果核生物质炭燃烧特性及其应用于烧结的减排行为

传统铁矿烧结以焦粉为主要能源,排放了大量的CO₂以及大气污染物,从源头上使用清洁燃料代替焦粉是一种有效、经济的减排方案。生物质燃料具有碳中性、低S、低P的特点,本文选择果壳类生物质炭为研究对象,阐明了其燃烧和气化特性,并通过烧结杯试验探究其代替焦粉对烧结过程的影响规律,研究发现其替代焦粉的最佳质量分数为40%,此替代比例下烧结指标不会发生明显变化,而CO₂、SO_x、NO_x的排放分别减少23.05%、42.77%、30.99%,具有明显的减排效果。     

烧结燃料清洁化对NOx减排影响的中试试验

钢铁烧结工序是典型的高能耗、高物耗和高污染工序,烧结脱硝成为钢铁行业发展的最主要的难题,从源头削减NO_x的产生是有效解决方案之一。为此,建立烧结杯中试试验系统,采用清洁燃料替代的方法进行氮氧化物源头减排的研究。试验筛选出石蜡、低氮煤、甲醇3种低氮物料分别与无替代烧结NO_x进行排放比较,同时比较了烧结过程的增温速率、高温水平、高温持续时间;分析了在满足烧结热量和温度需求情况下,NO_x的减排效果以及变化规律和机理,综合分析3种物料或燃料替代减低NO_x的效果。试验结果表明,用低氮煤替代50%焦粉,NO和NO_x平均浓度分别为63.4和99.7 mg/m3,分别降低44.8%和43.9%;用石蜡替代10%焦粉,NO和NO_x平均浓度分别为48.5和76.7 mg/m3,分别下降57.8%和56.8%。从降低NO_x浓度效果来看,石蜡优于低氮煤。用甲醇替代10%焦粉和20%焦粉,虽然都有一定降低NO_x的效果,但是增温效果不能满足烧结的温度和热量要求,不适合作为替代的清洁燃料。     

无烟煤代替焦粉燃烧行为及对烧结NOx排放的影响

 为了明确固体燃料燃烧行为对烧结过程NOx排放及其产质量的影响规律,采用微型燃烧装置考察了无烟煤代替不同比例焦粉时其燃烧速率、CO生成等燃烧行为对NOx排放浓度和总量、氮元素转化率的影响规律,并在此基础上进行工业性试验,研究不同替代比例下NOx排放和烧结产质量指标的变化规律。结果表明,随着无烟煤代替焦粉比例的升高,其燃烧速率逐渐减小,且其与NOx排放浓度整体呈线性正相关关系,同时其CO生成量则先增大后减小,且与NOx排放总量和氮元素转化率均呈线性负相关关系。此外,固体燃料的燃烧热值会对烧结产质量指标产生影响,而在兼顾NOx排放指标及烧结产质量指标下,低氮无烟煤代替焦粉的适宜比例为70%。     

高炉内H2体积分数对焦炭气化反应的影响

 为了明确高炉富氢冶炼条件下焦炭的气化行为,利用高温模拟试验研究了高炉内φ(H₂)对焦炭气化反应和孔隙结构的影响,得到了不同φ(H₂)下矿石的还原与焦炭气化反应的关系、焦炭气化最严重的温度区间及焦炭微观孔隙结构的变化。研究结果表明,矿石的还原度和焦炭的失重率在升温过程中都逐渐增加。随着φ(H₂)的增加,焦炭的气化率增加幅度最大的温度区间逐渐向低温区移动,主要由于随着φ(H₂)的增加,矿石的还原反应逐渐趋向于在低温区进行,使得其在高温区产生的可供焦炭气化反应的CO₂和H₂O的总量降低;φ(H₂)由5%增加至10%时,焦炭的气化率增加幅度最大;随着φ(H₂)的增加,焦炭的平均壁厚逐渐降低,孔隙率、比表面积及总孔容都逐渐增加;焦炭大孔所占比例逐渐增加,焦炭气孔壁的薄壁结构所占比例逐渐增加。     

生物质燃料用于铁矿烧结的研究进展

生物质燃料由于来源广泛、储量巨大且具有高发热值、高纯度、低成本的优势而具有良好的应用前景,其应用于烧结生产也是钢铁行业低碳绿色高质量发展的重要途径之一。本文从原料制粒、烧结过程、烟气减排三个方面对生物质燃料在铁矿烧结工艺中的应用进行系统性的归纳与分析。在原料制粒方面,生物质燃料相较于焦粉和无烟煤,在烧结生产时需要配入更大的水分,根据生物质燃料的种类该水分配比可能需要增加1%～5%。在烧结过程方面,受限于燃烧特性,生物质燃料替代焦粉的比例不宜过高,一般为10%～40%,进一步提高该配比则会出现烧结矿成品率和转鼓指数、烧结机利用系数的显著降低。在烟气减排方面,生物质燃料在降低烧结烟气中CO、NO_x、SO_x、粉尘和二■英等有害污染物排放量方面作用显著。对于大规模工业化应用,仍需继续加深理论与试验探索,进一步提高生物质燃料的可获得性,统筹生物质燃料回收加工处理的配套产业,并加大包括投资鼓励等政策支持。     

焦粉与无烟煤对烧结生产的影响

研究了焦粉与无烟煤作为烧结生产燃料时对烧结生产过程、烧结矿产量和质量产生的影响。结果表明:使用焦粉作固体燃料比使用无烟煤作固体燃料,适宜的固体燃料配比高0.3%,混合料适宜的水分降低0.6%,烧结机台时产量高15.75t/h,余热蒸气产量低2.13t/h,两者作固体燃料时烧结矿物化指标并无显著差异。     

宝钢烧结用煤的理化性能测定及评述

对宝钢以煤代焦烧结可使用的四种固体燃料：太西煤、宝桥煤、大安山煤及焦粉的理化性能,如挥发性、着火点、反应性及干馏速度进行了测定和比较。为该厂更合理地选择燃料,提高烧结效果提供了依据,并为以煤代焦烧结研究的后续试验奠定了基础。     

烧结燃料二次分加优化试验研究

为进一步探明燃料种类及其搭配，燃料粒度等对燃料二次分加效果的影响，就二次分加时，无烟煤与焦粉的搭配顺序，焦粉粒度对钒钛磁铁精矿烧结指标的影响进行了研究。找出了适宜的燃料种类（焦粉）及其适应的粒度范围。为燃料二次分加工艺优化工业性试验提供了依据。     

焦炭在H2O+CO2气氛中的溶损反应特性

 为了研究富氢高炉内焦炭的溶损反应特性,开发了连续进水的全自动焦炭反应性测定装置,分别利用CO₂和N₂载带不同比例H₂O(0%～30%)提供H₂O+CO₂(H₂O和CO₂混合气体)和H₂O+N₂(H₂O和N₂混合气体)的含水气氛进行焦炭溶损试验,通过红外气体分析仪实时记录出口气体中CO和H₂的摩尔分数,研究了焦炭在H₂O+CO₂气氛下的溶损反应过程以及碳溶反应(C+CO₂=2CO)和水煤气反应(C+H₂O=CO+H₂)的动力学过程。研究表明,随着H₂O+CO₂混合反应气氛中H₂O比例的增加,焦炭的碳素溶损率和溶损速率均逐渐增大,而且水煤气反应的溶损速率逐渐变大、碳素溶损率逐渐升高,但是碳溶反应的溶损速率则逐渐减小、碳素溶损率也逐渐降低,这说明H₂O+CO₂反应气氛中H₂O和CO₂同时与焦炭反应存在显著的竞争作用。通过分析碳素溶损率和水蒸气含量线性关系的拟合斜率发现,焦炭在H₂O+CO₂混合反应气氛中发生的碳溶反应和水煤气反应的斜率均小于单纯单一气氛下的碳溶反应和水煤气反应的斜率,并提出基于斜率差值的抑制因子α表征H₂O和CO₂对碳溶反应和水煤气反应互相影响程度,CO₂对水煤气反应的抑制因子α_<sub>CO₂/H₂O为0.253,H₂O对碳溶反应的抑制因子α_<sub>H₂O/CO₂为0.179,α_<sub>CO₂/H₂O为α_<sub>H₂O/CO₂的1.41倍,CO₂对水煤气反应的抑制程度强于H₂O对碳溶反应的抑制程度。     

安钢烧结系统配加低氮固体燃料减排的工业实验

烧结过程中产生的氮氧化物主要来自于固体燃料中挥发份的燃烧,而安钢烧结使用的固体燃料以无烟煤为主,挥发份含量较高,因此氮氧化物排放较高.为验证低氮固体燃料对烧结污染物减排的作用,技术人员在2#烧结系统组织了低氮煤和焦粉替代高挥发份无烟煤的工业实验,对比分析了减排效果及燃料成本变化.     

用煤粉代替焦粉的烧结实践

广钢的烧结燃料是焦粉,燃料成本偏高。为降低燃料成本,决定用价格较低的无烟煤粉代替焦粉,在烧结杯实验的基础上,进行了生产试验,取得了降低烧结燃料成本的成效。研究与实践表明,煤粉配入比例占燃料的40%左右比较合适。     

活性焦法烧结烟气脱硝率影响因素解析

 为了明确活性焦在烧结烟气净化系统循环使用过程中脱硝性能变化及影响烧结烟气脱硝率的主要工艺参数,提高活性焦法烧结烟气净化效率,通过红外光谱分析和模拟试验研究循环使用中活性焦性能变化及其对脱硝率的影响,并通过生产数据统计分析明确影响活性焦法烧结烟气脱硝率的主要工艺参数及其影响规律。结果表明,经循环使用,活性焦表面酚基和醌基数量增加,对NO吸附量降低,导致活性焦前期脱硝率下降,而氨气预吸附处理可大幅提高其前期脱硝率;随脱硝段高度位置下降,脱硝率经历100%、迅速降低、缓慢升高直至平衡等阶段。其次,脱硝率与氨氮比、O₂体积分数、NO_x质量浓度、解析温度呈正相关,与H₂O体积分数、SO₂质量浓度、烟气流量、活性炭床温度呈负相关,其中,氨氮比、O₂体积分数和NO_x质量浓度对脱硝率影响最大,工艺参数优化过程中应着重关注。     

均匀设计-X射线荧光光谱分析铀锆合金中铀和锆的方法探讨

铀锆合金燃料是第4代先进核能系统主要燃料形式,合金成分及含量是燃料性能的关键参数之一,及时、准确地测定铀锆合金中铀(U)、锆(Zr)含量至关重要。常规测量常量水平的铀、锆含量的方法,存在分析过程繁琐或受铀锆元素间基体效应干扰明显等问题。实验通过均匀设计试验方案设置试验点的布置方式,采用均匀设计方案,利用4因素9水平的均匀设计表(U_9~*(9~4))设置试验点,以满足不同铀、锆元素含量的铀锆合金燃料研制需求,建立了X射线荧光光谱(XRF)测定铀锆合金中铀和锆含量的方法。通过实验建立铀、锆信号强度(I)与元素浓度(C)的多元回归模型分别为C_(Zr)=-0.032+0.008 I_(Zr)+2.395×10~(-5)I_(Zr)·I_U,C_U=-0.408+0.03 I_U+1.003×10~(-5)I_(Zr)~2,锆、铀含量分别与锆、铀信号基本呈线性关系。对标准溶液中锆含量分析结果的相对偏差可控制在2.0%内,铀含量分析结果的相对偏差可控制在1.0%内;利用实验方法计算获得的6组铀锆合金中铀锆含量与二元比例方法较为吻合。     

烧结配加干熄焦除尘焦灰的工艺技术

济钢第一烧结厂将干熄焦除尘焦灰用于烧结生产。实践证明 :焦灰可在烧结生产中取代部分焦粉或无烟煤 ,对生产影响不大 ,消化了内部废弃资源 ,年降低烧结矿成本 5 6万元     

炼铁系统低碳技术发展前景与途径

 现代高炉炼铁是以人造矿石和焦炭为物质基础的。现代高炉实现绿色低碳炼铁,需要从炼铁工序的层次优化工艺流程和关键技术,实现烧结、球团、高炉等多工序的协同优化。面向未来,在提高资源和能源利用效率的同时,基于现有技术推进采用低碳节能技术和先进工艺。对于烧结、高炉等传统工艺技术,要进一步研究并应用先进技术,提高生产效能、降低能源消耗和碳排放。持续研究推广绿色低碳烧结技术,如低碳厚料层烧结技术、烧结料面富氢气体喷吹技术、烧结返矿高效回收利用技术、低温烧结技术和热风循环烧结技术等,有效降低烧结过程的能源消耗和CO₂排放。充分利用中国精矿粉资源生产球团矿,提高球团矿产能和产量,进而提高球团矿入炉比率和炉料综合品位,有效降低碳素燃料消耗。提高高炉富氧率和喷煤量,持续提高风温、降低燃料消耗,提高高炉顶压和煤气利用率。有条件的高炉喷吹富氢气体以减少焦炭消耗,开发应用高炉炉顶煤气循环及CO₂脱除再利用(CCUS)等技术。研究解析了高炉炼铁工艺碳-氢耦合还原的热力学机理,讨论了在高炉内不同温度区域固体碳、CO和H₂的还原能力,提出了直接还原与间接还原的耦合匹配是实现最低燃料比的技术核心,探讨了高炉炼铁喷吹全氢/富氢气体的技术可行性和经济性。这些综合技术措施对于进一步降低高炉工艺流程的碳素消耗、减少CO₂排放具有显著效应。与此同时,设计先进合理的流程系统和耗散结构,优化工序界面技术,构建信息物理系统(CPS)实现炼铁工序协同高效、动态有序运行,这也是高炉炼铁工艺实现绿色低碳的关键共性技术之一,具有广泛的适用性和显著的应用效果。     

烟气循环烧结过程料层温度及NOx排放模拟模型

 为了研究烟气循环条件影响料层的热状态及减排机理,依据烟气循环烧结过程主要反应的热力学和动力学、气-固传热规律以及气体流体力学,建立了烟气循环烧结料层温度及NO_x排放的数值模拟模型。试验验证结果表明,模型计算的料层温度、气体组分(O₂、CO、NO)等与试验检测值吻合较好,料层温度及NO排放浓度相对误差在±5%以内;根据模拟模型分析可知,烟气循环烧结中影响NO排放的主要因素是烟气循环中O₂和CO浓度,随着O₂浓度的降低和CO浓度的上升,燃料氮氧化反应速率明显下降,NO-CO还原反应速率升高,烟气中NO平均排放浓度降低。