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高炉喷吹煤粉多相动态催化气化燃烧技术

高炉喷吹煤粉多相动态催化气化燃烧技术

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  高炉炼铁技术进步的特点之一是不断提高生产率,喷吹更多煤粉,大幅度降低焦比。而煤粉无论烟煤或无烟煤和焦炭性状有显著的差异,其燃烧过程不同,所起的作用和影响亦不同。煤粉在风口前首先被加热,继之所含挥发份气化并燃烧,挥发份中的碳氢化合物裂解为CO和H2,最后碳进行不完全燃烧反应为CO。煤粉在风口前的燃烧都有热分解反应,先吸热再放热,煤粉的分解热一般为837~1327KJ/kg;同时煤粉带入炉缸的物理热远比焦炭低,焦炭下降到风口前已加热到1450~1500℃,而喷吹煤粉均不大于100℃。因此,从技术方面看,喷吹煤粉首先要看燃烧是否完全、气化燃尽率是否高,若喷入的煤粉不能在风口前完全气化燃烧,固体碳粒(炭黑)会被上升的煤气流带出回旋区至成渣带粘附在初渣中,大大增加了初成渣的粘度,恶化料柱透气性,使高炉不顺行,另有部分碳粒被带出炉外浪费掉,而顺行是保证高炉不断强化的前提。为有效提高喷吹煤粉量强化高炉冶炼,除尽量降低煤粉细度、炉料整粒、多风口均匀喷吹外,逐渐发展出高压操作技术和高风温技术及富氧鼓风技术等。
  高压操作已作为强化高炉冶炼的手段之一,也已作为调剂炉况的手段,但更高的压力需要更高功率的消耗和装备的匹配。
  高风温已发展为降低焦比和强化高炉冶炼的重要措施,高风温能为提高煤粉喷吹量和喷吹效率创造条件,能为喷吹煤粉后风口前理论燃烧温度的降低提供热补偿。风温的改变也已成为调剂炉况的重要手段之一。然而,热风温度的提高迫切需要的是提供更高热值的煤气和更合适的热风炉系统。
  富氧鼓风(富氧喷煤)及综合鼓风已是当前高炉炼铁技术进步的重要标志,已成为当前实现高炉稳定、高产、优质、低耗的必备手段,当喷煤量增加到一定程度,需要用氧气促进煤粉燃烧,以提高煤焦置换比和保证高炉顺行。富氧对煤粉燃烧的影响主要是热解以后的多相反应阶段,并且在这一阶段氧气浓度越高,越有利于燃烧过程。
  高炉炼铁技术进步的高压操作、高风温、富氧鼓风或综合鼓风等的目的是提高冶炼强度和降低燃料比,这就意味着单位时间内高炉单位容积能燃烧更多的燃料,增大炉缸截面燃烧强度,实质就是要加快燃料的燃烧速度以加大燃烧强度。
  事实上,炼铁高炉就是一座充盈着传热、传质的热化学反应炉,燃料的燃烧是一个氧化反应,而提高化学反应速度提高反应效率的最经济的有效途径是催化反应,关键是如何选取有效的催化煤介和如何建立起有效的催化体系。
  众所周知,催化技术在化工方面的应用是从无到有乃至普及应用,且从载体介面催化发展到成熟的多相催化,催化燃烧在某些方面的应用亦已普及,如以氧化铈为催化剂的纱灯及车辆普遍配置的三元催化燃烧器等。实际上,对于燃烧技术研究和开发应用的物理方法和化学方法两大分支均已取得丰硕的成果,物理方法着重于改进燃烧器及燃烧炉的结构及工艺参数以提高燃料的燃烧速度和燃烧效率,化学方法偏重于以催化氧化或催化气化的方法来提高燃料的氧化/气化燃烧速度和燃尽/气化率。
  我司成功开发的“煤粉燃烧用催化气化剂及煤粉多相动态催化氧化燃烧方法”(国际专利号:PCT/CN2010/075248,美国专利号:US13/808,402),“煤粉多相动态催化气化燃烧技术方法”(专利号:ZL200910212076.X),“煤粉燃烧用催化(气化)剂”(产品标准号:Q/AEGJ 001-2013 ),为解决高炉喷吹煤粉的燃烧速度和气化燃尽率问题提供了新的技术措施,增加了新的有效调剂手段。
  高炉喷吹煤粉多相动态催化气化燃烧技术不能开辟新的热源,但可以节省热量支出,能有效提高风口前煤粉的燃烧速度和气化燃尽率。
  煤粉多相动态催化气化燃烧技术的采用不改变现有工艺,是借助现有工艺设施,仅增加催化(气化)剂加料计量装置,建立起以煤粒为催化(气化)剂载体的催化气化物料体系,其基本功能是加速煤粉的氧化反应速度,一则有效提高煤粉的气化燃尽率;二则提高火焰温度(理论燃烧温度)进而提高炉缸温度,使热量集中于炉缸,增强炉内传热和传质能力。与煤粉多相动态催化气化燃烧技术方法配套的煤粉燃烧用催化(气化)剂可视煤种类、灰份、工业分析、全硫含量与高炉结构工艺参数及使用要求配料。催化气化剂用量一般为喷吹煤粉量的0.3~1.0%,可视需要随时调整用量。
 
技术优势
  1. 新技术开发应用工艺简单,投资很小,确切符合高炉强化概念“以最小的消耗或投入获得最大的产量或产出”。
  2. 新技术能与高炼强化冶炼的现有先进技术措施相融合,仅增加了一项加快煤粉气化燃烧速度的调剂技术手段。
  3. 调整催化(气化)剂浓度(用量)即可有效调整风口前煤粉的气化燃烧速度及气化燃尽率,便于调整炉内煤气流的初始分布、温度分布、热量分布以及炉料的顺行情况。
  4. 催化气化反应利于调控炉内各种还原反应来改善炉内煤气的还原能力,强化炉内传热、传质能力,有效提高间接还原度,大幅降低直接还原度,有效降低焦比。
  5. 催化气化燃烧较富氧喷吹煤粉更能有效克服喷吹煤粉时的炉缸冷化问题,可大大缩短热滞后时间,快速调整炉缸温度,为大喷吹煤粉创造了条件。
  6. 可有效提高煤粉气化燃尽率提高煤焦置换比,利于大幅提高煤粉喷吹量,降低焦比,降低生产成本。催化气化燃烧可快速提高风口前的煤粉燃烧速度及炉缸温度,使热量集中于炉缸,有利于提高冶炼强度和降低燃料比,利于提产和节能。
  7. 改善炉缸还原气氛,提高渣铁温度,利于炉内脱硫。在火焰催化气化燃烧中,炉缸温度及还原情况改善可有效提高炉渣脱硫效率,同时催化气化剂中的稀土元素如铈等夺取硫反应生成难熔硫化铈随渣排出。催化气化反应能有效稳定炉缸温度,提高渣铁及铁水温度,催化离子促进有益元素溶入,降低硫、磷、硅等的含量,利于提高生铁质量等级。
  8. 采用高温型煤粉气化燃烧用催化剂,对金属及炉衬无腐蚀,正常应用控制无新增安全隐患。
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