高炉渣热载体煤/水蒸气制取合成气的应用基础研究
发布时间：2022-02-20 13:36
随着我国经济的快速发展,能源与环境问题日益突出,节能减排已成为我国目前面临的主要问题之一。高炉渣作为高炉生产过程中主要副产品,其排出温度约1600℃,每吨渣含有的余热相当于高炉生产1吨生铁消耗能量的13%,但由于其导热系数低、粘度随温度变化剧烈等问题使得其高品质余热回收利用十分困难。目前高炉渣的处理方法主要为水淬法,该方法不仅浪费了新水、污染了环境,而且渣的余热也没有得到很好的回收利用。因此,有效解决高炉渣高品质余热回收利用问题,成为实现钢铁工业节能降耗的关键所在。另一方面,煤炭在利用过程中生成大量CO2、NOx、SO2以及重金属污染物,对环境造成较大的破坏。因此,清洁高效的煤利用技术的开发和应用对我国的可持续发展有着至关重要的作用。鉴于此,本文提出高炉渣热载体煤/水蒸气气化制取合成气的技术路线,以期解决高炉渣余热高效回收利用的问题,同时实现煤炭的高效清洁转化。围绕该技术路线的构建,主要展开下述基础研究工作:（1）提出高炉渣热载体煤/水蒸气气化制取合成气的新工艺。该工艺利用强吸热的煤气化反应有效的将炉渣高品质显热转化为化...
【文章来源】：东北大学辽宁省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１固体渣粒冲击粒化余热回收系统示意图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｏｌｉｄ?ｓｌａｇ?ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ?ｗａｓｔｅ?ｈｅａｔ?ｒｅｃｏｖｅｒｙ?ｓｙｓｔｅｍ??
（２）转鼓法??上世纪８０年代，日本川岛播磨重工（Ｉｓｈｉｋａｗａｊｉｍａｅ?Ｈａｒｉｍａ?Ｈｅａｖｙ?Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）和住??友金属工业（Ｓｕｍｉｔｏｍｏ?Ｍｅｔａｌ）联合提出了转鼓法，系统示意图如图１．２所示［１７＿１９］。从??图中可以看出，高炉熔渣流股撞击到转鼓上形成颗粒渣，而后颗粒渣进入流化床进行余??热回收。在此过程中，通入到流化床中的空气与颗粒渣换热形成热空气，排出后经过换??热器生产蒸汽。随着研宄进行，该方法得到了一定程度的改进：一方面，为降低该过程??的热损失和渣粒径分散程度，转鼓表面被涂抹上一薄层油或水以提高润滑性；另一方面，??冷态渣粒加入到流化床中以提高热渣的冷却速度及降低渣粒的粘结程度［２（）］。日本歌山钢??铁厂进行了该系统的半工业化试验，系统流程如图１．３所示。装置的处理能力约为４０?ｔ＿ｈ＇??余热回收效率为５０－６０?％［１７’２１１。??此外，日本ＮＫＫ公司在１９８４年设计了双转鼓高炉熔渣粒化－余热回收系统，如图??１．４所示［２２］。系统主要由两个转向相反的转鼓组成，转鼓内通入有机、高沸点的流体用??于快速冷却熔渣。熔渣流入两个转鼓中间的缝隙被破碎
（１）转杯粒化法??１９８５年，Ｐｉｃｋｅｒｉｎｇ提出了转杯粒化法进行高炉渣粒化及余热回收［２８］，其装置示意??图如图１．７所示。高速旋转的转杯作为该方法实施的最主要部件，其具体操作过程为：??将高温熔渣直接倒向高速旋转的转杯，熔渣在转杯离心力的作用下快速向外射出。与此??同时，冷空气从转杯下方吹向射出的高炉渣进行换热，使高炉渣能够快速冷却形成含有??大量玻璃体的颗粒。一次冷却后的颗粒渣进入到流化床余热回收装置进行二次余热回收，??在这方面东北大学的Ｙｕ和Ｌｉｕ等人进行了大量的研宄工作［２９－３火图１．８为他们采用的??高炉颗粒渣余热回收自流床余热锅炉装置示意图。??４?４?ｉ?ｉ??■?ＩＩＩ??．Ｈｏｔａｉｒ—ｌ?Ｓｌａｇ?ｓｕｐｐｌｙ?ｌａｕｎｄｅｒ??Ｒｏｏｌｅｄ＾ａｌｌ???Ｓｌａｇ?ｇｒａｎｕｌｅｓ＾－＾??、／＂Ｒｏｔａｒｙ－ｃｕｐ??＂ｒｊＳｆＡｉｒ?ｂｌａｓｔ??Ｌ?［＾ａｔｏｍｉｚｅｒ?４?Ｐｎｍａｒｙ??ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ?ｂｅｄ??ｐｉｉ?ｉｌｌ一一?＾ｏｎ，７Ａ??Ｓｌａｇ?ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ?ｂｅｄ??ｄｉｓｃｈａｒｇｅＵ?Ｕ——??Ｌｌ＾ｉｒ??图１．７转杯粒化法装置示意图??Ｆｉｇ．?１．７?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｒｏｔａｒｙ?ｃｕｐ?ａｔｏｍｉｚｅｒ??［７｜—?１?謂??口｜??晷晷?１－Ａｒｍｏ?ｐｌａｔｅ??—ｊＬ＂．．＂．＂ｕ?？？？％％：？？？？？？？?＾?２，?３，?５－Ｋ?ｔｙｐｅ?ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ??＊ｉｉ?：■■■■－■＂．．．??????＇．．ｍｕ??ｆｐ?ｃｏ
【参考文献】：
期刊论文
[1]高炉渣余热回收协同转化生物质制氢[J]. 童力,胡松涛,罗思义. 化工学报. 2014(09)
[2]TiO2-Al2O3-CaO-SiO2低碱度高钛渣熔体黏度特性[J]. 董相娟,孙昊延,佘雪峰,薛庆国,王静松. 北京科技大学学报. 2013(10)
[3]我国钢铁企业余热资源的回收与利用[J]. 仇芝蓉. 冶金丛刊. 2010(06)
[4]国内外熔融高炉渣显热回收方法[J]. 李顺. 工业加热. 2009(03)
[5]中国典型煤种煤焦水蒸气气化反应特性研究[J]. 王婧,张忠孝,金晶,乌晓江,陈国艳,姜江. 上海理工大学学报. 2009(02)
[6]氢气存在下煤焦水蒸气气化:Ⅱ修正随机孔模型的建立[J]. 杨帆,周志杰,刘海峰,龚欣,王辅臣,于遵宏. 燃料化学学报. 2009(02)
[7]矿渣微观结构的研究进展[J]. 周胜波. 山东冶金. 2008(06)
[8]钢铁企业的能源系统集成[J]. 韩丽辉,苍大强. 冶金能源. 2008(05)
[9]CaO-Al2O3-CaF2-SiO2渣系的黏度[J]. 豆志河,姚建明,张廷安,牛丽萍. 东北大学学报(自然科学版). 2008(07)
[10]高炉熔渣干式显热回收技术研究进展[J]. 徐永通,丁毅,蔡漳平,刘青,黄晔,叶树峰. 中国冶金. 2007(09)
博士论文
[1]低阶烟煤中低温热解及热解产物研究[D]. 钱卫.中国矿业大学(北京) 2012
硕士论文
[1]碳酸钾对煤水蒸气气化反应性影响的研究[D]. 陈凡敏.华东理工大学 2013
[2]煤在高炉渣中气化特性的实验研究[D]. 杜文亚.东北大学 2011
本文编号：3635155
【文章来源】：东北大学辽宁省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１固体渣粒冲击粒化余热回收系统示意图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｏｌｉｄ?ｓｌａｇ?ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ?ｗａｓｔｅ?ｈｅａｔ?ｒｅｃｏｖｅｒｙ?ｓｙｓｔｅｍ??
（２）转鼓法??上世纪８０年代，日本川岛播磨重工（Ｉｓｈｉｋａｗａｊｉｍａｅ?Ｈａｒｉｍａ?Ｈｅａｖｙ?Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）和住??友金属工业（Ｓｕｍｉｔｏｍｏ?Ｍｅｔａｌ）联合提出了转鼓法，系统示意图如图１．２所示［１７＿１９］。从??图中可以看出，高炉熔渣流股撞击到转鼓上形成颗粒渣，而后颗粒渣进入流化床进行余??热回收。在此过程中，通入到流化床中的空气与颗粒渣换热形成热空气，排出后经过换??热器生产蒸汽。随着研宄进行，该方法得到了一定程度的改进：一方面，为降低该过程??的热损失和渣粒径分散程度，转鼓表面被涂抹上一薄层油或水以提高润滑性；另一方面，??冷态渣粒加入到流化床中以提高热渣的冷却速度及降低渣粒的粘结程度［２（）］。日本歌山钢??铁厂进行了该系统的半工业化试验，系统流程如图１．３所示。装置的处理能力约为４０?ｔ＿ｈ＇??余热回收效率为５０－６０?％［１７’２１１。??此外，日本ＮＫＫ公司在１９８４年设计了双转鼓高炉熔渣粒化－余热回收系统，如图??１．４所示［２２］。系统主要由两个转向相反的转鼓组成，转鼓内通入有机、高沸点的流体用??于快速冷却熔渣。熔渣流入两个转鼓中间的缝隙被破碎
（１）转杯粒化法??１９８５年，Ｐｉｃｋｅｒｉｎｇ提出了转杯粒化法进行高炉渣粒化及余热回收［２８］，其装置示意??图如图１．７所示。高速旋转的转杯作为该方法实施的最主要部件，其具体操作过程为：??将高温熔渣直接倒向高速旋转的转杯，熔渣在转杯离心力的作用下快速向外射出。与此??同时，冷空气从转杯下方吹向射出的高炉渣进行换热，使高炉渣能够快速冷却形成含有??大量玻璃体的颗粒。一次冷却后的颗粒渣进入到流化床余热回收装置进行二次余热回收，??在这方面东北大学的Ｙｕ和Ｌｉｕ等人进行了大量的研宄工作［２９－３火图１．８为他们采用的??高炉颗粒渣余热回收自流床余热锅炉装置示意图。??４?４?ｉ?ｉ??■?ＩＩＩ??．Ｈｏｔａｉｒ—ｌ?Ｓｌａｇ?ｓｕｐｐｌｙ?ｌａｕｎｄｅｒ??Ｒｏｏｌｅｄ＾ａｌｌ???Ｓｌａｇ?ｇｒａｎｕｌｅｓ＾－＾??、／＂Ｒｏｔａｒｙ－ｃｕｐ??＂ｒｊＳｆＡｉｒ?ｂｌａｓｔ??Ｌ?［＾ａｔｏｍｉｚｅｒ?４?Ｐｎｍａｒｙ??ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ?ｂｅｄ??ｐｉｉ?ｉｌｌ一一?＾ｏｎ，７Ａ??Ｓｌａｇ?ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ?ｂｅｄ??ｄｉｓｃｈａｒｇｅＵ?Ｕ——??Ｌｌ＾ｉｒ??图１．７转杯粒化法装置示意图??Ｆｉｇ．?１．７?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｒｏｔａｒｙ?ｃｕｐ?ａｔｏｍｉｚｅｒ??［７｜—?１?謂??口｜??晷晷?１－Ａｒｍｏ?ｐｌａｔｅ??—ｊＬ＂．．＂．＂ｕ?？？？％％：？？？？？？？?＾?２，?３，?５－Ｋ?ｔｙｐｅ?ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ??＊ｉｉ?：■■■■－■＂．．．??????＇．．ｍｕ??ｆｐ?ｃｏ
【参考文献】：
期刊论文
[1]高炉渣余热回收协同转化生物质制氢[J]. 童力,胡松涛,罗思义. 化工学报. 2014(09)
[2]TiO2-Al2O3-CaO-SiO2低碱度高钛渣熔体黏度特性[J]. 董相娟,孙昊延,佘雪峰,薛庆国,王静松. 北京科技大学学报. 2013(10)
[3]我国钢铁企业余热资源的回收与利用[J]. 仇芝蓉. 冶金丛刊. 2010(06)
[4]国内外熔融高炉渣显热回收方法[J]. 李顺. 工业加热. 2009(03)
[5]中国典型煤种煤焦水蒸气气化反应特性研究[J]. 王婧,张忠孝,金晶,乌晓江,陈国艳,姜江. 上海理工大学学报. 2009(02)
[6]氢气存在下煤焦水蒸气气化:Ⅱ修正随机孔模型的建立[J]. 杨帆,周志杰,刘海峰,龚欣,王辅臣,于遵宏. 燃料化学学报. 2009(02)
[7]矿渣微观结构的研究进展[J]. 周胜波. 山东冶金. 2008(06)
[8]钢铁企业的能源系统集成[J]. 韩丽辉,苍大强. 冶金能源. 2008(05)
[9]CaO-Al2O3-CaF2-SiO2渣系的黏度[J]. 豆志河,姚建明,张廷安,牛丽萍. 东北大学学报(自然科学版). 2008(07)
[10]高炉熔渣干式显热回收技术研究进展[J]. 徐永通,丁毅,蔡漳平,刘青,黄晔,叶树峰. 中国冶金. 2007(09)
博士论文
[1]低阶烟煤中低温热解及热解产物研究[D]. 钱卫.中国矿业大学(北京) 2012
硕士论文
[1]碳酸钾对煤水蒸气气化反应性影响的研究[D]. 陈凡敏.华东理工大学 2013
[2]煤在高炉渣中气化特性的实验研究[D]. 杜文亚.东北大学 2011
本文编号：3635155
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