模拟高炉风温测试废塑料及煤粉燃烧特性

在空气和氧气的不同条件下,研究并对比了不同品种废塑料颗粒与煤粉的燃烧特性.废塑料在1250℃条件下经尾气测试分析表明:气化燃烧快速反应时间明显早于煤粉;4种废塑料的燃烧率平均高于煤粉20～25个百分点,在同样条件下其燃烧时间快于煤粉10～15 s;在富氧条件下废塑料和煤粉的燃烧率和燃烧时间都有不同程度的提高.     

不同粒径煤粉在空气和O2/CO2下燃烧NO生成特性

采用水平管式炉,研究了不同粒径组合的煤粉在不同气氛和温度条件下燃烧过程中的NO释放特性,结果表明:O2/CO2下NO排放量比O2/N2气氛下NO排放量低,温度升高会使NO排放峰值提前,在常规粒径煤粉中添加超细粒径煤粉能够降低NO排放量,且温度越低效果越明显.     

气相成分和造粒条件对废塑料 燃烧和气化的影响

通过实验室研究了废塑料在不同造粒条件下所得的试在空气、氧气、二氧化碳等不同气氛下的燃烧特性并与煤粉进行了对比试验。研究表明：废塑料具有良好的燃烧性，用废塑料代替煤粉喷入高炉可获得较大的经济效益和社会效益。     

煤和塑料混熔喷吹技术研究

概述了国外高炉喷吹废塑料技术现状和国内研究进展,提出了煤与废塑料混熔高炉喷吹新工艺.对不同比例的废塑料与煤粉混合,在200 ℃的混熔温度下制成样品进行燃烧特性试验.结果表明:混熔样品具有良好的燃烧性能,开始燃烧温度和激烈燃烧温度都比煤粉低,塑料的存在对煤有提前燃烧作用,废塑料混熔比例在25%时燃烧时间较煤粉短,燃烧速度快;废塑料与煤混熔对高炉喷吹技术,理论上是可行的.     

氧气高炉回旋区内煤粉燃烧行为的三维数值模拟研究

炉顶煤气循环氧气高炉是一种全新的炼铁新工艺,它可以有效提高煤比、减少CO₂的排放.但是其复杂的燃烧条件将使煤粉在回旋区内的燃烧及高炉下部的行为发生很大变化.为了了解氧气高炉炼铁新工艺条件下喷吹煤粉的复杂现象,建立了一个氧气高炉条件下的氧煤枪-直吹管-风口-回旋区-焦炭床的三维数学模型,研究了氧气高炉下部的温度场、浓度场及煤粉的流动和燃烧特性.模拟结果表明,氧气高炉条件下的回旋区温度显著升高、高温区面积扩大,CO₂含量提高,焦炭床内CO含量显著增加.此外,与传统高炉相比,氧气高炉回旋区表面的煤粉燃尽率增加了10.24%.      

O_2/CO_2燃煤锅炉燃烧过程的数值模拟

O2/CO2燃烧技术应用于燃煤锅炉是捕获和储存CO2的有效方法之一。高浓度、高比热值CO2的存在对煤粉的着火特性和锅炉炉内的温度场分布有重要影响。利用Fluent流体力学软件,以300MW煤粉锅炉为物理模型,对比煤粉锅炉在O2/CO2与空气下炉内温度场分布的差异,分析含氧浓度、二次风温度对锅炉炉内温度场的影响。结果表明:煤粉在O2/CO2比空气气氛下着火有所延迟,火焰中心位置升高,炉内的整体温度偏低,燃烧稳定性差;随富氧程度和二次风温的增加,煤粉燃烧与火焰传播特性改善,当O2/CO2体积比为29/71时炉内温度水平提高较快,与空气助燃条件下炉内温度分布接近。     

高炉中喷吹废塑料的可行性研究（Ⅰ）：——废塑料与煤粉的燃烧特性对比研究

为了研究向高炉中喷吹废塑料的可行性,对几种常见废塑料与高炉喷吹用煤粉的燃烧特性进行了对比研究。结果表明：废塑料具有良好的燃烧性能;废塑料的开始燃烧温度和激烈燃烧温度都比煤粉低,燃烧时间较煤粉短,燃烧速度快,燃烧灰尽少,因此更有利于高炉喷吹。     

废塑料与煤粉的热解特性对比及动力学研究

 采用热重分析法(TGA)研究了城市固体垃圾中的4种常见废弃塑料——废弃聚乙烯农膜(PE)、废弃聚苯乙烯泡沫塑料(PS)、废弃聚丙烯编织袋(PP)、丢弃的聚对苯二甲酸乙二醇酯饮料瓶(PET)和高炉喷吹用煤粉的热解特性,并计算出它们各自的热解动力学参数。结果表明：废塑料和煤粉的热裂解都属于一级反应,但是煤粉裂解温度远高于废塑料,而裂解量却远小于废塑料,在高炉高温条件下,废塑料将具有比煤粉更好的燃烧特性。     

废塑料与煤粉热解特性的研究

分别将4种废塑料和煤粉置于非氧化性气氛中研究其热解特性。研究结果表明,在氮气中废塑料的裂解过程主要分为三个阶段:缓慢裂解—急速裂解—缓慢裂解至结束,煤粉的裂解过程比较平缓;最大裂解速度对应的温度,废塑料平均超过400℃,煤粉为900℃;终了裂解量,不同品种废塑料为85%～100%,而煤粉仅22%,两者差异极大;废塑料的完全裂解表观活化能是煤粉的6～10倍。     

用热重法研究首钢高炉喷吹煤粉的燃烧反应

利用热重法主要研究了首钢3种典型喷吹煤粉在不同升温速率下(5、10、20、50℃/min)的燃烧反应特性,研究了各工况热重曲线后发现,升温速率对煤粉的燃烧特性有影响。随着升温速率的提高,煤粉的着火温度升高,最大失重速率增大,最大失重速率对应的温度升高。参考两段电加热法计算煤粉燃烧率的原理,计算了升温速率50℃/min时煤粉的燃烧率。研究结果表明,700℃时煤粉燃烧率的计算结果与两段电加热法计算燃烧率的结果趋势基本一致,热重法可以计算不同煤粉的燃烧率。     

The Combustion Efficiencies of the Waste Plastics as Supplemental Fuel for Blast Furnace

The possibility of using waste plastics as a source of secondary fuel in the blast furnace has been of interest recently. In order to study the feasibility of injecting waste plastics into blast furnaces, the paper compares the combustibility of several kinds of waste plastics with that of pulverized coal. To improve the combustion efficiency of waste plastics in the blast furnace, the effects of plastic particle size, blast furnace temperature and different atmosphere were investigated in the laboratory. The result shows that compared with pulverized coal, waste plastics have lower thermal ignition temperature, shorter burning time, higher burning rate, lower ash ratio and higher calorific values, which are beneficial for blast furnace injection. With the increase of both the blast temperature and the level of oxygen enrichment, as well as the decrease in the particle size of waste plastics, the combustibility of waste plastics can be improved immensely. The optimization of blast furnace injection utilizing recycled plastics as a source of secondary fuel is possible by considering all these variables.     

Combustion Ratio of Waste Tire Particle, PC and Mixture at Blast Temperature of BF

 In order to study the combustion characteristics of waste tire particle (WTP), pulverized coal (PC) and their mixture, the contents of CO, CO2 and O2 of off-gas during the combustion of WTP, PC and mixture under the condition of rich oxygen by 0-4% in blast and at 1250 ℃ were measured simultaneously using synthetically infrared analyzer, and then the corresponding combustion ratio was calculated and compared. The results showed that the burning rate of WTP reached approximately 57%, which is much higher than that of PC (only about 18%) in the initial 650 s in fresh air, and then the increase of combustion rate of PC is faster than that of WTP; the combustion rate of PC improved remarkably with the addition of WTP. Meanwhile, the combustion rates of all these materials improved with the increase of oxygen content.     

离子液体对不粘煤煤粉自燃特性的影响

为了研究煤粉储运过程中堆积煤粉在漏风环境下氧化升温导致其氧化自燃特征,揭示[BMIM][BF₄]离子液体抑制煤粉氧化阻燃反应机制。本文选用高效阻化剂[BMIM][BF₄]离子液体对红柳煤矿(HL)不粘煤煤粉进行阻化处理,通过煤粉恒温氧化实验测定5%、10%、15%质量分数的[BMIM][BF₄]处理煤粉的自燃临界参数,即煤粉临界自燃温度T_m和着火延迟时间t_i,分析[BMIM][BF₄]对煤粉加热、自热反应的影响;测试同一高温环境下(各煤粉均被点燃)[BMIM][BF₄]对煤粉的宏观阻化特性;通过FT-IR实验表征[BMIM][BF₄]对煤粉的微观阻化特征,验证煤粉自燃临界参数变化规律。结果表明:[BMIM][BF₄]能够抑制煤粉自热反应并提高煤粉T_m和t_i值,降低煤粉自燃危险性,且其质量分数越大,煤粉自燃临界参数越大,其中15%质量分数的[BMIM][BF₄]处理煤粉的T_m为156 ℃,较原煤粉冗余度提高+26 ℃,t_i为80 min,较原煤粉着火延迟32 min。在同一环境温度T_a下(T_a>T_m),[BMIM][BF₄]处理煤粉的中心点温度、耗氧速率、CO产生量均小于原煤粉,且[BMIM][BF₄]的阻化效果随质量分数的增大而增大。[BMIM][BF₄]的阻化作用体现在强电负性氟原子与煤中羟基氢原子形成较强的氢键,溶解破坏煤中羟基基团,阻断煤氧链式反应。      

提高预热煤粉燃烧率的机制

 以邯郸钢铁公司2种高炉喷吹用煤粉作为原料,用马弗炉进行预热,测定不同温度预热后的失重率和燃烧率,并采用扫描电镜（SEM）观察预热后煤粉表面结构的变化。试验结果表明,烟煤150℃预热时的失重率为512%,且随着预热温度升高,煤粉的失重率增加,预热温度300℃时失重率可达到17.24%。无烟煤预热后失重率变化不大,预热温度为300℃时失重率仅为5.66%。预热后煤粉燃烧率明显升高。300℃预热条件下的烟煤燃烧率为89.74%,相对于原煤提高了15.67%,无烟煤燃烧率为85.19%,相对于原煤提高了24.80%。预热后煤粉表面结构发生了明显变化,层状和孔隙结构增加,从而提高了煤粉的燃烧率,为提高预热煤粉的燃烧率提供了理论基础。     

工业废渣对无烟煤燃烧特性的影响

 采用热重法研究了工业废渣钢渣(简称GZ)、瓦斯灰(WSH)和磷渣(LZ)对越南无烟煤燃烧特性的影响。结果表明：工业废渣能很好地改善煤粉的燃烧特性。废渣掺入质量分数为4%时,尽管没有降低煤粉的着火温度,但对煤粉挥发分释放、固定炭燃烧和燃尽温度的降低起到很好的催化作用;GZ,WSH和LZ分别使煤粉燃尽温度降低49,51,66 ℃。研究发现,工业废渣的催化作用,与废渣中CaO和Fe2O3的有关,正是由于废渣中富含CaO和Fe2O3,使得掺入废渣的煤粉燃烧较原煤更加容易。     

高炉喷吹用秸秆炭性能表征

实施碳减排是中国全面执行《巴黎协定》的承诺,利用秸秆炭替代煤粉用于高炉喷吹可实现部分碳减排。采用热分析(TG、DTG、DSC)和角锥法对热解小麦秆炭、玉米秆炭、棉秆炭、稻杆炭、2种无烟煤和1种烟煤的燃烧特性和灰熔特性进行了研究,考虑到碱负荷对高炉顺行的影响,考察了棉杆炭可替代烟煤的比例。结果表明:秸秆炭较煤粉着火点温度、燃尽点温度低,燃烧速率快,释放热量高,燃烧过程稳定,综合燃烧性能好。但秸秆炭(除了棉秆炭)碱金属含量较高,灰熔点温度较低,易结渣,替代煤粉比例不宜较高;而棉杆炭由于CaO含量较高,其灰分软化温度大于1 200℃,灰融特性较好。在不影响高炉顺行的条件下,棉杆炭可以部分替代烟煤,其喷吹量为11.37kg/t,CO2减排量可达65.7kg/t。     

风口前端氧煤燃烧NOx生成行为分析及控制

 以高炉风口前端煤粉燃烧过程为研究对象,通过热力学计算系统分析了不同约束条件下煤气成分及NO_x的生成规律,探讨了温度、煤种比例及煤粉成分、富氧、喷煤等不同工况参数对NO_x生成行为的影响,并提出降低NO_x生成的方向性建议。研究结果表明,高炉风口前端煤粉燃烧生成NO_x兼具热力型、快速型、燃料型3种途径。温度是影响热力型NO_x生成的重要因素,温度大于2 000 ℃时,温度每升高100 ℃,高炉风口前端NO_x生成量增幅大于30%以上,计算温度范围内(2 000～2 400 ℃),NO_x生成量由4 056 mg/m3增加到12 942 mg/m3,NO_x生成量远超传统燃煤锅炉;其他工况条件不变,高炉烟煤配比由0提高至50%,NO_x的生成量由4 152 mg/m3增加至7 486 mg/m3,增幅达到80%;高炉煤比为80 kg/t时,即使不富氧,NO_x生成量依然达到了18 006 mg/m3;喷吹煤粉中1 mol碳素供氧量由2.0 mol降至1.2 mol,NO_x生成量显著减少了68%。综上所述,高炉通过采取调整理论燃烧温度、减少烟煤配比、使用低挥发分煤种、合理匹配富氧喷煤水平等措施,可以实现NO_x生成的源头控制。此外,就高炉NO_x排放角度而言,炉顶煤气中NO_x的含量水平亦显著受高炉内部还原作用的影响。正常冶炼条件下,生成的NO_x在炉内能够被充分还原,高炉炉顶煤气NO_x量通常为50 mg/m3以下,但应关注亏尺、悬料、休送风等特殊工况时高炉煤气及下游煤气用户NO_x的排放水平。