專利名稱：生物質(zhì)燃料的鈍化方法及鈍化產(chǎn)物在鐵礦燒結(jié)中的應用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了生物質(zhì)燃料的鈍化方法及鈍化產(chǎn)物在鐵礦燒結(jié)中的應用，屬于鋼鐵冶金的燒結(jié)燃料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
燒結(jié)礦是高爐煉鐵的主要含鐵爐料，在我國高爐爐料結(jié)構(gòu)中，燒結(jié)礦一般占75%以上。但鐵礦燒結(jié)是典型的高能耗、高污染行業(yè)，其エ序能耗在鋼鐵企業(yè)中居第二位，一般為企業(yè)總能耗的9%-12%。且燒結(jié)過程排放含有大量溫室氣體CO2以及污染性氣體S0X、NOx的煙氣，是鋼鐵エ業(yè)的主要大氣污染源。因此，節(jié)能減排是當前鐵礦燒結(jié)領(lǐng)域的重點研究課題。
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我國鐵礦燒結(jié)主要采用焦粉、無煙煤等化石能源。研究表明，化石燃料燃燒是燒結(jié)過程C0x、S0x、N0x產(chǎn)生的主要來源，燒結(jié)過程80%的C02、幾乎100%的C0、2(T40%的S0X、5(Γ80%的NOx來自燃料的燃燒。因此，采用可再生清潔能源替代化石能源作燒結(jié)燃料對節(jié)能減排意義重大。生物質(zhì)能是一種清潔可再生能源，是由植物光合作用固定于地球上的太陽能，由于生物質(zhì)燃料主要含有C、H、0，而N、S含量低，且燃燒生產(chǎn)的CO2參與大氣碳循環(huán)，因此生物質(zhì)燃料應用于鐵礦燒結(jié)可以有效降低C0X、S0x、N0x的排放量。與常規(guī)的燒結(jié)燃料無煙煤、焦粉等相比，生物質(zhì)燃料具有孔隙率高、比表面積大的特點，使得其燃燒性、反應性遠比焦粉好。當生物質(zhì)燃料替代焦粉吋，由于生物質(zhì)燃燒性好使得燒結(jié)燃燒前沿速度加快，使得與傳熱前沿速度不匹配；同時由于生物質(zhì)反應性好，其與CO2快速氣化而容易生成CO，使得燃料的燃燒程度降低；生物質(zhì)燃料快速燃燒及燃燒程度降低造成燒結(jié)料層溫度降低、高溫時間縮短而不利于成礦，降低了燒結(jié)礦成品率、轉(zhuǎn)鼓強度。由于氣孔率高、比表面積大是生物質(zhì)燃料容易燃燒和氣化的主要原因，因此有必要通過降低有效的反應表面積或封閉氣孔以降低生物質(zhì)燃料的反應活性，從而降低其燃燒速度和氣化速度。降低燃料反應活性主要采用鈍化處理的方法。當前，為降低高爐用焦炭的反應性，申請?zhí)枮?00510017909. 9的專利給出了ー種高爐煉鐵用焦炭的鈍化劑及其使用方法，是將硼酸、硼砂、ニ氧化硅配制成改性劑溶液噴灑在焦炭表面起鈍化作用；申請?zhí)枮?00710195027. O的專利給出一種焦炭鈍化劑及制備方法，是采用硼酸、硼砂、高鎂粉、硅鋁粉、硅鈣粉在焦炭表面形成一層均勻的保護膜；申請?zhí)枮?00910169129. 4的專利也給出了一種焦炭鈍化劑的配方，主要采用葡萄糖、氯化鈣、硼酐、鈣鈦粉、ニ氧化硅、無水硼砂、硼酸鈣、偏硼酸鋇等。但對于燒結(jié)用的生物質(zhì)燃料的鈍化方法當前還未有報道。由于生物質(zhì)燃料和焦炭的用途不同，以及兩者的結(jié)構(gòu)不同，其鈍化的要求和方法也會有很大的差異，體現(xiàn)在(I)鈍化燒結(jié)用生物質(zhì)燃料，在鈍化燃料的同吋，鈍化劑不能給燒結(jié)礦帶來有害雜質(zhì)，也不能對燒結(jié)指標產(chǎn)生負面影響。(2)與焦炭相比，生物質(zhì)燃料孔隙較多，且以微孔為主，孔洞分布范圍比較寬，且比表面積顯著更大，這使得生物質(zhì)燃料鈍化的難度更大。本文針對燒結(jié)用生物質(zhì)燃料孔隙率高、比表面大、微孔發(fā)達的特點，為降低其反應活性，縮小生物質(zhì)燃料與常規(guī)燃料焦粉、無煙煤燃燒性、反應性的差異，開發(fā)一種高效的、且不給燒結(jié)帶來負面影響的鈍化方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種エ藝方法簡單、操作方便、可有效降低生物質(zhì)燃料燃燒性和反應性的鈍化方法。使鈍化后的生物質(zhì)燃料可應用于鐵礦燒結(jié)替代部分焦粉、無煙煤等，在保證燒結(jié)指標不受影響的條件下降低燒結(jié)過程污染物排放。本發(fā)明的另一目的是提供一種鈍化后的生物質(zhì)燃料在鐵礦燒結(jié)中的應用方法。本發(fā)明ー種鐵礦燒結(jié)用生物質(zhì)燃料的鈍化方法，是采用下述方案實現(xiàn)的
按生物質(zhì)燃料重量的5 10%取濃度為1(Γ20%的硼酸溶液，均勻噴灑到生物質(zhì)燃料中，攪拌均勻；然后按生物質(zhì)燃料重量的4 8%取濃度為5 15%的硅溶膠溶液均勻噴灑到生物質(zhì)燃料中，并攪拌均勻；最后，按生物質(zhì)燃料重量的廣3%取粒度小于20 μ m的石英微粉加入到生物質(zhì)燃料，攪拌均勻，即實現(xiàn)鐵礦燒結(jié)用生物質(zhì)燃料的鈍化。本發(fā)明ー種鐵礦燒結(jié)用生物質(zhì)燃料的鈍化方法，所述生物質(zhì)燃料為炭化生物質(zhì)燃料；所述炭化生物質(zhì)燃料選自玉米秸桿、水稻秸桿、高粱秸桿、木材、甘蔗渣、油料渣滓、果殼中的ー種或幾種的混合物。所述混合物中的組分可以以任意比例混合。本發(fā)明鈍化后生物質(zhì)燃料在鐵礦燒結(jié)中的應用，是在鐵礦燒結(jié)中，將鈍化后的生物質(zhì)燃料按等熱量替換原則取代10飛0%的焦粉或煤，等熱量替換原則即生物質(zhì)燃料燃燒提供的熱量與其替代的焦粉或煤燃料所產(chǎn)生的熱量相等。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明針對生物質(zhì)燃料比表面積大、微孔豐富、孔隙率高的特點，將表面改性和物理阻隔有機結(jié)合，降低了反應氣體與生物質(zhì)燃料的有效接觸面積；同時減少了生物質(zhì)燃料的微孔和開氣孔，使得進入到生物質(zhì)燃料內(nèi)部的反應氣體減少；從而降低生物質(zhì)燃料的燃燒性和反應性。(I)采用硼酸鈍化劑對生物質(zhì)燃料進行表面改性，硼酸溶液浸潤到生物質(zhì)表面，硼酸在燒結(jié)過程中脫水生成均勻的B2O3薄膜覆蓋在氣孔的表面，減少反應氣體與生物質(zhì)燃料反應，同時硼取代點陣中的與其原子半徑相近的碳原子形成固溶體，促進生物質(zhì)燃料的石墨化，改變了生物質(zhì)的表面性質(zhì)，可抑制生物質(zhì)燃料燃燒、氣化反應的進行。(2)采用硅溶膠鈍化生物質(zhì)燃料，在燒結(jié)過程中，硅溶膠脫水析出的膠體SiO2粒子，可吸附在生物質(zhì)燃料的微孔中，起到減少燃料微孔的作用，從而大幅降低反應表面積。(3)采用石英微粉鈍化生物質(zhì)燃料起物理阻隔作用，石英微粉吸附在表面潤濕的生物質(zhì)燃料孔洞中，起到減少生物質(zhì)燃料開氣孔的作用。本發(fā)明通過硼酸降低生物質(zhì)燃料有效反應面積、硅溶膠減少微孔、石英微粉減少開氣孔的協(xié)同作用，使得起到多重鈍化的效果，使生物質(zhì)燃料燃燒性和反應性降低，從而可應用到鐵礦燒結(jié)取代部分焦粉、煤而不影響燒結(jié)礦產(chǎn)量、質(zhì)量指標，適合于鐵礦燒結(jié)的要求，且所采用的鈍化劑不會給燒結(jié)礦帶來有害雜質(zhì)，同時對環(huán)境友好，操作簡便而易于實施。
具體實施例方式下面實例是對本發(fā)明的進ー步說明，而不是限制發(fā)明的范圍。本發(fā)明實例中，添加鈍化生物質(zhì)燃料燒結(jié)過程的燒結(jié)速度、成品率、轉(zhuǎn)鼓強度、利用系數(shù)的檢測方法是燒結(jié)速度表示燒結(jié)混合料的垂直燒結(jié)快慢的程度，為料層高度與燒結(jié)時間的比值；成品率表示燒結(jié)礦經(jīng)過落下、篩分后+5mm燒結(jié)礦所占的重量百分數(shù)，用來衡量燒結(jié)礦的成品合格率，采用JIS8711-77標準進行檢測； 轉(zhuǎn)鼓強度指數(shù)是評價燒結(jié)礦抗沖擊和耐磨性能的ー項重要指標，采用GB8290-87進行檢測。利用系數(shù)是反映燒結(jié)機生產(chǎn)率的指標，是指燒結(jié)機單位面積單位時間內(nèi)生產(chǎn)出的成品燒結(jié)礦重量。實施例I :在炭化玉米秸桿生物質(zhì)燃料中依次加入占生物質(zhì)燃料質(zhì)量為10%、質(zhì)量濃度為10%的硼酸，占生物質(zhì)燃料質(zhì)量為6%、質(zhì)量濃度為10%的硅溶膠，平均粒徑為15. 2 μ m、占生物質(zhì)燃料質(zhì)量為I. 5%的石英微粉，攪拌均勻，將鈍化后的生物質(zhì)燃料應用于鐵礦燒結(jié)，當分別取代10%、40%、60%的焦粉時，其燒結(jié)礦成品率、轉(zhuǎn)鼓強度、利用系數(shù)與完全采用焦粉的燒結(jié)指標相當(見表I)。實施例2:在炭化甘蔗渣生物質(zhì)燃料中依次加入占生物質(zhì)燃料質(zhì)量為8%、質(zhì)量濃度為12%的硼酸，占生物質(zhì)燃料質(zhì)量為8%、質(zhì)量濃度為5%的硅溶膠，平均粒徑為13. 8 μ m、占生物質(zhì)燃料質(zhì)量為I. 0%的石英微粉，攪拌均勻，將鈍化后的生物質(zhì)燃料應用于鐵礦燒結(jié)，當取代40%的焦粉時，其燒結(jié)礦成品率、轉(zhuǎn)鼓強度、利用系數(shù)與完全采用焦粉的燒結(jié)指標相當(見表I)。實施例3 在炭化水稻秸桿與炭化高粱秸桿的混合物生物質(zhì)燃料中依次加入占生物質(zhì)燃料質(zhì)量為5%、質(zhì)量濃度為20%的硼酸，占生物質(zhì)燃料質(zhì)量為4%、質(zhì)量濃度為15%的硅溶膠，平均粒徑為17. 5 μ m、占生物質(zhì)燃料質(zhì)量為3. 0%的石英微粉，攪拌均勻，將鈍化后的生物質(zhì)燃料應用于鐵礦燒結(jié)，當取代40%的焦粉時，其燒結(jié)礦成品率、轉(zhuǎn)鼓強度、利用系數(shù)與完全采用焦粉的燒結(jié)指標相當(見表I)。由表I可知，當生物質(zhì)燃料未鈍化吋，由于生物質(zhì)燃料的燃燒性、反應性好，其取代焦粉使得燒結(jié)速度大幅提高，而成品率、轉(zhuǎn)鼓強度、利用系數(shù)等產(chǎn)量、質(zhì)量指標都下降。而采用本發(fā)明的鈍化方法處理生物質(zhì)燃料，可適當降低生物質(zhì)燃料的燃燒速度，因而使得燒結(jié)速度相比未鈍化的生物質(zhì)燃料有所降低，而燒結(jié)礦成品率、轉(zhuǎn)鼓強度、利用系數(shù)提高，表明燒結(jié)礦產(chǎn)量、質(zhì)量指標得到改善，其取代1(Γ60%的焦粉可獲得與完全采用焦粉相當?shù)臒Y(jié)指標。表I
權(quán)利要求
1.一種鐵礦燒結(jié)用生物質(zhì)燃料的鈍化方法，其特征在干 按生物質(zhì)燃料重量的5 10%取濃度為1(Γ20%的硼酸溶液，均勻噴灑到生物質(zhì)燃料中，攪拌均勻；然后按生物質(zhì)燃料重量的4 8%取濃度為5 15%的硅溶膠溶液均勻噴灑到生物質(zhì)燃料中，并攪拌均勻；最后，按生物質(zhì)燃料重量的廣3%取粒度小于20 μ m的石英微粉加入到生物質(zhì)燃料，攪拌均勻，實現(xiàn)鐵礦燒結(jié)用生物質(zhì)燃料的鈍化。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種鐵礦燒結(jié)用生物質(zhì)燃料的鈍化方法，其特征在于所述生物質(zhì)燃料為炭化生物質(zhì)燃料；所述炭化生物質(zhì)燃料選自玉米秸桿、水稻秸桿、高粱秸桿、木材、甘蔗渣、油料渣滓、果殼中的ー種或幾種的混合物。
3.鈍化后生物質(zhì)燃料在鐵礦燒結(jié)中的應用，是在鐵礦燒結(jié)中，將鈍化后的生物質(zhì)燃料按等熱量替換原則取代10飛0%的焦粉或煤，等熱量替換原則即生物質(zhì)燃料燃燒提供的熱量與其替代的焦粉或煤燃料所產(chǎn)生的熱量相等。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物質(zhì)燃料鈍化方法及鈍化產(chǎn)物在鐵礦燒結(jié)中的應用，是將表面改性和物理阻隔有機結(jié)合，目的是降低生物質(zhì)燃料的有效反應表面積、減少其微孔和開氣孔，從而降低反應活性，縮小其與化石燃料在燃燒性、反應性方面的差異。鈍化的方法是將濃度為10~20%的硼酸溶液按生物質(zhì)燃料重量比的5~10%、濃度為5~15%的硅溶膠溶液按生物質(zhì)燃料重量比的4~8%、粒度小于20μm的石英微粉按生物質(zhì)燃料重量比的1~3%依次均勻加入到生物質(zhì)燃料中，加入的同時充分攪拌均勻即可。鈍化后得到的生物質(zhì)燃料應用到鐵礦燒結(jié)可取代10~60%的化石燃料而不影響燒結(jié)指標。
文檔編號C22B1/16GK102839033SQ201210308218
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月27日
發(fā)明者甘敏, 范曉慧, 陳許玲, 姜濤, 李光輝, 郭宇峰, 楊永斌, 袁禮順, 張元波, 李騫, 黃柱成, 白國華, 許斌, 朱忠平, 季志云, 余志元, 黃曉賢 申請人:中南大學