Application of steam injection in iron ore sintering: fuel combustion efficiency and CO emissions
燒結料面噴吹蒸汽對燃料燃燒效率及CO排放的影響
王毅璠1,2, 楊濤1, 王浩宇2, 丁龍1, 羅云飛1, 龍紅明1,3*
1. 安徽工業(yè)大學冶金工程學院，馬鞍山 243032，中國安徽省；
2. 西安大略大學，化學/生物化學工程系，倫敦 N6A 5B9，加拿大安大略?。?/p>
3. 冶金減排與資源綜合利用教育部重點實驗室，馬鞍山 243002，中國安徽省
提高燒結燃料燃燒效率是增加燒結過程熱量、強化燒結過程、降低燃料消耗及污染物排放的重要手段。燒結料面噴吹技術以其低能耗、低排放的潛在優(yōu)勢受到廣泛關注。本文采用某鋼鐵廠的燒結原料，對比分析了蒸汽噴吹前后燒結過程熱力學反應，研究了料面噴吹蒸汽對燒結燃燒反應及燃燒效率的影響，闡明了其提高燃燒效率的作用機理。結果表明，噴吹蒸汽下燒結氣體介質為H2O-H2-N2-O2，在一定程度上改善了燃料燃燒的傳熱條件，促進了水煤氣等反應的進行。在50 kg級燒結杯試驗條件下，噴吹蒸汽最佳條件為點火8 min后連續(xù)噴15 min，噴吹流量為0.02 m3 min-1。當料面噴吹蒸汽后，水蒸氣進入料層后與上部熱燒結礦換熱逐步升溫，到高溫帶后與燃燒的C發(fā)生水煤氣等反應生成了CO、CO2和H2。同時反應產物H2極易與O2繼續(xù)反應而放熱，從而促使水煤氣反應不斷正向進行。此外，水蒸氣的進入和反應產物H2的出現使燃料疏松化，從而改善未燃燒燃料和氧分壓過低區(qū)域燃燒的動力學條件，也顯著改善C和CO的燃燒動力學條件，進而使得煙氣CO濃度降低10.91 %；同時噴吹水蒸氣減少了C生成CO的比例，提高了生成CO2的比例，燃料燃燒效率為88.83%，較常規(guī)燒結提高6.15%。噴灑蒸汽后燒結礦成品率和轉鼓強度提高0.60%和1.94%，固體能耗降低1.15 kg t-1，表明噴灑蒸汽有助于燒結礦質量改善和固體燃耗降低。
圖1 蒸汽總噴吹量對燒結過程CO平均排放濃度（a）和燃料燃燒效率（b）的影響
圖2 蒸汽噴吹流量對燒結過程CO平均排放濃度（a）和燃料燃燒效率（b）的影響
圖3 蒸汽噴吹開始時間對燒結過程CO平均排放濃度（a）和燃料燃燒效率（b）的影響
圖4 蒸汽噴吹前后燒結燃燒帶的反應變化
表1 蒸汽噴吹前后燒結礦產質量指標
龍紅明，1979年8月生，教授、博士生導師，現任安徽工業(yè)大學冶金工程學院副院長，冶金減排與資源綜合利用教育部重點實驗室主任。兼任中國金屬學會專家委員會委員、冶金固廢資源利用分會秘書長，中國冶金教育學會工程技術分會副理事長，《Journal of Iron and Steel Research International》、《鋼鐵研究學報》、《中國冶金》等期刊編委。入選安徽省“特支計劃”人才、安徽省教學名師。主要研究方向為低碳煉鐵、冶金固廢資源綜合利用、冶金煙氣污染物減排。主持國家級和省部級科研項目10項，企業(yè)產學研項目20余項。以第一作者或通訊作者發(fā)表SCI/EI 收錄論文60余篇；授權國家發(fā)明專利38項、國際專利3項，已實施成果轉化6項；出版著作3 部；獲省部級科技獎3項；2020、2021年入選全球前2%頂尖科學家榜單。
