CN102839280A - 一种强化生物质能铁矿烧结的燃料选择性分布制粒方法 - Google Patents

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Abstract

一种强化生物质能铁矿烧结的燃料选择性分布制粒方法，是通过两段制粒将生物质燃料分布在烧结前混合料芯部，以适当降低生物质燃料的燃烧速度，并提高生物质燃料的燃烧程度，从而达到强化生物质能烧结的目的。两段制粒的步骤是：首先将生物质燃料与铁矿石、生石灰在圆盘制粒机中制成粒度为3～5mm的母核，然后与铁矿石、石灰石、白云石、生石灰、烧结返矿、焦粉（或煤）一起混合并在圆筒制粒机进行二次制粒3～6min，从而得到生物质燃料被包裹在芯部的烧结前混合料。通过生物质燃料选择性分布技术，可将生物质燃料应用到铁矿烧结，成功替代10～60%的焦粉而不影响烧结矿产量、质量指标。

Description

一种强化生物质能铁矿烧结的燃料选择性分布制粒方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域的烧结行业，涉及一种将生物质燃料合理分布在制粒小球中以强化生物质能烧结的方法，使得生物质燃料应用于铁矿烧结替代部分化石燃料而不影响烧结矿产量、质量指标。
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SOx、NOx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COx、SOx、NOx产生的主要来源，烧结过程80%的CO2、几乎100%的CO、20~40%的SOx、50~80%的NOx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，因此应用于铁矿烧结可以有效降低COx、SOx、NOx的排放。但由于生物质燃料的性质与焦粉、无燃煤等差异较大，相比常规燃料，其燃烧性好使得在烧结过程中燃烧速度过快，且其反应性好使得容易气化生成CO而降低燃料的燃烧程度，导致其替代常规燃料降低了烧结矿的成品率和转鼓强度。
生物质燃料替代焦粉，由于燃料性质的差异使得燃烧状态发生变化而影响了烧结矿产量、质量指标。因此，调控燃料的燃烧状态可强化生物质能烧结。烧结过程中燃料燃烧状态与燃料的性质、燃烧条件、燃料在制粒小球中的分布状态等密切相关。本发明开发了一种基于燃料选择性分布强化生物质能烧结的方法，其目的是适当降低生物质燃料的燃烧速度，并提高生物质燃料的燃烧程度，从而使得生物质燃料取代常规燃料而不影响烧结矿的产量、质量指标。
发明内容
本发明的目的是提供一种强化生物质能烧结的方法，是通过将生物质燃料选择性地分布在制粒小球芯部，使得有利于适当降低生物质的燃烧速度，且有利于提高生物质燃料的燃烧程度，从而提高烧结矿的产量、质量指标。
本发明一种强化生物质能铁矿烧结的燃料选择性分布制粒方法，是采用下述方案实现的：
首先将生物质燃料与铁矿石、生石灰制成母核；然后，在母核外包裹表层物料，制得烧结前混合料。
本发明一种强化生物质能铁矿烧结的燃料选择性分布制粒方法，所述母核中铁矿石与生物质燃料的质量比为（5～10）：1；所述生石灰质量为生物质燃料与铁矿石总重量的3～10%。
本发明一种强化生物质能铁矿烧结的燃料选择性分布制粒方法，所述表层物料包括以下组分按质量百分比组成：
铁矿石    45～70，
石灰石    4～10，
白云石    2～5，
生石灰    2～6%，
烧结返矿  20～30，
焦粉或煤  2～4。
本发明一种强化生物质能铁矿烧结的燃料选择性分布制粒方法，所述的母核是在圆盘制粒机中进行制粒，制粒时间为5～10min，制成的母核粒度为3～5mm。
本发明一种强化生物质能铁矿烧结的燃料选择性分布制粒方法，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；所述生物质燃料的平均粒径为2～4mm，并保证生物质燃料的最大粒度不大于5mm。
本发明一种强化生物质能铁矿烧结的燃料选择性分布制粒方法，在母核外包裹表层物料是在圆筒制粒机中进行，制粒时间为3～6min，制成的烧结前混合料粒度为4-10mm占60%以上。
本发明的有益效果
本发明通过控制混合料制粒过程，将生物质燃料选择性分布在制粒小球内部，可起到以下作用：
（1）O2需扩散到制粒小球内部才能与生物质燃料发生反应，降低了生物质燃料的燃烧速度；
（2）燃料表面产生的CO需从制粒小球中扩散出来，延长了CO的反应时间，提高了燃料的完全燃烧程度。
通过将生物质燃料选择性分布在制粒小球内部，可成功替代10~60%的焦粉而不影响烧结矿产量、质量指标。
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。
实施例1：
常规制粒：通过烧结试验，确定完全采用焦粉时，烧结所需的焦粉用量。当生物质燃料取代部分焦粉时，采用等热量替换的原则计算生物质燃料的配比，等热量替换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。当平均粒径为2.65mm的果核炭（加工废弃物山楂果核炭化得到）取代40%焦粉时，采用常规的制粒方法，即将铁矿石、生物质燃料、石灰石、白云石、生石灰、烧结返矿、焦粉一起进行一段制粒，然后进行烧结。结果见表1，可知，采用常规制粒，果核炭替代40%焦粉降低了烧结矿的成品率和转鼓强度。
燃料选择性分布制粒：果核炭替代40%焦粉时，先将果核炭、10倍果核炭重量的铁矿石、以及占果核炭和铁矿石总重量7%的生石灰，在圆盘制粒机中制成粒度为5mm的母核，然后与质量比为55:10:4:3:25:3的铁矿石、石灰石、白云石、生石灰、烧结返矿、焦粉一起混合并在圆筒制粒机中制粒3min，然后将混合料点火、烧结，烧结指标见表1，可知，当果核炭取代40%焦粉条件下，通过将果核炭选择性分布在制粒小球芯部，相比常规制粒，可提高烧结矿成品率、转鼓强度和利用系数，其烧结指标与完全采用焦粉的烧结指标相当。
同样，当果核炭取代10%、60%的焦粉时，采用燃料选择性分布的制粒方式，也可获得与完全采用焦粉相当的烧结指标。
实施例2：
常规制粒：将平均粒径为2.41mm的木质炭（木质生物炭化得到）等热量取代40%的焦粉，采用常规的制粒方法，木质炭替代焦粉降低了烧结矿的成品率、转鼓强度和利用系数。
燃料选择性分布制粒：当木质炭取代40%焦粉，先将木质炭、5倍木质炭重量的铁矿石、以及占木质炭和铁矿石总重量10%的生石灰，在圆盘制粒机中制成粒度为4mm的母核，然后与质量比为60:9:3:2.2:23:2.8的铁矿石、石灰石、白云石、生石灰、烧结返矿、焦粉一起混合并在圆筒制粒机中制粒4min，然后将混合料点火、烧结，烧结指标见表1，可知，当木质炭取代40%焦粉条件下，通过将木质炭选择性分布在制粒小球芯部，可提高烧结矿成品率、转鼓强度和利用系数，其烧结指标甚至比完全采用焦粉的烧结指标更好。
实施例3：
常规制粒：将平均粒径为2.05mm的秸秆炭（水稻秸秆炭化得到）等热量取代20%的焦粉，采用常规的制粒方法，秸秆炭替代焦粉降低了烧结矿的成品率、转鼓强度和利用系数。
燃料选择性分布制粒：当秸秆炭取代20%焦粉，先将秸秆炭、8倍秸秆炭重量的铁矿石、以及占秸秆炭和铁矿石总重量3%的生石灰，在圆盘制粒机中制成粒度为3mm的母核，然后与质量比为59:8:3:3.4:23:3.6的铁矿石、石灰石、白云石、生石灰、烧结返矿、焦粉一起混合并在圆筒制粒机中制粒4min，然后将混合料点火、烧结，烧结指标见表1，可知，当秸秆炭取代20%焦粉条件下，通过将秸秆炭选择性分布在制粒小球芯部，可提高烧结矿成品率、转鼓强度和利用系数，其烧结指标甚至比完全采用焦粉的烧结指标更好。
表1制粒方式对烧结指标的影响
Figure BDA00002060380600051
Figure BDA00002060380600061
上述实例中烧结速度、成品率、转鼓强度、利用系数的检测方法：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。

Claims (6)

1.一种强化生物质能铁矿烧结的燃料选择性分布制粒方法，其特征在于：
首先将生物质燃料与铁矿石、生石灰制成母核；然后，在母核外包裹表层物料，制得烧结前混合料。
2.根据权利要求1所述的一种强化生物质能铁矿烧结的燃料选择性分布制粒方法，其特征在于：所述母核中铁矿石与生物质燃料的质量比为（5～10）：1；所述生石灰质量为生物质燃料与铁矿石总重量的3～10%。
3.根据权利要求2所述的一种强化生物质能铁矿烧结的燃料选择性分布制粒方法，其特征在于：所述表层物料包括以下组分按质量百分比组成：
铁矿石    45～70，
石灰石    4～10，
白云石    2～5，
生石灰    2-6，
烧结返矿  20～30，
焦粉或煤  2～4。
4.根据权利要求3所述的一种强化生物质能铁矿烧结的燃料选择性分布制粒方法，其特征在于：所述的母核是在圆盘制粒机中进行制粒，制粒时间为5～10min，制成的母核粒度为3～5mm。
5.根据权利要求4所述的一种强化生物质能铁矿烧结的燃料选择性分布制粒方法，其特征在于：在母核外包裹表层物料是在圆筒制粒机中进行，制粒时间为3～6min，制成的烧结前混合料粒度为4～10mm占60%以上。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种强化生物质能铁矿烧结的燃料选择性分布制粒方法，其特征在于：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；所述生物质燃料的平均粒径为2～4mm，并保证生物质燃料的最大粒度不大于5mm。
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