以高爐熔渣為熱載體進(jìn)行煤氣化的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，能源問題日益嚴(yán)重，節(jié)能減排是我國(guó)目前面臨的首要問題，鋼鐵企業(yè)作為能源資源密集型企業(yè)，是我國(guó)的耗能大戶，煉鐵工序能耗約占鋼鐵企業(yè)能耗的60％，盡管隨著TRT、CDQ等一系列技術(shù)的使用，煉鐵工序能耗有了很大改善，但是到目前為止儲(chǔ)有大量高溫顯熱的高爐熔渣卻沒有得到很好的利用，熱量回收幾乎為零，隨著節(jié)能減排形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，迫切需要新技術(shù)的出現(xiàn)來回收高爐渣的余熱余能。
　　本文從我國(guó)節(jié)能減排、鋼鐵企業(yè)余熱余能利用

2、以及我國(guó)的能源現(xiàn)狀出發(fā)，兼顧我國(guó)煤氣化技術(shù)的發(fā)展，緊密圍繞鋼鐵廠冶金熔渣余熱余能回收利用以及鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的客觀要求，提出利用冶金熔渣進(jìn)行煤氣化的技術(shù)思路，并開展了相關(guān)基礎(chǔ)研究，研究結(jié)果如下:
　　(1)提出了冶金熔渣煤氣化系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要有三部分組成，熔融氣化爐（液態(tài)載體煤氣化爐）、二次氣化爐（顆粒載體煤氣化爐）和鍋爐（固水換熱鍋爐）。熔融氣化爐、二次氣化爐和鍋爐利用熔渣的溫度范圍分別為1773K～1573K、1573K～1

3、073K及1073K～473K。
　　(2)針對(duì)高爐熔渣煤氣化系統(tǒng)，從氣化反應(yīng)機(jī)理、煤的熔融反應(yīng)特性、熔渣煤氣化熱力學(xué)性質(zhì)、熔渣物理化學(xué)性質(zhì)等方面對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了可行性分析，結(jié)果表明高爐熔渣在該過程中不僅充當(dāng)了熱源還起到了催化劑的作用。高爐熔渣在高溫時(shí)的粘度適合熔渣煤氣化的要求。
　　(3)進(jìn)行了高爐熔渣煤氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究，驗(yàn)證了高爐熔渣對(duì)煤氣化反應(yīng)的催化作用，并對(duì)其動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了求算。
　　(4)采用自行搭建的高爐

4、熔渣煤氣化小型冷態(tài)模擬裝置對(duì)熔池內(nèi)的流動(dòng)特性進(jìn)行了研究，研究表明:在較大氣體流速下，氣泡中會(huì)出現(xiàn)明顯的環(huán)流，有利于氣化反應(yīng)的進(jìn)行;氣泡的滯留時(shí)間隨噴吹流量的增加而呈對(duì)數(shù)關(guān)系遞減，頂吹時(shí)，氣泡的滯留時(shí)間最長(zhǎng)。側(cè)吹對(duì)于熔池的攪拌作用最強(qiáng)。采用多支噴槍的噴吹效果要好于單支噴槍，但效果并不是十分顯著。在熔池徑向1/3R處的頂吹噴槍的攪拌能力要優(yōu)于其他位置的頂吹噴槍的攪拌能力。
　　(5)利用自行搭建的小型熱態(tài)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)高爐煤氣化系統(tǒng)的氣

5、化反應(yīng)性和操作參數(shù)進(jìn)行了研究，得出以下結(jié)論:高爐熔渣煤氣化系統(tǒng)對(duì)于煤種具有廣泛的適應(yīng)性，大同煤、阜新煤及沈南煤在該氣化系統(tǒng)中均具有較高的碳轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率，煤氣組份相差不大，煤氣熱值峰值均高于12000kJ/m3，尤其是作為高灰分和低固定碳含量代表的沈南煤，其在該氣化反應(yīng)系統(tǒng)中的氣化反應(yīng)性較強(qiáng)，其反應(yīng)速率甚至要高于其他兩種煤。該系統(tǒng)對(duì)煤粉粒度具有廣泛的適應(yīng)性，研究發(fā)現(xiàn)不同粒度的煤粉，其碳轉(zhuǎn)化率均能達(dá)到100％，并且其反應(yīng)完全所需要的時(shí)間

6、也相差不大，比較來看，80目時(shí)的煤粉從開始反應(yīng)到反應(yīng)完全所需要的時(shí)間略短一些;煤粉粒度對(duì)于煤氣中CO的濃度沒有影響，但是在120目～80目的顆粒范圍內(nèi)，煤氣中H2的濃度隨顆粒粒度的增加而增加;煤粉粒度對(duì)煤氣熱值沒有太大的影響。通過研究氣煤比對(duì)高爐熔渣煤氣化反應(yīng)的影響可知，隨著氣煤比的增加，煤氣組份中CO和H2的濃度均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，煤氣熱值也呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，碳轉(zhuǎn)化率隨氣煤比的增加而增大，煤氣中的C、H比隨氣煤比的增加先下降后上升。在氣煤

7、比為1時(shí)，碳轉(zhuǎn)化率較低，僅為0.88左右，這與實(shí)驗(yàn)中渣池深度太淺具有直接的關(guān)系，通過調(diào)節(jié)渣池的深度可提高碳的轉(zhuǎn)化率。噴吹速度對(duì)高爐熔渣煤氣化反應(yīng)影響十分顯著，在氣煤比均為1的條件下，低噴吹速度時(shí)的煤氣熱值要高于高噴吹速度時(shí)的煤氣熱值，煤氣成分中CO和H2的濃度、碳轉(zhuǎn)化率、煤氣中C、H比等均隨噴吹速度的增加而減少;溫度為1623K左右時(shí)，為高爐熔渣煤氣化反應(yīng)的最佳氣化溫度。
　　(6)針對(duì)高爐熔渣煤氣化工藝進(jìn)行了理論計(jì)算和火用分析，