一種鐵礦燒結(jié)用生物質(zhì)焦復(fù)合燃料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種可替代化石燃料的復(fù)合燃料，尤其涉及一種鐵礦燒結(jié)用生物質(zhì)焦 復(fù)合燃料。
【背景技術(shù)】
[0002] 鐵礦燒結(jié)是鋼鐵企業(yè)中高能耗、高污染工序，其工序能耗占鋼鐵企業(yè)總能耗的 9~12%，其中75~80%的能耗由焦粉、無(wú)煙煤等固體燃料提供。固體燃料燃燒過程排放 的煙氣中含有溫室氣體C02以及污染性氣體SOx、NOx，三者的排放量分別占鋼鐵行業(yè)總排放 量的10%、70%、48%。隨著2015年1月1日《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 中規(guī)定的NOx、SOx等的新標(biāo)準(zhǔn)在現(xiàn)有企業(yè)開始實(shí)施，燒結(jié)工序正面臨巨大的環(huán)保壓力。
[0003] 生物質(zhì)能是植物通過光合作用固定于地球上的太陽(yáng)能，是清潔可再生能源。生物 質(zhì)因S、N含量低，且可實(shí)現(xiàn)C02零排放而受到國(guó)內(nèi)外研宄者的重視。將其替代焦粉、無(wú)煙煤 等化石燃料用于鐵礦燒結(jié)是降低COx、S0x、N0x等排放量的有效途徑。
[0004] 與焦粉、無(wú)煙煤等化石燃料相比，具有可替代化石燃料潛力的生物質(zhì)炭具有比表 面積大、結(jié)構(gòu)疏松、著火點(diǎn)低、燃燒速度快、燃燒持續(xù)時(shí)間短等特點(diǎn)。替代部分化石燃料后， 生物質(zhì)炭與焦粉或無(wú)煙煤分散分布于燒結(jié)料層，因生物質(zhì)炭與化石燃料燃燒特性差異大， 兩種燃料呈現(xiàn)出先后獨(dú)立燃燒的特性，使得燃燒持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、燃燒帶寬，從而嚴(yán)重破壞料層 燃燒前沿與傳熱前沿的匹配性，造成燒結(jié)料層溫度低，起粘結(jié)作用的液相量生成不足，燒結(jié) 礦產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)被惡化。因此，縮小兩種燃料燃燒特性的差異性并改善其在料層中分布的狀 態(tài)，是其成功應(yīng)用于鐵礦燒結(jié)的重要前提。本發(fā)明將兩種不同類別的燃料制備成由生物質(zhì) 炭、化石燃料構(gòu)成的復(fù)合燃料，并通過優(yōu)化制備工藝制度來(lái)縮小兩者在燃燒過程中的差異 性。
[0005] 目前由生物質(zhì)和化石燃料構(gòu)成的復(fù)合型燃料主要為生物質(zhì)與煤粉經(jīng)成型制備的 生物質(zhì)型煤，因這種燃料揮發(fā)分含量高，并不滿足鐵礦燒結(jié)對(duì)固體燃料的要求。因此，針對(duì) 鐵礦燒結(jié)對(duì)固體燃料特性的要求，開發(fā)適宜的制備工藝制備出滿足需求的生物質(zhì)炭-化石 燃料復(fù)合型燃料是有效利用生物質(zhì)資源的關(guān)鍵。將生物質(zhì)資源制備成適用于鐵礦燒結(jié)的燃 料，對(duì)于清潔可再生資源的合理、高效利用及鐵礦燒結(jié)清潔生產(chǎn)意義重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服生物質(zhì)炭與化石燃料分散分布在燒結(jié)料層造成 的兩種燃料燃燒不同步，以及燒結(jié)燃燒前沿與傳熱前沿不匹配的不足，提供一種可替代化 石燃料用于鐵礦燒結(jié)的生物質(zhì)焦復(fù)合燃料。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：
[0008] 一種鐵礦燒結(jié)用生物質(zhì)焦復(fù)合燃料，該生物質(zhì)焦復(fù)合燃料是將噴灑B203溶液的高 木質(zhì)素生物質(zhì)和添加強(qiáng)堿溶液的弱粘結(jié)性煉焦煤混合均勻后在400~2000kg/cm2的壓力 和200~300°C的溫度條件下壓制1~3min，制成團(tuán)塊，然后將團(tuán)塊在5~25°C/min的速 率下升溫至500~1000°C，并保溫30~90min，制備得到密度為1. 2~1. 5g/cm3、揮發(fā)分含 量為3~6wt%、固定碳含量為75~85wt%的復(fù)合型炭化燃料；其中B203溶液的噴灑量占 生物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為〇. 5~2%，強(qiáng)堿溶液的添加量占煉焦煤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 1~0. 2%， 高木質(zhì)素生物質(zhì)中木質(zhì)素含量為25~40wt%，弱粘結(jié)性煉焦煤為氣煤、瘦煤和貧瘦煤中一 種或幾種的混合物。
[0009] 上述的生物質(zhì)焦復(fù)合燃料，優(yōu)選的，B203溶液為質(zhì)量濃度為20~40wt%的B203溶 液。
[0010] 上述的生物質(zhì)焦復(fù)合燃料，優(yōu)選的，強(qiáng)堿溶液為氫氧化鈉溶液或/和氫氧化鉀溶 液，質(zhì)量濃度為40~70wt%。
[0011] 上述的生物質(zhì)焦復(fù)合燃料，優(yōu)選的，所述高木質(zhì)素生物質(zhì)是指包括闊葉木或針葉 木在內(nèi)的林業(yè)廢棄物、包括棉桿、豆桿或高粱桿在內(nèi)的農(nóng)業(yè)廢棄物及包括硬質(zhì)果核或果殼 在內(nèi)的一種或幾種生物質(zhì)的混合物。
[0012] 上述的生物質(zhì)焦復(fù)合燃料，優(yōu)選的，所述生物質(zhì)占生物質(zhì)與煉焦煤混合物的質(zhì)量 分?jǐn)?shù)不高于80wt%。
[0013] 上述的生物質(zhì)焦復(fù)合燃料，優(yōu)選的，所述生物質(zhì)粒度為0. 5~2mm，水分含量為5~ 10wt% ;所述煉焦煤粒度不大于0. 5mm，水分含量不高于5wt%。
[0014]上述的生物質(zhì)焦復(fù)合燃料，優(yōu)選的，該生物質(zhì)焦復(fù)合燃料完全替代化石燃料用于 鐵礦燒結(jié)。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0016] 1)本發(fā)明通過優(yōu)選高木質(zhì)素生物質(zhì)和弱粘結(jié)性煉焦煤，使得其炭化后的產(chǎn)品性能 盡量接近，縮小燃燒性方面的差異。
[0017] 2)本發(fā)明的生物質(zhì)焦復(fù)合燃料采用高木質(zhì)素生物質(zhì)與弱粘結(jié)性煉焦煤經(jīng)熱壓成 型、高溫炭化制備而成。利用生物質(zhì)中木質(zhì)素受熱軟化而具備粘結(jié)性的特質(zhì)，保證了團(tuán)塊在 炭化前后均具備較好機(jī)械強(qiáng)度和致密結(jié)構(gòu)；選用價(jià)格低廉、資源豐富的弱粘結(jié)性煉焦煤不 僅能保證炭化后形成高品質(zhì)焦炭，還控制燃料制備的綜合成本。煉焦煤在較高溫度條件下 完成炭化的過程中會(huì)產(chǎn)生少量膠質(zhì)體，將在較低溫條件下已完成炭化的生物質(zhì)炭緊密連接 起來(lái)，進(jìn)一步提高了復(fù)合燃料整體強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)致密度。
[0018] 3)本發(fā)明的生物質(zhì)焦復(fù)合燃料制備過程中，在生物質(zhì)中噴灑B203溶液起到降低生 物質(zhì)炭反應(yīng)活性的作用，在煉焦煤添加K0H溶液或/和NaOH溶液起到提高焦炭反應(yīng)活性的 作用，有助于縮小兩種不同類別燃料燃燒特性的差異，從而可改善生物質(zhì)炭應(yīng)用于燒結(jié)過 程對(duì)燃燒前沿、傳熱前沿匹配性的影響。
[0019] 4)本發(fā)明的生物質(zhì)焦復(fù)合燃料為焦炭與生物質(zhì)炭緊密排列的結(jié)構(gòu)，相比焦炭、生 物質(zhì)炭分散分布在料層中的狀況，復(fù)合燃料有利于實(shí)現(xiàn)反應(yīng)性高的生物質(zhì)炭對(duì)焦炭燃燒所 生成NOx的還原降解，且起活化焦炭反應(yīng)性作用的堿金屬K、Na可起到催化NOx還原降解的 作用，有利于更大幅度的降低NOx了的生成量與排放量，減少了對(duì)環(huán)境的污染。
[0020] 5)本發(fā)明的生物質(zhì)焦復(fù)合燃料可完全替代化石燃料用于鐵礦燒結(jié)，燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量 指標(biāo)與完全采用化石燃料燒結(jié)時(shí)相當(dāng)。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合較佳的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更全面、細(xì)致地描述， 但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于以下具體的實(shí)施例。
[0022] 除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術(shù)語(yǔ)與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的含義 相同。本文中所使用的專業(yè)術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體實(shí)施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0023] 除有特別說明，本發(fā)明中用到的各種試劑、原料均為可以從市場(chǎng)上購(gòu)買的商品或 者可以通過公知的方法制得的產(chǎn)品。
[0024] 實(shí)施例1 :
[0025] 一種本發(fā)明的鐵礦燒結(jié)用生物質(zhì)焦復(fù)合燃料，其密度為1. 2~1. 5g/cm3、揮發(fā)分含 量為5. 59wt%、固定碳含量為76. 35wt% ;其制備方法包括以下步驟：
[0026] 1)將水分含量為7wt%的棉桿粉碎至粒度為1~2mm、水分含量為3%的氣煤粉碎 至粒度為〇. 25~0. 5mm;然后在棉桿中噴灑質(zhì)量濃度為20%的B203溶液（B203溶液的噴灑 量為棉桿質(zhì)量的〇. 5% )，在氣煤中添加質(zhì)量濃度為65wt%的KOH溶液（KOH溶液的添加量 為氣煤質(zhì)量的〇. 15% )。
[0027] 2)將步驟1)處理后的棉桿與氣煤按質(zhì)量比為1:4的量混合均勻，然后在1500kg/ cm2的壓力和300°C的溫度條件下壓制2min，壓成粒徑為15mm的