高炉喷吹煤气的煤造气试验

为克服喷吹煤粉给高炉冶炼带来的不利影响,提出了由造气炉燃烧普通煤产生煤气,自风口喷入高炉替代喷吹煤粉的新工艺,研究工艺参数对煤造气质量的影响规律。结果表明,气化剂流量增加,煤气中CO+H_2含量和煤气热值先升高后降低;CO+H_2含量和煤气热值随着反应温度、料层厚度、富氧率的增加而增加。当气化剂流量1.0 m~3/h、反应温度1 000℃、料层厚度1 000 mm、富氧率15%时,煤气质量达到最佳值,CO+H_2含量达到79.37%,煤气热值达到10 229.51 kJ/m~3。     

高炉喷吹煤气工艺中炉顶煤气循环的变化规律

高炉喷煤新技术结合了高炉和造气炉的传统工艺,通过炉顶煤气循环,实现了炉顶煤气的合理利用。结果表明,随着循环时间的增加,所需煤量增多,造气炉煤气中H_2和CO体积分数升高,高炉中总热收入和热量收支差降低;炉顶煤气中H_2和CO体积分数升高,N_2和CO_2体积分数降低,且随着煤气循环,最终达到气体成分基本不变,保证了高炉的最佳运行状态。     

高炉喷吹COREX脱CO2顶煤气的数值分析

 COREX脱CO₂顶煤气作为一种优质富氢气体,直接喷吹进入高炉可有效降低高炉燃料消耗。建立了高炉喷吹COREX脱CO₂顶煤气静态工艺模型,研究高炉喷气对风口理论燃烧温度、炉腹煤气量、炉腹煤气成分、风口回旋区形状、直接还原度、节焦效果等因素的影响,并进一步探究了提高风温作为热补偿措施后的适宜喷气量。研究结果表明,不采取热补偿措施条件下,随着COREX脱CO₂顶煤气喷吹量的增加,理论燃烧温度逐渐降低,炉腹煤气量逐渐升高,高炉直接还原度降低。以维持理论燃烧温度和炉腹煤气量稳定为标准,风温相对基准提高30、60、90 ℃后,可接受喷吹的煤气量为45.4、85.5、123.3 m3/t。热补偿后,随着喷气量增加,鼓风量逐渐降低,富氧率逐渐升高。炉腹煤气中的CO及H₂含量随喷气量增加而增加,每增加10 m3/t的COREX煤气喷吹量,炉腹煤气中总的还原气体体积分数增加0.46 %,直接还原度降低0.006,节约焦炭1.48 kg/t。     

气化参数对生物质高温蒸汽/空气气化过程的影响

利用Aspen Plus软件对生物质(玉米秸秆,杉木)的高温蒸汽/空气气化过程进行了模拟研究,模拟值与实验值吻合较好,并利用该模型研究了气化剂预热温度,水蒸汽通入量(S/B)及空气当量系数(ER)对气化产气组分、碳转化率及产气热值等气化指标的影响。研究结果表明:提高气化剂预热温度有利于提高产气中H_2和CO含量、产气热值和碳转化率;增大S/B值可提高H_2含量和碳转化率,降低CO含量,产气热值先增加后减少,当S/B等于1.5时产气热值存在最佳值;增大ER值有利于提高碳转化率,但对H_2含量及产气热值具有负面作用,CO含量先增加后减少,CO_2含量先减少后增加,且当ER值为0.15时CO含量达到最大值,CO_2含量达到最小值。     

不锈钢粉尘气体还原过程中Fe_2NiO_4的分解行为研究

研究CO和H_2气体还原Fe_2NiO_4的热力学过程和分解特征,探讨气体组成和温度对Fe_2NiO_4分解行为和还原产物的影响。结果表明,CO和H_2气体能够将Fe_2NiO_4还原为镍氧化物和铁氧化物,以及铁氧化物逐级还原,甚至直接还原成金属Ni和Fe;CO-H_2混合气体还原Fe_2NiO_4过程失重率随混合气体中H_2含量和温度发生明显变化,当温度820℃时,CO的还原能力比H_2强,失重率随着混合气体中H_2含量的增加而逐渐减小;当温度820℃时,H_2的还原能力比CO强,失重率随混合气体中H_2含量的增加而逐渐增大;若将Fe_2NiO_4完全还原为金属Ni和Fe,所需混合气体量至少为理论值的4倍。     

炉顶煤气循环氧气高炉一维气固换热与反应动力学模型

结合风口回旋区燃烧和炉外煤气预热、脱除和循环的平衡关系,建立了氧气高炉一维气固换热与反应动力学模型,并采用传统高炉的运行和解剖数据对模型进行了验证分析.通过模型研究了氧气含量和上部循环煤气流量对氧气高炉炉内过程变量的影响规律.结果表明:氧气含量偏低和上部循环煤气流量不足时,会降低铁矿石还原效果,炉渣内出现大量未还原铁氧化物;氧气含量和上部循环煤气流量的提高可以有效提高炉内CO含量和铁矿石还原速度,但提高上部循环煤气流量会大幅提升炉顶煤气温度,增大热量损失.与传统高炉相比,氧气高炉内CO含量提高1.0~1.5倍,炉内气体还原性更强;铁矿石还原完成位置提高1.49 m,全炉还原反应速度更快;直接还原度降低55.2%~79.2%,炉内直接还原反应消耗的碳量更少.      

高炉煤气中氢含量对炉料还原的影响

研究不同H_2含量煤气条件下高炉炉料的还原过程,观察矿石微观结构及元素成分,结果表明:相同温度下,随着氢气含量增加矿石中铁元素聚集明显增加;随着还原气中氢气含量增加,矿石失重率、还原率、金属化率均升高。由于氢气含量的提高,间接还原得到发展,可以有效降低直接还原度。但是氢气含量过高,则会发生非铁金属的还原,这可能导致能耗升高,煤气中的氢气含量应选择合适的值为15%左右。     

高炉喷吹煤气后固体炉料的还原与变化

模拟高炉喷吹含氢煤气条件下炉料的变化过程,结果表明,炉料的低温还原粉化率随氢含量增加而增加.随着温度的升高炉料的低温还原粉化率降低.氢含量升高有利于铁氧化物的还原、CO的析碳,温度为900 ℃时氢对还原矿的碳含量无影响.氢含量升高,焦炭的反应后强度大幅度降低.     

熔融气化炉填充床冶炼特征的数值模拟

熔融气化炉填充床是将预还原炉料熔炼为液态铁水,并利用块煤裂解生成大量还原煤气供预还原竖炉使用的主要冶炼场所.文章建立了熔融气化炉填充床一维稳态数学模型,数值模拟分析了填充床内还原煤气与固体炉料的温度及组分分布特征.结果表明:由于海绵铁与块煤及熔剂的温差较大,固相间辐射热传递使得海绵铁温度呈先降低后升高的变化趋势,随着固体炉料的下降,海绵铁逐渐熔炼为液态铁水,至填充床底部,铁水温度可达1 774 K.另一方面,随着煤气流的上升,块煤热解使得H_2体积浓度大幅提高,熔剂分解及海绵铁还原亦导致CO_2体积浓度逐渐增大,至填充床上部,CO体积浓度稳定于71.8%.     

H_2-CO混合气体还原氧化亚铁粉体的动力学

通过热重实验获得了873、973和1173 K三个温度条件下不同组成的H_2-CO混合气体还原氧化亚铁的动力学曲线,发现在873和973 K时由于析碳反应的发生,动力学曲线较为混乱,没有规律,而在1 173 K时,还原曲线则随还原气体中H_2含量(体积分数)的增加表现出明显的规律性.通过H_2-CO与H_2-Ar气体还原氧化亚铁动力学的比较,混合气体中CO参与反应的速率与其含量(体积分数)基本符合线性关系.还原产物形貌观察的结果表明,随着反应温度的升高,还原产物孔隙增大,铁相充分发育长大并逐渐有明显的烧结现象.     

烧结矿在CO-H_2-CO_2-N_2气氛下还原粉化行为研究

针对国内某大型钢铁厂高炉加湿富氧增加高炉煤气中H2含量,从而减少CO_2排放的生产,在实验室条件下采用程序还原炉研究了不同H2含量和不同还原气(CO+H_2)比例对烧结矿低温还原粉化行为的影响,并采用SEM电镜对还原过程中烧结矿的微观结构进行了观察,定义了烧结矿的裂纹密度以表征烧结矿的结构变化。研究结果表明,在500℃下,随着H2含量由0增加到12%,烧结矿还原度呈现下降的趋势,烧结矿还原粉化指数RDI+3.15有所升高,从58%增加到62.5%,烧结矿的裂纹密度急剧减小,由105m/m~2减少到23 m/m~2;随着还原气比例(CO+H_2)由20%增加到40%,烧结矿的还原度急剧增加,烧结矿的R+3.15由58.5%减少到54%,烧结矿的裂纹密度急剧增加,从102 m/m~2增加到170 m/m~2。     

氧气高炉风口前燃烧带数值模拟

根据气膜传质控制理论,在物料平衡和能量平衡的基础上,建立了O2高炉风口前燃烧带数学模型,模拟了不同鼓风速度和O2湿度条件下风口前燃烧带内气体各组分浓度场和温度场分布情况。模拟结果表明：改变鼓风速度可以调节风口前燃烧带气体温度和浓度分布,从而调节O2高炉软熔带形状及煤气流分布;增加鼓风湿度可以降低风口理论燃烧温度,增大还原煤气中H2含量。     

高富氧喷煤高炉内焦炭质量劣化初探

实验表明，高炉高富氧喷煤条件下，炉内的温度分布，矿焦比，煤气成分与流量对焦炭的溶损量和热强度影响显著。煤气中ＣＯ或Ｈ２含量增加，会提高焦炭的溶损率和粉化程度；反应温度和矿焦比升高也有相同的结果。     

辉钼矿直接氢还原工艺的热力学研究

对三种无SO2污染的辉钼矿氢还原生产金属钼路线进行了热力学分析。不用固硫剂,辉钼矿直接氢还原反应是很难进行的。用CaO做固硫剂,辉钼矿氢还原反应是可以进行的,随着温度的升高氢气利用率逐渐增加。用Na2CO3做固硫剂,辉钼矿氢还原反应的产物通过水洗可以得到纯金属钼粉。氢气利用率随着温度的升高与压力的下降而增加。     

炉顶煤气循环氧气高炉的能耗和碳排放

基于相间传热传质和反应动力学理论,建立了由高炉本体一维模型、风口回旋区燃烧模型、CO2脱除单元模型和煤气预热单元模型组成的炉顶煤气循环氧气高炉工艺综合模型,研究了该新型炼铁工艺的可行性,分析了关键参数对综合能耗和碳排放的影响。研究结果表明:下排风口循环煤气流量需要维持在一定范围内来保持合理的理论燃烧温度;低温和高还原势的炉内环境有利于抑制焦炭气化反应,加强铁氧化物间接还原;氧气高炉的煤气输出量较少,但热值很高,能达到传统高炉煤气热值的2倍以上;焦炭消耗的减少显著降低了氧气高炉的输入总能量,即便是与副产煤气全部有效利用的传统高炉相比,氧气高炉仍具有综合能耗较低的优势;由于氧气鼓风和CO2分离过程消耗大量电力,氧气高炉的CO2间接排放要高于传统高炉,而CO2捕集和封存可显著降低氧气高炉系统的CO2直接排放;与传统高炉相比,氧气高炉系统的CO2直接排放可降低57.1%~59.0%,净排放可降低32.9%~40.4%,节碳减排效果显著。     

焦炉煤气自重整炉气成分与温度变化规律研究

 通过CH4 H2 CO H2O CO2 O2煤气体系的热力学模拟计算,对焦炉煤气自重整技术进行了研究。结果表明：高温、高CH4含量以及低压有利于焦炉煤气自重整。在配氧量14％,反应温度850～900 ℃,体系压力为0.3 MPa的条件下,对焦炉煤气进行自重整,则还原气平衡态组分中的氢气的体积分数可由60.0％提高到71.5％,CO体积分数可由8.0％提高到23.1％;气体的还原势为97.2％,还原气体总量约增加33％。     

基于ASPEN PLUS的垃圾等离子体气化模拟研究

利用ASPEN PLUS软件建立EPJ模型,通入O2、水蒸气和CO2作为气化剂进行模拟,分析3种气化剂的不同特点,发现O2当量值是影响气化过程的重要因素;通入O2时CO+H2百分比最大为72%,通入水蒸气时CO+H2百分比最大为82.1%,通入CO2时CO+H2百分比最大可达82.4%,可以看出通入H2O和CO2是合成气中CO+H2含量较高,合成气质量较高。随着3种气化剂的增加,合成气低热值均不断减小。随着O2当量值的增大,气体产率先增加后趋于1.614 m3/kg;通入水蒸气和CO2时,气体产率不断增大。     

温度与压力对石油焦气化制备甲醇合成气的影响

基于Aspen plus建立石油焦-氧气水蒸气流化床气化制备甲醇合成气模型,用仿真模拟结果与实验值相比较,发现模拟值与实验值具有良好的一致性。并且分析了不同条件下(气化温度、气化压力)对合成气体积分数、合成气产率、φ(H_2)/φ(CO)的影响。结果表明:升高温度可导致φ(H_2)/φ(CO)比值下降,低压有利于制取甲醇合成气。     

焦炭还原脱磷转炉熔渣的气化脱磷试验

 为了解决脱磷转炉熔渣中磷含量过高而不能直接实现转炉内循环利用的问题,在实验室进行了焦炭还原脱磷转炉熔渣热态试验,系统研究了不同碳当量、温度、碱度、FeO质量分数、氮气流量对气化脱磷率的影响规律。研究结果表明,试验采用2倍碳当量气化脱磷效果较好,气化脱磷率随着温度的升高而逐渐增加,1 733 K时气化脱磷率为68.6%;气化脱磷率随着碱度的降低而逐渐增加,当碱度控制为1.4时气化脱磷率可以达到45.6%;FeO质量分数在10%~30%范围变化时,气化脱磷率随着FeO质量分数的增加先升高后降低,FeO质量分数为25%时气化脱磷率最高可以达到43.5%。气化脱磷率随着氮气流量的增加先升高后降低,氮气流量为80 L/h时,气化脱磷率为45.37%。由SEM分析结果可知,脱磷炉渣中的磷主要富集在硅钙富集区域,气化脱磷反应后微区内磷分布无特殊规律。     

焦炭还原转炉熔渣气化脱磷研究

为解决炉渣中磷含量过高而不能直接转炉内循环利用的问题,通过实验室进行了相关热态试验,系统研究了不同温度、碱度、FeO含量、氮气流量对气化脱磷率的影响规律。试验结果表明:气化脱磷率随着温度和氮气流量的增加而逐渐升高,当温度和氮气流量分别控制在1 923 K和0.45 m~3/h时,气化脱磷率分别可达76.26%和64.57%;气化脱磷率随着碱度的降低而逐渐增加,当碱度控制为1.8时气化脱磷率可以达70.35%;FeO含量在16%～32%范围变化时,气化脱磷率随着FeO含量的增加先升高后降低,FeO含量为24%时气化脱磷率最高可以达到66.75%。为实现气化脱磷率在60%以上,应控制分别控制温度、碱度、FeO含量以及氮气流量分别为1 873 K、1.8、24%和0.45 m~3/h。