胡長(zhǎng)慶，李超然，韓濤，師學(xué)峰(華北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院， 河北 唐山 063210)
為了揭示鐵礦粉燒結(jié)準(zhǔn)顆粒燃燒特性和煙氣排放規(guī)律，采用分析純?cè)噭┨娲鸁Y(jié)原料制備不同類型的準(zhǔn)顆粒，通過(guò)熱重法開(kāi)展不同氧氣體積分?jǐn)?shù)、升溫速率、氣體流速等工藝參數(shù)下的準(zhǔn)顆粒燃燒規(guī)律研究，并利用煙氣分析儀研究了準(zhǔn)顆粒結(jié)構(gòu)和黏附粉成分對(duì)燃燒過(guò)程CO和NO排放規(guī)律。結(jié)果表明,氧氣體積分?jǐn)?shù)、升溫速率、氣體流速對(duì)不同類型準(zhǔn)顆粒燃燒過(guò)程的影響規(guī)律是一致的，即提高氧體積分?jǐn)?shù)、氣體流速有利于增強(qiáng)O2分子內(nèi)擴(kuò)散能力，促進(jìn)碳-氧間的燃燒反應(yīng)，改善燃燒條件。受準(zhǔn)顆粒內(nèi)部的熱滯后作用影響，燃燒特征參數(shù)隨升溫速率增大而升高，燃燒反應(yīng)向高溫區(qū)移動(dòng)。但由于準(zhǔn)顆粒結(jié)構(gòu)的不同，上述工藝參數(shù)變化對(duì)燃燒反應(yīng)的影響程度也不盡相同。準(zhǔn)顆粒結(jié)構(gòu)顯著影響燃燒過(guò)程的傳熱、傳質(zhì)行為，S′型準(zhǔn)顆粒燃燒生成的CO、NO峰值體積分?jǐn)?shù)最高，而S型、C型、P型受黏附層阻礙影響，CO、NO向外擴(kuò)散的阻力增大，有利于延長(zhǎng)CO、NO在產(chǎn)物層內(nèi)的滯留時(shí)間，促進(jìn)CO還原NO反應(yīng)的發(fā)生，降低CO、NO峰值體積分?jǐn)?shù)。Fe2O3、CaO、MgO對(duì)焦粉燃燒以及CO-NO間的還原反應(yīng)等都具有顯著催化作用，且CaO催化能力最強(qiáng)，CO、NO峰值體積分?jǐn)?shù)分別降低了48.7%和50.0%。
鐵礦粉燒結(jié)； 準(zhǔn)顆粒； 燃燒特性； CO； NO； 排放特征鋼鐵工業(yè)作為中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和支撐產(chǎn)業(yè)，中國(guó)粗鋼產(chǎn)量已經(jīng)占世界總產(chǎn)量的1/2以上，21世紀(jì)以來(lái)，粗鋼產(chǎn)量由2000年的1.27億t增長(zhǎng)到2020年的10.65億t。鐵礦粉燒結(jié)作為鋼鐵生產(chǎn)重要的環(huán)節(jié)，約80%的高爐原料來(lái)源于燒結(jié)礦，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)直接影響整個(gè)鋼鐵企業(yè)效益。燃料燃燒為燒結(jié)過(guò)程提供能量并決定著燒結(jié)床層的溫度分布，對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量有著決定性的影響，并且燃料燃燒產(chǎn)生的CO2、CO、SO2和NOx等污染物對(duì)環(huán)境的危害越來(lái)越突出。鐵礦粉燒結(jié)燃料燃燒通常簡(jiǎn)化為單體燃料燃燒，隨著研究深入，相關(guān)學(xué)者開(kāi)始研究不同準(zhǔn)顆粒結(jié)構(gòu)燃料的燃燒行為。HIDA Y等根據(jù)焦炭在準(zhǔn)顆粒中的存在狀態(tài)，將準(zhǔn)顆粒分為4種類型：S型(包裹細(xì)鐵礦粉的單一粗焦炭顆粒)、P型(混合良好的細(xì)焦炭和細(xì)鐵礦粉球團(tuán))、C型(包裹細(xì)焦炭和細(xì)鐵礦粉的大鐵礦石顆粒)、S′型(焦炭顆粒)。目前，準(zhǔn)顆粒燃燒特性研究主要是氧氣體積分?jǐn)?shù)、黏附層、黏附比和焦粉粒度等因素的影響規(guī)律，準(zhǔn)顆粒燃燒速率研究主要以未反應(yīng)核模型為基礎(chǔ)，而且準(zhǔn)顆粒中堿性熔劑對(duì)燃料燃燒有催化和減排作用。燃料燃燒煙氣排放，主要是溫度、氧氣體積分?jǐn)?shù)、反應(yīng)氣氛和燃料賦存狀態(tài)、燃料粒徑、揮發(fā)分含量、氮含量和空氣過(guò)量系數(shù)對(duì)煙氣CO，特別是NO生成與排放的影響規(guī)律研究。本文采用熱重試驗(yàn)，研究了氧氣體積分?jǐn)?shù)、升溫速率、氣體流速、黏附粉類型對(duì)不同準(zhǔn)顆粒燃料燃燒行為的影響，并采用煙氣分析儀，測(cè)試分析不同燃料賦存狀態(tài)和準(zhǔn)顆粒結(jié)構(gòu)的煙氣CO和NO排放規(guī)律，為提高燒結(jié)燃料的利用率和煙氣減排提供理論基礎(chǔ)。
1)提高氧氣體積分?jǐn)?shù)、氣體流速可顯著改善O2分子在準(zhǔn)顆粒內(nèi)的擴(kuò)散過(guò)程，有利于提高內(nèi)擴(kuò)散速率，促進(jìn)碳-氧間的燃燒反應(yīng)，tg、tb等燃燒特征參數(shù)降低。而增大升溫速率影響了準(zhǔn)顆粒內(nèi)的傳熱過(guò)程，tg、tb等受焦粉顆粒內(nèi)部升溫?zé)釡笥绊戦_(kāi)始向高溫區(qū)運(yùn)動(dòng)。2)準(zhǔn)顆粒結(jié)構(gòu)顯著影響燃燒過(guò)程的傳熱、傳質(zhì)行為，由于S型、C型、P型準(zhǔn)顆粒受黏附層影響，燃燒生成的CO、NO外擴(kuò)散阻力相應(yīng)增大，導(dǎo)致在焦粉顆粒周圍形成的氣相邊界層內(nèi)的停留時(shí)間延長(zhǎng)，促進(jìn)了CO還原NO反應(yīng)的發(fā)生，有利于降低CO、NO的峰值體積分?jǐn)?shù)。3)Fe2O3、CaO、MgO對(duì)焦粉燃燒以及CO-NO間的還原反應(yīng)等都具有顯著催化作用，有利于降低焦粉顆粒的著火溫度，燃燒反應(yīng)活化能降低，燃燒性能明顯改善，CaO催化能力最好。
