生物质烧结燃料反应性优化研究

生物质烧结燃料反应性优化研究

薛小毅

（陕西龙门钢铁有限责任公司715400）

摘要：生物质燃料是一种洁净低碳的可再生能源。生态环境日益恶化，雾霾天气各地频发，已经在全社会范围内引起高度关注和忧虑。而钢铁工业是国民经济发展的基础产业和支柱产业，也是资源能源密集型产业和高污染产业。目前在我国高炉转炉流程是钢铁工业的主要流程结构，而铁前烧结工序产生烟气污染物中SO2，NOx，二噁英和烟粉尘是钢铁工业大气污染治理的重中之重。烧结过程中大部分污染物来源于烧结燃料，开发环保型烧结燃料已经迫在眉睫。本文就生物质烧结燃料反应性优化展开探讨。

关键词：生物质燃料；铁矿烧结；生物质改性；包裹制粒；烧结烟气

引言

生物质能是可再生的清洁能源，其来源广泛，储量巨大而且可以再生。应用生物质能替代煤炭类化石燃料进行烧结，其燃烧产生的CO2参与大气碳循环，加之生物质燃料低S、低N的特点，因而可从源头降低烧结CO2，SO2，NOx的产生。

1生物质燃料的特点

生物质能是人类最早利用的能源，其来源广泛，储量巨大而且可以再生。面对矿产资源日益匮乏的现状，谋求以循环经济、生态经济为指导，坚持可持续发展战略已经成为世界共识，立足保护人类自然资源和生态环境的高度，充分有效地利用丰富的、可再生的生物质资源十分必要。生物质具有多功能、多效益的特点使得生物质能源和生物质利用相关研究具有重要的战略意义，并且在满足国家重大战略需求方面的作用也不可小视。生物质是多种复杂的高分子有机化合物组成的复合体。

2实验

2.1实验原料

实验原料由某烧结厂提供，根据烧结用铁料条件进行配比，实验用原料的化学成分如表1所示。烧结燃料分别配入4.5%的焦粉或生物质燃料，燃料的工业分析见表2。

表1烧结原料化学成分(质量分数)

表2燃料工业分析(质量分数)

2.2实验方法

2.2.1CaO改性生物质燃料

选用CaO粉末填充生物质燃料孔隙。一方面是为了减少生物质燃料的孔隙率；另一方面是CaO与燃料接触紧密，燃烧时能获得更多热量，为生成铁酸钙相提供良好的热力学条件，在解决生物质燃料燃烧的同时不引入对烧结有害的杂质，同时有利于抑制NOx等污染物的产生。为了使尽可能多的CaO粉末填充到生物质炭的孔隙中，减小生物质炭的比表面积。将生物质炭放入搅拌器中，利用喷雾器向生物质燃料均匀喷水，使生物质燃料达到润湿的效果，同时向搅拌器中均匀添加CaO粉末，转速设定为50r/min，搅拌时间为60s。

2.2.2生物质炭化温度实验

利用型号为SWQGSL－01的高温程控管式炉进行生物质炭化实验，在炭化实验的过程中，通入高纯度的氮气进行保护，流量设定为1L/min。按照生物质热重(TG)实验得到的最佳升温速率，将锯末炭化的终了温度分别设置为400，500，600，700和800℃。通过锯末炭的工业分析来确定最佳炭化温度。

2.2.3生物质燃料“包裹制粒”实验

生物质燃料“包裹制粒”即按照配加生物质燃料的比例，首先将生物质燃料和一定比例的烧结原料进行混匀制粒，再将剩余烧结原料加入，进行二次混匀制粒。常规制粒即按照燃料和烧结原料一起混匀制粒。

3结果与讨论

3.1CaO粉末填充生物质燃料的反应性

为了验证CaO改性对生物质燃烧反应性的影响，通过HTC－1/2微机差热天平得到不同燃料在升温速率为5℃/min下，并且利用美国康塔仪器公司的全自动比表面积和孔径分析仪，根据吸附等温线，结合BET法和BJH法计算出生物质燃料、CaO改性生物质燃料和焦煤的比表面积。

3.2炭化温度对生物质燃料性能影响

利用程控高温电阻炉，升温过程选择通入1L/min氮气保护。在25～400℃的炭化升温速率设定为5℃/min，在400℃～t终(炭化终了温度)的升温速率设定为20℃/min，锯末炭化实验的炭化终了温度分别设定为400，500，600，700和800℃。在不同炭化温度下制备的锯末炭与锯末试样相比，生物质燃料内部的大部分挥发分都得到脱除，而且随着炭化温度的升高挥发分含量会逐渐降低，炭化产率也随之降低；与之相反的是生物质燃料的固定碳和灰分含量随着炭化温度的升高而增加，是因为挥发分的脱除导致生物质燃料总重量减少，固定碳和灰分质量分数升高。

3.2“包裹制粒”对生物质燃料反应性的影响

为了进一步提高生物质燃料的燃烧反应放热起始温度θe，分别对生物质燃料和CaO改性生物质燃料进行“包裹制粒”，对焦煤进行常规制粒，将混合料烘干后进行失重实验，包裹制粒对改性前后生物质燃料的反应性都有惰化作用，未改性的生物质燃料的开始反应温度θe升高至400℃，改性的生物质燃料的开始反应温度θe升高至462℃，已经接近焦煤在烧结料中的开始反应温度486℃。通过图中失重曲线的斜率可知，通过“包裹制粒”后，改性后的生物质燃料的失重曲线较改性前平缓，和焦煤接近。导致这种结果的原因是“包裹制粒”技术通过利用部分烧结原料与生物质燃料进行混合，使烧结原料在生物质燃料表面附着成粒，而后再与剩余烧结原料混合，降低生物质燃料在烧结过程中低温时的氧分压，从而达到降低生物质燃料反应性，延长放热时间的目的。“包裹制粒”工艺处理后，改性生物质燃料与焦煤的反应性差距缩小，能够在烧结中替代或部分替代焦煤，缓解矿石燃料危机。

4结语

当前环境污染问题已经成为世界所关注热点问题，重工业污染物的排放必将导致能源转型，其中生物质能源扮演着重要的角色，生物质燃料燃烧后的灰尘及排放指标比煤低，可实现CO2、SO2降排，减少温室效应，有效地保护生态环境。

参考文献

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