高炉渣余热回收及碳资源协同减排应用基础研究
发布时间：2023-04-29 04:33
随着我国经济的长期持续快速发展,能源与环境问题日益严重,节能减排已成为我国目前面临的主要问题之一,钢铁企业作为能源、资源密集型企业,是我国的耗能大户,炼铁工序的能耗约占钢铁企业总能耗的60%,在钢铁企业的节能降耗中具有举足轻重的地位,尽管近年来随着TRT、CDQ等一系列技术的使用,炼铁工序能耗已有了较大改善,但是到目前为止含有大量高温显热的高炉熔渣的余热却没有得到有效的回收利用,热量回收几乎为零,随着节能减排形势的日益严峻,迫切需要新技术的出现来对高炉熔渣的余热进行有效的回收利用。本文从我国节能减排、钢铁企业余热余能利用及我国的能源结构现状出发,兼顾我国煤气化技术的发展,紧密围绕钢铁企业冶金熔渣余热余能回收、富CO2烟气再资源化及钢铁企业可持续发展的客观要求,提出了高炉渣余热回收及碳资源协同减排应用技术路线,并开展了相关基础研究,其主要研究结果如下：(1)提出了高炉渣余热回收及碳资源协同减排应用系统,该系统主要由熔渣热载体气化炉、转杯粒化系统、颗粒热载体气化炉及余热锅炉四部分组成,该系统将高炉渣的高温显热转化为化学热储存起来,可实现熔态冶金渣和固体颗粒冶金渣的余热余能回收利用,最终渣粒...
【文章页数】：197 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 文献综述
1.1 课题的背景及意义
1.1.1 钢铁企业的余热余能资源和CO2排放情况
1.1.2 钢铁企业的余热余能利用情况
1.1.3 钢铁企业的CO2排放情况
1.2 高炉渣余热余能回收利用现状
1.2.1 物理热回收法
1.2.2 化学热回收法
1.2.3 直接热-电回收法
1.3 不同余热回收方式的比较及新系统的提出
1.4 CO2气氛下煤气化反应研究现状
1.4.1 不同参数对煤焦气化反应的影响
1.4.2 CO2气氛下煤焦的气化反应机理和模型
1.5 本文的主要研究内容
第2章 系统热力学分析及优化设计
2.1 系统热力学分析方法
2.1.1 焓分析法
2.1.2 火用分析法
2.2 高炉渣余热回收系统热力学分析
2.2.1 高炉渣余热回收系统分析方法
2.2.2 高炉渣余热回收系统分析模型
2.3 高炉渣余热回收系统热力学分析结果及讨论
2.3.1 高炉渣余热物理回收法
2.3.2 高炉渣余热化学回收法
2.4 本章小结
第3章 高炉熔渣热载体气化反应动力学及模型研究
3.1 实验装置及方法
3.1.1 实验装置
3.1.2 实验样品
3.1.3 实验流程及实验程序设定
3.1.4 实验工况
3.2 数据处理及动力学分析
3.2.1 碳转化率的计算
3.2.2 反应动力学分析
3.3 结果与讨论
3.3.1 气化反应温度的影响
3.3.2 升温速率的影响
3.3.3 高炉渣的影响
3.3.4 煤种的影响
3.3.5 高炉渣中组分的影响
3.4 动力学模型建立
3.4.1 动力学机理函数的确定
3.4.2 气化反应动力学参数求解
3.4.3 熔渣热载体煤气化反应动力学方程
3.5 本章小结
第4章 熔渣热载体气化反应热态实验研究
4.1 原料及实验仪器
4.1.1 实验原料
4.1.2 实验仪器设备
4.2 熔渣热载体煤气化实验系统
4.2.1 给料系统
4.2.2 主反应器
4.2.3 实验调试过程关键参数确定
4.2.4 实验步骤
4.3 实验工况
4.4 气化指标
4.5 实验结果及讨论
4.5.1 煤种的影响
4.5.2 粒度的影响
4.5.3 气化反应温度的影响
4.5.4 化学当量比CO2-C的影响
4.5.5 气流速度的影响
4.6 本章小结
第5章 高炉渣固体颗粒热载体气化反应动力学及模型研究
5.1 实验装置及方法
5.1.1 实验装置及样品
5.1.2 实验流程及实验程序设定
5.1.3 实验工况
5.2 数据处理及动力学分析
5.2.1 碳转化率的计算
5.2.2 反应初始温度的确定
5.2.3 反应动力学分析
5.3 结果与讨论
5.3.1 气化起始温度的测定
5.3.2 气化反应温度的影响
5.3.3 高炉渣的影响
5.3.4 煤种的影响
5.3.5 高炉渣组分的影响
5.4 动力学模型建立
5.4.1 动力学机理函数的确定
5.4.2 气化反应动力学参数求解
5.4.3 颗粒渣热载体煤气化反应动力学方程
5.5 本章小结
第6章 颗粒渣热载体气化反应热态实验研究
6.1 原料及实验仪器
6.1.1 实验原料
6.1.2 实验仪器设备
6.2 颗粒渣热载体煤气化实验系统
6.2.1 实验步骤
6.2.2 实验工况
6.3 气化指标
6.4 实验结果及讨论
6.4.1 气化反应温度的影响
6.4.2 气流速度的影响
6.4.3 粒度的影响
6.4.4 煤种的影响
6.5 本章小结
第7章 高炉渣余热回收及碳资源协同减排系统工艺计算
7.1 系统工艺计算原理
7.1.1 质量守恒
7.1.2 能量守恒
7.2 系统工艺计算方法
7.3 系统工艺计算结果
7.3.1 气化剂为CO2时工艺计算结果
7.3.2 气化剂为石灰窑烟气时工艺计算结果
7.4 系统热力学完善度评价
7.4.1 气化剂为CO2时系统热力学完善度评价
7.4.2 气化剂为石灰窑烟气时系统热力学完善度评价
7.5 本章小结
第8章 结论
参考文献
致谢
攻读学位期间参与科研及发表论著
本文编号：3805174
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【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 文献综述
1.1 课题的背景及意义
1.1.1 钢铁企业的余热余能资源和CO2排放情况
1.1.2 钢铁企业的余热余能利用情况
1.1.3 钢铁企业的CO2排放情况
1.2 高炉渣余热余能回收利用现状
1.2.1 物理热回收法
1.2.2 化学热回收法
1.2.3 直接热-电回收法
1.3 不同余热回收方式的比较及新系统的提出
1.4 CO2气氛下煤气化反应研究现状
1.4.1 不同参数对煤焦气化反应的影响
1.4.2 CO2气氛下煤焦的气化反应机理和模型
1.5 本文的主要研究内容
第2章 系统热力学分析及优化设计
2.1 系统热力学分析方法
2.1.1 焓分析法
2.1.2 火用分析法
2.2 高炉渣余热回收系统热力学分析
2.2.1 高炉渣余热回收系统分析方法
2.2.2 高炉渣余热回收系统分析模型
2.3 高炉渣余热回收系统热力学分析结果及讨论
2.3.1 高炉渣余热物理回收法
2.3.2 高炉渣余热化学回收法
2.4 本章小结
第3章 高炉熔渣热载体气化反应动力学及模型研究
3.1 实验装置及方法
3.1.1 实验装置
3.1.2 实验样品
3.1.3 实验流程及实验程序设定
3.1.4 实验工况
3.2 数据处理及动力学分析
3.2.1 碳转化率的计算
3.2.2 反应动力学分析
3.3 结果与讨论
3.3.1 气化反应温度的影响
3.3.2 升温速率的影响
3.3.3 高炉渣的影响
3.3.4 煤种的影响
3.3.5 高炉渣中组分的影响
3.4 动力学模型建立
3.4.1 动力学机理函数的确定
3.4.2 气化反应动力学参数求解
3.4.3 熔渣热载体煤气化反应动力学方程
3.5 本章小结
第4章 熔渣热载体气化反应热态实验研究
4.1 原料及实验仪器
4.1.1 实验原料
4.1.2 实验仪器设备
4.2 熔渣热载体煤气化实验系统
4.2.1 给料系统
4.2.2 主反应器
4.2.3 实验调试过程关键参数确定
4.2.4 实验步骤
4.3 实验工况
4.4 气化指标
4.5 实验结果及讨论
4.5.1 煤种的影响
4.5.2 粒度的影响
4.5.3 气化反应温度的影响
4.5.4 化学当量比CO2-C的影响
4.5.5 气流速度的影响
4.6 本章小结
第5章 高炉渣固体颗粒热载体气化反应动力学及模型研究
5.1 实验装置及方法
5.1.1 实验装置及样品
5.1.2 实验流程及实验程序设定
5.1.3 实验工况
5.2 数据处理及动力学分析
5.2.1 碳转化率的计算
5.2.2 反应初始温度的确定
5.2.3 反应动力学分析
5.3 结果与讨论
5.3.1 气化起始温度的测定
5.3.2 气化反应温度的影响
5.3.3 高炉渣的影响
5.3.4 煤种的影响
5.3.5 高炉渣组分的影响
5.4 动力学模型建立
5.4.1 动力学机理函数的确定
5.4.2 气化反应动力学参数求解
5.4.3 颗粒渣热载体煤气化反应动力学方程
5.5 本章小结
第6章 颗粒渣热载体气化反应热态实验研究
6.1 原料及实验仪器
6.1.1 实验原料
6.1.2 实验仪器设备
6.2 颗粒渣热载体煤气化实验系统
6.2.1 实验步骤
6.2.2 实验工况
6.3 气化指标
6.4 实验结果及讨论
6.4.1 气化反应温度的影响
6.4.2 气流速度的影响
6.4.3 粒度的影响
6.4.4 煤种的影响
6.5 本章小结
第7章 高炉渣余热回收及碳资源协同减排系统工艺计算
7.1 系统工艺计算原理
7.1.1 质量守恒
7.1.2 能量守恒
7.2 系统工艺计算方法
7.3 系统工艺计算结果
7.3.1 气化剂为CO2时工艺计算结果
7.3.2 气化剂为石灰窑烟气时工艺计算结果
7.4 系统热力学完善度评价
7.4.1 气化剂为CO2时系统热力学完善度评价
7.4.2 气化剂为石灰窑烟气时系统热力学完善度评价
7.5 本章小结
第8章 结论
参考文献
致谢
攻读学位期间参与科研及发表论著
本文编号：3805174
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