煤在高爐渣中氣化特性的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，能源短缺已成為限制我國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸，如何提高我國(guó)的能源效率，以解決我國(guó)能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題，成為我國(guó)面臨的首要問(wèn)題。鋼鐵工業(yè)是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也是高能耗、高污染的產(chǎn)業(yè)。其中煉鐵工序的能耗約占整個(gè)鋼鐵綜合能耗的60％，并且該比值呈現(xiàn)了逐年上升的趨勢(shì)，鋼鐵企業(yè)能耗的降低越來(lái)越受到煉鐵工序的制約。盡管隨著TRT、CDQ等一系列技術(shù)的普遍使用，煉鐵工序的能耗有所改善，但鋼鐵企業(yè)熔渣所含的高溫顯熱

2、仍沒(méi)得到的有效回收利用，隨著我國(guó)節(jié)能減排形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，如何高效高品位的回收冶金熔渣的高溫顯熱已成為亟待解決的問(wèn)題。
　　本文從我國(guó)的能源形勢(shì)、鋼鐵企業(yè)煉鐵領(lǐng)域余熱余能的利用情況以及我國(guó)的節(jié)能減排的現(xiàn)狀出發(fā)，兼顧我國(guó)煤氣化技術(shù)的發(fā)展，緊密圍繞鋼鐵企業(yè)高溫熔渣余熱余能的回收利用以及鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的客觀要求，提出了利用冶金爐渣進(jìn)行煤氣化的技術(shù)路線，并開(kāi)展了相關(guān)的基礎(chǔ)研究，研究結(jié)果如下:
　　(1)本文提出了冶金熔渣煤氣化系統(tǒng)

3、，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫熔渣的能量的梯級(jí)回收利用，該系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分:熔渣氣化爐（液態(tài)熱載體氣化爐）、二次氣化爐（顆粒熱載體氣化爐）和余熱鍋爐（固水換熱鍋爐）。熔渣氣化爐、二次氣化爐及余熱鍋爐利用熔渣的溫度分別范圍為1773～1573K、1573K～1073K及1073K～473K。
　　(2)利用綜合熱分析儀采用程序升溫法對(duì)擔(dān)載高爐渣情況下煤熱解特性進(jìn)行了研究，驗(yàn)證了高爐渣在一定程度上可提高煤熱解的活性，并對(duì)其相關(guān)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了

4、求解，推算其機(jī)理函數(shù)。
　　(3)利用綜合熱分析儀，采用等溫恒重和程序升溫兩種技術(shù)對(duì)擔(dān)載高爐渣下煤焦氣化反應(yīng)活性進(jìn)行了研究，根據(jù)氣化實(shí)驗(yàn)所得的煤焦失重曲線，對(duì)高爐渣添加量、煤種、升溫速率、高爐渣化學(xué)成分以及氣化反應(yīng)溫度等因素對(duì)氣化反應(yīng)的影響進(jìn)行了分析，以了解擔(dān)載高爐渣下煤焦氣化過(guò)程中基本的變化規(guī)律。
　　(4)根據(jù)綜合熱分析儀程序升溫法所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以現(xiàn)有的氣-固反應(yīng)機(jī)理函數(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合Li Chung-Hsiung積分法

5、，根據(jù)不同的氣固反應(yīng)機(jī)制函數(shù)的擬合線性程度來(lái)判斷擔(dān)載高爐渣情況下煤焦-CO2反應(yīng)機(jī)理函數(shù)，并利用Satava-Sestak積分法對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行求算，由此建立了擔(dān)載高爐渣情況下煤焦的氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理模型，以期為進(jìn)一步的理論研究提供參考依據(jù)。
　　(5)自行設(shè)計(jì)并搭建的一套小型的高爐熔渣煤氣化實(shí)驗(yàn)裝置，并對(duì)熔渣煤氣化反應(yīng)特性進(jìn)行了深入的研究，得出以下結(jié)論:高爐熔渣煤氣化系統(tǒng)對(duì)煤種有廣泛的適應(yīng)性，大同煤、沈南煤在該系統(tǒng)中都有較高

6、的碳轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率，尤其作為高灰分、低固定碳含量為代表的沈南煤，其在該反應(yīng)系統(tǒng)中氣化反應(yīng)性較強(qiáng)，反應(yīng)速率、所產(chǎn)煤氣的熱值與優(yōu)質(zhì)的大同煙煤相差不大;不同粒徑的煤樣在相同條件下反應(yīng)所得氣化指標(biāo)相差不大，這說(shuō)明此系統(tǒng)對(duì)于煤粉的粒度有較強(qiáng)的適應(yīng)性;氣化反應(yīng)溫度對(duì)熔渣氣化反應(yīng)影響顯著，溫度升高在一定程度上有利于提高碳的轉(zhuǎn)化率和氣化效率，對(duì)于該系統(tǒng)，溫度存在一個(gè)最優(yōu)值為1623K:氣化劑作為載氣將煤粉吹入反應(yīng)器內(nèi)，對(duì)于反應(yīng)器內(nèi)的流場(chǎng)和煤粉顆粒起到