【摘要】：鋼鐵行業(yè)作為能源密集型產(chǎn)業(yè),能源消耗巨大,其中高爐煉鐵工序的能耗占總能耗的67%,高爐渣作為高爐煉鐵的廢棄物其中蘊(yùn)含著大量的余熱資源�；厥绽酶郀t爐渣的余熱對(duì)鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排,提高能源效率,有著至關(guān)重要的作用。目前,國內(nèi)鋼鐵行業(yè)處理高爐渣的方法主要是水淬法。這種處理方式帶來的問題是高爐熔渣的高品位余熱資源未得到有效的回收利用。因此,迫切需要一種有效回收高爐熔渣余熱資源的方法。化學(xué)法在高效回收高爐熔渣余熱的方面具有明顯的優(yōu)勢,并得到了廣泛關(guān)注。本文在利用化學(xué)法回收熔態(tài)高爐渣余熱的優(yōu)勢基礎(chǔ)之上,結(jié)合我國的能源結(jié)構(gòu),提出了利用煤/水蒸氣氣化反應(yīng)回收熔態(tài)高爐渣余熱的研究思路。從理論角度對(duì)熔態(tài)高爐渣煤氣化過程進(jìn)行分析,主要包括熔態(tài)高爐渣物性參數(shù)的計(jì)算、煤顆粒在熔渣氣泡內(nèi)的運(yùn)動(dòng)、熔渣表面對(duì)煤顆粒的捕集和煤顆粒與高爐熔渣的傳熱過程和傳質(zhì)過程;進(jìn)行熔態(tài)高爐渣煤/水蒸氣氣化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)研究,考察煤種、煤渣比和氣化溫度對(duì)煤/水蒸氣氣化反應(yīng)性的影響,建立動(dòng)力學(xué)模型和求解動(dòng)力學(xué)參數(shù);在小型熔渣煤氣化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行熔態(tài)高爐渣煤/水蒸氣氣化熱態(tài)實(shí)驗(yàn),考察煤種、水碳比和溫度對(duì)產(chǎn)氣規(guī)律的影響。由熔渣氣泡中煤顆粒運(yùn)動(dòng)的理論分析可得,煤顆粒通過氣液交界面進(jìn)入熔渣的速度與煤顆粒初始速度、顆粒直徑和氣泡尺寸有關(guān)。由熔渣表面對(duì)煤顆粒捕集的理論分析可得,煤顆粒尺寸越大,越容易被熔渣表面所捕集。通過對(duì)高爐熔渣煤氣化的傳熱與傳質(zhì)的分析可得,高爐熔渣煤氣化過程的煤顆粒的傳熱效果好。采用等溫恒重方法,分別對(duì)阜新煤、撫順煤和德州煤進(jìn)行以高爐熔渣為熱載體的煤-水蒸氣氣化反應(yīng)的熱重實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,隨著氣化反應(yīng)溫度從1300℃升高到140℃,碳轉(zhuǎn)化率逐漸增大,前期(小于3min)反應(yīng)速率逐漸增大,反應(yīng)性指數(shù)逐漸提高。隨著氣化溫度的提高,溫度對(duì)煤氣化反應(yīng)性的影響逐漸減小;水碳比從1:0變化到1:2時(shí),碳轉(zhuǎn)化率逐漸提高,氣化反應(yīng)完成時(shí)間逐漸縮短,反應(yīng)性指數(shù)逐漸提高。不同煤種反應(yīng)性指數(shù)從大到小依次是德州煤撫順煤阜新煤。建立了不同煤渣比條件下的動(dòng)力學(xué)模型,完成了動(dòng)力學(xué)參數(shù)的求解。從計(jì)算結(jié)果可以看出,高爐渣的加入可以降低煤氣化反應(yīng)的活化能,使氣化反應(yīng)更容易進(jìn)行。在搭建的熔態(tài)渣煤氣化實(shí)驗(yàn)臺(tái)上使用不同煤種進(jìn)行了不同工況下高爐熔態(tài)渣煤/水蒸氣氣化熱態(tài)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,以高爐熔渣為熱載體的煤/水蒸氣氣化反應(yīng)的產(chǎn)氣組分主要包括H2、CO、C02和CH4。比較不同煤種條件下的產(chǎn)氣組分發(fā)現(xiàn),除德州煤以外,均在57.00%以上,最高可達(dá)64.70%,可見高爐熔渣煤氣化產(chǎn)氣富氫程度較高。不同煤種產(chǎn)氣組分、碳轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)氣率之間的差異與各煤種本身的化學(xué)組成有關(guān);不同煤種間產(chǎn)氣熱值差別不大,說明熔態(tài)渣煤氣化系統(tǒng)對(duì)煤種適應(yīng)性好。氣化溫度從130℃升高至1500℃的過程中,碳轉(zhuǎn)化率提高了 18.8%;產(chǎn)氣率提高了0.29Nm3·kg-1;產(chǎn)氣熱值增大了 452.29KJ.Nm3;氣化效率提高了 13.3%。比較不同氣化溫度條件下的氣化效率可得,氣化反應(yīng)溫度為1350℃較合理。水碳比從1增加到3的過程中,碳轉(zhuǎn)化率提高了 12.0%;產(chǎn)氣率提高了 0.57 Nm3·kg-1;氣化效率提高了 10.1%;產(chǎn)氣熱值下降了 6.6%。比較不同水碳比條件下的氣化效率可得,水碳比為1.5:1較合理。最優(yōu)工況條件下,即當(dāng)氣化溫度為1350℃、水碳比為1.5:1時(shí),產(chǎn)氣中氫氣組分含量可達(dá)63.8%,氣化效率為94.5%。
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TF534
【圖文】：

ｓｃｒｅｗ邋ｆｅｅｄｅｒ邋ｏｆ邋ｂｉｏｍａｓｓ；邋５邋ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｒｅａｃｔｏｒ，邋６邋ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ；邋７邋ｓｔｉｒｒｉｎｇ邋ｃｑｕｉｐｉｎｃｎｌ；邋８邋ｃｙｃｌｏｎｅ逡逑ｄｕｓｔ邋ｅｘｔｒａｃｔｏｒ；９邋ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ邋ｐｕｍｐ：邋１０邋ｓｐｒａｙ邋ｔｏｗｅｒ；邋１１邋ｒｏｏｔｓ邋ｂｌｏｗｅｒ：邋１２邋ｇａｓ邋ｍｅｔｅｒ逡逑圖１．３連續(xù)移動(dòng)床反應(yīng)器逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ邋ｍｏｖｉｎｇ－ｂｅｄ邋ｒｅａｃｔｏｒ逡逑－４－逡逑

逡逑圖１．５高爐渣余熱回收及碳資源協(xié)同減排系統(tǒng)簡圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．５邋Ｔｈｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｏｆ邋ｗａｓｔｅ邋ｈｅａｔ邋ｒｅｃｏｖｅｒｙ邋ｏｆ邋ｍｏｌｔｅｎ邋ｓｌａｇ邋ａｎｄ邋Ｃ０２邋ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ逡逑Ｄｕａｎ［４３］根據(jù)Ｇｉｂｂｓ自由能最小化原理，在ＡＳＰＥＮ邋Ｐｌｕｓ軟件上對(duì)高爐熔渣煤氣化過逡逑程進(jìn)行了模擬，考察了溫度和水碳比對(duì)大同煤在熔渣中的氣化過程。通過比較碳?xì)饣у义下省⒗涿簹庑�、煤氣產(chǎn)率和產(chǎn)氣熱值發(fā)現(xiàn)，當(dāng)反應(yīng)溫度為８００°Ｃ且水碳比為１．５：１時(shí)，逡逑煤水蒸氣氣化反應(yīng)的氣化效率可達(dá)９０％，同時(shí)，冷煤氣效率、煤氣產(chǎn)率和產(chǎn)氣熱值均達(dá)逡逑到最大值。針對(duì)高爐渣在煤氣化過程中的特性，Ｄｕａｎ［４４］進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究和理論計(jì)逡逑算。研究結(jié)果表明，煤氣化過程吸收了高爐渣余熱的６１％；高爐渣的加入降低了煤氣化逡逑反應(yīng)的活化能，提高了反應(yīng)速率；煤氣化過程產(chǎn)生的硫化物可以被高爐熔渣有效吸收。逡逑－６－逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2738784