以高爐熔渣為熱載體進行煤氣化的實驗研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展，能源問題日益嚴重，節(jié)能減排是我國目前面臨的首要問題，鋼鐵企業(yè)作為能源資源密集型企業(yè)，是我國的耗能大戶，煉鐵工序能耗約占鋼鐵企業(yè)能耗的60％，盡管隨著TRT、CDQ等一系列技術(shù)的使用，煉鐵工序能耗有了很大改善，但是到目前為止儲有大量高溫顯熱的高爐熔渣卻沒有得到很好的利用，熱量回收幾乎為零，隨著節(jié)能減排形勢的日益嚴峻，迫切需要新技術(shù)的出現(xiàn)來回收高爐渣的余熱余能。
　　本文從我國節(jié)能減排、鋼鐵企業(yè)余熱余能利用

2、以及我國的能源現(xiàn)狀出發(fā)，兼顧我國煤氣化技術(shù)的發(fā)展，緊密圍繞鋼鐵廠冶金熔渣余熱余能回收利用以及鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的客觀要求，提出利用冶金熔渣進行煤氣化的技術(shù)思路，并開展了相關(guān)基礎(chǔ)研究，研究結(jié)果如下:
　　(1)提出了冶金熔渣煤氣化系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要有三部分組成，熔融氣化爐（液態(tài)載體煤氣化爐）、二次氣化爐（顆粒載體煤氣化爐）和鍋爐（固水換熱鍋爐）。熔融氣化爐、二次氣化爐和鍋爐利用熔渣的溫度范圍分別為1773K～1573K、1573K～1

3、073K及1073K～473K。
　　(2)針對高爐熔渣煤氣化系統(tǒng)，從氣化反應(yīng)機理、煤的熔融反應(yīng)特性、熔渣煤氣化熱力學(xué)性質(zhì)、熔渣物理化學(xué)性質(zhì)等方面對該系統(tǒng)進行了可行性分析，結(jié)果表明高爐熔渣在該過程中不僅充當(dāng)了熱源還起到了催化劑的作用。高爐熔渣在高溫時的粘度適合熔渣煤氣化的要求。
　　(3)進行了高爐熔渣煤氣化反應(yīng)動力學(xué)研究，驗證了高爐熔渣對煤氣化反應(yīng)的催化作用，并對其動力學(xué)參數(shù)進行了求算。
　　(4)采用自行搭建的高爐

4、熔渣煤氣化小型冷態(tài)模擬裝置對熔池內(nèi)的流動特性進行了研究，研究表明:在較大氣體流速下，氣泡中會出現(xiàn)明顯的環(huán)流，有利于氣化反應(yīng)的進行;氣泡的滯留時間隨噴吹流量的增加而呈對數(shù)關(guān)系遞減，頂吹時，氣泡的滯留時間最長。側(cè)吹對于熔池的攪拌作用最強。采用多支噴槍的噴吹效果要好于單支噴槍，但效果并不是十分顯著。在熔池徑向1/3R處的頂吹噴槍的攪拌能力要優(yōu)于其他位置的頂吹噴槍的攪拌能力。
　　(5)利用自行搭建的小型熱態(tài)實驗系統(tǒng)，對高爐煤氣化系統(tǒng)的氣

5、化反應(yīng)性和操作參數(shù)進行了研究，得出以下結(jié)論:高爐熔渣煤氣化系統(tǒng)對于煤種具有廣泛的適應(yīng)性，大同煤、阜新煤及沈南煤在該氣化系統(tǒng)中均具有較高的碳轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率，煤氣組份相差不大，煤氣熱值峰值均高于12000kJ/m3，尤其是作為高灰分和低固定碳含量代表的沈南煤，其在該氣化反應(yīng)系統(tǒng)中的氣化反應(yīng)性較強，其反應(yīng)速率甚至要高于其他兩種煤。該系統(tǒng)對煤粉粒度具有廣泛的適應(yīng)性，研究發(fā)現(xiàn)不同粒度的煤粉，其碳轉(zhuǎn)化率均能達到100％，并且其反應(yīng)完全所需要的時間

6、也相差不大，比較來看，80目時的煤粉從開始反應(yīng)到反應(yīng)完全所需要的時間略短一些;煤粉粒度對于煤氣中CO的濃度沒有影響，但是在120目～80目的顆粒范圍內(nèi)，煤氣中H2的濃度隨顆粒粒度的增加而增加;煤粉粒度對煤氣熱值沒有太大的影響。通過研究氣煤比對高爐熔渣煤氣化反應(yīng)的影響可知，隨著氣煤比的增加，煤氣組份中CO和H2的濃度均呈現(xiàn)下降的趨勢，煤氣熱值也呈現(xiàn)下降的趨勢，碳轉(zhuǎn)化率隨氣煤比的增加而增大，煤氣中的C、H比隨氣煤比的增加先下降后上升。在氣煤

7、比為1時，碳轉(zhuǎn)化率較低，僅為0.88左右，這與實驗中渣池深度太淺具有直接的關(guān)系，通過調(diào)節(jié)渣池的深度可提高碳的轉(zhuǎn)化率。噴吹速度對高爐熔渣煤氣化反應(yīng)影響十分顯著，在氣煤比均為1的條件下，低噴吹速度時的煤氣熱值要高于高噴吹速度時的煤氣熱值，煤氣成分中CO和H2的濃度、碳轉(zhuǎn)化率、煤氣中C、H比等均隨噴吹速度的增加而減少;溫度為1623K左右時，為高爐熔渣煤氣化反應(yīng)的最佳氣化溫度。
　　(6)針對高爐熔渣煤氣化工藝進行了理論計算和火用分析，