【摘要】：噴煤技術被廣泛的應用到高爐煉鐵生產過程中,來降低冶金焦的消耗。該工藝大多采用煙煤和無煙煤混合噴吹,以無煙煤為主。隨著無煙煤的逐年消耗,其資源供應日漸緊張。為了尋求無煙煤的替代品,本文對煤的熱解干餾形成半焦過程,及半焦與煤粉的混合燃燒過程進行了詳細的研究。文章首先采用吊式高溫爐對所選用的四種煤(東風煤、富鼎煤、勝幫煤、安源煤)進行了不同熱解終溫(400℃、500℃、600℃、700℃、800℃)制備半焦的試驗。研究發(fā)現隨熱解終溫的升高,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。當終溫達到600℃時,半焦的揮發(fā)分已小于10%�？紤]到在保證高爐安全生產的條件下,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煙煤的替代品,進行后續(xù)試驗。文中采用熱重分析儀對煤熱解過程進行了動力學試驗。根據煤熱解過程的特點,將其反應過程分為3個階段。第一階段主要是煤中結晶水和吸附氣體脫除及部分弱鍵解聚過程。第二階段主要發(fā)生解聚和分解反應,揮發(fā)出大量碳氫化合物和焦油,煤逐漸形成半焦。第三階段主要是半焦進一步焦化過程,并伴有明顯的體積收縮現象。針對三個階段特點分別采用界面化學反應控速模型、固體生成物體積不變的內擴散控速模型、固體生成物體積收縮的內擴散控速模型來對試驗數據進行擬合。結果表明擬合效果良好,相關系數均超過0.9。隨后以安源煤為例重點討論了升溫速率對煤熱解過程的影響。隨升溫速率的提高,煤熱解的整個過程出現了明顯的"熱滯后現象"。本文給出了一個Arrhenius 方程的修正式 lnki=-Ea0/RT+△Ea(α-1/RT)lnβi+ln(A0)來描述升溫速率對煤熱解過程動力學的影響。結果表明修正的Arrhenius方程不僅能很好地描述不同升溫速率下熱解動力學過程,且在5℃·min-1～90℃·min-1升溫速率范圍內具有良好的外推性。以首鋼京唐所用的神華煙煤和壽陽無煙煤為例,對煤粉燃燒過程動力學進行了研究。其燃燒過程可分為2個階段,低溫段主要是氣體產物大量生成、脫揮發(fā)分和固定碳的燃燒,高溫段主要是炭的氧化過程。修正的Arrhenius方程對煤粉燃燒過程動力學在10℃·min-1～45℃·min-1升溫速率范圍內同樣具有良好的適用性。升溫速率對吸放熱反應過程的影響程度不同。在修正的Arrhenius方程中,放熱反應△Ea為負值,吸熱反應△Ea為正值。文章還研究了混合燃料中半焦逐步替代無煙煤對其燃燒性能的影響。結果表明隨混合燃料中半焦比例的增加,混合燃料的著火點和燃盡點分別由412℃和627℃逐步升高,同時可燃性指數Cb和燃燒特性指數SN分別由7.06×10-5 min-1·℃-1和9.07×10-7min-2.℃-3逐步降低,說明半焦的添加會降低混和燃料的燃燒性能。最后,對首鋼京唐高爐的生產指標進行了分析,表明在噴吹燃料中加入6%～7%的焦粉進行混合噴吹,煤粉和焦炭利用率能達到99%,高爐正常順行生產。因此,比焦粉燃燒性優(yōu)越的半焦,作為噴吹燃料的部分替代品有較強的可行性。
【圖文】：

Ｉ邋苗鐵液逡逑圖２－２風口回旋區(qū)周圍的焦炭逡逑如圖２－２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，來自中也料柱的活動層，它是作為回旋區(qū)燃燒的焦炭來源，逡逑其粒度的大小和承受熱力作巧的強弱與否對風口區(qū)狀態(tài)有重要作用由于逡逑它己受到一定碳溶反應和磨損，表面呈中等棱角和部分純圓狀態(tài)。在研究風口焦逡逑炭時，這部分焦炭性質更有意義，稱之為爐腹焦。區(qū)域３是已經在回旋區(qū)燃燒過逡逑的焦炭，并且仍不斷在回旋區(qū)內循環(huán)，稱為回旋區(qū)焦炭。它已承受了較大的機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，因受鼓風動力而吹向遠處。區(qū)域４在整逡逑個回旋區(qū)焦炭下方，它是一個很緊密的結構，有碎裂的小粒焦塊。同時夾雜因重逡逑力流下的液體渣和鐵

爐料移動關系，焦炭Ｗ不同狀態(tài)分布在整個風口區(qū)域。逡逑Ｉ邋苗鐵液逡逑圖２－２風口回旋區(qū)周圍的焦炭逡逑如圖２－２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，，來自中也料柱的活動層，它是作為回旋區(qū)燃燒的焦炭來源，逡逑其粒度的大小和承受熱力作巧的強弱與否對風口區(qū)狀態(tài)有重要作用由于逡逑它己受到一定碳溶反應和磨損，表面呈中等棱角和部分純圓狀態(tài)。在研究風口焦逡逑炭時，這部分焦炭性質更有意義，稱之為爐腹焦。區(qū)域３是已經在回旋區(qū)燃燒過逡逑的焦炭，并且仍不斷在回旋區(qū)內循環(huán)，稱為回旋區(qū)焦炭。它已承受了較大的機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，因受鼓風動力而吹向遠處。區(qū)域４在整逡逑個回旋區(qū)焦炭下方
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TF538.6

【參考文獻】

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本文編號：2528665