專利名稱：一種鐵礦燒結(jié)用生物質(zhì)成型燃料及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵冶金領(lǐng)域的燒結(jié)行業(yè)，涉及一種鐵礦燒結(jié)用生物質(zhì)成型燃料的制備及應(yīng)用技術(shù)，通過將生物質(zhì)制備成固體成型燃料，應(yīng)用到鐵礦燒結(jié)替代焦粉、無煙煤等化石能源，實現(xiàn)鐵礦燒結(jié)的清潔生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
燒結(jié)礦是高爐煉鐵的主要含鐵爐料，2010年我國燒結(jié)礦產(chǎn)量高達7. 6億噸。在我國高爐含鐵爐料結(jié)構(gòu)中，燒結(jié)礦一般占75%以上。鐵礦燒結(jié)是典型的高能耗、高污染行業(yè)， 其工序能耗在鋼鐵企業(yè)中僅次于煉鐵工序，居第二位，一般為企業(yè)總能耗的9% -12%。且燒結(jié)煙氣中含有大量的溫室氣體(X)2以及污染性氣體S0x、N0x等，三者的排放量分別占鋼鐵工業(yè)總排放量的10 %、70 %、48 %，是鋼鐵工業(yè)的主要大氣污染源。固體燃料消耗占燒結(jié)工序總能耗75% 80%，我國鐵礦燒結(jié)主要采用焦粉、無煙煤等化石燃料。燒結(jié)過程COx主要來自化石燃料的燃燒產(chǎn)物，不完全燃燒生成C0，完全燃燒生成(X)2 ；燒結(jié)煙氣中SOx的來源是鐵礦石和燃料中有機硫、FeS2、FeS氧化及硫酸鹽高溫分解，由于燃料中硫含量遠高于鐵礦中硫含量，一般可高達0. 5%以上，是煙氣中SOx的主要來源；燒結(jié)過程主要為燃料型NOx，而熱力型NOj^P快速型NOx生成量很少，NOx來源主要是燃料中的氮化物在高溫下熱分解，再和氧化合生成N0X。因此，化石燃料是燒結(jié)過程C0X、SOx, NOx產(chǎn)生的主要來源。采用清潔且價廉的燃料替代焦粉、無燃煤等化石燃料是緩解我國環(huán)境污染和能源緊缺雙重壓力的重要途徑。生物質(zhì)能是由植物光合作用固定于地球上的太陽能，是一種清潔可再生能源，由于生物質(zhì)燃料主要含有C、H、0，而N、S含量低，S0x、N0x排放遠遠低于化石類燃料，且燃燒生成的(X)2參與大氣碳循環(huán)，溫室氣體基本上屬于零排放，因此生物質(zhì)燃料應(yīng)用于鐵礦燒結(jié)可以有效降低C0X、SOx, NOx的排放量。生物質(zhì)的揮發(fā)份高(>70%)；而固定C含量低(< 20%)，因此生物質(zhì)的燃料比 (固定碳/揮發(fā)份)小。燃料比是衡量物質(zhì)燃燒特性的重要指標，燃料比越小，燃燒著火溫度越低，著火越容易，越容易燃盡。將未經(jīng)處理的生物質(zhì)直接取代化石燃料應(yīng)用于鐵礦燒結(jié)， 相比無煙煤、焦粉等燃料，生物質(zhì)更易著火和燃盡，由于生物質(zhì)能的燃燒速度快造成燒結(jié)過程中燃燒前沿速度大幅提高，打破了傳熱前沿速度和燃燒前沿速度的一致性，使得燒結(jié)料層溫度低。因此，直接燃燒生物質(zhì)其熱能利用效率低，應(yīng)用于燒結(jié)難以獲得燒結(jié)所需的高溫， 需要將生物質(zhì)燃料進行預處理。常用的預處理主要是固化成型技術(shù)。目前，固體成型燃料主要應(yīng)用于加熱、供暖、干燥、發(fā)電等領(lǐng)域，大部分為工業(yè)鍋爐提供燃料，為提高燃燒的效率以及鍋爐的效率，當前生物質(zhì)成型技術(shù)主要集中在開發(fā)良好燃燒性和抗結(jié)渣性的成型燃料。 專利“生物質(zhì)成型燃料(申請?zhí)?00910039713. 8) ”添加助燃劑鎂菱土、硝酸鎂、氧化鎂或氧化鐵，并添加固體氧化劑高錳酸鉀、氯酸鉀，以促進成型燃料的燃燒；專利“一種生物質(zhì)塊狀工業(yè)燃料的制備方法(申請?zhí)?00910039713. 8) ”添加A1203、Fe2O3和高嶺土，可提高灰熔點，改善了成型燃料的結(jié)渣性。對于鐵礦燒結(jié)用的成型燃料，其要求燃料燃燒速度和料層傳熱速度有良好的匹配性，而對結(jié)渣性沒有要求。生物質(zhì)燃燒速度過快對燒結(jié)不利，需適當控制成型燃料的燃燒速度。目前對于鐵礦燒結(jié)用生物質(zhì)成型燃料的制備技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)還未見報道。由于生物質(zhì)的燃燒特性以及燒結(jié)料層中的燃燒條件決定了生物質(zhì)的燃燒行為，因此需要開發(fā)適合的生物質(zhì)燃料成型技術(shù)和相應(yīng)的燒結(jié)技術(shù)，縮小生物質(zhì)為燃料的鐵礦燒結(jié)傳熱前沿速度和燃燒前沿速度的差異或?qū)烧咧匦逻_到一致，以提高燒結(jié)料層溫度，從而將生物質(zhì)成功應(yīng)用到鐵礦燒結(jié)。我國可開發(fā)為能源的生物質(zhì)資源量大，相當于3億噸標準煤，但利用率不足10%， 大量寶貴的生物質(zhì)燃料被白白浪費掉。對各種生物質(zhì)進行加工、處理，成為鐵礦燒結(jié)生產(chǎn)所需要的燃料，不僅可以避免資源的浪費，還可實現(xiàn)資源的高值化利用，并為燒結(jié)行業(yè)的清潔生產(chǎn)做出貢獻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種生物質(zhì)成型燃料及應(yīng)用方法，可以作為燒結(jié)燃料替代化石燃料，并符合鐵礦燒結(jié)工藝的要求，減少燒結(jié)過程溫室氣體和污染氣體的排放。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為本發(fā)明的鐵礦燒結(jié)用生物質(zhì)成型燃料是采用以下方式制備得到在生物質(zhì)中添加占其總質(zhì)量0. 4 0. 8%的硅溶膠、0. 5 1. 0%的消石灰，混勻后先將生物質(zhì)熱壓成型使其致密化。所述的熱壓成型是將物料加熱到200 300°C的溫度，然后在300 800kg/cm2的壓力下擠壓成型。發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn)，當本發(fā)明所得生物質(zhì)成型燃料的密度為1. 0 1. 5g/cm3 時，替代焦粉、無煙煤等化石類燃料應(yīng)用到鐵礦燒結(jié)過程，具有良好的應(yīng)用效果。另外，本發(fā)明原料中優(yōu)選的硅溶膠中SiA的質(zhì)量分數(shù)是30-60%。本發(fā)明生物質(zhì)成型燃料優(yōu)選的粒徑是可將其破碎成平均粒徑為2 5mm，但粒徑小于0. 5mm的顆粒其質(zhì)量含量不超過整個生物質(zhì)成型燃料的15%。且以此種粒徑大小應(yīng)用也可獲得良好的替代焦粉、無煙煤等化石類燃料應(yīng)用效果。因此，本發(fā)明的應(yīng)用在于，將本發(fā)明的生物質(zhì)成型燃料作為燒結(jié)燃料，替代部分化石燃料。本發(fā)明應(yīng)用的優(yōu)選方案在于，將生物質(zhì)成型燃料破碎成粒度組成滿足燒結(jié)要求的燃料；替代比例不超過所需化石燃料質(zhì)量的40%。優(yōu)選的破碎成粒度是平均粒徑為2 5mm，但粒徑小于0. 5mm的顆粒其質(zhì)量含量不超過整個生物質(zhì)成型燃料的15%。本發(fā)明應(yīng)用的具體過程包括所述生物質(zhì)成型燃料替代化石燃料的方法先通過燒結(jié)試驗確定在采用化石燃料(如焦粉或無煙煤)需加入到燒結(jié)混合料的用量；采用熱量置換的方法計算替代化石燃料所需的生物質(zhì)成型燃料的質(zhì)量，熱量置換比為0. 75 1. 0，即生物質(zhì)燃料釋放出的IKJ熱量置換0. 75 1. OKJ由化石燃料釋放出的熱量。
本發(fā)明較為優(yōu)選的技術(shù)方案在于，當生物質(zhì)成型燃料的替代比例為0 25%時， 將其與鐵礦石、熔劑、燒結(jié)返礦、化石燃料一起混合并制粒成混合料；或當生物質(zhì)成型燃料的替代比例為25 40%時，將生物質(zhì)成型燃料與其質(zhì)量2 4倍的鐵精礦及0. 1 0. 3倍的生石灰進行預制粒，形成鐵精礦包裹生物質(zhì)燃料的小球，然后與其他鐵礦石、熔劑、燒結(jié)返礦、化石燃料一起混合并制粒成混合料；將制粒后的混合料布到燒結(jié)機上進行點火、燒結(jié)即成燒結(jié)礦。本發(fā)明的生物質(zhì)成型燃料的制備具體包括以下步驟1)生物質(zhì)成型燃料的制備采用熱壓成型工藝對生物質(zhì)進行預處理使其致密化而獲得固體成型燃料。具體方法是在生物質(zhì)中添加占總質(zhì)量0. 4 0. 8 %的硅溶膠(硅溶膠中SW2的質(zhì)量分數(shù)為30-60% )、0. 5 1. 0%的消石灰，混勻后將物料加熱到200 300°C 的溫度，然后在300 800kg/cm2的壓力下擠壓成型，獲得密度1 1. 5g/cm3的固體成型燃料。并將生物質(zhì)固體成型燃料破碎成平均粒徑2 5mm，所述的生物質(zhì)炭粒徑小于0. 5mm的顆粒質(zhì)量含量不超過整個生物質(zhì)成型燃料的15%。2)生物質(zhì)固體成型燃料在鐵礦燒結(jié)中的應(yīng)用方法按照燒結(jié)礦成分的要求采用質(zhì)量配料法配料，燃料占到燒結(jié)混合料總重的3 6%，燃料中采用固體生物質(zhì)成型燃料替代0 40%的化石燃料(如焦粉或無煙煤)進行鐵礦燒結(jié)。當替代比例為0 25%時，將鐵礦石、熔劑、燒結(jié)返礦、燃料一起混合并制粒；當替代比例為25 40%時，將生物質(zhì)燃料與其質(zhì)量2 4倍的鐵精礦及0. 1 0. 3倍的生石灰進行預制粒，形成鐵精礦(一般為磁鐵礦類型)包裹生物質(zhì)燃料的小球，然后與其他燒結(jié)原料混合并制粒。將制粒后的混合料布到燒結(jié)機上進行點火燒結(jié)即成燒結(jié)礦。所述生物質(zhì)成型燃料替代化石燃料的方法是先通過燒結(jié)試驗確定單獨采用化石燃料(如焦粉或無煙煤)時其各自的最佳配比，采用熱值置換的方法計算替代一定比例的化石燃料所需的生物質(zhì)成型燃料質(zhì)量，熱值置換比為0. 75 1. 0(即生物質(zhì)釋放出的IKJ 熱量置換0. 75 1. OKJ由焦粉釋放出的熱量)。在本發(fā)明所描述的各個技術(shù)方案中，所述生物質(zhì)可以選自包括玉米秸稈、水稻秸稈或高粱秸稈在內(nèi)的農(nóng)業(yè)廢棄物，林業(yè)加工的廢料，包括樹木在內(nèi)的木質(zhì)生物，包括甘蔗渣、油料渣滓或果殼在內(nèi)的加工廢棄物，或是以上生物質(zhì)中的一種或幾種的混合物。本發(fā)明的特征及帶來的有益效果將疏松的、低熱值的農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)熱壓成型，可提高燃料的能量密度，且本發(fā)明通過添加硅溶膠和消石灰這兩種膠體物質(zhì)，可分布到生物質(zhì)表面起吸附和粘結(jié)作用， 可減小成型團塊的彈性后效，進一步提高成型燃料密度，且凝膠態(tài)SiO2和CaO在高溫過程中形成的薄膜層可減緩揮發(fā)份的析出，從而適當降低生物質(zhì)在燒結(jié)過程的燃燒速度，有利于縮小燃燒前沿速度與傳熱前沿速度的差異。另外，本發(fā)明更進一步的優(yōu)勢在于，將生物質(zhì)固體成型燃料破碎到平均粒徑為 2 5mm且-0. 5mm含量小于15%的粒度，通過控制生物質(zhì)固體成型燃料的粒度，保證燃料在燒結(jié)過程既能燃盡又使其燃燒速度不致過快。本發(fā)明應(yīng)用過程的優(yōu)勢效果在于，當生物質(zhì)固體成型燃料替換化石燃料比例較高時，采用預制粒的措施，形成磁鐵精礦包裹生物質(zhì)燃料的小球，在燒結(jié)過程，包裹層磁鐵礦氧化消耗氧氣并減緩氧氣向小球內(nèi)部傳遞，可降低小球核心生物質(zhì)燃燒的氧位，從而降低燃燒速度，同時包裹層使生物質(zhì)裂解的氣態(tài)產(chǎn)物擴散到氣流中的時間延長，使其得到充分燃燒，而不至于被氣流帶走造成不完全燃燒而損失熱量。 因此，采用通過本發(fā)明的熱壓成型及添加劑的粘結(jié)作用使團塊致密化，生物質(zhì)能量密度提高6-8倍；團塊結(jié)構(gòu)致密化以及添加劑對揮發(fā)份析出的減緩作用，可降低生物質(zhì)成型燃料的燃燒速度。另外在應(yīng)用過程，本發(fā)明還可同時結(jié)合燃料粒度組成的控制技術(shù)以及燃料的預制粒技術(shù)，使燃料燃燒速度和料層傳熱速度有良好的匹配性，從而將生物質(zhì)成型燃料應(yīng)用到鐵礦燒結(jié)，可在保證燒結(jié)礦產(chǎn)量、質(zhì)量的前提下，大幅降低C0x、S0x、N0x的排放量。
具體實施例方式
下面實例是對本發(fā)明的進一步說明，而不是限制發(fā)明的范圍。具體操作方法在林業(yè)廢棄物鋸末中添加占總質(zhì)量0. 5%的硅溶膠(SW2的質(zhì)量分數(shù)為35% )、 0. 6%的消石灰，混勻后將物料加熱到250°C，然后在400kg/cm2的壓力下擠壓成型，獲得密度1. 2g/cm3的鋸末成型燃料。并將其破碎成平均粒徑為2. 43mm且-0. 5mm含量為13. 69% 的燒結(jié)用成型鋸末。成型鋸末與焦粉在化學成分與工業(yè)分析、灰分成分、粒度組成方面對比分別見表1 表3。表1燃料的化學成分及工業(yè)分析
權(quán)利要求
1.一種鐵礦燒結(jié)用生物質(zhì)成型燃料，其特征在于，采用以下方式制備得到在生物質(zhì)中添加占其總質(zhì)量0. 4 0. 8%的硅溶膠、0. 5 1. 0%的消石灰，混勻后將生物質(zhì)熱壓成型使其致密化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)成型燃料，其特征在于，所述的熱壓成型是將物料加熱到200 300°C的溫度，然后在300 800kg/cm2的壓力下擠壓成型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)成型燃料，其特征在于，獲得密度為1.0 1. 5g/cm3 的成型燃料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，硅溶膠中SiO2的質(zhì)量分數(shù)為 30-60%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)成型燃料，其特征在于，將生物質(zhì)成型燃料破碎成平均粒徑為2 5mm，且粒徑小于0. 5mm的顆粒其質(zhì)量含量不超過整個生物質(zhì)成型燃料的 15%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)成型燃料，其特征在于，所述生物質(zhì)選自包括玉米秸稈、水稻秸稈或高粱秸稈在內(nèi)的農(nóng)業(yè)廢棄物，林業(yè)加工的廢料，包括樹木在內(nèi)的木質(zhì)生物， 包括甘蔗渣、油料渣滓或果殼在內(nèi)的加工廢棄物，或是以上生物質(zhì)中的一種或幾種的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述生物質(zhì)成型燃料的應(yīng)用，其特征在于，將所述生物質(zhì)成型燃料作為燒結(jié)燃料，替代部分化石燃料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述生物質(zhì)成型燃料的應(yīng)用，其特征在于將生物質(zhì)成型燃料破碎成粒度組成滿足燒結(jié)要求的燃料；替代比例不超過所需化石燃料質(zhì)量的40%。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述生物質(zhì)成型燃料的應(yīng)用，其特征在于，所述生物質(zhì)成型燃料替代化石燃料的方法先通過燒結(jié)試驗確定在采用化石燃料需加入到燒結(jié)混合料的用量；采用熱量置換的方法計算替代化石燃料所需的生物質(zhì)成型燃料的質(zhì)量，熱量置換比為0. 75 1. 0，即生物質(zhì)燃料釋放出的IKJ熱量置換0. 75 1. OKJ由化石燃料釋放出的熱量。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述生物質(zhì)成型燃料的應(yīng)用，其特征在于，當生物質(zhì)成型燃料的替代比例為0 25%時，將其與鐵礦石、熔劑、燒結(jié)返礦、化石燃料一起混合并制粒成混合料； 或當生物質(zhì)成型燃料的替代比例為25 40 %時，將生物質(zhì)成型燃料與其質(zhì)量2 4倍的鐵精礦及0. 1 0. 3倍的生石灰進行預制粒，形成鐵精礦包裹生物質(zhì)燃料的小球，然后與其他鐵礦石、熔劑、燒結(jié)返礦、化石燃料一起混合并制粒成混合料；將制粒后的混合料布到燒結(jié)機上進行點火、燒結(jié)即成燒結(jié)礦。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鐵礦燒結(jié)用生物質(zhì)成型燃料的制備及應(yīng)用方法。生物質(zhì)成型燃料的制備是在添加硅溶膠、消石灰的條件下熱壓成型，獲得固體成型燃料。將生物質(zhì)成型燃料應(yīng)用到鐵礦燒結(jié)，按照0.75～1.0的熱量置換比，替代0～40％的化石燃料，獲得的燒結(jié)指標與完全使用焦粉時相當，并可大幅降低燒結(jié)過程COx、SOx、NOx的排放量。
文檔編號C10L5/44GK102260567SQ20111018019
公開日2011年11月30日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者余志遠, 姜濤, 季志云, 張元波, 李光輝, 李文琦, 李騫, 楊永斌, 王強, 王祎, 甘敏, 白國華, 范曉慧, 袁禮順, 許斌, 謝路奔, 郭宇峰, 陳許玲, 黃柱成 申請人:中南大學