高炉喷吹煤催化助燃剂的研究

摘要

随着钢铁市场的国际化，我国钢铁企业面临着重重压力，技术革新成为企业提高自身竞争力的必由之路。高炉喷吹技术是现今钢铁企业实现以煤代焦、降低生产成本、实现可持续发展的最佳技术选择。
　　无烟煤、贫瘦煤等高变质煤种因碳含量高、发热量高、价格低、制粉安全等优点成为高炉喷煤原料的首选，并在高炉喷煤总量中占绝对优势。但其气化活性差、着火温度高、燃烬性能差等缺陷限制了其在高炉环境中的大规模应用。因此，针对该类变质程度高、活性差的煤种进行煤质改性以提高喷煤量、降低焦比已成为钢铁行业研究和开发的热点之一。
　　本论文模拟高炉炼铁条件，对4种碱金属钠盐进行了催化助燃实验研究。得出了如下结论:(1)随着添加量的变化，不同催化剂的催化助燃效果不同。NaCl、Na2CO3、NaNO3的最佳添加量分别为0.5％、1.0％、0.5％， NaClO3随着添加量增加催化作用增加;(2)在相同的燃烧时间内，挥发分析出速度越大，催化助燃效果越好。催化助燃剂对挥发分析出的影响程度依次为NaClO3＞Na2CO3＞NaCl＞NaNO3;(3)催化助燃剂在一定时间内的热分解及产物存在状态影响了催化助燃效果的持久性。催化助燃剂催化效果持久性依次为NaClO3＞NaCl＞ NaNO3＞Na2CO3。
　　结合研究室前期研究成果和本实验结果的基础上，开发了适合低挥发分煤种的催化助燃剂DCS1、DCS2、DCS3，采用热重法(TG/DTG)进行了燃烧动力学研究，探讨了催化助燃机理。结果表明:DCS1、DCS2、DCS3分别使原煤的着火温度T1降了33℃、41℃、64℃，燃烧时间减少了15s、80s、135s、半峰宽△T1/2减小了5℃、30℃、45℃，燃烬温度Th降低了24℃、27℃、24℃;表观活化能E降低了15.90％、3.45％、21.26％，燃烧特性指数P提高了19.40％、7.46％、11.94％。喷吹煤催化助燃剂在煤粉燃烧过程中的热化学变化直接影响了催化助燃效果。
　　采用DCS1作催化助燃剂在湘钢4＃高炉进行了工业试验。试验结果表明:DCS1添加比例为0.453％（质量比），降低焦比（含焦丁）为6.84kg/t铁，吨铁成本下降12.3元，实现了以煤代焦、提高喷煤量、节约成本等预期目的。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 高炉喷煤技术的发展

1．1．1 国外高炉喷煤技术的发展

1．1．2 国内高炉喷煤技术的发展

1．2 高炉喷煤催化助燃剂研究应用现状

1．2．1 国内外研究现状

1．2．2 国内外应用现状

1．2．3 高炉喷煤技术的新发展

1．3 喷吹煤催化助燃剂的研究意义及主要工作

1．3．1 喷吹煤催化助燃剂的研究意义

1．3．2 喷吹煤催化助燃剂的主要工作

第二章 高炉喷吹煤燃烧影响因素及催化机理分析

2．1 煤粉燃烧的主要影响因素

2．1．1 煤质的影响

2．1．2 煤的物理特征的影响

2．1．3 煤的工艺特征的影响

2．1．4 热工环境的影响

2．1．5 停留时间的影响

2．2 高炉煤粉燃烧环境分析

2．2．1 高炉环境分析

2．2．2 煤粉在高温下的行为研究

2．3 高炉喷吹煤催化助燃机理分析

2．3．1 煤在高炉内的反应

2．3．2 煤的催化燃烧机理

2．3．3 燃烧过程中煤的变化与催化燃烧作用

2．4 本章小结

第三章 碱金属盐对喷吹煤催化助燃效果研究

3．1 实验装置

3．2 实验试剂及样品

3．3 实验过程及方法

3．4 实验结果表征

3．5 实验结果与讨论

3．5．1 添加量对催化效果的影响

3．5．2 燃烧温度对催化效果的影响

3．5．3 燃烧时间对催化效果的影响

3．6 结论

第四章 高炉喷吹煤催化燃烧动力学研究

4．1 煤样分析和制备

4．2 实验方法及装备

4．3 实验结果及表征

4．3．1 燃烧特性指数

4．3．2 燃烧动力学

4．4 实验结果及分析

4．4．1 燃烧历程特征参数的分析

4．4．2 燃烧特性指数分析

4．4．3 燃烧动力学分析

4．5 催化助燃机理分析

4．6 结论

第五章 高炉喷吹煤催化助燃工业试验

5．1 试验方案及实施过程

5．2 试验结果

5．3 工业试验分析

5．4 效益评估

5．5 试验结论

第六章 全文总结与展望

6．1 总结及结论

6．2 展望

参考文献

致谢

附录A：攻读学位期间发表的学术论文