CN115975653A - 一种基于污染物减排的焦炉燃烧方法 - Google Patents

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庞克亮
甘秀石
朱建伟
马银华
赵华
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Abstract

本发明涉及一种基于污染物减排的焦炉燃烧方法，1)生物质与焦粉混合制备生物质燃料；2)生物质燃料与高炉煤气混合，经焦炉烟气预热到300～700℃；3)生物质燃料以高炉煤气为载体喷吹到焦炉燃烧室通纯氧点火燃烧。本发明以高热值、可喷吹的生物质燃料代替部分高炉煤气，利用氧气与生物质之间的氧碳平衡代替了空气与高炉煤气之间的氧氮平衡，从源头管控污染物的生成。

Description

一种基于污染物减排的焦炉燃烧方法
技术领域
本发明涉及焦炉热工领域，特别涉及一种基于污染物减排的焦炉燃烧方法。
背景技术
目前，焦炉燃烧室均是采用高炉煤气和空气预热燃烧，为炭化室煤粉热解提供所需热量，但高炉煤气中含有体积分数为55～60％的N2，燃烧过程中N2会与空气中的O2反应产生大量的NOX，NOX的超高排放一方面污染空气，另一方面会因降低烟气中氮氧化物含量而增加额外的资金投入，给企业造成环保和经济的双重压力。
因此，寻求环保、绿色的燃料为焦炉炭化室供热迫在眉睫。生物质作为仅次于煤炭、石油、天然气的第四大资源，其主要元素为碳，燃烧性能好，并且具有来源广泛、可再生、有害元素S、N含量低、价格低等优势，在替代高炉煤气降低污染物排放方面有着巨大潜力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于污染物减排的焦炉燃烧方法，解决目前焦炉燃烧室采用空气和高炉煤气预热燃烧产生污染物含量超标的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种基于污染物减排的焦炉燃烧方法，生物质燃料以高炉煤气为载体，经预热喷吹到焦炉燃烧室内燃烧，具体步骤包括：
1)制备生物质燃料；
2)生物质燃料与高炉煤气混合，经焦炉烟气预热到300～700℃；
3)生物质燃料以高炉煤气为载体喷吹到焦炉燃烧室通纯氧点火燃烧。
步骤1)生物质燃料的粒度为100μm以下；生物质燃料中固定碳≥76％，热值为28～32MJ/kg。
步骤2)所述的高炉煤气质量占比为生物质燃料质量的8～20％。
步骤3)生物质燃料和高炉煤气总流量为30000～65000m3/h，流速为7～18m/s。
步骤1)生物质燃料的制备工艺包括：
a.将生物质、焦粉置于烘箱60～110℃中干燥30～90min，脱除生物质、焦粉中的水分；
b.分别将干燥后的生物质、焦粉研磨、过筛至1mm以下；
c.利用机械混料机将研磨后的生物质、焦粉均匀混合，混料中生物质质量占比为60～95％，焦粉质量占比为5～40％，混合时间为1～5h；
d.高温热解：在惰性气氛下，将混匀好的物料置于炭化炉内以5～15℃/min的升温速率加热至850～950℃进行高温热解，保温时间30～90min，脱除混合物料中的挥发分；
e.将高温热解后的物料进行细研磨、过筛至100μm以下，即得生物质燃料。
步骤a中所述生物质为农作物秸秆、玉米芯中的一种或两种，生物质中固定碳≥65％，灰分≤25％。
步骤a中所述焦粉为炼焦、干熄焦、湿熄焦、焦炭转运过程中产生的焦粉中的一种或几种，焦粉中固定碳≥85％，灰分≤13％。
步骤d中的惰性气体为高纯氮气，纯度为99.99％及以上，或为高纯氩气，纯度为99.99％及以上。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
本发明以高热值、可喷吹的生物质燃料代替部分高炉煤气，利用氧气与生物质之间的氧碳平衡代替了空气与高炉煤气之间的氧氮平衡，从源头管控污染物的生成。燃烧后焦炉炭化室焦饼中心温度维持在950～1050℃，烟气中NOX含量为10～50mg/m3，SOX含量为5～20mg/m3。
本发明以生物质与焦粉混合制备高热值、可喷吹的生物质燃料。对废弃的生物质资源重新利用，提高资源利用率。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所得到的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种基于污染物减排的焦炉燃烧方法，具体步骤包括：
一.制备生物质燃料
(1)空气干燥：将生物质、焦粉置于烘箱70℃中干燥90min；
(2)粗研磨：分别将干燥后的生物质、焦粉研磨、过筛至1mm以下；
(3)混料：利用机械混料机将研磨后的生物质、焦粉均匀混合1.5h，其中生物质质量占比为60％，焦粉质量占比为40％。生物质中固定碳为70.57％，灰分为19.87％。焦粉中固定碳为85.90％，灰分为12.42％；
(4)高温热解：在纯度为99.99％的高纯氮气气氛下，将混匀好的物料置于炭化炉内以5℃/min的升温速率加热至850℃进行高温热解，保温时间40min；
(5)细研磨：将高温热解后的物料进行细研磨、过筛至100μm以下。生物质燃料加工过程结束后，对生物质固定碳和热值进行测定，固定碳为78.27％，热值为30MJ/kg。
二.燃料混合预热
生物质燃料与高炉煤气混合，高炉煤气质量占比为生物质燃料质量的10％，经焦炉烟气预热到450℃。
三.生物质燃料经高炉煤气喷吹进入焦炉燃烧室内，通纯氧点火燃烧，生物质燃料和高炉煤气总流量为50000m3/h，流速为9m/s。
测量炭化室焦饼中心温度为1050℃，烟气中NOX含量为13mg/m3，SOX含量为6mg/m3，满足炼焦和超低排放需求。
实施例2
一种基于污染物减排的焦炉燃烧方法，具体步骤包括：
一.制备生物质燃料
(1)空气干燥：将生物质、焦粉置于烘箱100℃中干燥45min；
(2)粗研磨：分别将干燥后的生物质、焦粉研磨、过筛至1mm以下；
(3)混料：利用机械混料机将研磨后的生物质、焦粉均匀混合2h，其中生物质质量占比为95％，焦粉质量占比为5％。生物质中固定碳为72.61％，灰分为18.34％。焦粉中固定碳为89.39％，灰分为11.79％；
(4)高温热解：在纯度为99.99％的高纯氮气气氛下，将混匀好的物料置于炭化炉内以8℃/min的升温速率加热至900℃进行高温热解，保温时间65min；
(5)细研磨：将高温热解后的物料进行细研磨、过筛至100μm以下。生物质燃料加工过程结束后，对生物质固定碳和热值进行测定，固定碳为76.81％，热值为28MJ/kg。
二.燃料混合预热
生物质燃料与高炉煤气混合，高炉煤气质量占比为生物质燃料质量的15％，经焦炉烟气预热到600℃。
三.生物质燃料经高炉煤气喷吹进入焦炉燃烧室内，通纯氧点火燃烧，生物质燃料和高炉煤气总流量为55000m3/h，流速为12m/s。
测量炭化室焦饼中心温度为1000℃，烟气中NOX含量为10mg/m3，SOX含量为5mg/m3，满足炼焦和超低排放需求。
实施例3
一种基于污染物减排的焦炉燃烧方法，具体步骤包括：
一.制备生物质燃料
(1)空气干燥：将生物质、焦粉置于烘箱110℃中干燥35min；
(2)粗研磨：分别将干燥后的生物质、焦粉研磨、过筛至1mm以下；
(3)混料：利用机械混料机将研磨后的生物质、焦粉均匀混合5h，其中生物质质量占比为80％，焦粉质量占比为20％。生物质中固定碳为68.78％，灰分为20.19％。焦粉中固定碳为88.38％，灰分为12.44％；
(4)高温热解：在纯度为99.99％的高纯氩气气氛下，将混匀好的物料置于炭化炉内以15℃/min的升温速率加热至950℃进行高温热解，保温时间90min；
(5)细研磨：将高温热解后的物料进行细研磨、过筛至100μm以下。生物质燃料加工过程结束后，对生物质固定碳和热值进行测定，固定碳为77.99％，热值为29MJ/kg。
二.燃料混合预热
生物质燃料与高炉煤气混合，高炉煤气质量占比为生物质燃料质量的20％，经焦炉烟气预热到650℃。
三.生物质燃料经高炉煤气喷吹进入焦炉燃烧室内，通纯氧点火燃烧，生物质燃料和高炉煤气总流量为65000m3/h，流速为18m/s。
测量炭化室焦饼中心温度为1050℃，烟气中NOX含量为35mg/m3，SOX含量为20mg/m3，满足炼焦和超低排放需求。
本发明以纯氧作为助燃剂，以生物质燃料代替部分高炉煤气，利用氧气与生物质之间的
Figure BDA0004044263140000041
平衡，O2+C→CO2，代替了空气与高炉煤气之间的
Figure BDA0004044263140000042
平衡，O2+N2→NOX，从源头管控污染物的生成。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例子，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和基本精神的情况下对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于污染物减排的焦炉燃烧方法，其特征在于，生物质燃料以高炉煤气为载体，经预热喷吹到焦炉燃烧室内燃烧，具体步骤包括：
1)制备生物质燃料；
2)生物质燃料与高炉煤气混合，经焦炉烟气预热到300～700℃；
3)生物质燃料以高炉煤气为载体喷吹到焦炉燃烧室通纯氧点火燃烧。
2.根据权利要求1所述的一种基于污染物减排的焦炉燃烧方法，其特征在于，步骤1)生物质燃料的粒度为100μm以下；生物质燃料中固定碳≥76％，热值为28～32MJ/kg。
3.根据权利要求1所述的一种基于污染物减排的焦炉燃烧方法，其特征在于，步骤2)所述的高炉煤气质量占比为生物质燃料质量的8～20％。
4.根据权利要求1所述的一种基于污染物减排的焦炉燃烧方法，其特征在于，步骤3)生物质燃料和高炉煤气总流量为30000～65000m3/h，流速为7～18m/s。
5.根据权利要求1所述的一种基于污染物减排的焦炉燃烧方法，其特征在于，步骤1)生物质燃料的制备工艺包括：
a.将生物质、焦粉置于烘箱60～110℃中干燥30～90min，脱除生物质、焦粉中的水分；
b.分别将干燥后的生物质、焦粉研磨、过筛至1mm以下；
c.利用机械混料机将研磨后的生物质、焦粉均匀混合，混料中生物质质量占比为60％～95％，焦粉质量占比为5％～40％，混合时间为1～5h；
d.高温热解：在惰性气氛下，将混匀好的物料置于炭化炉内以5～15℃/min的升温速率加热至850～950℃进行高温热解，保温时间30～90min，脱除混合物料中的挥发分；
e.将高温热解后的物料进行细研磨、过筛至100μm以下，即得生物质燃料。
6.根据权利要求5所述的一种基于污染物减排的焦炉燃烧方法，其特征在于，步骤a中所述生物质为农作物秸秆、玉米芯中的一种或两种，生物质中固定碳≥65％，灰分≤25％。
7.根据权利要求5所述的一种基于污染物减排的焦炉燃烧方法，其特征在于，步骤a中所述焦粉为炼焦、干熄焦、湿熄焦、焦炭转运过程中产生的焦粉中的一种或几种，焦粉中固定碳≥85％，灰分≤13％。
8.根据权利要求5所述的一种基于污染物减排的焦炉燃烧方法，其特征在于，步骤d中的惰性气体为高纯氮气，纯度为99.99％及以上，或为高纯氩气，纯度为99.99％及以上。
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