[发明专利]一种铁矿烧结用生物质成型燃料及应用

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域的烧结行业，涉及一种铁矿烧结用生物质成型燃料的制备及应用技术，通过将生物质制备成固体成型燃料，应用到铁矿烧结替代焦粉、无烟煤等化石能源，实现铁矿烧结的清洁生产。

背景技术

烧结矿是高炉炼铁的主要含铁炉料，2010年我国烧结矿产量高达7.6亿吨。在我国高炉含铁炉料结构中，烧结矿一般占75％以上。铁矿烧结是典型的高能耗、高污染行业，其工序能耗在钢铁企业中仅次于炼铁工序，居第二位，一般为企业总能耗的9％-12％。且烧结烟气中含有大量的温室气体CO₂以及污染性气体SO_x、NO_x等，三者的排放量分别占钢铁工业总排放量的10％、70％、48％，是钢铁工业的主要大气污染源。

固体燃料消耗占烧结工序总能耗75％～80％，我国铁矿烧结主要采用焦粉、无烟煤等化石燃料。烧结过程CO_x主要来自化石燃料的燃烧产物，不完全燃烧生成CO，完全燃烧生成CO₂；烧结烟气中SO_x的来源是铁矿石和燃料中有机硫、FeS₂、FeS氧化及硫酸盐高温分解，由于燃料中硫含量远高于铁矿中硫含量，一般可高达0.5％以上，是烟气中SO_x的主要来源；烧结过程主要为燃料型NO_x，而热力型NO_x和快速型NO_x生成量很少，NO_x来源主要是燃料中的氮化物在高温下热分解，再和氧化合生成NO_x。因此，化石燃料是烧结过程CO_x、SO_x、NO_x产生的主要来源。

采用清洁且价廉的燃料替代焦粉、无燃煤等化石燃料是缓解我国环境污染和能源紧缺双重压力的重要途径。生物质能是由植物光合作用固定于地球上的太阳能，是一种清洁可再生能源，由于生物质燃料主要含有C、H、O，而N、S含量低，SO_x、NO_x排放远远低于化石类燃料，且燃烧生成的CO₂参与大气碳循环，温室气体基本上属于零排放，因此生物质燃料应用于铁矿烧结可以有效降低CO_x、SO_x、NO_x的排放量。

生物质的挥发份高(＞70％)；而固定C含量低(＜20％)，因此生物质的燃料比(固定碳/挥发份)小。燃料比是衡量物质燃烧特性的重要指标，燃料比越小，燃烧着火温度越低，着火越容易，越容易燃尽。将未经处理的生物质直接取代化石燃料应用于铁矿烧结，相比无烟煤、焦粉等燃料，生物质更易着火和燃尽，由于生物质能的燃烧速度快造成烧结过程中燃烧前沿速度大幅提高，打破了传热前沿速度和燃烧前沿速度的一致性，使得烧结料层温度低。

因此，直接燃烧生物质其热能利用效率低，应用于烧结难以获得烧结所需的高温，需要将生物质燃料进行预处理。常用的预处理主要是固化成型技术。目前，固体成型燃料主要应用于加热、供暖、干燥、发电等领域，大部分为工业锅炉提供燃料，为提高燃烧的效率以及锅炉的效率，当前生物质成型技术主要集中在开发良好燃烧性和抗结渣性的成型燃料。专利“生物质成型燃料(申请号200910039713.8)”添加助燃剂镁菱土、硝酸镁、氧化镁或氧化铁，并添加固体氧化剂高锰酸钾、氯酸钾，以促进成型燃料的燃烧；专利“一种生物质块状工业燃料的制备方法(申请号200910039713.8)”添加Al₂O₃、Fe₂O₃和高岭土，可提高灰熔点，改善了成型燃料的结渣性。

对于铁矿烧结用的成型燃料，其要求燃料燃烧速度和料层传热速度有良好的匹配性，而对结渣性没有要求。生物质燃烧速度过快对烧结不利，需适当控制成型燃料的燃烧速度。目前对于铁矿烧结用生物质成型燃料的制备技术和应用技术还未见报道。由于生物质的燃烧特性以及烧结料层中的燃烧条件决定了生物质的燃烧行为，因此需要开发适合的生物质燃料成型技术和相应的烧结技术，缩小生物质为燃料的铁矿烧结传热前沿速度和燃烧前沿速度的差异或将两者重新达到一致，以提高烧结料层温度，从而将生物质成功应用到铁矿烧结。