铁矿石烧结过程中不同类型准颗粒的燃烧特性

采用竖直管式炉研究了焦炭粒径、黏附层、黏附比、焦粉比例对不同类型准颗粒质量转化率和燃料氮转化率的影响.结果表明, 对于S和S'型准颗粒, 质量转化率均随焦炭粒径的增大而降低; 对于S'型准颗粒, 燃料氮转化率随着焦炭粒径的增大而减小, 而对于存在黏附层的S型准颗粒, 内核焦炭粒径越大, 燃料氮转化率越大; 通过对比S和S'型准颗粒的燃烧情况, 发现黏附层的存在有利于提高准颗粒的质量转化率和燃料氮转化率; 对于C型准颗粒, 黏附比越大, 质量转化率和燃料氮转化率均越小; P型准颗粒的质量转化率随着焦粉比例的增加而减小, 燃料氮转化率在焦粉比例为50%时达到最低值.

团购合买资源类别：文库，文档格式：PDF，文档页数：9，文件大小：0.98MB

工程科学学报，第41卷，第3期：316-324,2019年3月 Chinese Journal of Engineering,Vol.41,No.3:316-324,March 2019 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.004:http://journals.ustb.edu.cn 铁矿石烧结过程中不同类型准颗粒的燃烧特性马鹏楠，程明，周明熙，李亚威，周吴⑧ 浙江大学能源清洁利用国家重点实验室，杭州310027 ☒通信作者，E-mail:zhouhac@ju.ed.cm 摘要采用竖直管式炉研究了焦炭粒径、黏附层、黏附比、焦粉比例对不同类型准颗粒质量转化率和燃料氮转化率的影响. 结果表明，对于S和S型准颗粒，质量转化率均随焦炭粒径的增大而降低：对于S型准颗粒，燃料氮转化率随着焦炭粒径的增大而减小，而对于存在黏附层的S型准颗粒，内核焦炭粒径越大，燃料氮转化率越大：通过对比S和$型准颗粒的燃烧情况，发现黏附层的存在有利于提高准颗粒的质量转化率和燃料氮转化率：对于C型准颗粒，黏附比越大，质量转化率和燃料氮转化率均越小；P型准颗粒的质量转化率随着焦粉比例的增加而减小，燃料氮转化率在焦粉比例为50%时达到最低值. 关键词铁矿石烧结：准颗粒：质量转化率：燃料氮转化率：NO排放分类号TF046.4 Combustion characteristics of different types of quasi-particles in iron ore sintering process MA Peng-nan,CHENG Ming,ZHOU Ming-xi,LI Ya-wei,ZHOU Hao State Key Laboratory of Clean Energy Utilization,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China Corresponding author,E-mail:zhouhao@zju.edu.cn ABSTRACT The iron ore sintering process is the main source of NO,emissions and accounts for about 48%of the total NO,emis- sions in the iron and steel industry.The generated NO,is mainly from fuel consumption,and it usually exists in the form of quasi-parti- cle in iron ore sintering bed.Therefore,it is important to deeply understand the combustion characteristics and NO,formation mecha- nism of quasi-particles in iron ore sintering process.Based on this,the effects of coke breeze particle size,presence of an adhering lay- er of quasi-particles,adhering ratio of quasi-particle,and coke breeze content on the mass conversion rate of different types of quasi- particles and conversion rate of fuel-N to NO,were investigated in a vertical quartz tube reactor in detail.The results show that the mass conversion rate decreases with increasing coke breeze particle size for S'-and S-type quasi-particles:the conversion rate of fuel-N to NO,decreases with increasing coke breeze particle size for S'-type quasi-particle and exhibits the opposite trend for S-type quasi-parti- cle,which is because of the presence of an adhering layer consisting of fine iron ore and limestone.Considering the combustion charac- teristics of S-and S'-type quasi-particles,the presence of an adhering layer of quasi-particles favors the increase of mass conversion rate and conversion rate of fuel-N to NO,.The mass conversion rate and conversion rate of fuel-N to NO,both decrease with increasing ad- hering ratio for C-type quasi-particles whose adhering layer consists of fine limestone and coke breeze.For P-type quasi-particles com- prising coke breeze,fine limestone,and fine iron ore,the mass conversion rate decreases with increasing coke breeze content.The conversion rate of fuel-N to NO,is not linear and reaches the lowest value when coke breeze content is 50%. KEY WORDS iron ore sintering:quasi-particle;mass conversion rate:conversion rate of fuel-N to NO,:NO,emissions 收稿日期：201801-26 基金项目：国家杰出青年基金资助项目(51825605)

工程科学学报，第 41 卷，第 3 期: 316--324，2019 年 3 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 41，No． 3: 316--324，March 2019 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2019． 03． 004; http: / /journals． ustb． edu． cn 铁矿石烧结过程中不同类型准颗粒的燃烧特性马鹏楠，程明，周明熙，李亚威，周昊 浙江大学能源清洁利用国家重点实验室，杭州 310027 通信作者，E-mail: zhouhao@ zju． edu． cn 摘要采用竖直管式炉研究了焦炭粒径、黏附层、黏附比、焦粉比例对不同类型准颗粒质量转化率和燃料氮转化率的影响．结果表明，对于 S 和 S'型准颗粒，质量转化率均随焦炭粒径的增大而降低; 对于 S'型准颗粒，燃料氮转化率随着焦炭粒径的增大而减小，而对于存在黏附层的 S 型准颗粒，内核焦炭粒径越大，燃料氮转化率越大; 通过对比 S 和 S'型准颗粒的燃烧情况，发现黏附层的存在有利于提高准颗粒的质量转化率和燃料氮转化率; 对于 C 型准颗粒，黏附比越大，质量转化率和燃料氮转化率均越小; P 型准颗粒的质量转化率随着焦粉比例的增加而减小，燃料氮转化率在焦粉比例为 50% 时达到最低值．关键词铁矿石烧结; 准颗粒; 质量转化率; 燃料氮转化率; NOx 排放分类号 TF046. 4 收稿日期: 2018--01--26 基金项目: 国家杰出青年基金资助项目( 51825605) Combustion characteristics of different types of quasi-particles in iron ore sintering process MA Peng-nan，CHENG Ming，ZHOU Ming-xi，LI Ya-wei，ZHOU Hao State Key Laboratory of Clean Energy Utilization，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China Corresponding author，E-mail: zhouhao@ zju． edu． cn ABSTＲACT The iron ore sintering process is the main source of NOx emissions and accounts for about 48% of the total NOx emissions in the iron and steel industry． The generated NOx is mainly from fuel consumption，and it usually exists in the form of quasi-particle in iron ore sintering bed． Therefore，it is important to deeply understand the combustion characteristics and NOx formation mechanism of quasi-particles in iron ore sintering process． Based on this，the effects of coke breeze particle size，presence of an adhering layer of quasi-particles，adhering ratio of quasi-particle，and coke breeze content on the mass conversion rate of different types of quasiparticles and conversion rate of fuel-N to NOx were investigated in a vertical quartz tube reactor in detail． The results show that the mass conversion rate decreases with increasing coke breeze particle size for S'- and S-type quasi-particles; the conversion rate of fuel-N to NOx decreases with increasing coke breeze particle size for S'-type quasi-particle and exhibits the opposite trend for S-type quasi-particle，which is because of the presence of an adhering layer consisting of fine iron ore and limestone． Considering the combustion characteristics of S-and S'-type quasi-particles，the presence of an adhering layer of quasi-particles favors the increase of mass conversion rate and conversion rate of fuel-N to NOx ． The mass conversion rate and conversion rate of fuel-N to NOx both decrease with increasing adhering ratio for C-type quasi-particles whose adhering layer consists of fine limestone and coke breeze． For P-type quasi-particles comprising coke breeze，fine limestone，and fine iron ore，the mass conversion rate decreases with increasing coke breeze content． The conversion rate of fuel-N to NOx is not linear and reaches the lowest value when coke breeze content is 50% ． KEY WOＲDS iron ore sintering; quasi-particle; mass conversion rate; conversion rate of fuel-N to NOx ; NOx emissions

马鹏楠等：铁矿石烧结过程中不同类型准颗粒的燃烧特性 ·317· 在我国的钢铁生产过程中约80%的高炉原料程不符的烧结床温，进而影响烧结质量的评估和来源于烧结矿，焦炭是烧结过程常用的燃料之 NO,排放的计算等. 一，焦炭燃烧为烧结过程提供能量并决定着烧结床 0ba等研究了不同温度(900,1000和1200 的温度分布，对烧结矿质量有着决定性的影响回 ℃)下用Fe3O,和Ca0粉末包覆焦炭的燃烧行为并充分了解烧结过程中焦炭的燃烧有利于控制烧结床计算了不同温度下不同组分包覆焦炭的化学反应速温进而控制烧结矿的质量.2016年我国粗钢产量为率常数，通过对比燃烧前后Fe3O,和Ca0包覆焦炭 8.08亿t同，相应产生了巨大的NO,排放，而烧结过的微观结构发现，准颗粒燃烧后，焦炭表面的附着物程是主要的NO,排放源，约占钢铁工业NO,排放的脱落，导致焦炭暴露在气氛中，从而使其燃烧速率加 40%.NO,的形成机理包括快速型NO.、燃料型快.Gan等3-研究了烧结过程中不同制粒方式对 N0.和热力型NO.,热力型NO.的生成需要1500℃ 准颗粒燃烧的影响，发现预制粒技术（燃料内嵌）有以上的高温，而烧结过程的最高温度为1300~ 利于降低燃烧率，提高燃烧效率.而且当燃料内嵌 1400℃.快速型NO.与热力型N0.不同，它是先通时，由于O,需要通过制粒才能够扩散到焦炭附近，过燃料燃烧产生的CH原子团撞击N,分子，生成CN 生成的CO也会经过制粒层扩散到环境中，将NO 类化合物，这些中间反应产物进一步被氧化而生成还原成N2,因此可以有效降低NO,的排放.Hou NO.·燃料型NO.来源于燃料中所含有的氮化物在等的研究了焦炭后加和常规制粒的燃烧特性，发现燃烧过程中的氧化，因此烧结过程的NO,排放主要焦炭后加会导致燃烧速率加快.Terushige等Da通来源于燃料型NO,对烧结过程中燃料氯的转化进过研究颗粒类型和添加剂对焦粉燃烧的影响，发现行深入研究显得十分必要石灰对提高燃烧速率有着催化作用.Tobu等m采铁矿石烧结过程的原料主要为：焦炭、熔剂、铁用热重一差热分析法研究了焦炭制粒结构对其燃烧矿石及含铁原料等.这些原料的粒度一般都很细，效率的影响.Kasai与Omori图研究了不同赋存状且不同原料的粒度不同.为了保证烧结床层的透气态下焦粉的燃烧率，应用未反应收缩核模型发展了性，在原料混合之后需要在制粒设备中进行制粒，从而增加烧结料的平均粒径.在制粒过程中，不同不同类型准颗粒燃烧的数学模型.To等图发现细焦炭在准颗粒中的位置取决于制粒过程中加入焦炭粒径的原料混在一起形成制粒小球.从焦炭的分布的时间，而粗焦炭颗粒不受焦炭添加技术的影响，总来看，-0.25mm的焦炭颗粒嵌入在黏附层中，+1 是保持裸露，不在其他原料上黏附.Zhao等阿模拟 mm的焦炭颗粒通常作为制粒小球的核心颗粒， +0.25~1mm的焦粉颗粒位于黏附层外面，容易脱了黏附层对O,扩散的影响，发现黏附层对焦炭燃烧落，通常将这种制粒小球称做“准颗粒”回.H- 和火焰前锋性质都有影响.Kasai等0研究了不同 da等回利用AL,O,与焦粉混合将烧结过程中存在的尺寸S型焦炭的燃烧率和NO浓度变化以及平均的准颗粒分为4种类型：S”型为单独的粗焦炭颗粒，S NO转化率，发现粒径越大，燃烧率越低，N0峰值浓型为细A山，0，粉末黏附在大的焦炭颗粒上，C型为细度越低，NO转化率也越低.Kasai与Saito通过研焦粉和A山，O3附着在大的AL,03颗粒表面，P型为均究发现添加CF和Ca(OH),+Fe,O3都可以降低焦匀混合的焦炭和A山，O,组成的颗粒.焦炭的燃烧率粉燃烧率及NO.排放.Katayama与Kasama2在其和NO,排放特性依赖于其在制粒中的分布状态.通研究中指出，石灰包裹焦炭可以有效降低NO,的过添加生石灰增加C型准颗粒的比例以及通过焦排放炭分离添加将S型准颗粒变成$型准颗粒均有利上述学者虽然对不同类型准颗粒的燃烧特性做于降低NO排放回.Ogi等@将焦粉和石灰石后加出了研究，但未就黏附比、焦粉比例等因素对准颗粒进行制粒，提高了焦炭在准颗粒中的燃烧率.Aika- 燃烧及NO,排放特性机理作出解释.本文采用一个 ta等发现延迟焦粉添加时间可以提高烧结速率竖直的管式炉反应器研究了不同类型准颗粒的燃烧进而提高烧结质量.如果仅采用$型准颗粒来评估和NO,排放特性，主要研究了粒径、黏附层、黏附烧结床中的温度分布，由于没有黏附层和其他物质比、焦粉比例对不同类型准颗粒燃烧的影响的阻碍，02直接与准颗粒接触并反应，而实际烧结过程中，O,往往需要经过在黏附层中的扩散才能接 1 实验部分触到焦炭并与之反应.因此仅考虑$型焦炭的燃烧 1.1原料和样品制备会忽视O2的扩散导致燃烧率加快及与实际烧结过 Hida等划分的四种类型准颗粒结构如图1

马鹏楠等: 铁矿石烧结过程中不同类型准颗粒的燃烧特性在我国的钢铁生产过程中约 80% 的高炉原料来源于烧结矿［1］，焦炭是烧结过程常用的燃料之一，焦炭燃烧为烧结过程提供能量并决定着烧结床的温度分布，对烧结矿质量有着决定性的影响［2］．充分了解烧结过程中焦炭的燃烧有利于控制烧结床温进而控制烧结矿的质量． 2016 年我国粗钢产量为 8. 08 亿 t ［3］，相应产生了巨大的 NOx 排放，而烧结过程是主要的 NOx 排放源，约占钢铁工业 NOx 排放的 40%［4］． NOx 的形成机理包括快速型 NOx、燃料型 NOx 和热力型 NOx，热力型 NOx 的生成需要 1500 ℃ 以上的高温［5］，而烧结过程的最高温度为 1300 ～ 1400 ℃ ．快速型 NOx 与热力型 NOx 不同，它是先通过燃料燃烧产生的 CH 原子团撞击 N2分子，生成 CN 类化合物，这些中间反应产物进一步被氧化而生成 NOx ．燃料型 NOx 来源于燃料中所含有的氮化物在燃烧过程中的氧化，因此烧结过程的 NOx 排放主要来源于燃料型 NOx，对烧结过程中燃料氮的转化进行深入研究显得十分必要．铁矿石烧结过程的原料主要为: 焦炭、熔剂、铁矿石及含铁原料等．这些原料的粒度一般都很细，且不同原料的粒度不同．为了保证烧结床层的透气性，在原料混合之后需要在制粒设备中进行制粒，从而增加烧结料的平均粒径［6］．在制粒过程中，不同粒径的原料混在一起形成制粒小球．从焦炭的分布来看，－ 0. 25 mm 的焦炭颗粒嵌入在黏附层中，+ 1 mm 的焦炭颗粒通常作为制粒小球的核心颗粒， + 0. 25 ～ 1 mm 的焦粉颗粒位于黏附层外面，容易脱落［7--8］，通常将这种制粒小球称做“准颗粒”［2］． Hida 等［9］利用 Al2O3与焦粉混合将烧结过程中存在的准颗粒分为 4 种类型: S' 型为单独的粗焦炭颗粒，S 型为细 Al2O3粉末黏附在大的焦炭颗粒上，C 型为细焦粉和 Al2O3附着在大的 Al2O3颗粒表面，P 型为均匀混合的焦炭和 Al2O3组成的颗粒．焦炭的燃烧率和 NOx 排放特性依赖于其在制粒中的分布状态．通过添加生石灰增加 C 型准颗粒的比例以及通过焦炭分离添加将 S 型准颗粒变成 S'型准颗粒均有利于降低 NO 排放［9］． Ogi 等［10］将焦粉和石灰石后加进行制粒，提高了焦炭在准颗粒中的燃烧率． Arikata 等［11］发现延迟焦粉添加时间可以提高烧结速率进而提高烧结质量．如果仅采用 S'型准颗粒来评估烧结床中的温度分布，由于没有黏附层和其他物质的阻碍，O2直接与准颗粒接触并反应，而实际烧结过程中，O2往往需要经过在黏附层中的扩散才能接触到焦炭并与之反应．因此仅考虑 S'型焦炭的燃烧会忽视 O2的扩散导致燃烧率加快及与实际烧结过程不符的烧结床温，进而影响烧结质量的评估和 NOx 排放的计算等． Oba 等［12］研究了不同温度( 900，1000 和 1200 ℃ ) 下用 Fe3O4和 CaO 粉末包覆焦炭的燃烧行为并计算了不同温度下不同组分包覆焦炭的化学反应速率常数，通过对比燃烧前后 Fe3O4和 CaO 包覆焦炭的微观结构发现，准颗粒燃烧后，焦炭表面的附着物脱落，导致焦炭暴露在气氛中，从而使其燃烧速率加快． Gan 等［13--14］研究了烧结过程中不同制粒方式对准颗粒燃烧的影响，发现预制粒技术( 燃料内嵌) 有利于降低燃烧率，提高燃烧效率．而且当燃料内嵌时，由于 O2需要通过制粒才能够扩散到焦炭附近，生成的 CO 也会经过制粒层扩散到环境中，将 NOx 还原成 N2，因此可以有效降低 NOx 的排放． Hou 等［15］研究了焦炭后加和常规制粒的燃烧特性，发现焦炭后加会导致燃烧速率加快． Terushige 等［16］通过研究颗粒类型和添加剂对焦粉燃烧的影响，发现石灰对提高燃烧速率有着催化作用． Tobu 等［17］采用热重--差热分析法研究了焦炭制粒结构对其燃烧效率的影响． Kasai 与 Omori ［18］研究了不同赋存状态下焦粉的燃烧率，应用未反应收缩核模型发展了不同类型准颗粒燃烧的数学模型． Teo 等［8］发现细焦炭在准颗粒中的位置取决于制粒过程中加入焦炭的时间，而粗焦炭颗粒不受焦炭添加技术的影响，总是保持裸露，不在其他原料上黏附． Zhao 等［19］模拟了黏附层对 O2扩散的影响，发现黏附层对焦炭燃烧和火焰前锋性质都有影响． Kasai 等［20］研究了不同尺寸 S'型焦炭的燃烧率和 NO 浓度变化以及平均的 NO 转化率，发现粒径越大，燃烧率越低，NO 峰值浓度越低，NO 转化率也越低． Kasai 与 Saito［21］通过研究发现添加 CF 和 Ca( OH) 2 + Fe2O3都可以降低焦粉燃烧率及 NOx 排放． Katayama 与 Kasama［22］在其研究中指出，石灰包裹焦炭可以有效降低 NOx 的排放．上述学者虽然对不同类型准颗粒的燃烧特性做出了研究，但未就黏附比、焦粉比例等因素对准颗粒燃烧及 NOx 排放特性机理作出解释．本文采用一个竖直的管式炉反应器研究了不同类型准颗粒的燃烧和 NOx 排放特性，主要研究了粒径、黏附层、黏附比、焦粉比例对不同类型准颗粒燃烧的影响． 1 实验部分 1. 1 原料和样品制备 Hida 等［9］划分的四种类型准颗粒结构如图 1 · 713 ·

工程科学学报，第 41 卷，第 3 期图 1 不同类型准颗粒示意图． ( a) S'型; ( b) S 型; ( c) C 型; ( d) P 型 Fig． 1 Schematic diagram of different types of quasi-particles: ( a) S'-type; ( b) S-type; ( c) C-type; ( d) P-type 所示．根据 Hida 等［9］的分类方法，本文设计制作了 4 种类型准颗粒，如图 2 所示．其组成和成分如表 1 所示．焦炭颗粒被筛分成 2. 0 ～ 2. 8 mm，1. 4 ～ 2. 0 mm，1. 0 ～ 1. 4 mm 和－ 0. 25 mm 多个粒级，+ 1 mm 粒级的焦炭作为核心颗粒，－ 0. 25 mm 的焦炭作为黏附层颗粒．铁矿石颗粒被筛分成 2. 0 ～ 2. 8 mm 和－ 0. 25 mm 两个粒级，2. 0 ～ 2. 8 mm 粒级的铁矿石作为核心颗粒，－ 0. 25 mm 的铁矿石颗粒作为黏附层颗粒．石灰石的粒径均为－ 0. 25 mm． S 型准颗粒由 + 1 mm 的焦炭作为核心，外面包裹－ 0. 25 mm 的石灰石和铁矿石组成; P 型准颗粒为均匀混合的－ 0. 25 mm 的焦粉、石灰石和铁矿石; C 型准颗粒由 2. 0 ～ 2. 8 mm 的铁矿石作为核心，图 2 不同类型的准颗粒． ( a) S 型; ( b) P 型; ( c) C 型; ( d) S'型 Fig． 2 Different types of quasi-particles: ( a) S-type; ( b) P-type; ( c) C-type; ( d) S'-type 表 1 不同类型准颗粒的组成和质量比 Table 1 Composition and mass ratio of different types of quasi-particles 类型内核黏附层组分粒径/mm 组分粒径/mm 焦粉比例* /% 黏附比＊＊/% S 焦炭 1. 0 ～ 1. 4; 1. 4 ～ 2. 0; 2. 0 ～ 2. 8 石灰石; 铁矿石－ 0. 25 75 33. 3 P — — 焦炭; 石灰石; 铁矿石－ 0. 25 10，30，50，70，100 — C 铁矿石 2. 0 ～ 2. 8 焦炭; 石灰石－ 0. 25 5，7. 14，12. 5 11. 1，16. 7，33. 3 S' 焦炭 1. 0 ～ 1. 4，1. 4 ～ 2. 0，2. 0 ～ 2. 8 — — 100 0 注: * 为焦粉质量与样品总质量的比; ＊＊为黏附层与内核的质量比．－ 0. 25 mm 的焦炭和石灰石作为黏附层组成; S'型准颗粒为 + 1 mm 的单焦炭颗粒． 4 种类型准颗粒的制备方法如下: ( 1) S 型准颗粒: 先将矿石粉和石灰石粉按质量 1∶ 1的比例混匀后放入圆柱形容器中， · 813 ·

马鹏楠等：铁矿石烧结过程中不同类型准颗粒的燃烧特性 ·319· 随后焦炭颗粒加水后放入，充分摇匀，则矿石粉和石堵塞损坏烟气分析仪.实验时，炉温按照10℃· 灰石粉均黏附在焦炭颗粒上，形成S型准颗粒；(2) min-1的升温速率进行升温，达到预定的温度后，通 C型准颗粒：将焦粉和石灰石粉按质量比1：1混匀入空气，5min后打开电子天平及烟气分析仪记录数后放入圆柱形容器中，矿石颗粒加水后放入，充分摇据，然后放入实验样品，以保证质量测量和气体测量匀，则焦粉和石灰石粉均黏附在矿石颗粒上，形成C 的准确性型准颗粒：(3)P型准颗粒：将焦粉、石灰粉、矿石粉当天平记录的质量示数不变时，结束实验.供按一定的质量比加水混匀即可，其中石灰石与铁矿气系统由N2和02组成，体积分数设置为21%02：石的质量比固定为1：1，焦炭的质量比例从10%变 79%N2,总气流率为5L·min-1.采用Testo350烟化到100%：(4)S型准颗粒为+1mm的焦炭颗粒. 气分析仪分析烟气的成分，取样时间设置为5s,温不同类型的准颗粒样品质量均约为1g 度选取1073、1173和1273K3个温度水平进行表2和表3分别给出了原料的化学组分及不同研究. 粒径焦炭的含氮量分析.实验前，所有的样品在105 ℃的烘箱中放置4h进行烘干表2原料化学组分（质量分数） Table2 Chemical composition of raw materials 烟气分析仪 % 原料 Fe Fe0 Al2O3 SiO2 Mgo Cao LOI1000* 铁矿石62.390.352.234.280.130.153.51 石灰石0.360.100.982.230.4853.4042.00 准颗粒焦炭1.0704.326.110.040.6286.85 注：*表示样品在1000℃下的烧失量表3不同粒径焦炭中氮元素质量分数 Table 3 Analysis of nitrogen content in coke of different particles sizes 水浴装置干燥剂 % 图3准颗粒燃烧试验台 1.0~1.4mm1.4-2.0mm2.0~2.8mm-0.25mm Fig.3 Schematic diagram of the experimental rig for quasi-particle 0.92 0.95 0.92 0.86 combustion 1.2试验设备 1.3分析方法图3为进行准颗粒燃烧的实验装置示意图，主在不同类型准颗粒燃烧过程中，质量损失主要要由石英管反应器、预热炉、供气系统、烟气分析系是由下面的反应导致的P切：统、质量分析系统组成.石英管反应器由一台精度 C(s)+02(g)→C02(g) (1) 为±1℃的温控器控制，采用电加热的方式进行加 CaCO,(s)CaO(s)+CO2 (g) (2) 热升温.石英管的内径和高度分别为60和500mm. C+CaC0,→Ca0+2C0 (3) 准颗粒放置在自制的石英篮中，用铂丝将石英篮连 C+Fe203→2Fe0+C0 (4) 接在METTLER TOLEDO AL204电子天平上，记录准颗粒燃烧过程中，样品的质量转化率计算方频率设为1s,精度为0.1mg.电子天平用来记录样法如下所示：品的质量变化，进而计算准颗粒燃烧阶段的质量转 x(0)=m0-m×100% (5) 化率.热电偶安插在炉膛中央靠近样品的位置，可 mo-m 以精确的控制反应温度.采用精度为±0.5%的式中，x(t)是样品质量转化率；m。和m.分别是样品 ALICAT质量流量计来控制气体的流量，气体在进的初始质量和最终质量，g;m,是样品在反应时间t 入石英管反应器之前先经过预热炉，预热炉的温度时刻的瞬时质量，g 设置为200℃，对冷空气进行预热，避免其直接进入在不同类型准颗粒的燃烧过程中，反应率不是高温管式炉温差较大从而引起炉内温度场不均匀常数，为了进一步探究不同工况下准颗粒的反应情冷凝器和水浴装置用来冷却烟气并接收烟气中凝结况，采用下式计算反应指数四：的水分.干燥装置用来进一步除去烟气中的水分尼505 (6) 过滤装置用来过滤掉烟气中的颗粒物和杂质，以免 T0.5

马鹏楠等: 铁矿石烧结过程中不同类型准颗粒的燃烧特性随后焦炭颗粒加水后放入，充分摇匀，则矿石粉和石灰石粉均黏附在焦炭颗粒上，形成 S 型准颗粒; ( 2) C 型准颗粒: 将焦粉和石灰石粉按质量比 1∶ 1混匀后放入圆柱形容器中，矿石颗粒加水后放入，充分摇匀，则焦粉和石灰石粉均黏附在矿石颗粒上，形成 C 型准颗粒; ( 3) P 型准颗粒: 将焦粉、石灰粉、矿石粉按一定的质量比加水混匀即可，其中石灰石与铁矿石的质量比固定为 1∶ 1，焦炭的质量比例从 10% 变化到 100% ; ( 4) S'型准颗粒为 + 1 mm 的焦炭颗粒．不同类型的准颗粒样品质量均约为 1 g．表 2 和表 3 分别给出了原料的化学组分及不同粒径焦炭的含氮量分析．实验前，所有的样品在 105 ℃的烘箱中放置 4 h 进行烘干．表 2 原料化学组分( 质量分数) Table 2 Chemical composition of raw materials % 原料 Fe FeO Al2O3 SiO2 MgO CaO LOI1000* 铁矿石 62. 39 0. 35 2. 23 4. 28 0. 13 0. 15 3. 51 石灰石 0. 36 0. 10 0. 98 2. 23 0. 48 53. 40 42. 00 焦炭 1. 07 0 4. 32 6. 11 0. 04 0. 62 86. 85 注: * 表示样品在 1000 ℃下的烧失量．表 3 不同粒径焦炭中氮元素质量分数 Table 3 Analysis of nitrogen content in coke of different particles sizes % 1. 0 ～ 1. 4 mm 1. 4 ～ 2. 0 mm 2. 0 ～ 2. 8 mm － 0. 25 mm 0. 92 0. 95 0. 92 0. 86 1. 2 试验设备图 3 为进行准颗粒燃烧的实验装置示意图，主要由石英管反应器、预热炉、供气系统、烟气分析系统、质量分析系统组成．石英管反应器由一台精度为 ± 1 ℃的温控器控制，采用电加热的方式进行加热升温．石英管的内径和高度分别为 60 和 500 mm．准颗粒放置在自制的石英篮中，用铂丝将石英篮连接在 METTLEＲ TOLEDO AL204 电子天平上，记录频率设为 1 s，精度为 0. 1 mg．电子天平用来记录样品的质量变化，进而计算准颗粒燃烧阶段的质量转化率．热电偶安插在炉膛中央靠近样品的位置，可以精确的控制反应温度．采用精度为 ± 0. 5% 的 ALICAT 质量流量计来控制气体的流量，气体在进入石英管反应器之前先经过预热炉，预热炉的温度设置为 200 ℃，对冷空气进行预热，避免其直接进入高温管式炉温差较大从而引起炉内温度场不均匀．冷凝器和水浴装置用来冷却烟气并接收烟气中凝结的水分．干燥装置用来进一步除去烟气中的水分．过滤装置用来过滤掉烟气中的颗粒物和杂质，以免堵塞损坏烟气分析仪．实验时，炉温按照 10 ℃· min － 1的升温速率进行升温，达到预定的温度后，通入空气，5 min 后打开电子天平及烟气分析仪记录数据，然后放入实验样品，以保证质量测量和气体测量的准确性．当天平记录的质量示数不变时，结束实验．供气系统由 N2 和 O2 组成，体积分数设置为 21% O2 : 79% N2，总气流率为 5 L·min － 1 ．采用 Testo 350 烟气分析仪分析烟气的成分，取样时间设置为 5 s，温度选取 1073、1173 和 1273 K 3 个温度水平进行研究．图 3 准颗粒燃烧试验台 Fig． 3 Schematic diagram of the experimental rig for quasi-particle combustion 1. 3 分析方法在不同类型准颗粒燃烧过程中，质量损失主要是由下面的反应导致的［2，17］: C( s) + O2 ( g) →CO2 ( g) ( 1) CaCO3 ( s) →CaO( s) + CO2 ( g) ( 2) C + CaCO3→CaO + 2CO ( 3) C + Fe2O3→2FeO + CO ( 4) 准颗粒燃烧过程中，样品的质量转化率计算方法如下所示: x( t) = m0 － mt m0 － m∞ × 100% ( 5) 式中，x( t) 是样品质量转化率; m0 和 m∞ 分别是样品的初始质量和最终质量，g; mt 是样品在反应时间 t 时刻的瞬时质量，g．在不同类型准颗粒的燃烧过程中，反应率不是常数，为了进一步探究不同工况下准颗粒的反应情况，采用下式计算反应指数［23］: Ｒ0. 5 = 0. 5 τ0. 5 ( 6) · 913 ·

·320· 工程科学学报，第41卷，第3期式中，T。5是准颗粒质量转化率达到50%所需要的 2结果和讨论时间. 烧结过程中NO,的主要来源是燃料型NO, 2.1典型准颗粒燃烧气体组分分析 NO由NO与NO,之和来表征，本文根据下式计算典型的准颗粒燃烧(P型准颗粒，入口气体体积准颗粒中燃料氮的转化率：分数02/N2为21%/79%，炉膛温度，T=1000℃)的 Q.Ms 烟气组分变化如图4所示.由图可以看出，初始阶 7=60×22.4×m0×01×02 C(NO,)× 段，准颗粒迅速燃烧，O2含量快速下降，C0和C02浓 10-6dt×100% (7) 度迅速上升.这主要是因为，当温度达到焦炭的着式中，Q为气体流量，Lmin-;to1为分别起始时间火点时，焦粉颗粒迅速燃烧，02含量急剧减少，在02 和结束时间，s;C(NO)为NO,体积分数；t为时间，含量不充分的条件下，C0大量生成.当准颗粒燃烧 s;M、为N的摩尔质量，g·mol-;m为准颗粒初始质率达到峰值时，02浓度最低，C0含量最高。随着燃量，g:0,为焦炭在准颗粒中的质量分数；02为焦炭中料的消耗，02浓度逐渐开始升高，不利于C0的生的氮元素质量分数成，C0由于被O2氧化成C02而导致浓度下降.N0 73.0 1.0 25 2.5 四2 0.6 15 1.5 18 0.4 量一氧气体积分数二氧化碳体积分数 1.0 平氨氧化物体积分数 110.2 一氧化碳体积分数 5 0.51 0 200 400 600 800 1000 1200 时间图4体积分数变化曲线(P型，入口气体体积分数02/N2为21%79%，炉膛温度T=1000℃) Fig.4 Volume fraction changes of flue gas components during P-ype quasi-particle combustion at 1000C and atmospheric O to N volume ratio of21:79 的生成主要在初始燃烧阶段，这主要是因为初始阶于粒径越大，比较面积越小，焦炭与空气的接触面积段，颗粒表面温度较低导致. 减小，反应减弱.由图6(c)发现，随着S型准颗粒 2.2焦粉粒径对S型准颗粒燃烧的影响内核焦炭粒径增大，燃料氮转化率增加.一方面，由由图5(a)可见，对于S型准颗粒，粒径越小，质于焦炭粒径增大，黏附层厚度减小，02更容易通过量转化率越大，转化越快：这主要是由于粒径越小，黏附层扩散到大的焦炭颗粒表面，较充足的氧化性焦炭的比表面积越大，与空气接触的越充分，从而反氛围有利于NO,的生成：另一方面，焦炭粒径越大，应越刷烈.从图5(b)可以看出，粒径越小，反应指准颗粒的黏附层越薄，准颗粒内生成的NO,相对更数越大，主要是由于粒径小，反应加快，从而反应时容易扩散到环境中，且焦炭粒径越大，比表面积越间缩短.由图5(c)发现，S型准颗粒的燃料氮转化小，导致焦炭和NO发生异相还原反应的程度减弱. 率随着粒径的增大而减小，这主要是由于焦粉粒径综上可知，上述原因综合导致了内核焦炭粒径大的越小，与空气的接触和反应条件越好，焦炭燃烧时有准颗粒燃料氮转化率更高相对充足的氧气，有利于焦炭氮的转化，同时充足的 2.4黏附层对准颗粒燃烧的影响氧化性气氛不利于C0的生成，因此C0和焦炭对为了研究黏附层对准颗粒燃烧的影响，本文研 NO.的还原效应减弱. 究了2.0~2.8mm的S和S型准颗粒在相同条件下 2.3内核粒径对S型准颗粒燃烧的影响的燃烧情况，结果如图7所示.由图7(a)、(b)可对不同内核粒径的S型准颗粒燃烧研究的结果知，相较于S型准颗粒，S型准颗粒的质量转化率和如图6所示，由图6(a)、6(b)可以看出，随着粒径的反应指数更大，这主要是因为S型准颗粒除了焦炭增大，质量转化率减小，反应指数下降.这主要是由与0，的反应式(1)外，还存在石灰石的高温分解

工程科学学报，第 41 卷，第 3 期式中，τ0. 5 是准颗粒质量转化率达到 50% 所需要的时间．烧结过程中 NOx 的主要来源是燃料型 NOx， NOx 由 NO 与 NO2之和来表征，本文根据下式计算准颗粒中燃料氮的转化率: η = Q·MN 60 × 22. 4 × m0 × w1 × w2 × ∫ t1 t0 C( NOx ) × 10 － 6 dt × 100% ( 7) 式中，Q 为气体流量，L·min － 1 ; t0、t1为分别起始时间和结束时间，s; C( NOx ) 为 NOx 体积分数; t 为时间， s; MN为 N 的摩尔质量，g·mol － 1 ; m0为准颗粒初始质量，g; w1为焦炭在准颗粒中的质量分数; w2为焦炭中的氮元素质量分数． 2 结果和讨论 2. 1 典型准颗粒燃烧气体组分分析典型的准颗粒燃烧( P 型准颗粒，入口气体体积分数 O2 /N2为 21% /79% ，炉膛温度，T = 1000 ℃ ) 的烟气组分变化如图 4 所示．由图可以看出，初始阶段，准颗粒迅速燃烧，O2含量快速下降，CO 和 CO2浓度迅速上升．这主要是因为，当温度达到焦炭的着火点时，焦粉颗粒迅速燃烧，O2含量急剧减少，在 O2 含量不充分的条件下，CO 大量生成．当准颗粒燃烧率达到峰值时，O2浓度最低，CO 含量最高．随着燃料的消耗，O2 浓度逐渐开始升高，不利于 CO 的生成，CO 由于被 O2氧化成 CO2而导致浓度下降． NOx 图 4 体积分数变化曲线( P 型，入口气体体积分数 O2 /N2为 21% /79% ，炉膛温度 T = 1000 ℃ ) Fig． 4 Volume fraction changes of flue gas components during P-type quasi-particle combustion at 1000 ℃ and atmospheric O2 to N2 volume ratio of 21∶ 79 的生成主要在初始燃烧阶段，这主要是因为初始阶段，颗粒表面温度较低导致． 2. 2 焦粉粒径对 S'型准颗粒燃烧的影响由图 5( a) 可见，对于 S'型准颗粒，粒径越小，质量转化率越大，转化越快; 这主要是由于粒径越小，焦炭的比表面积越大，与空气接触的越充分，从而反应越剧烈．从图 5( b) 可以看出，粒径越小，反应指数越大，主要是由于粒径小，反应加快，从而反应时间缩短．由图 5( c) 发现，S'型准颗粒的燃料氮转化率随着粒径的增大而减小，这主要是由于焦粉粒径越小，与空气的接触和反应条件越好，焦炭燃烧时有相对充足的氧气，有利于焦炭氮的转化，同时充足的氧化性气氛不利于 CO 的生成，因此 CO 和焦炭对 NOx 的还原效应减弱． 2. 3 内核粒径对 S 型准颗粒燃烧的影响对不同内核粒径的 S 型准颗粒燃烧研究的结果如图 6 所示，由图 6( a) 、6( b) 可以看出，随着粒径的增大，质量转化率减小，反应指数下降．这主要是由于粒径越大，比较面积越小，焦炭与空气的接触面积减小，反应减弱．由图 6( c) 发现，随着 S 型准颗粒内核焦炭粒径增大，燃料氮转化率增加．一方面，由于焦炭粒径增大，黏附层厚度减小，O2 更容易通过黏附层扩散到大的焦炭颗粒表面，较充足的氧化性氛围有利于 NOx 的生成; 另一方面，焦炭粒径越大，准颗粒的黏附层越薄，准颗粒内生成的 NOx 相对更容易扩散到环境中，且焦炭粒径越大，比表面积越小，导致焦炭和 NO 发生异相还原反应的程度减弱．综上可知，上述原因综合导致了内核焦炭粒径大的准颗粒燃料氮转化率更高． 2. 4 黏附层对准颗粒燃烧的影响为了研究黏附层对准颗粒燃烧的影响，本文研究了 2. 0 ～ 2. 8 mm 的 S 和 S'型准颗粒在相同条件下的燃烧情况，结果如图 7 所示．由图 7 ( a) 、( b) 可知，相较于 S'型准颗粒，S 型准颗粒的质量转化率和反应指数更大，这主要是因为 S 型准颗粒除了焦炭与 O2的反应式( 1) 外，还存在石灰石的高温分解， · 023 ·

·322· 工程科学学报，第41卷，第3期 1.o 5.6 (b) 0.8 0.6 一S型准颗粒心46 ·一S型准颗粒 4.4 40 3.8 500 500100015002000250030003500 时间/s 准颗粒类型 20 18 6 14 8 6 4 2 准颗粒类型图7黏附层对准颗粒燃烧的影响.()对质量转化率的影响：(b)对反应指数的影响：()对燃料氮转化率的影响 Fig.7 Effect of adhering layer on the combustion characteristics of quasiparticles:(a)mass conversion rate:(b)reactivity index:(c)conversion rate of fuel-N to NO. 焦炭和石灰石、铁矿石的反应等式(2)~(4)，导致响，从图9(a)和(b)可以看出，随着焦粉比例增大， S型准颗粒质量损失较快：另一方面，相对于S型准 P型准颗粒的质量转化率和反应指数均降低.一方颗粒，S型准颗粒的焦炭比例较小，文献2]表明，焦面，焦粉比例较低时，在准颗粒中的分散度更大，焦炭比例越小，质量转化率越大.由图7(c)可以看粉周围充足的氧气有利于反应的进行：另一方面，焦出，S型准颗粒的燃料氮转化率高于S型，这主要是粉比例越大，石灰石和铁矿石含量越少，与焦粉比例由于，S型准颗粒存在石灰石和铁矿石组成的黏附小的准颗粒相比，石灰石的分解反应和铁矿石的氧层，黏附层的存在阻碍了辐射作用，导致S型准颗粒化还原反应引起的质量损失较小，导致质量转化率内部温度较低，而低温有利于S型准颗粒燃料氮的更低，与前人的研究类似回.由图9()可以看出，转化. 随着焦粉比例增加，焦炭氮转化率不是线性的增加 2.5黏附比对C型准颗粒燃烧的影响或者减少，而是在焦粉比为50%的时候达到最低图8为不同黏附比对C型准颗粒燃烧的影响. 值.对于P型准颗粒来说，准颗粒的燃料氯转化率由图8(a)、(b)可见，对于C型准颗粒而言，黏附比越大，质量转化率和反应指数越小.这主要是因为主要取决于两个因素：0，浓度和石灰石含量.当焦黏附比越大，黏附层越厚，O2扩散阻力越大，与焦粉粉比例从10%升至50%时，随着焦粉比例的增加，接触的0，浓度较低，焦炭的氧化率处在一个较低的氧气消耗的更快，相对低焦粉比例的准颗粒而言，氧水平，需要较长的反应时间.由图8(c)发现，随着C 气浓度较低，弱氧化性氛围不利于NO,的形成，氧型准颗粒的黏附比增大，焦炭氮转化率降低，这主要气浓度的影响占主导地位.而随着焦粉比例继续增是因为对于C型准颗粒，黏附比增大导致的低0，浓加，石灰石含量大量减少，导致石灰石对N0,的减度不利于NO.生成，且黏附层越厚，对NO,从黏附少作用变弱，燃料氮转化率又随之升高. 层内侧扩散到环境中的阻力也越大 3结论 2.6焦粉比例对P型准颗粒燃烧的影响图9为不同焦粉比例对P型准颗粒燃烧的影 (1)焦炭粒径对不同类型准颗粒燃烧的影响不

工程科学学报，第 41 卷，第 3 期图 7 黏附层对准颗粒燃烧的影响． ( a) 对质量转化率的影响; ( b) 对反应指数的影响; ( c) 对燃料氮转化率的影响 Fig． 7 Effect of adhering layer on the combustion characteristics of quasi-particles: ( a) mass conversion rate; ( b) reactivity index; ( c) conversion rate of fuel-N to NOx 焦炭和石灰石、铁矿石的反应等式( 2) ～ ( 4) ，导致 S 型准颗粒质量损失较快; 另一方面，相对于 S'型准颗粒，S 型准颗粒的焦炭比例较小，文献［2］表明，焦炭比例越小，质量转化率越大．由图 7 ( c) 可以看出，S 型准颗粒的燃料氮转化率高于 S'型，这主要是由于，S 型准颗粒存在石灰石和铁矿石组成的黏附层，黏附层的存在阻碍了辐射作用，导致 S 型准颗粒内部温度较低，而低温有利于 S 型准颗粒燃料氮的转化． 2. 5 黏附比对 C 型准颗粒燃烧的影响图 8 为不同黏附比对 C 型准颗粒燃烧的影响．由图 8( a) 、( b) 可见，对于 C 型准颗粒而言，黏附比越大，质量转化率和反应指数越小．这主要是因为黏附比越大，黏附层越厚，O2扩散阻力越大，与焦粉接触的 O2浓度较低，焦炭的氧化率处在一个较低的水平，需要较长的反应时间．由图 8( c) 发现，随着 C 型准颗粒的黏附比增大，焦炭氮转化率降低，这主要是因为对于 C 型准颗粒，黏附比增大导致的低 O2浓度不利于 NOx 生成，且黏附层越厚，对 NOx 从黏附层内侧扩散到环境中的阻力也越大． 2. 6 焦粉比例对 P 型准颗粒燃烧的影响图 9 为不同焦粉比例对 P 型准颗粒燃烧的影响，从图 9( a) 和( b) 可以看出，随着焦粉比例增大， P 型准颗粒的质量转化率和反应指数均降低．一方面，焦粉比例较低时，在准颗粒中的分散度更大，焦粉周围充足的氧气有利于反应的进行; 另一方面，焦粉比例越大，石灰石和铁矿石含量越少，与焦粉比例小的准颗粒相比，石灰石的分解反应和铁矿石的氧化还原反应引起的质量损失较小，导致质量转化率更低，与前人的研究类似［2］．由图 9( c) 可以看出，随着焦粉比例增加，焦炭氮转化率不是线性的增加或者减少，而是在焦粉比为 50% 的时候达到最低值．对于 P 型准颗粒来说，准颗粒的燃料氮转化率主要取决于两个因素: O2浓度和石灰石含量．当焦粉比例从 10% 升至 50% 时，随着焦粉比例的增加，氧气消耗的更快，相对低焦粉比例的准颗粒而言，氧气浓度较低，弱氧化性氛围不利于 NOx 的形成，氧气浓度的影响占主导地位．而随着焦粉比例继续增加，石灰石含量大量减少，导致石灰石对 NOx 的减少作用变弱，燃料氮转化率又随之升高． 3 结论 ( 1) 焦炭粒径对不同类型准颗粒燃烧的影响不 · 223 ·

·324 工程科学学报，第41卷，第3期同，对于$型准颗粒，焦炭粒径越大，燃料氯转化率 sintering process.Tetsu-to-Hagane,1982,68(3):400 越小，而对于S型准颗粒，焦炭粒径越大，燃料氮转 (肥田行博，佐々木稔，榎户恒夫，等.燒结就製造通程℃)了化率越大，可根据该研究结果对不同类型准颗粒的一夕入燃烧书本任寸凝似粒子中了一又赋存状態D影響.铁钢，1982,68(3)：400) 粒径进行调配，从而降低烟气中NO,排放 010]Ogi H,Maeda T,Ohno K I,et al.Effect of coke breeze distribu- (2)通过对比S和S型准颗粒的燃烧情况发 tion on coke combustion rate of the quasi-particle.IS/]Int, 现，黏附层的存在有利于准颗粒质量转化率和燃料 2015,55(12):2550 氯转化率的提高，因此在制粒时可以采取相应措施 [11]Arikata Y,Yamamoto K,Sassa Y.Effect of coke breeze addition 使S型准颗粒比例降低来达到控制烟气中NO,浓 timing on sintering operation.IS/J Int,2013.53(9):1523 [12]Oba Y,Konishi H,Ono H,et al.Combustion behavior of coated 度的效果 cokes with fine Fe:0 and Ca0.Tetsu-to-Hagane,2017,103 (3)对于C型准颗粒，黏附比越大，质量转化率 (6):299 越小，燃料氮转化率越低. (大場雄介，小西宏和，小野英樹，等.粉末F©，O,上Ca0c被 (4)研究了不同焦粉比例对P型准颗粒燃烧覆L尤了一夕入⑦燃嬈举動.铁上鋼，2017,103(6)：299) 的影响，发现质量转化率和反应指数随着焦粉比 [13]Gan M,Fan X H,Lv W,et al.Fuel pre-granulation for reducing NO,,emissions from the iron ore sintering process.Pouder Tech- 例的增加而减小，而燃料氮转化率则随着焦粉比 na,2016,301:478 例的增加先减小后增大，在50%焦粉比例时达到 [14]Gan M,Fan X H.Ji Z Y,et al.Effect of distribution of biomass 最低值. fuel in granules on iron ore sintering and NO,emission.fronmak- ing Steelmaking,2014,41(6)430 参考文献 [15]Hou P,Choi S,Choi E,et al.Improved distribution of fuel par- 1]Long H M.Research and Application on Sintering Thermal State ticlesin iron ore sintering process.Ironmaking Steelmaking, Model of Iron Ore [Dissertation].Changsha:Central South Uni- 2011,38(5):379 versity,2007 16 Terushige N,Masanori N,Tetsuya N.Effect ofgranule structure (龙红明.铁矿石烧结过程热状态模型的研究与应用[学位论 on the combustion behavior of coke breeze//Proceedings of the 文].长沙：中南大学，2007) 5th International Congress on the Science and Technology of Iron- 2]Ohno K I,Noda K,Nishioka K,et al.Combustion rate of coke in making.Shanghai,2009:198 quasi-particle at iron ore sintering process.ISI Int,2013,53 [07] Tobu Y,Nakano M,Nakagawa T,et al.Effect of granule struc- (9):1588 ture on the combustion behavior of coke breeze for iron ore sinte- B]World metals.Global crude steel production in 2016 retum to ing.1S0nt,2013,53(9):1594 growth.(2017-02-18)[2018-01-15].http://www.worldmet- 18]Kasai E,Omori Y.Combustion rate of coke at different existing als.com.cn/viscms/xingyeyaowen3686/240285.jhtml. states prepared by fine alumina.Tetsu-o-Hagane,1986,72 (世界金属导报.2016年全球粗钢产量重回增长轨道.(2017- (10):1537 02-18)[2018-01-15].http://www.worldmetals.com.cn/visc- (葛西米輝，大森康男.了儿ミ十堂凝似就石上L尤赋存状 ms/xingyeyaowen3686/240285.jhtml) 態D異众方了一夕入①充填居内燃烧速度.铁上解，1986,72 [4]Liu D J,Wei Y Q,Yang L Q.Research of emission reduction sit- (10):1537) uation of nitrogen oxides in China's iron and steel enterprises.En- [19]Zhao J P,Loo C E,Dukino R D.Modelling fuel combustion in viron Eng,2012,30(5):118 iron ore sintering.Combust Flame,2015,162 (4):1019 (刘大钧，魏有权，杨丽琴.我国钢铁生产企业氮氧化物减排 220]Kasai E,Wu S L,Sugiyama T,et al.Combustion rate and NO 形势研究.环境工程，2012,30(5)：118) emission during combustion of coke granules in packed beds./S// [5]Hill S C,Smoot L D.Modeling of nitrogen oxides formation and lnt,1992,78(7):1005 destruction in combustion systems.Prog Energy Combust Sci, 221]Kasai E,Saito F.Reduction of nitrogen oxides emission from the 2000,26(46):417 iron ore sintering process by optimizing the structure of carbona- [6]Zhou H,Zhou M X,Liu Z H,et al.Modeling NO,emission of ceous fuels.Kagaku Kogaku Ronbunshi,Akita-ken,1994:857 coke combustion in iron ore sintering process and its experimental (葛西榮輝，齋藤文良.铁钺石烧结プ口七入仁书力马炭材 validation.Fuel,2016,179:322 燃料構造)最適化仁上石室素酸化物凳生量四低减.化学工 Loo C E.Role of coke size in sintering of hematite ore blend. 学論文集，秋田，1994：857) Ironmaking Steelmaking,1991,18(1):33 [22] Katayama K,Kasama S.Influence of lime coating coke on NO. [8]Teo CS,Mikka R A,Loo C E.Positioning coke particles in iron concentration in sintering process.IS/J Int,2016,56(9):1563 ore sintering.IS/J Int,1992,32 (10):1047 23]Duan W J,Yu Q B,Wu T W,et al.The steam gasification of 9]Hida Y,Sasaki M,Enokido T,et al.Effect of the existing state of coal with molten blast furace slag as heat carrier and catalyst: coke breeze in quasi-particles of raw mix on coke combustion in the Kinetic study.Int J Hydrogen Energy,2016,41(42):18995

工程科学学报，第 41 卷，第 3 期同，对于 S'型准颗粒，焦炭粒径越大，燃料氮转化率越小，而对于 S 型准颗粒，焦炭粒径越大，燃料氮转化率越大，可根据该研究结果对不同类型准颗粒的粒径进行调配，从而降低烟气中 NOx 排放． ( 2) 通过对比 S 和 S'型准颗粒的燃烧情况发现，黏附层的存在有利于准颗粒质量转化率和燃料氮转化率的提高，因此在制粒时可以采取相应措施使 S 型准颗粒比例降低来达到控制烟气中 NOx 浓度的效果． ( 3) 对于 C 型准颗粒，黏附比越大，质量转化率越小，燃料氮转化率越低． ( 4) 研究了不同焦粉比例对 P 型准颗粒燃烧的影响，发现质量转化率和反应指数随着焦粉比例的增加而减小，而燃料氮转化率则随着焦粉比例的增加先减小后增大，在 50% 焦粉比例时达到最低值．参考文献［1］ Long H M．Ｒesearch and Application on Sintering Thermal State Model of Iron Ore ［Dissertation］． Changsha: Central South University，2007 ( 龙红明．铁矿石烧结过程热状态模型的研究与应用［学位论文］．长沙: 中南大学，2007) ［2］ Ohno K I，Noda K，Nishioka K，et al． Combustion rate of coke in quasi-particle at iron ore sintering process． ISIJ Int，2013，53 ( 9) : 1588 ［3］ World metals． Global crude steel production in 2016 return to growth． ( 2017--02--18) ［2018--01--15］． http: / /www． worldmetals． com． cn /viscms/xingyeyaowen3686 /240285． jhtml． ( 世界金属导报． 2016 年全球粗钢产量重回增长轨道． ( 2017-- 02--18) ［2018--01--15］． http: / /www． worldmetals． com． cn /viscms/xingyeyaowen3686 /240285． jhtml) ［4］ Liu D J，Wei Y Q，Yang L Q．Ｒesearch of emission reduction situation of nitrogen oxides in China’s iron and steel enterprises． Environ Eng，2012，30( 5) : 118 ( 刘大钧，魏有权，杨丽琴．我国钢铁生产企业氮氧化物减排形势研究．环境工程，2012，30( 5) : 118) ［5］ Hill S C，Smoot L D． Modeling of nitrogen oxides formation and destruction in combustion systems． Prog Energy Combust Sci， 2000，26( 4-6) : 417 ［6］ Zhou H，Zhou M X，Liu Z H，et al． Modeling NOx emission of coke combustion in iron ore sintering process and its experimental validation． Fuel，2016，179: 322 ［7］ Loo C E．Ｒole of coke size in sintering of hematite ore blend． Ironmaking Steelmaking，1991，18( 1) : 33 ［8］ Teo C S，Mikka Ｒ A，Loo C E． Positioning coke particles in iron ore sintering． ISIJ Int，1992，32( 10) : 1047 ［9］ Hida Y，Sasaki M，Enokido T，et al． Effect of the existing state of coke breeze in quasi-particles of raw mix on coke combustion in the sintering process． Tetsu-to-Hagane，1982，68( 3) : 400 ( 肥田行博，佐々木稔，榎戸恒夫，等．焼結鉱製造過程でのコークス燃焼におよぼす擬似粒子中コークス賦存状態の影響．鉄と鋼，1982，68( 3) : 400) ［10］ Ogi H，Maeda T，Ohno K I，et al． Effect of coke breeze distribution on coke combustion rate of the quasi-particle． ISIJ Int， 2015，55( 12) : 2550 ［11］ Arikata Y，Yamamoto K，Sassa Y． Effect of coke breeze addition timing on sintering operation． ISIJ Int，2013，53( 9) : 1523 ［12］ Oba Y，Konishi H，Ono H，et al． Combustion behavior of coated cokes with fine Fe3 O4 and CaO． Tetsu-to-Hagane，2017，103 ( 6) : 299 ( 大場雄介，小西宏和，小野英樹，等．粉末 Fe3 O4 とCaOで被覆したコークスの燃焼挙動．鉄と鋼，2017，103( 6) : 299) ［13］ Gan M，Fan X H，Lv W，et al． Fuel pre-granulation for reducing NOx，emissions from the iron ore sintering process． Powder Technol，2016，301: 478 ［14］ Gan M，Fan X H，Ji Z Y，et al． Effect of distribution of biomass fuel in granules on iron ore sintering and NOx emission． Ironmaking Steelmaking，2014，41( 6) : 430 ［15］ Hou P，Choi S，Choi E，et al． Improved distribution of fuel particlesin iron ore sintering process． Ironmaking Steelmaking， 2011，38( 5) : 379 ［16］ Terushige N，Masanori N，Tetsuya N． Effect ofgranule structure on the combustion behavior of coke breeze / / Proceedings of the 5th International Congress on the Science and Technology of Ironmaking． Shanghai，2009: 198 ［17］ Tobu Y，Nakano M，Nakagawa T，et al． Effect of granule structure on the combustion behavior of coke breeze for iron ore sintering． ISIJ Int，2013，53( 9) : 1594 ［18］ Kasai E，Omori Y． Combustion rate of coke at different existing states prepared by fine alumina． Tetsu-to-Hagane，1986，72 ( 10) : 1537 ( 葛西栄輝，大森康男．アルミナを擬似鉱石とした賦存状態の異なるコークスの充填層内燃焼速度．鉄と鋼，1986，72 ( 10) : 1537) ［19］ Zhao J P，Loo C E，Dukino Ｒ D． Modelling fuel combustion in iron ore sintering． Combust Flame，2015，162( 4) : 1019 ［20］ Kasai E，Wu S L，Sugiyama T，et al． Combustion rate and NO emission during combustion of coke granules in packed beds． ISIJ Int，1992，78( 7) : 1005 ［21］ Kasai E，Saito F．Ｒeduction of nitrogen oxides emission from the iron ore sintering process by optimizing the structure of carbonaceous fuels． Kagaku Kōgaku Ｒonbunshū，Akita-ken，1994: 857 ( 葛西栄輝，齋藤文良．鉄鉱石焼結プロセスにおける炭材燃料構造の最適化による窒素酸化物発生量の低減．化学工学論文集，秋田，1994: 857) ［22］ Katayama K，Kasama S． Influence of lime coating coke on NOx concentration in sintering process． ISIJ Int，2016，56( 9) : 1563 ［23］ Duan W J，Yu Q B，Wu T W，et al． The steam gasification of coal with molten blast furnace slag as heat carrier and catalyst: Kinetic study． Int J Hydrogen Energy，2016，41( 42) : 18995 · 423 ·

点击进入文档下载页（PDF格式）

已到末页，全文结束

点击下载（PDF格式）

浏览记录