钢铁行业氮氧化物控制技术及对策

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2018-09-05
简介
文章针对我国重要氮氧化物来源—钢铁工业的氮氧化物生成机制,排放节点及特征,国内外控制技术现状开展研究分析,在大气污染控制基础上,并提出了我国钢铁行业氮氧化物控制的对策建议。详细内容,请阅读文章!

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氮氧化物具有多重的环境效应[1]。我国的氮氧化物排放近年来增长迅猛,导致区域O3和PM2.5污染的加重,大范围的灰霾现象时有发生。我国酸雨正在由硫酸型酸雨向硫酸/硝酸复合型过渡[2],氮氧化物排放增加引起的氮沉降成为我国水体富营养化的重要原因之一[3]。氮氧化物中的NO2更对人体健康也有着直接的危害。根据研究者的评估[4],我国氮氧化物排放量已由1980年的486万t增至2000年的1 177万t。而据最新统计的结果,我国2011年氮氧化物排放量已达2 273.6万t,呈加速上升态势。为了进一步扼制氮氧化物不断增长的趋势,我国《国民经济和社会发展十二五规划纲要》已明确在“十二五”期间将氮氧化物排放量减少10%作为主要目标之一。本研究针对我国重要氮氧化物来源———钢铁工业的氮氧化物生成机制,排放节点及特征,国内外控制技术现状开展研究分析,并提出了我国钢铁行业氮氧化物控制的对策建议。1 我国钢铁工业的发展及氮氧化物排放现状我国钢铁工业经历了不平凡的发展历程,改革开放以来取得了举世瞩目的成就。建国初期,粗钢产量只有15.8万t,而到2011年粗钢产量已达6.955亿t,是建国初期的4 400倍,占世界总产量的45.5%。然而钢铁工业快速发展所引起的环境污染问题也不容忽视。特别是我国一直未针对钢铁行业氮氧化物开展控制工作,亟需对其排放、控制及相关政策开展研究。根据2007年第一次全国污染源普查数据,黑色金属冶炼及压延加工业(钢铁行业不含炼焦)氮氧化物排放量已达81.74万t,约占全国总排放量的4.55%(见图1),是继火力发电、机动车、水泥工业后第四大氮氧化物排放源。图1 2007年中国氮氧化物排放量部门构成Fig.1 NOXemission from main sectors in 20072 钢铁生产工艺及氮氧化物的生成机制2.1 钢铁生产工艺概述钢铁生产工艺主要分为矿石预处理、焦化、炼铁、炼钢以及轧钢过程(见图2)。矿石预处理过程分为团矿和烧结过程。团矿过程通常在铁矿附近进行;而烧结则是在钢铁生产企业中进行,其主要目的是将铁矿粉、焦炭粉、烟尘粉等通过煅烧形成具有合适质量、大小、孔隙度和强度的适于高炉的颗粒[5]。焦化过程是将具有特别性质的煤在厌氧条件下进行热解碳化,生成气态、液态和固态产物(焦炭)的过程。高炉炼铁是将烧结矿或球团矿、石灰石和焦炭经过加热、还原、熔化、造渣、渗碳、脱硫等一系列物理化学过程,最后生成液态炉渣和含铁90%(质量分数)的生铁的过程。炼钢过程主要有转炉炼钢和电炉炼钢两大类。转炉炼钢以铁水及少量废钢为原料,以石灰、萤石等为熔剂。根据冶炼时向炉内喷吹氧气、惰性气体的部位,可分为顶吹转炉、底吹转炉和顶底复吹转炉。电炉炼钢以废钢为原料,辅助料有铁合金、石灰、萤石等。2.2 钢铁工业氮氧化物的生成机制及来源氮氧化物的生成机制主要有3种:高温型、燃料型和快速型。钢铁工业工艺过程中燃料以气体燃料为主(含氮量较低),除了烧结工艺中使用焦粉为燃料以及焦炉干馏过程中可能有燃料型氮氧化物产生外,氮氧化物的产生以高温型为主。大型钢铁联合企业生产工艺中包括的烧结、焦化、炼铁、炼钢、轧钢等过程均因是高温工艺而成为潜在的氮氧化物排放源。图3所示为欧盟统计的钢铁行业各工艺的氮氧化物排放均值。
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