CN102839033B

CN102839033B - 生物质燃料的钝化方法及钝化产物在铁矿烧结中的应用

Info

Publication number: CN102839033B
Application number: CN 201210308218
Authority: CN
Inventors: 范晓慧; 甘敏; 陈许玲; 姜涛; 李光辉; 郭宇峰; 杨永斌; 袁礼顺; 张元波; 李骞; 黄柱成; 白国华; 许斌; 朱忠平; 季志云; 余志元; 黄晓贤
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2032-08-27
Also published as: CN102839033A

Abstract

本发明涉及生物质燃料钝化方法及钝化产物在铁矿烧结中的应用，是将表面改性和物理阻隔有机结合，目的是降低生物质燃料的有效反应表面积、减少其微孔和开气孔，从而降低反应活性，缩小其与化石燃料在燃烧性、反应性方面的差异。钝化的方法是将浓度为10~20%的硼酸溶液按生物质燃料重量比的5~10%、浓度为5~15%的硅溶胶溶液按生物质燃料重量比的4~8%、粒度小于20μm的石英微粉按生物质燃料重量比的1~3%依次均匀加入到生物质燃料中，加入的同时充分搅拌均匀即可。钝化后得到的生物质燃料应用到铁矿烧结可取代10~60%的化石燃料而不影响烧结指标。

Description

生物质燃料的钝化方法及钝化产物在铁矿烧结中的应用

技术领域

本发明公开了生物质燃料的钝化方法及钝化产物在铁矿烧结中的应用，属于钢铁冶金的烧结燃料技术领域。

背景技术

烧结矿是高炉炼铁的主要含铁炉料，在我国高炉炉料结构中，烧结矿一般占75%以上。但铁矿烧结是典型的高能耗、高污染行业，其工序能耗在钢铁企业中居第二位，一般为企业总能耗的9%-12%。且烧结过程排放含有大量温室气体CO₂以及污染性气体SO_x、NO_x的烟气，是钢铁工业的主要大气污染源。因此，节能减排是当前铁矿烧结领域的重点研究课题。

我国铁矿烧结主要采用焦粉、无烟煤等化石能源。研究表明，化石燃料燃烧是烧结过程CO_x、SO_x、NO_x产生的主要来源，烧结过程80%的CO2、几乎100%的CO、20~40%的SO_x、50~80%的NO_x来自燃料的燃烧。因此，采用可再生清洁能源替代化石能源作烧结燃料对节能减排意义重大。

生物质能是一种清洁可再生能源，是由植物光合作用固定于地球上的太阳能，由于生物质燃料主要含有C、H、O，而N、S含量低，且燃烧生产的CO₂参与大气碳循环，因此生物质燃料应用于铁矿烧结可以有效降低CO_x、SO_x、NO_x的排放量。

与常规的烧结燃料无烟煤、焦粉等相比，生物质燃料具有孔隙率高、比表面积大的特点，使得其燃烧性、反应性远比焦粉好。当生物质燃料替代焦粉时，由于生物质燃烧性好使得烧结燃烧前沿速度加快，使得与传热前沿速度不匹配；同时由于生物质反应性好，其与CO₂快速气化而容易生成CO，使得燃料的燃烧程度降低；生物质燃料快速燃烧及燃烧程度降低造成烧结料层温度降低、高温时间缩短而不利于成矿，降低了烧结矿成品率、转鼓强度。

由于气孔率高、比表面积大是生物质燃料容易燃烧和气化的主要原因，因此有必要通过降低有效的反应表面积或封闭气孔以降低生物质燃料的反应活性，从而降低其燃烧速度和气化速度。降低燃料反应活性主要采用钝化处理的方法。当前，为降低高炉用焦炭的反应性，申请号为200510017909.9的专利给出了一种高炉炼铁用焦炭的钝化剂及其使用方法，是将硼酸、硼砂、二氧化硅配制成改性剂溶液喷洒在焦炭表面起钝化作用；申请号为200710195027.0的专利给出一种焦炭钝化剂及制备方法，是采用硼酸、硼砂、高镁粉、硅铝粉、硅钙粉在焦炭表面形成一层均匀的保护膜；申请号为200910169129.4的专利也给出了一种焦炭钝化剂的配方，主要采用葡萄糖、氯化钙、硼酐、钙钛粉、二氧化硅、无水硼砂、硼酸钙、偏硼酸钡等。但对于烧结用的生物质燃料的钝化方法当前还未有报道。

由于生物质燃料和焦炭的用途不同，以及两者的结构不同，其钝化的要求和方法也会有很大的差异，体现在：

（1）钝化烧结用生物质燃料，在钝化燃料的同时，钝化剂不能给烧结矿带来有害杂质，也不能对烧结指标产生负面影响。

（2）与焦炭相比，生物质燃料孔隙较多，且以微孔为主，孔洞分布范围比较宽，且比表面积显著更大，这使得生物质燃料钝化的难度更大。

本文针对烧结用生物质燃料孔隙率高、比表面大、微孔发达的特点，为降低其反应活性，缩小生物质燃料与常规燃料焦粉、无烟煤燃烧性、反应性的差异，开发一种高效的、且不给烧结带来负面影响的钝化方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺方法简单、操作方便、可有效降低生物质燃料燃烧性和反应性的钝化方法。使钝化后的生物质燃料可应用于铁矿烧结替代部分焦粉、无烟煤等，在保证烧结指标不受影响的条件下降低烧结过程污染物排放。

本发明的另一目的是提供一种钝化后的生物质燃料在铁矿烧结中的应用方法。

本发明一种铁矿烧结用生物质燃料的钝化方法，是采用下述方案实现的：

按生物质燃料重量的5~10%取浓度为10~20%的硼酸溶液，均匀喷洒到生物质燃料中，搅拌均匀；然后按生物质燃料重量的4~8%取浓度为5~15%的硅溶胶溶液均匀喷洒到生物质燃料中，并搅拌均匀；最后，按生物质燃料重量的1~3%取粒度小于20μm的石英微粉加入到生物质燃料，搅拌均匀，即实现铁矿烧结用生物质燃料的钝化。

本发明一种铁矿烧结用生物质燃料的钝化方法，所述生物质燃料为炭化生物质燃料；所述炭化生物质燃料选自玉米秸秆、水稻秸秆、高粱秸秆、木材、甘蔗渣、油料渣滓、果壳中的一种或几种的混合物。所述混合物中的组分可以以任意比例混合。

本发明钝化后生物质燃料在铁矿烧结中的应用，是在铁矿烧结中，将钝化后的生物质燃料按等热量替换原则取代10~60%的焦粉或煤，等热量替换原则即生物质燃料燃烧提供的热量与其替代的焦粉或煤燃料所产生的热量相等。

本发明的有益效果

本发明针对生物质燃料比表面积大、微孔丰富、孔隙率高的特点，将表面改性和物理阻隔有机结合，降低了反应气体与生物质燃料的有效接触面积；同时减少了生物质燃料的微孔和开气孔，使得进入到生物质燃料内部的反应气体减少；从而降低生物质燃料的燃烧性和反应性。

（1）采用硼酸钝化剂对生物质燃料进行表面改性，硼酸溶液浸润到生物质表面，硼酸在烧结过程中脱水生成均匀的B₂O₃薄膜覆盖在气孔的表面，减少反应气体与生物质燃料反应，同时硼取代点阵中的与其原子半径相近的碳原子形成固溶体，促进生物质燃料的石墨化，改变了生物质的表面性质，可抑制生物质燃料燃烧、气化反应的进行。

（2）采用硅溶胶钝化生物质燃料，在烧结过程中，硅溶胶脱水析出的胶体SiO₂粒子，可吸附在生物质燃料的微孔中，起到减少燃料微孔的作用，从而大幅降低反应表面积。

（3）采用石英微粉钝化生物质燃料起物理阻隔作用，石英微粉吸附在表面润湿的生物质燃料孔洞中，起到减少生物质燃料开气孔的作用。

本发明通过硼酸降低生物质燃料有效反应面积、硅溶胶减少微孔、石英微粉减少开气孔的协同作用，使得起到多重钝化的效果，使生物质燃料燃烧性和反应性降低，从而可应用到铁矿烧结取代部分焦粉、煤而不影响烧结矿产量、质量指标，适合于铁矿烧结的要求，且所采用的钝化剂不会给烧结矿带来有害杂质，同时对环境友好，操作简便而易于实施。

具体实施方式

下面实例是对本发明的进一步说明，而不是限制发明的范围。

本发明实例中，添加钝化生物质燃料烧结过程的烧结速度、成品率、转鼓强度、利用系数的检测方法是：

烧结速度表示烧结混合料的垂直烧结快慢的程度，为料层高度与烧结时间的比值；

成品率表示烧结矿经过落下、筛分后+5mm烧结矿所占的重量百分数，用来衡量烧结矿的成品合格率，采用JIS8711-77标准进行检测；

转鼓强度指数是评价烧结矿抗冲击和耐磨性能的一项重要指标，采用GB8290-87进行检测。

利用系数是反映烧结机生产率的指标，是指烧结机单位面积单位时间内生产出的成品烧结矿重量。

实施例1：

在炭化玉米秸秆生物质燃料中依次加入占生物质燃料质量为10%、质量浓度为10%的硼酸，占生物质燃料质量为6%、质量浓度为10%的硅溶胶，平均粒径为15.2μm、占生物质燃料质量为1.5%的石英微粉，搅拌均匀，将钝化后的生物质燃料应用于铁矿烧结，当分别取代10%、40%、60%的焦粉时，其烧结矿成品率、转鼓强度、利用系数与完全采用焦粉的烧结指标相当（见表1）。

实施例2：

在炭化甘蔗渣生物质燃料中依次加入占生物质燃料质量为8%、质量浓度为12%的硼酸，占生物质燃料质量为8%、质量浓度为5%的硅溶胶，平均粒径为13.8μm、占生物质燃料质量为1.0%的石英微粉，搅拌均匀，将钝化后的生物质燃料应用于铁矿烧结，当取代40%的焦粉时，其烧结矿成品率、转鼓强度、利用系数与完全采用焦粉的烧结指标相当（见表1）。

实施例3：

在炭化水稻秸秆与炭化高粱秸秆的混合物生物质燃料中依次加入占生物质燃料质量为5%、质量浓度为20%的硼酸，占生物质燃料质量为4%、质量浓度为15%的硅溶胶，平均粒径为17.5μm、占生物质燃料质量为3.0%的石英微粉，搅拌均匀，将钝化后的生物质燃料应用于铁矿烧结，当取代40%的焦粉时，其烧结矿成品率、转鼓强度、利用系数与完全采用焦粉的烧结指标相当（见表1）。

由表1可知，当生物质燃料未钝化时，由于生物质燃料的燃烧性、反应性好，其取代焦粉使得烧结速度大幅提高，而成品率、转鼓强度、利用系数等产量、质量指标都下降。而采用本发明的钝化方法处理生物质燃料，可适当降低生物质燃料的燃烧速度，因而使得烧结速度相比未钝化的生物质燃料有所降低，而烧结矿成品率、转鼓强度、利用系数提高，表明烧结矿产量、质量指标得到改善，其取代10~60%的焦粉可获得与完全采用焦粉相当的烧结指标。

表1

Claims

1.一种铁矿烧结用生物质燃料的钝化方法，其特征在于：

按生物质燃料重量的5～10%取质量百分浓度为10～20%的硼酸溶液，均匀喷洒到生物质燃料中，搅拌均匀；然后按生物质燃料重量的4～8%取质量百分浓度为5～15%的硅溶胶溶液均匀喷洒到生物质燃料中，并搅拌均匀；最后，按生物质燃料重量的1～3%取粒度小于20μm的石英微粉加入到生物质燃料，搅拌均匀，实现铁矿烧结用生物质燃料的钝化；所述生物质燃料为炭化生物质燃料。

2.根据权利要求1所述的一种铁矿烧结用生物质燃料的钝化方法，其特征在于：所述炭化生物质燃料选自玉米秸秆、水稻秸秆、高粱秸秆、木材、甘蔗渣、油料渣滓、果壳中的一种或几种的混合物。