·152· 工程科学学报，第37卷，第2期 质碳，从而可排除残留碳对球团还原过程的影响 进行直接还原反应，还原产物外观如图1（©）所示. 生物质经催化气化制备的合成气组成为（体积分 1.2实验装置及流程 数)：49.5%H2、18.8%C0、26.1%C02及少量低分子 为在实验室条件下模拟气基竖炉直接还原炼铁工 碳氢化合物如4.8%CH4、0.8%CH和0.06%C2H。 艺，生物质合成气直接还原铁矿一生物质复合球团炼 将合成气脱除二氧化碳和水后作为还原剂与预热球团 铁实验平台由两部分组成，如图2所示 (cl 图1生球闭氧化培烧球团和还原铁产品.(a)生球团：(b)氧化培烧球闭：（©）还原铁产品 Fig.I Green pellets.roasting pellets and direet reduction iron produet:(a)green pellets;(b)roasting pellets:(e)reduction iron produet 导气管 高敏感度 电子天平 催化剂 耐高温吊管 气化炉催化室 (装载顶热球团) 气化炉燃烧炉啦 电炉 气化炉气化室 二氧化碳 生物质气化原料 吸收装置 生物质燃烧原料 气体流量控仪 p中 风机 气体在线监测仪 00 控制柜及 数据采集箱 生物质触化气化炉 直接还原炉 图2生物质合成气直接还原铁矿-生物质复合球团炼铁实验装置 Fig.2 Experimental equipment of biomass syngas direct reduction of iron ore-biomass composite pellets for ironmaking (1)生物质催化气化制还原气系统主要由燃烧 篮，吊篮内装有铁矿一生物质复合球团，通过悬链吊挂 室、气化室和催化室组成.燃烧室内生物质通过高温 在电子天平下，电子天平可实时记录球团质量随时间 燃烧为生物质气化以及含焦油气的催化重整提供热 的变化. 源，生物质气化生成的含焦油燃气进入催化室，焦油、 直接还原的工作温度一般在1123K左右，因此实 CH,和C0,在催化剂和水蒸气的作用下发生一系列催 验的还原温度选择在1123~1323K范围内，每50K为 化重整反应，生成H,和C0等还原性气体.通过调节 一个温度梯度.实验流程如下：调节反应器温度到预 生物质种类、粒径、气化和催化重整反应温度、水蒸气/ 设温度后，先通入N2将反应器内的空气排空，然后关 生物质当量比等参数可制取不同组成的合成气，为球 闭N2,通入生物质合成气，恒温30min,使温度稳定. 团的直接还原提供还原介质. 将吊篮挂在电子天平下方，清零，将球团装入吊篮，放 (2)直接还原系统由电子天平、吊篮还原装置、气 入反应器内，同时启动数据采集程序，开始实验.当球 体流量控制及在线监测装置等组成.实验使用高温竖 团的质量不再变化时，即认为还原反应完成，停止实 式管状炉作为预热球团直接还原的主反应器，以生物 验，再次通入N2至反应器冷却. 质合成气作为还原介质，炉温由炉管侧壁插入的热电 1.3球团还原度的计算 偶通过温控柜所控制.内置耐热不锈钢材料制成的吊 复合球团的还原度∫按照下式进行计算：工程科学学报，第 37 卷，第 2 期 质碳，从而可排除残留碳对球团还原过程的影响． 生物质经催化气化制备的合成气组成为( 体积分 数) : 49. 5% H2、18. 8% CO、26. 1% CO2及少量低分子 碳氢化合物如 4. 8% CH4、0. 8% C2H4和 0. 06% C2H6 ． 将合成气脱除二氧化碳和水后作为还原剂与预热球团 进行直接还原反应，还原产物外观如图 1( c) 所示． 1. 2 实验装置及流程 为在实验室条件下模拟气基竖炉直接还原炼铁工 艺，生物质合成气直接还原铁矿--生物质复合球团炼 铁实验平台由两部分组成，如图 2 所示． 图 1 生球团、氧化焙烧球团和还原铁产品． ( a) 生球团; ( b) 氧化焙烧球团; ( c) 还原铁产品 Fig． 1 Green pellets，roasting pellets and direct reduction iron product: ( a) green pellets; ( b) roasting pellets; ( c) reduction iron product 图 2 生物质合成气直接还原铁矿--生物质复合球团炼铁实验装置 Fig． 2 Experimental equipment of biomass syngas direct reduction of iron ore--biomass composite pellets for ironmaking ( 1) 生物质催化气化制还原气系统主要由燃烧 室、气化室和催化室组成． 燃烧室内生物质通过高温 燃烧为生物质气化以及含焦油气的催化重整提供热 源，生物质气化生成的含焦油燃气进入催化室，焦油、 CH4和 CO2在催化剂和水蒸气的作用下发生一系列催 化重整反应，生成 H2和 CO 等还原性气体． 通过调节 生物质种类、粒径、气化和催化重整反应温度、水蒸气/ 生物质当量比等参数可制取不同组成的合成气，为球 团的直接还原提供还原介质． ( 2) 直接还原系统由电子天平、吊篮还原装置、气 体流量控制及在线监测装置等组成． 实验使用高温竖 式管状炉作为预热球团直接还原的主反应器，以生物 质合成气作为还原介质，炉温由炉管侧壁插入的热电 偶通过温控柜所控制． 内置耐热不锈钢材料制成的吊 篮，吊篮内装有铁矿--生物质复合球团，通过悬链吊挂 在电子天平下，电子天平可实时记录球团质量随时间 的变化． 直接还原的工作温度一般在 1123 K 左右，因此实 验的还原温度选择在 1123 ～ 1323 K 范围内，每 50 K 为 一个温度梯度． 实验流程如下: 调节反应器温度到预 设温度后，先通入 N2 将反应器内的空气排空，然后关 闭 N2，通入生物质合成气，恒温 30 min，使温度稳定． 将吊篮挂在电子天平下方，清零，将球团装入吊篮，放 入反应器内，同时启动数据采集程序，开始实验． 当球 团的质量不再变化时，即认为还原反应完成，停止实 验，再次通入 N2至反应器冷却． 1. 3 球团还原度的计算 复合球团的还原度 f 按照下式进行计算: · 251 ·