PDF《博士学位论文公示材料》

―1― 博士学位论文公示材料 学生姓名 刘超 学号

1510241 二级学科 钢铁冶金 导师姓名 张玉柱 论文题目 生物质燃料烟气循环烧结污染物控制研究 论文研究方向 冶金资源利用与节能减排 论文关键词 生物质燃料;

成型;

炭化;

改性;

烟气循环烧结;

烧结烟气污染物;

协同治理;

节能减排 论文摘要(中文) 钢铁工业是国民经济发展的基础产业和支撑产业,也是资源能源密集型产业和高污染产业,高能 耗、高资源消耗、高环境负荷已成为钢铁产业升级和可持续发展的制约因素.

而铁矿粉烧结产生的烟 气污染物排放种类多比重大,是钢铁工业大气污染治理的重中之重.面对日益严格的环保政策,单一 的烧结烟气污染物末端治理很难满足烟气污染物排放要求.本文对烧结烟气污染物采取全过程协同治 理,开展生物质燃料源头控制污染物研究和循环烟气烧结污染物过程控制研究,匹配现有的烧结烟气 污染物末端治理技术,实现污染物协同治理. (1)生物质燃料替代焦粉烧结研究:生物质燃料分别选取锯末、花生壳和玉米秸秆,分别对比

3 种生物质燃料与煤和焦粉的工业分析、热值和孔隙结构等特性,针对生物质燃料的固定碳含量低、热 值低、内部疏松多孔、比表面积大和燃料反应性能好等特点,对生物质燃料进行了成型和炭化实验. 经过成型和炭化处理的生物质燃料固定碳含量和热值显著升高,与矿石燃料相当.通过利用 Fluent 软 件对铁矿粉烧结进行数值模拟,并构建烧结矿性能评价体系,得到烧结过程生物质燃料适宜添加量为 30%,生物质燃料反应速率过快,料层温度低是限制生物质燃料烧结应用的主要因素.针对生物质燃料 燃烧反应过快的特点,对锯末炭进行 CaO 粉末和尿素改性实验和烧结原料包裹制粒实验,改性后燃料 反应性大幅降低,开始反应温度 Te 升高到 422℃,经原料包裹制粒后开始反应温度 Te 进一步提高到 462℃.针对生物质燃料烧结料层温度低进行合理配矿研究,通过调整烧结混合料碱度、MgO 含量和 Al2O3 含量,分别开展热力学计算、熔化性能测定实验和差热实验,得到低温烧结条件下烧结混合料适 宜的碱度为 2.

0、MgO 含量为 1.0%和Al2O3 含量为 1.8%.基于低温烧结合理配矿的烧结原料条件下, 利用改性锯末炭进行烧结杯实验,在保证烧结指标和成矿性能的前提下,生物质燃料替代焦粉烧结适 宜添加量升高到 40%. (2)烟气污染物在不同烧结料层的生成机理和排放规律研究:分别在常规烧结条件和烟气循环条 件下,研究烧结烟气污染物中 SO2 和NOx 在烧结各个料层中的生成机理和排放规律.实验结果表明: 烧结矿层经过高温后含硫含氮物质已经反应完全,因此对烧结污染物中 SO2 和NOx 生成基本无影响, 但在循环烧结烟气中一氧化碳和铁酸钙的作用下,烟气中部分 NOx 能够被还原成 N2,同时烧结矿层内 残留的熔剂会吸附部分 SO2,降低烧结烟气污染物的排放量;

烧结燃烧层中燃料开始剧烈燃烧,料层温 度升高,料层中含硫氮原料开始分解氧化,大量 SO2 和NOx 开始生成,导致烟气中 SO2 和NOx 浓度开 始大幅度升高;

预热干燥层内随着温度的升高燃料含氮含硫物质随挥发分与氧结合生成部分 SO2 和NOx,但是在预热干燥层内熔剂会吸收部分 SO2,并以 SO4 2- 的形式固存在预热干燥层内,但对烟气中 NOx 无吸附作用;