FINEX炼铁工艺煤--除尘泥混喷粉体爆炸性及燃烧性能研究

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FINEX炼铁工艺是一种典型的非高炉炼铁技术,该工艺的一大特点是大喷煤操作,风口喷煤有利于调整炉温,提高生产率。由于烟煤、无烟煤自身物性的不同,在爆炸性、燃烧性方面有一些差异,从而大喷煤操作存在合理混煤的问题。FINEX工艺另一大特点是全氧喷吹。全氧喷吹条件下,煤粉的爆炸性就是首先要关注的一个要点。除尘泥是钢铁生产中产生的含铁粉尘,这些粉尘中的Fe、C元素为可回收资源,随着对环境和资源问题的日益重视,加强对这部分资源的利用显得尤为突出。
  本文以某钢铁公司提供的三种喷吹煤粉和一种除尘泥为原料,对单种煤粉及烟煤、无烟煤混合煤粉的爆炸性进行研究,探究煤粉自身物性(粒度、挥发分)、除尘泥配比、不同氧气浓度以及添加剂对煤粉爆炸性的影响规律及其影响机理;同时通过燃烧试验测定单煤及混煤的燃烧率,探究合理混煤配比、煤粉自身物性(灰分、挥发分)以及配加不同比例除尘泥对煤粉燃烧率的影响规律及机理。综合安全性与经济性,优化出最佳的混合煤粉喷吹方案。论文的主要结论如下:
  (1)三种被测煤粉中,无烟煤A1的固定碳含量最高,为77.72%,且具有较高的低位热值(31.93k J/g)。烟煤B的挥发分最高,为30.65%,固定碳含量最低。除尘泥TFe含量相对较高,可达59.14%,且含有一定的碳元素以及参与冶炼造渣的矿物,具有较高的利用价值。
  (2)对于单一煤种,烟煤B具有强爆炸性,无烟煤A1、A2及除尘泥均无爆炸性。烟煤中加入一定量的无烟煤,可有效抑制烟煤的爆炸性。随着挥发分含量的增加,每一粒径级别的煤样爆炸性均呈增强趋势。对于同一煤样,随着粒径的增大,单煤及混煤的爆炸火焰长度均减小,即爆炸性减弱。
  (3)添加除尘泥后,煤粉爆炸性均成下降趋势,除尘泥对单煤及混煤有抑爆作用。从喷煤安全性及除尘泥资源回收利用的角度考虑,煤粉爆炸性能较合适的混合方案为:A1∶B(7∶3)+10%of Sludge,A2∶B(7∶3)+10%of Sludge。
  (4)随着氧气浓度增大,煤粉爆炸性增强。添加MgCO3·5H2O后,三种粒度煤粉的返回火焰长度均有下降,下降幅度最大可达到61.67%,表明MgCO3·5H2O有良好的抑爆效果。
  (5)对于单一煤种的燃烧率,烟煤B的燃烧率最高,为84.45%,无烟煤A1次之为58.37%,无烟煤A2的燃烧率最低为50.01%。烟煤、无烟煤混合后随烟煤比例增加,燃烧率增大。相同条件下,煤的灰分越高,煤粉的燃烧率越低。根据试验结果,灰分每降低1%,燃烧率大约可提高6%~8%;随着混煤挥发分含量的提高,煤粉燃烧率增加,从提高煤粉燃烧率以及安全性角度考虑,混煤挥发分含量宜控制在18%~25%。
  (6)除尘泥与煤粉混合后的二元粉体燃烧性介于两种单一粉体之间,随着除尘泥的加入,煤粉的燃烧率降低。综合考虑燃烧性以及除尘泥的最大化利用,合适的粉体混合方案为:A2∶B(7∶3)+10%of Sludge。
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