CN108003959A

CN108003959A - 生物质炭化代替煤粉喷吹高炉内的方法

Info

Publication number: CN108003959A
Application number: CN201711269435.6A
Authority: CN
Inventors: 焦楷; 袁章福; 谢珊珊; 王容岳; 刘建华
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2017-12-05
Filing date: 2017-12-05
Publication date: 2018-05-08

Abstract

本发明提供生物质炭化代替煤粉喷吹高炉内的方法，将干燥后的秸秆等生物质原料挤压成型得到机制棒，通过炭化炉将机制棒300‑1000℃炭化处理得到炭粉；利用炭化炉得到的炭粉混合煤粉喷入高炉，大量降低煤比和熔剂使用量，提高生产效率；充分发挥烟气潜热，减少尾气排放；燃烧室排放的废气经微孔陶瓷管过滤排放到空气中；生物质资源以及烟气的显热、烟气中的氧和一氧化碳在炼铁生产中得到利用。此外，生物质资源也可用于替代铁矿烧结机使用的煤粉或焦炭粉。本发明综合利用现有设备处理生物质原料和烟气等废弃物，节约焦煤资源，充分发挥生物质能源的潜在优势，保护环境，节约成本。

Description

生物质炭化代替煤粉喷吹高炉内的方法

技术领域

本发明属于生物质炭化和冶金技术领域，具体涉及一种生物质炭化代替煤粉喷吹高炉内的方法。

背景技术

焦炭是一种珍贵的不可再生资源，是由煤在高温下(900-1000℃) 干馏而成的，为高炉冶炼提供大部分热量的同时提供冶炼过程所需的还原剂，并构成高炉料柱的骨架，起到不可代替的作用。随着全球焦煤资源日益减少，焦炭价格逐年上涨，世界上各大钢厂普遍采用高炉喷吹燃料等手段以降低焦比，节约成本。但是由于逐年开采，全国各地优质煤资源日益匮乏，贫煤资源难以利用也逐渐成为迫在眉睫的资源问题。

烧结是为高炉冶炼提供“精料”的一种加工方法，其实质是将准备好的各种原料(精矿、矿粉、燃料、煤粉或焦炭粉、熔剂、返矿及含铁生产废料等)，按一定比例经过配料，混合与制粒，得到符合要求的烧结料。烧结料经点火借助碳的燃烧和铁矿物的氧化而产生高温，使烧结料中的部分组份软化和熔化，发生化学反应生成一定数量的液相，冷却时相互粘结成块。作为炼铁工艺的重要组成部分，烧结过程每年也消耗掉大量的煤炭资源。

生物质热解炭化技术是当今社会发展可再生能源，调整能源利用结构，保证经济持续发展的重要措施。生物质炭化是将生物质原料置于温度为300-1000℃、反应速率为0.1-1.0℃/s的缺氧环境下，经数小时甚至数天的化学反应，使原材料中的挥发分和水分析出而得到生物质炭，同时产生CO₂、CO、H₂、CH₄等气态产物和液态焦油。其生产的生物质炭具有固定碳含量高，灰分含量低，杂质含量少的优良特性。面对我国严峻的秸秆、煤炭资源形势，秸秆炭化热解工艺以及生物质炭混合煤粉高炉喷吹工艺无疑是解决此种问题的最好办法，在节约资源的同时，就地取材，大量降低冶炼和运输成本，而且还可以利用高炉煤气和炭化废气的潜在热量。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供生物质炭化代替煤粉喷吹高炉内的方法，所述方法将生物质原料破碎经筛选机筛选以去除杂质，然后干燥，再进行生物质挤压成型处理，在300-1000℃炭化炉中炭化得到生物质炭，并将其与煤粉按比例混合喷入高炉中，进行炼铁生产，大量降低煤比和焦比，同时大量减少渣量，减少熔剂使用量，提升高炉生产能力；将高炉煤气和炭化炉炭化过程产生的烟气通入燃烧室进行燃烧加热，充分发挥烟气潜热，减少尾气排放；

进一步地，所述方法包括：

步骤1)：将生物质原料破碎经筛选机筛选以去除杂质，然后利用干燥器将原料干燥，再将其进行生物质挤压成型处理，得到机制棒；

步骤2)：将经过步骤1得到机制棒在外热式炭化炉中炭化处理得到生物质炭和烟气；

步骤3)：将含量为30-60％的生物质炭和40-70％的煤粉混合进行高炉喷吹以强化高炉冶炼，降低焦比和煤比，减少熔剂使用量，提高产率；

进一步地，所述步骤2)中外热式炭化炉采用高炉煤气和炭化炉烟气混合燃烧加热，燃烧后的尾气经微孔陶瓷管过滤达标后排入空气中；

进一步地，所述步骤3)中，生物质炭固定碳含量为75-80％，灰分含量为3-6％；

进一步地，所述步骤2)中生物质原料炭化处理得到生物质炭也可替代铁矿烧结机使用的煤粉或焦炭粉；

本发明的有益效果如下：

1)：将生物质炭和煤粉混合可以提高高炉煤粉的可选范围；

2)：生物质炭固定碳含量高，约为75-80％，灰分含量低，约为 3-6％；

3)：高炉采用煤粉普遍在12％以上，将生物质炭与煤粉混合，大大降低了混合煤粉的灰分，减少了与灰分反应的熔剂的量，进一步减少了高炉渣量，降低煤比和焦比，节约资源，提高高炉生产能力，且生物质原料就地取材，降低运输成本，进一步降低生产成本。

附图说明

图1为本发明生物质炭化代替煤粉喷吹高炉内方法的工艺流程示意图；

图中：1-高炉2-炭化室3-蓄热室4-燃烧室5-微孔陶瓷管6- 烟筒。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。下面为本发明的举出最佳实施例：

如图1所示，本发明提供一种生物质炭化代替煤粉喷吹高炉内的方法，利用秸秆等生物质原料热解炭化制得炭粉混合煤粉喷入高炉以强化高炉冶炼生产，同时利用高炉煤气混合秸秆炭化废气燃烧供给炭化炉所需热量以实现钢厂烟气内循环，大量降低成本，节约资源。

本发明的技术方案是：一种生物质(玉米秸秆等)炭化代替煤粉喷吹高炉内的方法，该方法将秸秆等生物质原料破碎经筛选机筛选以去除杂质，然后利用干燥器将秸秆干燥，再进行生物质挤压成型处理，在炭化炉中300-1000℃炭化得到炭粉；利用炭化炉得到的炭粉与价格昂贵的煤粉按比例混合喷入高炉中，进行炼铁生产，大量降低煤比和焦比，同时大量减少渣量，减少熔剂使用量，提升高炉生产能力；将高炉煤气和炭化炉炭化过程产生的烟气通入燃烧室进行燃烧加热，充分发挥烟气潜热，减少尾气排放；燃烧室排放的废气经微孔陶瓷管过滤排放到空气中。此外，生物质原料炭化处理得到生物质炭也可替代铁矿烧结机使用的煤粉或焦炭粉。本技术综合利用现有炼铁生产设备和生物质能源处理设备对生物质原料和烟气等废弃物进行处理，能够节约焦煤资源，不产生新副产品，保护环境，节约成本，充分发挥生物质能源的潜在优势。

上述烧结烟气处理和利用方法，该方法的具体步骤如下：

步骤1：首先将秸秆等生物质原料破碎经筛选机筛选以去除杂质，然后利用干燥器将原料干燥，再将其进行生物质挤压成型处理，最终得到机制棒；

步骤2：将经过步骤1炭化得到机制棒在外热式炭化炉中炭化处理得到生物质炭和烟气；

步骤3：将生物质炭(30-60％)和煤粉(40-70％)混合进行高炉喷吹以强化高炉冶炼，降低焦比和煤比。

所述步骤2中：外热式炭化炉采用高炉煤气和炭化炉烟气混合燃烧加热，燃烧后的尾气经微孔陶瓷管过滤达标后排入空气中；

所述步骤3中：一方面，将生物质炭和煤粉混合可以提高高炉煤粉的可选范围；另一方面，生物质炭固定碳含量高，约为80％，灰分含量低，约为6％。高炉采用煤粉普遍在12％以上，将生物质炭与煤粉混合，大大降低了混合煤粉的灰分，减少了与灰分反应的熔剂的量，进一步减少了高炉渣量，降低煤比和焦比，节约资源，提高高炉生产能力，且生物质原料就地取材，降低运输成本，进一步降低生产成本

实施例一：

一种秸秆的工业分析和元素分析如附表1所示，其100kg不同温度下热解产物分析见附表2。

附表1：

附表2：

以600℃炭化热解为例：

其中产物生物质炭元素含量分析：76.81％[C]、1.46％[H]、 2.32％[N]、0.22％[S]、19.21％[O]、11.47％[O]折算、6.73％灰分。

气体产物分析(质量分数)：11.42％CH₄、42.36％CO₂、25.12％H₂、 21.1％CO、n_总为0.51、混合气体比热容为286711.1kJ/kg(气体产物摩尔折算：0.058511CH₄、0.217033CO₂、0.128703H₂、0.108106CO)

由附表1和附表2可知，每100kg秸秆可产生35kg左右的生物质炭，其碳含量在75％以上，灰分含量在6％左右，而高炉常用喷吹煤粉灰分含量在12％以上。以焦炭为例，一般焦炭灰分每增加1％，高炉熔剂的消耗量增加4％，炉渣量约增加3％，焦比增加1.7-2％，而生产能力降低2.2-3％。以年产7000万吨生铁的高炉计算，若能将焦炭灰分由14.5％降至10.5％，可以节省熔剂227万吨、焦炭385万吨、同时可以增产生铁1015万吨。采用生物质炭混合煤粉喷吹进行高炉强化冶炼可以大大提高高炉生产能力，节约资源，降低成本。而且采用生物质能源可以就地取材，降低煤炭消耗量，大大降低铁路运输量，进一步降低生产成本。

实施例二：

如图1所示，本发明生物质炭化代替煤粉喷吹高炉内方法的工艺流程示意图，首先将秸秆经筛选机筛选以去除杂质，然后利用干燥器将秸秆干燥至含水率低于7％。将秸秆在250-300℃、压力为78MPa、湿度小于7％的条件下进行生物质挤压成型处理。将挤压成型得到的机制棒在外热式炭化炉中炭化处理得到生物质炭和烟气，炭化温度在 300-1000℃，炭得率超过30％，固定碳含量达到80％左右，灰分含量约为6％，其中炭得率、固定碳含量和灰分随着生物质的种类和热解温度而有所变化。外热式炭化炉采用高炉煤气和炭化炉烟气燃烧加热，燃烧后的尾气经微孔陶瓷管过滤达标后排入空气中。

将生物质炭(30-60％)和煤粉(40-70％)(随煤种和生物质炭的成分以及不同高炉冶炼要求而调整)混合进行高炉喷吹以强化高炉冶炼，降低焦比和煤比，高炉生产能力可提升5％以上。混合煤中灰分含量较低，减少了与之反应的熔剂的量，进一步减少了高炉渣量，从而提升了生产能力。

本发明就地取材，采用炭化炉将大量闲置无用且造成环境污染的秸秆等生物质原料炭化处理得到生物质炭，利用生物质炭与煤粉混合进行高炉喷吹冶炼，在利用秸秆等生物质资源，减少污染的同时，还能大量降低焦比，减少炉渣量，提升高炉生产能力，降低成本；炭化炉采用高炉煤气和炭化烟气混合燃烧加热，实现钢厂烟气内循环，减少外排。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.生物质炭化代替煤粉喷吹高炉内的方法，其特征在于，所述方法将生物质原料破碎经筛选机筛选以去除杂质，然后干燥，再进行生物质挤压成型处理，在300-1000℃炭化炉中炭化得到生物质炭，并将其与煤粉按比例混合喷入高炉中，进行炼铁生产，大量降低煤比和焦比，同时大量减少渣量，减少熔剂使用量，提升高炉生产能力；将高炉煤气和炭化炉炭化过程产生的烟气通入燃烧室进行燃烧加热，充分发挥烟气潜热，减少尾气排放。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1）：将生物质原料破碎经筛选机筛选以去除杂质，然后利用干燥器将原料干燥，再将其进行生物质挤压成型处理，得到机制棒；

步骤2）：将经过步骤1得到机制棒在外热式炭化炉中炭化处理得到生物质炭和烟气；

步骤3）：将含量为30-60%的生物质炭和40-70%的煤粉混合进行高炉喷吹以强化高炉冶炼，降低焦比和煤比，减少熔剂使用量，提高产率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2）中外热式炭化炉采用高炉煤气和炭化炉烟气混合燃烧加热，燃烧后的尾气经微孔陶瓷管过滤达标后排入空气中。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤3）中，生物质炭固定碳含量为75-80%，灰分含量为3-6%。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中生物质原料炭化处理得到生物质炭也可替代铁矿烧结机使用的煤粉或焦炭粉。