[发明专利]一种基于多组分气体介质和废弃生物质耦合供热的无固体化石燃料的烧结方法

说明书

本发明公开了一种基于多组分气体介质和废弃生物质耦合供热的无固体化石燃料的烧结方法，该烧结方法是将生物质燃料完全替代化石燃料与烧结矿原料混合制粒，所得粒料经过布料后，进入烧结机内进行点火和烧结；在烧结过程中依据料层不同区域热量分布的差异性，综合调控气体介质中可燃、助燃组分比例以及热废气温度，向不同区域分别导入不同的多组分气体介质，不但为物料烧结提供充足热量，而且可以调控料层传热与燃料燃烧的匹配性，使料层热量分布均衡合理，该方法突破了常规烧结依赖单一化石燃料供热的不足，在生产品质均匀烧结矿的同时，可从源头上有效控制COx、SOx、NOx的产生，经济、环保优势显著。

技术领域

本发明涉及一种烧结方法，特别涉及一种多组分气体介质和废弃生物质耦合供热的无固体化石燃料的烧结方法，具体涉及一种在料层中不配加焦粉，依靠高浓度的含氢燃气、生物质燃料及高温为料层提供热量的烧结方法，属于钢铁冶金领域的烧结行业。

背景技术

烧结是我国钢铁工业的第一步高温工序，其能耗高、污染物排放量大，是钢铁工业大气污染负荷最大的环节，也是污染物治理的重点。常规的烧结过程主要以焦炭、无烟煤等固体化石燃料作为热量来源进行高温物理化学反应，但固体化石燃料的燃烧过程是CO₂、SO₂、NO的主要来源。因此，有效减少烧结过程固体化石燃料的消耗量是减排大气污染物的重要途径。

相较于焦粉等固体化石燃料，生物质燃料具有低氮、低硫、可再生的优势，并被认为在其形成使用过程中不会增加大气二氧化碳温室气体的含量，若将其替代固体化石燃料将可有效解决CO₂、SO₂、NO等污染物排放的问题。由于生物质燃料与化学燃料特性差异大，前者燃烧反应活性高，在烧结料层燃烧时容易生成CO，会增加烟气中CO的浓度，在带来污染的同时造成能源的浪费，并且生物质燃料的高反应活性会破坏传热前沿速度与燃烧前沿速度的匹配性，使得料层热量分布均匀性进一步变差。这也是限制其难以高比例替代固体化石燃料的重要因素。

烧结料面燃气喷吹技术是JFE钢铁公司最早为降低CO₂排放而开发的烧结新技术，是指在烧结点火结束后向料层中上部喷吹补入天然气等气体燃料，可降低固体化石燃料的用量进而从源头上降低大气污染物的排放。气体燃料燃烧可拓宽烧结高温区间并可定向地补充上部烧结矿层热量的不足，有助于生产优质、均质的烧结矿。燃气喷吹技术在我国韶钢等企业已有了成功的生产实践，取得了较大的经济、环境效益，但受烧结过熔等条件限制气体燃料的使用比例低，目前仅作为固体化石燃料的补充，可替代焦粉用量较低。烧结料面喷洒水蒸汽被认为是可以提高固体燃料燃烧效率的一种方法，可以减少烟气中的CO排放量。但当前的技术并没有解决大幅减少甚至完全不采用固体化石燃料的难题。生物质燃料虽然清洁可再生，但其高燃烧反应活性一方面使得燃烧过程CO产生量高于常规化石燃料，一方面在替代化石燃料比例60％以上时，会破坏燃烧前沿和传热前沿速度的匹配性，缩短矿物熔化所需高温区的保持时间和最高温度，且在完全替代时带来的不利影响会进一步加剧。鉴于此，本发明拟通过开发一种气体介质、废弃生物质耦合供热实现无固体化石燃料烧结的方法，从优化燃料结构的角度达到最大化减排CO₂、SO₂、NO的目的，对于推动钢铁工业超低排放的改造进程具有积极推动作用。

发明内容

针对现有技术中生物质原料替代化石原料进行铁矿烧结过程存在的不足，本发明的目的是在于提供一种让生物质炭化燃料完全取代料层中焦粉并大幅度提高气体燃料喷吹浓度的烧结方法，该烧结方法在燃料选择上只使用洁净的含氢燃气与生物质燃料，依据抽风烧结时料层固有的热量分布差异，分区域进行复合燃气喷吹，实现均热均质烧结，不但可以大幅度降低COx、SOx、NOx排放量，实现烧结工业的清洁生产，而且可以大幅提高烧结矿产、质量指标，应用前景广阔。