烟气循环烧结过程料层温度及NOx排放模拟模型

 为了研究烟气循环条件影响料层的热状态及减排机理,依据烟气循环烧结过程主要反应的热力学和动力学、气-固传热规律以及气体流体力学,建立了烟气循环烧结料层温度及NO_x排放的数值模拟模型。试验验证结果表明,模型计算的料层温度、气体组分(O₂、CO、NO)等与试验检测值吻合较好,料层温度及NO排放浓度相对误差在±5%以内;根据模拟模型分析可知,烟气循环烧结中影响NO排放的主要因素是烟气循环中O₂和CO浓度,随着O₂浓度的降低和CO浓度的上升,燃料氮氧化反应速率明显下降,NO-CO还原反应速率升高,烟气中NO平均排放浓度降低。     

烧结烟气脱硫石膏CO/H2还原脱硫试验研究

通过热力学软件Factsage7.3对CO/H_2还原CaSO_4进行热力学平衡计算。计算得到CO/H_2还原CaSO_4生成CaO和SO2的最佳理论条件为:反应温度1 100℃以上、摩尔比n(CO)∶n(CaSO_4)=n(H2)∶n(CaSO_4)=1,过高或过低的还原剂摩尔比均不利于CaSO_4的还原脱硫,同时温度越高越有利于CaSO_4的CO/H_2还原脱硫。根据Factsage7.3计算结果,以N2作为混合气体,在高温炉中进行了15 g烧结烟气脱硫石膏的CO/H_2还原脱硫试验,考察CO/H_2浓度、反应温度、反应时间、还原气体流量对脱硫石膏CO/H_2还原脱硫的影响。结果表明:有利于脱硫石膏CO还原脱硫的最佳条件为CO浓度5%、反应温度1 050℃、反应时间30 min、气体流量5 L/min;有利于脱硫石膏H2还原脱硫的最佳条件为H2浓度8%、反应温度1 050℃、反应时间30 min、气体流量为5 L/min,且CO分解还原脱硫效果较H2还原脱硫的效果要好。试验发现在900℃以上时脱硫石膏有烧结现象发生,且随温度升高烧结程度更重,影响了CO/H_2的还原脱硫效率。     

烧结过程中CO还原NO的模拟研究

 为了考察烧结过程中烧结矿各主要组分对NO脱除反应的影响,研究了有O2和无O2条件下CO还原NO的反应规律,并在还原性气氛下对烧结矿催化还原NO进行了动力学分析。在500~1 000 ℃,分别以CaO、MgO、Fe2O3和烧结矿为填料层,在固定床石英反应器中研究NO的脱除规律。研究结果表明,不同填料对CO还原NO反应催化作用的强弱顺序为CaO＞烧结矿＞Fe2O3＞MgO。烧结矿作用下,CO体积分数为12%时,NO的转化率可达90%以上,CO还原NO反应的Arrhenius曲线以780 ℃为界分为两段,两段的反应机理不同。反应体系中O2存在时不利于NO还原反应的进行。     

烧结烟气中CO与NO的协同控制研究进展

在“双碳”政策的大环境下，烧结烟气逐步成为钢铁行业节能减排的关注点。对烧结烟气中的CO和NO进行了研究，分析了烧结烟气中CO和NO的生成机理，并从源头削减和末端治理方面分析总结了目前烧结烟气中CO和NO单独脱除的方法。目前中国在绿色低碳发展方面的要求较为严格，单独脱除往往存在能耗高、成本高等问题，而烧结烟气中的CO还原NO具有良好的热力学及动力学条件，脱除产物也不会造成二次污染。为此，综述了烧结烟气中CO与NO的协同控制方法，指出了采用CO-SCR法和烧结烟气循环法催化CO还原NO均具有良好的控制效果，明确了推进低温高效催化剂的工业化发展和深入研究烧结烟气循环中铁酸钙的催化机理是烧结烟气协同控制未来发展的趋势。     

阳极泥加压酸浸渣碳热还原动力学研究

为了提高焦炭热还原铜阳极泥酸浸渣的效率,使用马弗炉对焦炭熔融还原铜阳极泥加压酸浸渣的动力学进行了研究,实验结果表明造渣时加入碳酸钠、提高反应温度、减小焦炭粒度、增加焦炭的用量可以提高铅的还原率。实验确定了焦炭还原氧化铅的反应级数为2级,在950～1100℃范围内,反应的活化能为104.5kJ/mol,氧化铅在熔渣中的扩散是整个还原反应的控制步骤。本实验为铜阳极泥火法处理工艺的相关研究提供了必要的基础数据。     

烧结矿催化还原NO的实验研究

《钢铁企业超低排放改造工作方案(征求意见稿)》中,计划将烧结烟气中NO_x排放质量浓度控制在50 mg/m~3以内,烧结烟气NO_x减排势在必行。因此,旨在利用烧结矿本身作为脱硝催化剂,以烧结过程产生的还原性气体CO为还原剂,系统地研究了烧结矿粒径、焙烧温度、空速比、CO/NO物质的量之比和O_2体积分数对烧结矿催化脱硝效果的影响。结果表明,O_2体积分数对烧结矿催化还原NO的转化率影响较大,当CO体积分数为3%、O_2体积分数为1.04%时,NO的转化率为68.83%;O_2体积分数降低至0.90%以下时,NO的转化率可达95%以上。无O_2条件下,烧结矿粒径为0.2～1.0 mm、焙烧温度为500℃、空速比为3 000 h~(-1)、CO/NO物质的量之比为6时,NO的转化率可达99.58%。以烧结矿为催化剂能有效地促进CO对NO的还原,具有十分重要的环保意义和经济应用前景。     

烧结矿催化还原NO的实验研究

摘要：《钢铁企业超低排放改造工作方案（征求意见稿）》中，计划将烧结烟气中NOx排放质量浓度控制在50mg/m3以内，烧结烟气NOx减排势在必行。因此，旨在利用烧结矿本身作为脱硝催化剂，以烧结过程产生的还原性气体CO为还原剂，系统地研究了烧结矿粒径、焙烧温度、空速比、CO/NO物质的量之比和O2体积分数对烧结矿催化脱硝效果的影响。结果表明，O2体积分数对烧结矿催化还原NO的转化率影响较大，当CO体积分数为3%、O2体积分数为1.04%时，NO的转化率为68.83%；O2体积分数降低至0.90%以下时，NO的转化率可达95%以上。无O2条件下，烧结矿粒径为0.2～1.0mm、焙烧温度为500℃、空速比为3000h-1、CO/NO物质的量之比为6时，NO的转化率可达99.58%。以烧结矿为催化剂能有效地促进CO对NO的还原，具有十分重要的环保意义和经济应用前景。     

旋转床CO还原澳大利亚PB粉特性及动力学研究

采用自主研制的小型旋转床反应器,结合化学分析和X射线衍射分析等技术对CO还原澳大利亚PB粉进行了直接还原实验研究。结果表明:CO流量为200 mL/min,矿粉粒径范围为0.044~0.089 mm,还原时间为60 min,还原温度为1 000℃时,还原产物还原度和金属化率达到最大值,分别为92.70%和86.28%;在700~1 000℃内基于收缩未反应核模型对澳大利亚PB粉还原反应进行动力学分析,得出反应前期(t30 min)还原过程由气体内扩散和界面化学反应混合控制;反应后期(t30 min)还原反应的限制性环节为气体内扩散,指前因子A为0.006 72 s~(-1),表观活化能E为10.043 kJ/mol。     

烧结钛精矿气基还原动力学研究

为揭示烧结钛精矿气基还原机理,在CO和N_2体积分数分别为30%和70%的还原气氛条件下,开展了烧结钛精矿等温气基还原试验研究,还原温度分别为800、900、1 000℃,对气基还原动力学进行了分析。结果表明:烧结钛精矿中铁氧化物还原度随还原温度和时间增加而增加,整体还原度偏低,还原度接近70%。烧结钛精矿在800～1 000℃气基还原大部分时间内(140 min)受界面化学反应控制,反应活化能为46.97 kJ/mol;反应后期(140 min)受扩散控制,反应活化能为99.27 kJ/mol。烧结钛精矿碳热还原过程物相转变历程为:Fe_2TiO_5→Fe_2TiO_4→FeTiO_3。相同还原时间,烧结钛精矿还原样品中金属铁粒尺寸随温度升高从4.46μm增至30.13μm。     

铁矿粉烧结过程CO与NO协同控制技术研究现状

钢铁工业是我国最大的工业污染物排放源之一。为实现烧结烟气多污染物超低排放目标,特别是NOx、CO减排,建立全过程、一体化的污染物协同控制技术体系迫在眉睫。本文分析了铁矿粉烧结过程CO、NO的生成机理及其影响因素,明确了烟气CO、NO排放主要取决于燃料中C、N的氧化及其产物CO二次氧化和NO还原,阐述了燃料赋存状态、CaO与Fe2O3等催化作用对燃料燃烧和CO、NO生成与二次反应的影响规律,提出烧结过程多反应并行体系的反应机理与控制机制的深入研究与烧结工艺参数优化,将为烧结烟气CO、NO协同控制技术的研发提供支撑。     

鼓风参数对炉顶煤气循环高炉的影响分析

针对炉顶煤气循环高炉(TGRBF)的工艺特点,建立了此工艺的数学模型,根据模型的计算流程和给定的条件数据,计算出了一种给定条件下TGRBF的基本工艺参数,焦比180kg/t,煤比200kg/t,直接还原度为0.15;通过调整设定的鼓风温度和鼓风中的氧气含量,得出这2个参数变化对焦比、循环煤气量、鼓风量、炉顶煤气中CO含量、风口焦炭燃烧比例、循环煤气的富余量等参数的影响。     

Mathematical Model Development of Raceway Parameters and Their Effects on Corex Process

  Corex is an alternative ironmaking process and raceway is one of the important areas to maintain the stability of the furnace. The raceway parameters are well established for blast furnace operation. But for Corex process, it has not yet been established and optimized. Thus, a mathematical model was developed to determine various raceway parameters such as RAFT (raceway adiabatic flame temperature), tuyere gas velocity and kinetic energy. The model provides an idea about the raceway geometry, zone temperature and kinetic energy accumulated in tuyere gas. Besides, all the raceway parameters have been analyzed to find out their effects on the Corex process. It is found that RAFT influences the gasification reaction kinetics and higher RAFT generates more CO in reduction gas, which improves the metallisation degree of the DRI in shaft. It is also found that increased gas velocity and kinetic energy generate more fines and demand more coke to maintain char bed permeability. High coke rate increases the production cost and lowers the production of hot metal.     

全氧高炉风口喷吹烧结烟气的冶炼特征

摘要：建立了高炉或氧气高炉喷吹烧结烟气的数学模型,实现对烧结烟气利用与处理的目的。模拟结果显示：当烧结烟气喷吹温度为1250℃,全氧高炉的炉缸与炉身处各循环200m3/t炉顶煤气时,烧结烟气喷吹量每增加100m3/t,高炉理论燃烧温度降低约134℃,直接还原度增大0.02。随着烧结烟气喷吹量的增加,煤比逐渐增大,炉顶煤气中氮气含量逐渐增大,SO2浓度逐渐降低。当烧结烟气喷吹量达到894m3/t时,炉顶煤气中的SO2质量浓度为214.28mg/m3,与普通高炉相比,降低约1.48mg/m3;氮氧化物质量浓度为45.42mg/m3,低于普通高炉约6.36mg/m3。     

熔融气化炉风口回旋区冶炼特征的数值模拟研究

相比于高炉风口喷吹富氧热风,熔融气化炉风口采用常温纯氧,使得炉内质量、动量、热量的传输以及煤气流分布等冶炼特征与高炉存在较大差异.通过建立熔融气化炉风口回旋区二维数学模型,系统考察熔融气化炉风口回旋区内速度分布、温度分布及气体组分分布的冶炼特征.结果表明:在气固相热交换及焦炭 (或块煤形成的半焦) 燃烧反应的综合作用下,熔融气化炉风口回旋区内气体温度迅速升高至3 500 K以上;此外,风口前端存在小规模的气体循环流动现象,故风口前端扩孔破损现象严重,进而导致非计划休风率较高;为减少此类休风现象,可适当额外喷吹富氢燃料性气体 (天然气、焦炉煤气),不仅能降低风口回旋区内气体温度,更可替代部分固体燃料,并充分发挥其中H₂的高温还原优势,提升熔融气化炉冶炼效率.      

活性焦法烧结烟气脱硝率影响因素解析

 为了明确活性焦在烧结烟气净化系统循环使用过程中脱硝性能变化及影响烧结烟气脱硝率的主要工艺参数,提高活性焦法烧结烟气净化效率,通过红外光谱分析和模拟试验研究循环使用中活性焦性能变化及其对脱硝率的影响,并通过生产数据统计分析明确影响活性焦法烧结烟气脱硝率的主要工艺参数及其影响规律。结果表明,经循环使用,活性焦表面酚基和醌基数量增加,对NO吸附量降低,导致活性焦前期脱硝率下降,而氨气预吸附处理可大幅提高其前期脱硝率;随脱硝段高度位置下降,脱硝率经历100%、迅速降低、缓慢升高直至平衡等阶段。其次,脱硝率与氨氮比、O₂体积分数、NO_x质量浓度、解析温度呈正相关,与H₂O体积分数、SO₂质量浓度、烟气流量、活性炭床温度呈负相关,其中,氨氮比、O₂体积分数和NO_x质量浓度对脱硝率影响最大,工艺参数优化过程中应着重关注。     

气基竖炉工况焦炉煤气甲烷改质行为试验

 利用焦炉煤气+气基竖炉生产优质海绵铁,可延伸焦化行业产业链,同时可促进中国废钢/海绵铁—电炉短流程发展,改变钢铁行业能源、产品结构。针对典型焦炉煤气,通过基础性试验研究了在气基竖炉工况下,温度、H2O和CO2配比,高温海绵铁载体对焦炉煤气中甲烷改质行为的影响。研究结果表明,提高温度有利于焦炉煤气中甲烷的改质反应,1000℃时改质后有效还原气体体积分数最高可达80%;热态海绵铁对焦炉煤气改质有催化促进作用,可提高CO2参与改质反应比例至84.9%、H2O参与反应比例至100%;CO2配入体积分数2%～6%、H2O配入体积分数4%～10%为促进甲烷改质反应的适宜范围。     

晋南钢铁高炉喷吹富氢气体工业化实践

 钢铁工业是中国制造业中碳排放量最高的行业,碳排放占全国碳排放总量的15%左右。高炉是钢铁工业碳消耗量最大的工序,碳消耗占钢铁流程总碳消耗的70%以上,减少高炉冶炼碳消耗是降低钢铁工业碳排放的最有效措施。高炉喷吹富氢气体不但可以提高冶炼效率,减少污染物排放,而且可以减少焦炭或煤粉消耗,从源头上降低高炉冶炼碳消耗,从而减少碳排放。以山西晋南钢铁两座1 860 m3高炉风口喷吹富氢气体工业化生产数据为例,详细研究了高炉喷吹富氢气体对燃料比、风口理论燃烧温度、炉腹煤气量、H₂利用率以及CO₂排放量的影响。结果表明,喷吹富氢气体可以显著降低高炉固体燃料消耗,在吨铁富氢气体喷吹量为65 m3条件下,富氢气体与固体燃料的置换比为0.49 kg/m3;风口喷吹富氢气体降低了风口理论燃烧温度,吨铁每喷吹1 m3富氢气体,风口理论燃烧温度降低约1.5 ℃,高炉鼓风量和炉腹煤气量都少量降低;喷吹富氢气体以后,炉内H₂的利用率平均为37.3%,CO的利用率约为43.2%;吨铁CO₂排放量可以降低80 kg左右,高炉CO₂排放降低了5.6%,取得了较好的经济、环境和减污降碳效果。     

铁矿烧结过程温室气体COx排放规律的研究

详细地对铁矿烧结过程温室气体COx排放规律进行了研究,结果表明:烧结过程温室气体COx排放变化情况能够很好地反映烧结过程固体燃料焦粉的燃烧状况,证明焦粉的燃烧是以生成CO2的完全燃烧反应为主,但仍有部分生成CO的未完全燃烧反应存在.烧结烟气中CO2浓度值降为零值时所对应的点与烧结废气温度为最大值有很好的对应关系,能很好地用于确定烧结终点.焦粉配比和碱度对烧结过程焦粉燃烧的影响也能明确地从温室气体COx的排放情况表现出来,而且,通过判断焦粉的燃烧状况,可以推测出烧结矿质量的优劣,用于指导烧结生产.