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Applications and Prospects of Bio-energy in Ironmaking Process Zhengwen Hu

1 , Jianliang Zhang

1 , Haibin Zuo

1 , Zhengjian Liu

1 , Tianjun Yang

1 1.

School of Metallurgical and Ecological Engineering, University of Science and Technology Beijing, 100083, Beijing, China 1. [email protected] Abstract: Bio-energy is renewable and carbon neutral. Bio-char, obtained from carbonization of biomass, is a kind of solid fuel with high quality. Utilization of biomass in ironmaking process as reducing agent can con- tribute to energy conservation and emission reduction, and can partially substitute for coal and coke. Research status of the application of biomass in ironmaking process is presented. Application prospects of biomass en- ergy in ironmaking process are analyzed, and a novel bio-energy auxiliary ironmaking process is suggested, which is meaningful for the effective use of biomass energy and for decreasing the consumption of fossil fuels, namely coal and metallurgical coke. Keywords: biomass;

bio-char;

ironmaking;

substitution for coal and coke;

low carbon 生物质能在炼铁过程中的应用及展望 胡正文

1 ,张建良

1 ,左海滨

1 ,刘征建

1 ,杨天钧

1 1.北京科技大学冶金与生态工程学院,北京,中国,100083 1. [email protected] 摘要:生物质能是一种碳中性的可再生能源,生物质经炭化预处理得到的生物质焦是一种优质的固 体碳源,可用作炼铁工艺的还原剂以替煤代焦和节能减排.对生物质能在炼铁过程中应用的研究状况 进行了论述,分析了生物质能在炼铁过程中的应用前景,并提出了一种新型的生物质能辅助炼铁工艺, 对生物质能的有效利用及炼铁过程的节煤降焦具有一定的参考意义. 关键词:生物质;

生物质焦;

炼铁;

替煤代焦;

低碳

1 引言 随着世界气候的逐渐异常,环保形势日益严峻, 低碳 正成为社会关注的焦点.钢铁生产是传统的 高碳耗过程, 其中, 炼铁过程的能源资源消耗量巨大, 环境污染问题突出.此外,作为高炉炼铁过程必备原 料的冶金焦炭日益短缺,且炼焦过程污染严重.如何 实现炼铁过程的低碳、节能、减排及低成本,对于钢 铁企业及社会经济都具有重要意义. 生物质能是唯一一种可再生碳源,与传统的化石 能源相比具有极大的经济、环保优势和社会效益[1] . 若将其合理应用于炼铁过程,或能带来钢铁生产的技 术革新及成本优化. 国内外研究人员对生物质能的转化利用进行了大 量研究,而对其在炼铁过程中的应用则研究较少.本 文对生物质能的概念、特性及其在炼铁过程中的应用 的研究状况进行了论述,分析指出了生物质能在炼铁 过程中应用的未来发展趋势,对于生物质能的有效利 用和炼铁过程的技术进步具有一定的参考价值.

2 生物质能基础理论 2.1 生物质能基本概念 生物质可指地球上一切有生命的物质,是对直接 或间接从植物(包括藻类、树木、作物等)所获得有 机物质的统称.生物质通常可定义为所有碳氢化合物 材料,主要由 C、H、O、N 等化学元素组成.生物质 资源种类繁多,主要包括农作物及农业有机剩余物、 林木及林业有机剩余物、工业及社会生活有机废弃物 等.生物质资源分布广泛,储量丰富,据统计,世界 上生物质资源的年产量约为

1460 亿吨(干重)[2] . 生物质能本质上是太阳能的一种表现形式,它直 接或间接来源于绿色植物的光合作用,并以化学能的 形式存储在生物质中.生物质能一直是人类利用的主 要能源形势,约占世界能源供应的 10~14%.对于所 有植物类生物质,其能量含量十分相近,都在 17~21 MJ/kg(干燥无灰基)的范围内.据估算,每年可从森 林及农业剩余物获得的潜在生物质能约为 30EJ,而每 年世界范围的能量需求约为 400EJ[3] . 2.2 生物质能的特点及利用 生物质能具有分布广、产量大、可再生、碳中性 等优点.但是,若将其作为一种碳源在炼铁过程等工 业生产中广泛应用,仍有一些问题需要解决. 生物质资源通常体积密度小、可磨性差,这使得 生物质的存储和运输成本较高,工业加工难度较大;