生物質能鐵礦燒結的基礎研究.pdf

1、在全球氣候變暖、生態(tài)環(huán)境惡化的時代背景下，鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排成為當前亟待解決的重點難題。鐵礦燒結作為鋼鐵生產第一道工序，其能耗居鋼鐵企業(yè)第二位，且排放大量含有多種污染物的煙氣，是鋼鐵工業(yè)的能耗大戶和主要大氣污染源。應用清潔可再生的生物質能源替代煤炭類化石燃料進行燒結，其燃燒產生的CO2參與大氣碳循環(huán)，加之生物質燃料低S、低N的特點，因而可從源頭降低燒結CO2、SOx及NOx的產生，對我國鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和實現(xiàn)“低碳經濟”具有重要的意義

2、。
　　本文針對木質炭、秸稈炭、果核炭等三種生物質燃料，系統(tǒng)研究了生物質燃料的物化性能、微觀結構特征及熱化學行為，揭示了生物質燃料的基礎特性;深入研究了生物質燃料對燒結燃燒前沿、燃料燃燒程度、燒結料層熱狀態(tài)等的影響規(guī)律，揭示了生物質燃料影響鐵礦燒結的機理;在此基礎上開發(fā)了強化生物質能燒結的關鍵技術及基于煙氣循環(huán)的生物質能燒結新工藝，為生物質能成功應用于鐵礦燒結提供理論依據(jù)和技術支持。
　　(1)生物質燃料的基礎特性
　

3、　生物質燃料的灰分低、揮發(fā)分高、孔隙率高、比表面積大，決定了其具有良好的燃燒性和反應性:與焦粉相比，生物質燃料燃燒和氣化溫度低，反應速度快，反應活化能低;三種生物質燃燒性和反應性的順序為:秸稈炭＞木質炭＞果核炭。
　　(2)生物質影響鐵礦燒結的規(guī)律和機理
　　生物質能燒結特征表明，隨著生物質燃料替代焦粉比例的增加，燒結速度加快，但成品率、轉鼓強度和利用系數(shù)都呈降低的趨勢，三種生物質燃料對燒結過程的影響程度從大到小依次為:秸稈

4、炭＞木質炭＞果核炭，它們替代焦粉的適宜值分別為20％、40％、40％。生物質能燒結實現(xiàn)了污染物減排:秸稈炭、木質炭和果核炭分別取代20％、40％、40％的焦粉時，COx排放分別減少7.19％、18.65％、22.31％，SOx減少31.79％、38.15％、42.77％，NOx減少18.31％、26.76％、30.99％。
　　揭示了生物質影響燒結的機理:生物質燃料燃燒速度快使燒結燃燒前沿速度增加，破壞了燃燒前沿和傳熱前沿速度的協(xié)

5、調性;生物質燃料良好的反應性使燒結過程燃料的不完全燃燒程度增加，降低了燃料的熱利用效率;生物質替代焦粉后，燒結料層最高溫度降低、高溫保持時間縮短。當木質炭替代焦粉比例從0％提高到40％、100％，燃燒前沿速度從34.11 mm/min提高到41.67mm/min、46.90 mm/min，傳熱前沿速度保持35.71mm/min不變;燃燒比(CO/(CO+CO2)從12.17％提高到13.08％、14.85％;料層最高溫度由1305℃下降

6、到1255℃、1178℃，高溫保持時間由2.67min下降到1.83min、0min。
　　(3)強化生物質能燒結的關鍵技術
　　研究了生物質燃料制備、生物質燃料改性、燃料預制粒、優(yōu)化配礦等技術強化生物質能燒結。通過兩段炭化工藝制備木質炭、果核炭，成型預處理-兩段炭化制備秸稈炭，降低了生物質燃料的孔隙率和比表面積;采用液態(tài)的硼酸和硅溶膠、固體粉末硼砂和SiO2鈍化木質炭，降低反應表面積或起物理阻隔作用，都可使生物質燃燒性和反

7、應性降低;采用預制粒技術控制生物質燃料分布在制粒小球內部，通過改善其二次燃燒的條件而提高生物質完全燃燒的程度;通過優(yōu)化配礦，調控燒結礦熔融區(qū)的CaO/Fe2O3摩爾比、SiO2含量、Al2O3含量和MgO含量等化學成分，提高了熔融區(qū)液相生成量和針柱狀鐵酸鈣生成量，使燒結物料在較低溫度下快速成礦而適合生物質燒結料層溫度低、高溫時間短的特點。在秸稈炭、木質炭、果核炭分別替代20％、40％、40％焦粉的條件下，上述關鍵技術都使燒結礦產量和質量

8、不受影響。
　　(4)基于煙氣循環(huán)的生物質能燒結新工藝
　　依據(jù)生物質能燒結和煙氣循環(huán)燒結對燃料燃燒、料層傳熱的互補性，提出基于煙氣循環(huán)的生物質能燒結新工藝。在循環(huán)煙氣中O2含量15％、CO26％、H2O(g)低于8％、熱風溫度150～250℃的條件下，燃燒前沿速度和傳熱前沿速度趨于一致，并且CO在料層中二次燃燒及煙氣帶入的物理熱使料層溫度提高、高溫保持時間延長;在非選擇性循環(huán)比例40％、面積覆蓋比為100％，以及選擇性循環(huán)