了在烧结混合料中配入少量尿素进行多种污染物协同减排的理论思想，探索了尿素法烧结过程多种污染物协同减排的技术应用途径。经过3年的研究，得出了如下主要结论：（1）查明了原燃料中的硫形态及SO2的排放规律，燃料焦粉和煤粉含硫量较高，主要包括有机硫、单质硫、硫化物硫，熔剂石灰石中的硫主要是硫化物和硫酸盐，铁矿粉中的硫元素主要以黄铁矿形式存在，原燃料中的硫在200℃-1200℃均会释放SO2，烧结过程的SO2主要在燃烧层和干燥预热层中生成；研究了尿素不同加入制度对烟气污染物减排效果的影响，提出了将尿素颗粒添加在料层底部70-100 mm位置，脱硫效率达到90%左右，并通过硫平衡分析查明了尿素脱硫后硫元素的最终去向，揭示了尿素法选择性脱硫的反应机理。（2）根据烧结过程的温度分布特征和烟气排放特性，揭示了烧结过程二噁英的合成机理及铜、氯元素在合成过程中的促进作用；尿素分解产生的氨类基团，一方面与铜离子稳定结合，有效钝化铜离子的催化活性，另一方面氨类基团占据残炭表面的活性位置，用于合成二噁英的有机物转变为相似结构的含氮有机物，从而显著减少二噁英的排放，减排效率达到60%以上。（3）查明了二噁英减排与SO2、NOx的减排竞争与耦合作用机理，尿素的加入实现了SO2和二噁英的协同减排，且NOx的排放控制在合理范围；适宜的尿素加入制度未对烧结矿的产质量指标产生不良影响，在保证烧结各项技术指标基本不变的基础上，实现了烧结过程多种污染物的协同控制。.共发表论文17篇，其中SCI/EI收录7篇。申请专利13项，其中发明专利9项，实用新型专利4项，授权发明专利2项，实用新型专利4项。培养硕士研究生6名。共参加学术会议11人次，其中受邀大会报告3次，分场报告5次。