【摘要】：噴煤技術(shù)被廣泛的應(yīng)用到高爐煉鐵生產(chǎn)過(guò)程中,來(lái)降低冶金焦的消耗。該工藝大多采用煙煤和無(wú)煙煤混合噴吹,以無(wú)煙煤為主。隨著無(wú)煙煤的逐年消耗,其資源供應(yīng)日漸緊張。為了尋求無(wú)煙煤的替代品,本文對(duì)煤的熱解干餾形成半焦過(guò)程,及半焦與煤粉的混合燃燒過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的研究。文章首先采用吊式高溫爐對(duì)所選用的四種煤(東風(fēng)煤、富鼎煤、勝幫煤、安源煤)進(jìn)行了不同熱解終溫(400℃、500℃、600℃、700℃、800℃)制備半焦的試驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)隨熱解終溫的升高,半焦的揮發(fā)分逐漸降低,固定碳和發(fā)熱值逐漸升高,燃燒特性變差。當(dāng)終溫達(dá)到600℃時(shí),半焦的揮發(fā)分已小于10%�？紤]到在保證高爐安全生產(chǎn)的條件下,盡量提高燃料的燃燒性能,擬選用600℃條件下制得的半焦作為高爐噴吹無(wú)煙煤的替代品,進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。文中采用熱重分析儀對(duì)煤熱解過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)。根據(jù)煤熱解過(guò)程的特點(diǎn),將其反應(yīng)過(guò)程分為3個(gè)階段。第一階段主要是煤中結(jié)晶水和吸附氣體脫除及部分弱鍵解聚過(guò)程。第二階段主要發(fā)生解聚和分解反應(yīng),揮發(fā)出大量碳?xì)浠衔锖徒褂?煤逐漸形成半焦。第三階段主要是半焦進(jìn)一步焦化過(guò)程,并伴有明顯的體積收縮現(xiàn)象。針對(duì)三個(gè)階段特點(diǎn)分別采用界面化學(xué)反應(yīng)控速模型、固體生成物體積不變的內(nèi)擴(kuò)散控速模型、固體生成物體積收縮的內(nèi)擴(kuò)散控速模型來(lái)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。結(jié)果表明擬合效果良好,相關(guān)系數(shù)均超過(guò)0.9。隨后以安源煤為例重點(diǎn)討論了升溫速率對(duì)煤熱解過(guò)程的影響。隨升溫速率的提高,煤熱解的整個(gè)過(guò)程出現(xiàn)了明顯的"熱滯后現(xiàn)象"。本文給出了一個(gè)Arrhenius 方程的修正式 lnki=-Ea0/RT+△Ea(α-1/RT)lnβi+ln(A0)來(lái)描述升溫速率對(duì)煤熱解過(guò)程動(dòng)力學(xué)的影響。結(jié)果表明修正的Arrhenius方程不僅能很好地描述不同升溫速率下熱解動(dòng)力學(xué)過(guò)程,且在5℃·min-1～90℃·min-1升溫速率范圍內(nèi)具有良好的外推性。以首鋼京唐所用的神華煙煤和壽陽(yáng)無(wú)煙煤為例,對(duì)煤粉燃燒過(guò)程動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。其燃燒過(guò)程可分為2個(gè)階段,低溫段主要是氣體產(chǎn)物大量生成、脫揮發(fā)分和固定碳的燃燒,高溫段主要是炭的氧化過(guò)程。修正的Arrhenius方程對(duì)煤粉燃燒過(guò)程動(dòng)力學(xué)在10℃·min-1～45℃·min-1升溫速率范圍內(nèi)同樣具有良好的適用性。升溫速率對(duì)吸放熱反應(yīng)過(guò)程的影響程度不同。在修正的Arrhenius方程中,放熱反應(yīng)△Ea為負(fù)值,吸熱反應(yīng)△Ea為正值。文章還研究了混合燃料中半焦逐步替代無(wú)煙煤對(duì)其燃燒性能的影響。結(jié)果表明隨混合燃料中半焦比例的增加,混合燃料的著火點(diǎn)和燃盡點(diǎn)分別由412℃和627℃逐步升高,同時(shí)可燃性指數(shù)Cb和燃燒特性指數(shù)SN分別由7.06×10-5 min-1·℃-1和9.07×10-7min-2.℃-3逐步降低,說(shuō)明半焦的添加會(huì)降低混和燃料的燃燒性能。最后,對(duì)首鋼京唐高爐的生產(chǎn)指標(biāo)進(jìn)行了分析,表明在噴吹燃料中加入6%～7%的焦粉進(jìn)行混合噴吹,煤粉和焦炭利用率能達(dá)到99%,高爐正常順行生產(chǎn)。因此,比焦粉燃燒性?xún)?yōu)越的半焦,作為噴吹燃料的部分替代品有較強(qiáng)的可行性。
【圖文】：

Ｉ邋苗鐵液逡逑圖２－２風(fēng)口回旋區(qū)周?chē)慕固垮义先鐖D２－２所示，區(qū)域１為回旋區(qū)，焦炭在此處燃燒，溫度約２０００邋°Ｃ。區(qū)域逡逑２是粒度較大的焦炭，來(lái)自中也料柱的活動(dòng)層，它是作為回旋區(qū)燃燒的焦炭來(lái)源，逡逑其粒度的大小和承受熱力作巧的強(qiáng)弱與否對(duì)風(fēng)口區(qū)狀態(tài)有重要作用由于逡逑它己受到一定碳溶反應(yīng)和磨損，表面呈中等棱角和部分純圓狀態(tài)。在研究風(fēng)口焦逡逑炭時(shí)，這部分焦炭性質(zhì)更有意義，稱(chēng)之為爐腹焦。區(qū)域３是已經(jīng)在回旋區(qū)燃燒過(guò)逡逑的焦炭，并且仍不斷在回旋區(qū)內(nèi)循環(huán)，稱(chēng)為回旋區(qū)焦炭。它已承受了較大的機(jī)械逡逑力和熱的作化因此粒度較小而且純圓，其表面因受高溫影響有較高的石墨化度。逡逑一般情況下越向爐子中也焦炭粒度越小，因受鼓風(fēng)動(dòng)力而吹向遠(yuǎn)處。區(qū)域４在整逡逑個(gè)回旋區(qū)焦炭下方，它是一個(gè)很緊密的結(jié)構(gòu)，有碎裂的小粒焦塊。同時(shí)夾雜因重逡逑力流下的液體渣和鐵

爐料移動(dòng)關(guān)系，焦炭Ｗ不同狀態(tài)分布在整個(gè)風(fēng)口區(qū)域。逡逑Ｉ邋苗鐵液逡逑圖２－２風(fēng)口回旋區(qū)周?chē)慕固垮义先鐖D２－２所示，區(qū)域１為回旋區(qū)，焦炭在此處燃燒，溫度約２０００邋°Ｃ。區(qū)域逡逑２是粒度較大的焦炭，，來(lái)自中也料柱的活動(dòng)層，它是作為回旋區(qū)燃燒的焦炭來(lái)源，逡逑其粒度的大小和承受熱力作巧的強(qiáng)弱與否對(duì)風(fēng)口區(qū)狀態(tài)有重要作用由于逡逑它己受到一定碳溶反應(yīng)和磨損，表面呈中等棱角和部分純圓狀態(tài)。在研究風(fēng)口焦逡逑炭時(shí)，這部分焦炭性質(zhì)更有意義，稱(chēng)之為爐腹焦。區(qū)域３是已經(jīng)在回旋區(qū)燃燒過(guò)逡逑的焦炭，并且仍不斷在回旋區(qū)內(nèi)循環(huán)，稱(chēng)為回旋區(qū)焦炭。它已承受了較大的機(jī)械逡逑力和熱的作化因此粒度較小而且純圓，其表面因受高溫影響有較高的石墨化度。逡逑一般情況下越向爐子中也焦炭粒度越小，因受鼓風(fēng)動(dòng)力而吹向遠(yuǎn)處。區(qū)域４在整逡逑個(gè)回旋區(qū)焦炭下方
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TF538.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2528665