生物质烧结燃料反应性优化研究

生物质烧结燃料反应性优化研究
摘要：生物质燃料是一种洁净低碳的可再生能源。

生态环境日益恶化，雾霾天
气各地频发，已经在全社会范围内引起高度关注和忧虑。

而钢铁工业是国民经济
发展的基础产业和支柱产业，也是资源能源密集型产业和高污染产业。

目前在我
国高炉转炉流程是钢铁工业的主要流程结构，而铁前烧结工序产生烟气污染物中SO2，NOx，二噁英和烟粉尘是钢铁工业大气污染治理的重中之重。

烧结过程中大部分污染物来源于烧结燃料，开发环保型烧结燃料已经迫在眉睫。

本文就生物质
烧结燃料反应性优化展开探讨。

关键词：生物质燃料；铁矿烧结；生物质改性；包裹制粒；烧结烟气
引言
生物质能是可再生的清洁能源，其来源广泛，储量巨大而且可以再生。

应用
生物质能替代煤炭类化石燃料进行烧结，其燃烧产生的CO2参与大气碳循环，加
之生物质燃料低S、低N的特点，因而可从源头降低烧结CO2，SO2，NOx的产生。

1生物质燃料的特点
生物质能是人类最早利用的能源，其来源广泛，储量巨大而且可以再生。

面
对矿产资源日益匮乏的现状，谋求以循环经济、生态经济为指导，坚持可持续发
展战略已经成为世界共识，立足保护人类自然资源和生态环境的高度，充分有效
地利用丰富的、可再生的生物质资源十分必要。

生物质具有多功能、多效益的特
点使得生物质能源和生物质利用相关研究具有重要的战略意义，并且在满足国家
重大战略需求方面的作用也不可小视。

生物质是多种复杂的高分子有机化合物组
成的复合体。

2实验
2.1实验原料
实验原料由某烧结厂提供，根据烧结用铁料条件进行配比，实验用原料的化
学成分如表1所示。

烧结燃料分别配入4.5%的焦粉或生物质燃料，燃料的工业分
析见表2。

表1 烧结原料化学成分(质量分数)
表2 燃料工业分析(质量分数)
2.2实验方法
2.2.1CaO改性生物质燃料
选用CaO粉末填充生物质燃料孔隙。

一方面是为了减少生物质燃料的孔隙率；另一方面是CaO与燃料接触紧密，燃烧时能获得更多热量，为生成铁酸钙相提供
良好的热力学条件，在解决生物质燃料燃烧的同时不引入对烧结有害的杂质，同
时有利于抑制NOx等污染物的产生。

为了使尽可能多的CaO粉末填充到生物质
炭的孔隙中，减小生物质炭的比表面积。

将生物质炭放入搅拌器中，利用喷雾器
向生物质燃料均匀喷水，使生物质燃料达到润湿的效果，同时向搅拌器中均匀添
加CaO粉末，转速设定为50r/min，搅拌时间为60s。

2.2.2生物质炭化温度实验
利用型号为SWQGSL－01的高温程控管式炉进行生物质炭化实验，在炭化实
验的过程中，通入高纯度的氮气进行保护，流量设定为1L/min。

按照生物质热重
(TG)实验得到的最佳升温速率，将锯末炭化的终了温度分别设置为400，500，600，700和800℃。

通过锯末炭的工业分析来确定最佳炭化温度。

2.2.3生物质燃料“包裹制粒”实验
生物质燃料“包裹制粒”即按照配加生物质燃料的比例，首先将生物质燃料和
一定比例的烧结原料进行混匀制粒，再将剩余烧结原料加入，进行二次混匀制粒。

常规制粒即按照燃料和烧结原料一起混匀制粒。

3结果与讨论
3.1CaO粉末填充生物质燃料的反应性
为了验证CaO改性对生物质燃烧反应性的影响，通过HTC－1/2微机差热天
平得到不同燃料在升温速率为5℃/min下，并且利用美国康塔仪器公司的全自动
比表面积和孔径分析仪，根据吸附等温线，结合BET法和BJH法计算出生物质燃料、CaO改性生物质燃料和焦煤的比表面积。

3.2炭化温度对生物质燃料性能影响
利用程控高温电阻炉，升温过程选择通入1L/min氮气保护。

在25～400℃的
炭化升温速率设定为5℃/min，在400℃～t终(炭化终了温度)的升温速率设定为20℃/min，锯末炭化实验的炭化终了温度分别设定为400，500，600，700和800℃。

在不同炭化温度下制备的锯末炭与锯末试样相比，生物质燃料内部的大
部分挥发分都得到脱除，而且随着炭化温度的升高挥发分含量会逐渐降低，炭化
产率也随之降低；与之相反的是生物质燃料的固定碳和灰分含量随着炭化温度的
升高而增加，是因为挥发分的脱除导致生物质燃料总重量减少，固定碳和灰分质
量分数升高。

3.2“包裹制粒”对生物质燃料反应性的影响
为了进一步提高生物质燃料的燃烧反应放热起始温度θe，分别对生物质燃料
和CaO改性生物质燃料进行“包裹制粒”，对焦煤进行常规制粒，将混合料烘干后
进行失重实验，包裹制粒对改性前后生物质燃料的反应性都有惰化作用，未改性
的生物质燃料的开始反应温度θe升高至400℃，改性的生物质燃料的开始反应温度θe升高至462℃，已经接近焦煤在烧结料中的开始反应温度486℃。

通过图中
失重曲线的斜率可知，通过“包裹制粒”后，改性后的生物质燃料的失重曲线较改
性前平缓，和焦煤接近。

导致这种结果的原因是“包裹制粒”技术通过利用部分烧
结原料与生物质燃料进行混合，使烧结原料在生物质燃料表面附着成粒，而后再
与剩余烧结原料混合，降低生物质燃料在烧结过程中低温时的氧分压，从而达到
降低生物质燃料反应性，延长放热时间的目的。

“包裹制粒”工艺处理后，改性生
物质燃料与焦煤的反应性差距缩小，能够在烧结中替代或部分替代焦煤，缓解矿
石燃料危机。

4结语
当前环境污染问题已经成为世界所关注热点问题，重工业污染物的排放必将
导致能源转型，其中生物质能源扮演着重要的角色，生物质燃料燃烧后的灰尘及
排放指标比煤低，可实现CO2、SO2降排，减少温室效应，有效地保护生态环境。

参考文献
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