转炉炉气高效燃烧低污染排放控制机制研究

炼钢转炉炉气燃烧时，常发生CO排放浓度过高，且烟气排放中含有较高的SO2、NOx、HF污染气体等，这不仅造成能源浪费，而且对环境产生二次污染。通过燃烧主动控制实现转炉炉气高效燃烧、低污染排放的研究目前尚未见有报道。因此，本课题研究转炉炉气高效燃烧及其过程中气态污染物控制机制；根据炉气高温、高含尘特点，研究布风结构参数和气动力学参数对燃烧气流浓度场和流场分布的影响，分析火焰中CO和NOx分布规律，得到控制气流混合、燃烧气氛的机制，实现高温低氧燃烧，提高CO燃尽率，抑制NOx生成；研究不同燃烧气氛时转炉烟尘（Fe、FeO、Fe2O3、CaO等）对NOx催化还原、CO催化氧化、固硫固氟的能力，探索烟尘对CO、SO2、 NOx和HF排放影响机理，分析其 "协同效应"，有效发挥烟尘对气体污染物催化还原、脱除能力；得到转炉炉气高效燃烧、低污染排放控制机制，为转炉炼钢的升级换代提供重要的基础数据和方法。

炼钢转炉炉气燃烧排放时，经常发生CO浓度过高，且烟气中含有较高的SO2、NOx、HF污染气体等。目前，针对转炉炉气通过燃烧控制实现高效燃烧、低污染排放研究目前还没有报道。本课题研究了转炉炉气燃烧混合特性，分析了转炉烟尘中金属及金属氧化物（Fe、FeO、Fe2O3、CaO等）在不同燃烧气氛对NOx催化还原、CO催化氧化、固硫固氟的影响，探索转炉烟尘对CO、SO2、 NOx和HF排放影响机理分析其 “协同效应”，得到了如下重要结论：.（1）转炉炉气与漏入冷却烟道中的空气具有较差的混合特性，必须避免大量的过剩空气漏入冷却烟道；为了降低NO排放，燃烧化学当量比和温度必须有效控制；为了改善转炉炉炉气与空气混合，燃烧空气有效组织切向进入烟道，可使得炉气与空气得到充分混合，混合强烈。.（2）高温转炉烟气扩散燃烧时，NOx排放随过量空气系数（SR）增大略有降低；而当温度大于1500 K时，NOx排放随温度的升高而快速增大；SR<1,过量空气系数和和温度对CO燃尽都具有重要的影响，而当SR>1，炉气温度对CO燃尽影响较小。.（3）CaO对CO还原NO具有明显的催化作用，在700-950℃区间其催化还原能力高，在800℃左右其催化还原贡献率可达42%；烟气中H2O和CO2浓度增大，不利于CaO对CO还原。.（4）气态Fe和FeO对CO可以有效地促进CO的燃烧，过量空气系数减小时，其催化作用更加明显。气态铁化物催化CO氧化的反应路径主要如下：Fe+O2=FeO+O, FeO2+O=FeO+O2, Fe+O2=FeO2, FeO+CO=Fe+CO2. 在这个循环反应过程中，铁化物以Fe-FeO/FeO2-Fe 的形式催化CO氧化。.（5）在还原气氛下，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；当温度大于1100K时，CaF2开始分解。在氧化气氛下，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；当温度大于1473K时，转炉烟尘脱硫能力急剧下降。.以上研究结论为转炉炉气低污染高效燃烧利用应用提供了理论支持和和重要的试验数据，为污染物排放控制提供了依据。