產(chǎn)品詳情
生產(chǎn)實踐證明, 隨著高爐噴煤量的增加, 風口前煤粉的燃燒率有逐漸下降的趨勢, 對煤粉的充分利用不利。燃燒率下降, 未燃煤粉量增多, 會影響高爐順行, 從而成為影響噴煤量進一步提高的限制因素。因此, 提高煤粉的燃燒率成為學者比較關(guān)注的熱點, 目前, 采用較多的技術(shù)是利用煤粉壓球機成型后提高煤粉強度, 采用煙煤、無煙煤混噴等, 而應用助燃劑的研究相對較少。有學者認為, 在煤粉中添加助燃劑是能有效提高煤粉燃燒率的措施。根據(jù)博金現(xiàn)有環(huán)境, 本試驗在試驗室條件下, 在煤粉中添加助燃劑對煤粉燃燒情況進行試驗研究。
一、高爐噴煤催化助燃研究：
于燃煤催化劑的作用機理, 目前存在氧傳遞和電子轉(zhuǎn)移2種理論解釋。氧傳遞理論認為通過催化劑對氣態(tài)反應物的作用能夠促進燃燒。例如, 在煤中加入CuSO4, 在加熱條件下CuSO4分解生成Cu分子, 導致下列不分枝鏈鎖反應:
2Cu+ O2= 2CuO
2CuO+ C= 2Cu+ CO2
這個鏈鎖反應使C+ O2= CO2的反應變得容易進行。電子轉(zhuǎn)移理論認為在氣固兩相反應物接觸界面各點上存在兩相間的電動勢, 燃燒反應的難易取決于該電動勢的大小。加入催化劑后,在兩相間產(chǎn)生了極性相反的離子化電位差, 從而減弱了原有的電動勢, 降低了燃燒反應活化能, 使煤或焦炭的燃燒變得容易進行。2種理論從不同角度解釋了煤催化燃燒現(xiàn)象。
國內(nèi)外許多學者對燃煤催化劑進行了大量實驗研究。綜合分析這些研究, 可得出下列結(jié)論。
1) 燃煤催化劑提高了煤的揮發(fā)分析出速率,降低了煤的著火溫度, 縮短了點火延遲時間, 加快了焦炭燃盡速率, 并具有脫硫脫氮的明顯作用。
2) 不同催化劑的催化作用是不同的。當陰離子一定時, 不同陽離子的催化活性順序是Cs>Rb> K> Na> Ba> Li > Sr > Ca> Mg >Be, 另有Cr > Mn、Fe > Ni、Co > Ca、Zn >Al、Cu> K等; 當陽離子一定時, 不同陰離子的催化活性順序是OH-> CO2-3 > Cl-> SO2-4 ,另外Ac-的活性常在OH-和CO2-3 上下。
3) 堿金屬、堿土金屬和過渡元素的氧化物、氫氧化物及其鹽類可用作燃煤催化劑; 某些工業(yè)廢物也是廉價的燃煤催化劑, 例如造紙黑液、電石渣、鐵渣、糠醛渣等。
4) 煤中灰分是內(nèi)在的催化劑, 灰分對外加催化劑的作用具有明顯影響。
二、高爐噴煤加入助燃劑應用試驗：
1、利用煤粉壓球機強化煤粉強度與燃燒的催化助燃劑存在的問題；
1) 助燃劑在其它行業(yè)應用較多, 但大部分助燃劑含有堿金屬, 而高爐恰恰對堿金屬比較忌諱。
2) 不含堿金屬元素的助燃劑一般催化助燃效果差, 加入量大, 最好是2%~ 8%, 當添加量小于1%時, 效果不明顯。
3) 助燃劑危及安全生產(chǎn), 高爐噴煤尤其是噴吹煙煤是1項安全性要求極高的技術(shù), 系統(tǒng)含氧量升高、著火點降低等均會帶來新的安全隱患。
4) 國內(nèi)外高爐噴煤尚未有工業(yè)性應用的報導。盡管為了強化高爐內(nèi)煤粉的燃燒, 許多學者進行了相關(guān)研究, 但尚未進入工業(yè)性應用階段。在國外, Tata鋼廠7號高爐試驗用了助燃添加劑來提高煤的燃燒率, 首次使用效果令人可喜, 表現(xiàn)在煤比增加上, 即在噸鐵100~ 120kg 噴煤比時煤比增加了約10%。但采用的助燃添加劑為液態(tài), 一般在制粉前輸送于煤床上使用, 噸煤加入量約350~600ml。
為此根據(jù)有關(guān)材料的性能, 按照上述催化燃燒的機理, 本試驗選定了10余種材料作為添加劑配方試驗的原材料。
2、實驗室應用試驗；
（1）試驗條件；
本試驗所用煤粉全部取自博金生產(chǎn)現(xiàn)場。試驗所用助燃添加劑為新開發(fā)的助燃劑, 其配方暫以1號和2號代碼標識。將煤與助燃劑分別干燥、磨到全部小于0. 074mm, 按一定比例( 0. 4%~ 4%) 將煤粉與助燃劑混合。試樣質(zhì)量35mg,氧氣20ml/ min, 升溫速率30~ 50e/ min, 起始溫度25e 。試驗對比分析加入不同比例的煤粉助燃劑前后的著火點、質(zhì)量變化和燃燒時間, 同時研究助燃劑加入量對煤粉燃燒效率的影響。
（2）試驗方法；
采用TG-DTG-DSC熱分析方法。TG法( Thermo GravimetricAnalysis) 是在程序溫度控制下測量試樣的質(zhì)量隨溫度變化的1種技術(shù), 以一定的升溫速度加熱天平坩堝中的試樣, 記錄試樣的質(zhì)量隨溫度的變化; 將試樣質(zhì)量對時間求導,則得出導數(shù)熱重分析DTG曲線, 稱為微商熱重曲線。掃描量熱法DSC( Differential ScanningCalorimetry) 測定的是使樣品與參比物溫差為零時輸入的能量與溫度的關(guān)系。
（3）試驗裝置；
采用德國NETZSCH公司生產(chǎn)的STA449C熱重分析儀, 該設備具有以下優(yōu)點: 一是它所采用的同步熱分析( STA) 技術(shù)可對1個試樣同時做出TG和DSC/ DTG( 熱重微分曲線) 分析, TG和DSC/ DTG分開做時, 試樣的各向異性和幾何形狀對試驗結(jié)果的影響以及試驗產(chǎn)生的樣品氣氛不一致對反應平衡的影響; 二是該設備溫度可達到1650e 。
（4）燃燒率的計算方法；
煤粉在高爐風口條件下的燃燒過程中, 煤粉的灰分是不可燃物質(zhì), 不能進行燃燒, 全部進入未燃煤粉中。因而, 在高爐風口條件下的燃燒過程中, 煤粉的灰分總量保持平衡。利用噴吹的煤粉量、煤粉的灰分含量、未燃煤粉的數(shù)量和灰分含量, 根據(jù)灰分總量平衡就可以求出煤粉在高爐風口噴吹條件下的燃燒率。
在試驗過程中, 噴進燃燒爐的實際煤粉量與計算所得的煤粉噴進量之間存在誤差, 因此使用可燃物質(zhì)平衡計算法計算的煤粉燃燒率將偏大。為了保證用灰量平衡計算方法計算的煤粉燃燒率的精度, 必須要求原煤和未燃煤粉的灰分分析絕對可靠, 但原煤和未燃煤粉并不是非常均勻的, 噴進燃燒爐的實際煤粉灰分與原煤灰分往往存在一定的差距, 未燃煤粉的實際值與分析值也存在著差距, 煤粉取樣要有代表性?；谝陨显? 為保證試驗結(jié)果的準確性, 計算算術(shù)平均值, 以煤粉燃燒率的算術(shù)平均值作為該種煤粉在煤粉燃燒爐中的燃燒率。
生產(chǎn)中助燃劑的加入方式為: 在原煤進入中速磨之前( 如果配煤則在配煤完成后) 直接加入煤粉助燃劑, 然后隨原煤進入煤粉壓球機, 噴煤同常規(guī)操作。
（5）試驗結(jié)果；
1、添加不同比例的助燃劑對煤燃燒率的影響；
試驗條件下, 助燃劑添加0. 4%~ 4%, 煤粉燃燒率提高了3%~ 7%, 噴煤助燃添加劑對高爐設備與冶煉過程無害, 通過理論計算焦比可降低6~ 8kg/ t。以置換比為0. 8計算, 噸鐵可提高噴煤量8~10kg。
助燃劑對煤粉的助燃效果存在1個最佳比例1. 7%, 大于或小于此值, 助燃效果降低。這是因為煤粉中加入助燃添加劑會產(chǎn)生2種不同的效應: 一是催化效應, 促進煤的燃燒; 另一個則是添加劑覆蓋一部分碳表面, 阻塞部分孔口, 從而增加擴散阻力, 阻礙煤的燃燒。當添加劑量較低時, 前者起主導作用, 使著火點下降較快, 隨著添加量進一步增加, 前者減弱, 后者漸強, 從而使著火點下降緩慢甚至微升。
2、富氧條件對煤粉燃燒率的影響；
無論單種煤還是混合煤粉的燃燒率均隨鼓風富氧率的增加而相應提高, 產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是: 在高爐風口條件下,固定碳的燃燒速度主要受氧在碳顆粒表面?zhèn)髻|(zhì)速度的限制, 煤粉顆粒的燃燒速度與燃燒空間的氧成正比關(guān)系。因此, 鼓風含氧量的增加有助于固定碳燃燒速度的明顯提高, 改善煤粉在高爐風口區(qū)的燃燒過程, 從而提高煤粉在高爐風口噴吹條件下的燃燒率。
當鼓風富氧率從1%升高到3%時, 1號煤粉40%粒度組成的燃燒率提高了8. 6%, 70%粒度組成的燃燒率提高了6. 5%; 2號煤粉40%粒度組成的燃燒率提高了4.8%, 70%粒度組成的燃燒率提高了6. 2%; 混合煤粉( 1B1B1) 40%粒度組成的燃燒率提高了10. 7%, 70%粒度組成的燃燒率提高了9. 4%; 混合煤粉( 2B1) 40%粒度組成的燃燒率提高了10. 6%, 70%粒度組成的燃燒率提高了11. 2%。同時, 我們發(fā)現(xiàn)隨鼓風富氧率的逐漸提高, 煤粉燃燒率升高的幅度有所降低。但富氧提高的生鐵成本是與鼓風中富氧率成一定比例關(guān)系的?？紤]到經(jīng)濟因素, 高爐噴煤在目前的技術(shù)經(jīng)濟條件下, 富氧率不宜太高, 以3%左右比較適宜。
三、根據(jù)實驗作出結(jié)論：
1) 加入助燃劑可明顯改善煤粉燃燒的動力學條件, 助燃劑的助燃效果存在一最佳比例范圍, 在本次試驗當中, 煤粉中添加1. 7%的新型助燃劑,噸鐵煤比提高了8~ 10kg。
2) 高爐添加適量的噴煤助燃劑可明顯提高煤粉利用率, 起到提高噴煤量、降低焦比的效果。
3) 增加煤粉中小于0. 074mm的比例, 提高富氧率, 提高風溫后, 混合煤粉的燃燒率可大大提高,而在加入助燃劑后, 能有效改善粉煤的燃燒特性。
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