超高料层双层烧结富氧强化及烟气排放行为研究

针对超高料层双层烧结矿强度低的问题,采用富氧方法强化双层烧结。研究富氧浓度和燃料用量对烧结矿产质量的影响,分析普通双层烧结和富氧强化双层烧结的烧结矿主要矿物组成和微观结构,研究两者烧结烟气中O_(2)、CO_(2)和CO的排放行为。研究结果表明:富氧方法能明显强化超高料层双层烧结,大幅度提高烧结矿成品率和转鼓强度;二次点火后对料层进行富氧,氧气体积分数为25%,烧结矿成品率、转鼓强度、利用系数和固体燃耗分别为69.06%、66.40%、2.09t/(m^(2)∙h)和53.79kg/t,与普通双层烧结指标相比,成品率、转鼓强度和利用系数分别提高4.11%、7.73%、0.18t/(m^(2)∙h),固体燃耗降低3.23kg/t;富氧使烧结矿中磁铁矿氧化充分,铁酸钙大量生成,烧结矿结构均质、紧密;富氧增大烧结烟气O_(2)质量分数,可有效解决下部料层缺氧问题,提高燃料燃烧效率,减少CO排放量。

基于人工神经网络的甲烷富氧燃烧机理优化

采用带误差传播的直接关系图法、全物种敏感性分析和人工神经网络(ANN)联合方法,以点火延迟时间和CO摩尔分数为优化目标,通过对甲烷富氧燃烧详细机理USC mech2.0的简化和优化,提出了基于人工神经网络的甲烷富氧燃烧优化机理(ANN-OMOC)。甲烷富氧燃烧模拟计算和对比分析的结果表明:相比于甲烷富氧燃烧简化机理FSSA的预测误差,优化机理ANN-OMOC对点火延迟时间、层流火焰速度的预测误差分别从2.53%、24.38%降到0.50%、14.41%;与甲烷富氧燃烧的简化机理DRGEP和FSSA相比,优化机理ANN-OMOC对点火延迟时间、OH摩尔分数峰值和CO摩尔分数峰值的预测结果最佳,其相对误差均在10%以下。

高炉富氧鼓风技术发展现状简析

高炉富氧鼓风技术取得了明显进展,如新型氧煤枪、SIP等先进高比例富氧技术的推广应用,而面临的难题主要是,高比例富氧后,高炉呈现“上冷下热”和边沿气流发展等状况,影响高炉稳定顺行。2020年,新疆八钢开启氧气高炉冶炼实践,第一阶段实现35%高富氧冶炼目标,第二阶段试验将引入欧冶炉CO_(2)脱除后的煤气,打通煤气循环的工艺流程,实现50%的超高富氧技术突破。展望未来,高炉发展方向是富氧率、喷煤量不断提高,并逐渐步人高富氧大喷煤的背景中,最终走向全氧高炉冶炼。

不同富氧阶段下烧结矿的矿相结构及软熔滴落性能

为了深入探究不同富氧阶段下烧结矿的矿物组成及冶金性能,本文采用SEM-EDS和荷重软化熔滴设备研究在烧结前、中、后期采用富氧喷吹时烧结矿的矿相结构和软熔性能的变化规律和影响机理。试验结果表明:烧结矿的矿物组成主要包括赤铁矿、磁铁矿、铁酸钙、镁尖晶石和硅酸盐液相等;SEM观察和面扫结果表明,随着烧结过程富氧阶段的后移,SFCA(复合铁酸钙)的形态由板条状、针状向熔蚀状转变,与硅酸盐液相交织更加紧密,孔隙率下降,矿物结晶聚集性更强;XRD精修结果表明,随着富氧阶段的后移,铁酸钙在含铁矿物中的占比由76.04%下降到69.77%;不同富氧阶段得到烧结矿的软化开始温度(T 10)均在1180℃以上,软化区间为99~103℃,熔融区间为212~218℃,烧结矿的滴落质量从75.5 g变化为73.0 g最终升高到78.6 g,滴落速度在后期达到最大值0.85 g/min,原因是高熔点物质的减少和低熔点物质的形成;在烧结过程后期进行富氧喷吹时渣铁分离度高,铁的聚集性强,导致炉料的滴落性变强。

考虑变掺氧富氧燃烧与利用LNG冷能的LAES的综合能源系统低碳经济调度

为促进风电消纳,减少火电机组的碳排放,解决综合能源系统(Integrated Energy System,IES)低碳经济运行问题,文中引入变掺氧富氧燃烧技术对燃气机组进行改造,并结合利用液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)冷能的液化空气储能(Liquid Air Energy Storage,LAES),提出了一种电热气冷IES低碳经济优化策略。首先,构建含变掺氧富氧燃烧燃气机组、利用LNG冷能的LAES、电转气(Power To Gas,P2G)设备、中央空调和溴化锂制冷机的IES架构,并建立各设备的数学模型;其次,引入阶梯式碳交易机制,建立了以系统运行成本最小为目标的电热气冷IES低碳经济调度模型;最后,采用MATLAB调用GUROBI求解器对多个场景进行求解,验证了文中提出的低碳经济优化调度策略可以提高系统的风电消纳、有效降低系统运行成本,实现碳减排。

考虑富氧燃烧碳捕集技术和源荷双侧响应的综合能源系统优化调度

为降低燃气轮机的碳排放水平和提高灵活性,提出了计及富氧燃烧碳捕集技术和源荷双侧响应的综合能源系统低碳经济优化策略。首先,研究了富氧燃烧技术的运行原理及其能流特性,并构建空分制氧设备和碳捕集设备的耦合模型;其次,引入可调的热电比作为供给侧响应策略,需求侧对于电力、热能以及气负荷的特性进行综合权衡,借助能源价格的引导,并考虑其相互之间的可替代属性形成需求侧响应机制;最后,通过计及气负荷碳排放的阶梯式碳交易约束碳排放,以系统运行成本为目标优化各时段机组出力。设置多场景进行仿真分析,结果表明富氧燃烧碳捕集技术能够有效减少系统的碳排放量,源荷双侧响应能够灵活调节供给侧与需求侧的供能关系,并有效减少系统运行成本。

高速氧枪富氧燃烧结构参数仿真研究

为了进一步优化高速氧枪富氧燃烧效果,以大功率烧嘴试验炉加装高速氧枪为研究对象,使用ANSYS软件建立试验炉数值仿真模型。通过对氧枪直径、安装间距、入射角度以及富氧浓度进行多目标优化仿真分析,得出高速氧枪最优结构参数:氧枪直径17 mm、安装间距200 mm、入射角度90°、富氧浓度35%。研究结果可为鞍钢轧钢加热炉富氧燃烧改造提供理论依据。

基于重整煤气喷吹-氧气高炉的富氧燃烧碳捕集方案

碳捕集利用与封存(简称CCUS)技术是钢铁行业实现碳中和目标的可行选择,但是我国钢铁生产以高炉-转炉长流程生产为主,产生碳排放的工序众多且碳浓度较低,目前仍缺少经济高效的碳捕集方案。在此背景下,通过引入气化炉用于重整炉顶煤气,改进现有炉顶煤气循环-氧气高炉工艺的炉顶煤气循环方式,耦合富氧燃烧碳捕集技术,提出一种基于重整煤气喷吹-氧气高炉的富氧燃烧碳捕集方案,并利用Aspen Plus建模计算和碳流分析评估了该方案的节能减排潜力。结果表明:富氧燃烧碳捕集技术与氧气高炉低碳冶炼工艺有着良好的承接性与耦合性,两者耦合能够降低钢铁行业碳捕集的难度;富氧燃烧单位CO_(2)的捕集能耗为2623.91 kJ/kg,比现有的醇胺法的碳捕集能耗低51.4%,比变压吸附法的碳捕集能耗低26.2%;生产每吨钢材可通过富氧燃烧捕集到1.5 t CO_(2),有望实现钢铁生产过程的CO_(2)净零排放。总的来说,该方案能够在高炉低碳冶炼的基础上进行低成本、大规模的碳捕集,是钢铁行业绿色低碳转型的可行方案。

富氧助燃技术在陶瓷企业中的应用

结合富氧助燃技术在浙江绍兴陶瓷企业中应用的实际案例,对案例进行经济性分析。结果显示:案例应用富氧助燃技术后,用电量增加了1%,企业天然气消耗降低了16.5%,辊道窑的净节能率达到了15.5%。研究为富氧助燃技术在小型陶瓷轻工业中的应用起到示范作用,进一步验证了富氧助燃技术的巨大潜力和应用前景。

富氢富氧调控的甲烷预混火焰结构和排放特性

基于单头部钝体旋流模型燃烧器,以H_(2)、O_(2)和CO_(2)为添加剂对甲烷空气预混火焰(CH4/air)进行调控,探究其对火焰结构、火焰稳定性和排放特性的影响规律。对各个掺混气进行变量控制和工况设计,利用数码相机和OH基平面激光诱导荧光技术测量火焰结构,利用Testo340烟气排放仪测量烟温及污染物CO和NO_(x)排放量。研究结果表明:H_(2)和O_(2)掺混使火焰更加紧凑并增强燃烧强度,而CO_(2)添加对此具有调节作用,它使火焰分布更宽,燃烧强度降低。O_(2)掺混促成富氧燃烧之后,CO和NO_(x)排放量均明显增加,不利于排放特性优化。相比之下,H_(2)掺混在降低CO排放的同时能基本不影响NO_(x)排放水平,同时以CO_(2)替代N_(2)虽然会提高CO排放,但可大幅降低NO_(x)排放。H_(2)和CO_(2)掺混的影响具有较好的互补性,两者结合是实现甲烷稳定低排放燃烧调控的有效方法。

气肋型弥散富氧充气帐篷的研制及性能测试

目的 :针对高原野外环境下移动式富氧室的搭建问题,研制一种质轻便携、无需安装、展收迅速、实用性强的气肋型弥散富氧充气帐篷。方法:采用气肋型网格骨架、优质聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)材料、嵌套式结构设计、缓冲门结构、新风弥散通道、废气回收管路等研制新型充气帐篷,配合自行研制的高原弥散富氧机迅速搭建移动式富氧室,分别选用20、50、70、100 m^3/h 4个流量挡次的高原弥散富氧机对富氧帐篷进行连续8 h富氧新风弥散,对比分析富氧帐篷内部(5个分散点)氧气、二氧化碳体积分数的变化曲线。结果:20 m3/h富氧机与帐篷搭配使用效果最佳,弥散8 h后帐篷内部富氧浓度可达27%以上,但同时帐篷内二氧化碳体积分数升高到1 800 ppm(1 ppm=1×10-6)左右,且富氧速度略慢(达到25%左右需3 h)。结论:该气肋型弥散富氧充气帐篷搭配20 m^3/h富氧机在海拔5 000 m可将帐篷内部等效海拔降低到3 000 m以下,能够很好地解决部队在高原野外环境下缺氧的困扰,通过优化改进有望在高原部队中推广使用,成为帮助高原官兵提高战斗力的利器。

高炉适宜富氧量研究

从维持适宜理论燃烧温度和富氧效益最大化两方面探讨高炉的适宜富氧量。提出煤焦临界置换比、增益临界富氧量、临界富氧气体价格等概念 ,并给出了相应的计算公式。

CO_(2)和H_(2)O气化反应对富氧气氛煤热解和焦炭燃烧影响进展

富氧燃烧技术作为一种具有广阔前景的燃煤电站CO_(2)减排技术,对实现可持续发展的能源目标具有重要意义。由于CO_(2)和H_(2)O物理性质和气化反应的影响,煤在富氧气氛中的转化过程可能明显异于空气气氛。通过分析已有文献发现,CO_(2)对煤热解过程中挥发分的析出率和焦炭的物理结构和化学性质有一定影响,但较少学者关注CO_(2)和H_(2)O混合气体物性的作用。在煤或焦炭燃烧过程中,CO_(2)的高比热和低氧扩散速率对燃烧反应有明显抑制作用,但可能是由于H_(2)O浓度差异的原因,目前对CO_(2)和H_(2)O混合气体物性在燃烧过程中的影响机制还有争议,尤其是缺少加压下的数据。对于气化反应的影响,目前研究表明,CO_(2)单气化和CO_(2)/H_(2)O共气化提高了煤热解时挥发分轻质气体的产率,但焦炭产率却有所降低,而压力增加强化了这一影响。此外,气化作用下的煤焦可能由于表面积增加而提高了反应活性,其表面官能团结构也因气化而发生改变。关于煤或焦炭燃烧反应,目前普遍认为CO_(2)气化在温度较高和氧气浓度较低时可促进燃料碳消耗,H_(2)O的加入则进一步加速了这一过程。随着环境压力的升高,CO_(2)气化反应在燃料碳消耗中占比逐渐增大,但对于加压下CO_(2)/H_(2)O共气化的影响鲜有涉及。本研究总结了富氧气氛中CO_(2)和H_(2)O气化作用下的煤热解和焦炭燃烧行为,为今后富氧燃烧技术的发展提供了理论参考。

砷在富氧底吹炼铜过程中的走向及物相结构

采用Factsage热力学分析、元素分析、XRD、SEM−EDS及金相显微镜等手段研究了富氧底吹炼铜工艺中砷的走向和物相结构。结果表明:通过适当降低富氧浓度,可以提高熔炼温度增加烟气和烟尘中砷的分配。混合炉料中砷主要存在于毒砂和砷黝铜矿中,少部分存在于返渣的冰铜相和细烟尘中;冰铜中砷主要以含砷锑冰铜形式存在,平均砷含量为4.75%(质量分数);粗铜中砷主要与铜、锑、铅等形成固溶体,平均砷含量为7.78%;底吹炉渣中砷主要分布于渣相所含的含砷锑冰铜(26.38%)中,少部分存在于玻璃相基底(1.73%)和铁橄榄石相(2.08%)中;磁选前渣中砷主要存在于渣中的复杂含砷冰铜相中,大部分被渣包裹,平均砷含量为37.26%。

富氧燃烧气氛下酸性气体对磁性生物焦脱汞性能影响

磁性生物焦已被证明是一种高效脱除单质汞(Hg^(0))的吸附剂。然而,SO_(2)、NO和HCl是富氧燃烧烟气中的酸性成分,其在磁性生物焦脱除Hg^(0)中的作用尚未确定。研究通过模拟富氧燃烧气氛实验装置,深入探讨了不同反应温度下酸性气体浓度对Hg^(0)吸附、氧化效率的影响,以及磁性生物焦的热再生循环性能。结果表明:120℃下,体积分数为0.4%的SO_(2)可促进磁性生物焦对Hg^(0)的吸附,脱汞率达93.5%,但较高体积分数SO_(2)(>0.4%)则产生抑制作用,且少量Hg^(0)被氧化,部分缓解SO_(2)对Hg^(0)的吸附抑制;同时,NO在富氧燃烧气氛中也表现出类似的规律;气态HCl是一种重要的促进剂,在体积分数为0.02%的HCl存在下脱汞率接近100%,可抵消烟气组分带来的不利影响。然而较高温度下,SO_(2)对磁性生物焦脱汞的作用规律与120℃时相似。350℃,体积分数为1.6%的SO_(2)对Hg^(0)吸附抑制作用更强,吸附效率只有19.5%,低于Hg^(0)氧化效率,主要生成更多的C=O等含氧官能团;NO在较高温度下也表现出较强的抑制作用,随着NO浓度增加脱汞率逐渐降低,最终降至50%左右。可见,高温、高浓度SO_(2)及NO不利于磁性生物焦脱汞。此外,脱汞后失活的磁性生物焦具有优异的热再生稳定性,在450℃下热再生并循环4次后仍有80%左右的脱汞效率。

富氧燃烧锅炉初探

介绍了不同目的的锅炉富氧燃烧技术,重点分析了膜法富氧对于锅炉性能所带来的影响,对于进一步发展膜法富氧锅炉技术和扩大应用提出了建议。

富氧双侧吹铜熔池熔炼炉上升烟道结渣的矿物学分析

富氧双侧吹铜熔池熔炼炉上升烟道烟尘结渣严重,阻塞烟道,是制约熔炼炉长周期高负荷高作业率生产的关键因素。分别利用X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和电子探针显微分析仪,研究富氧双侧吹铜熔池熔炼炉上升烟道结渣烟尘的化学成分、物相组成及微观形貌。结果表明,上升烟道烟尘的主要元素为Fe、Cu、Pb、Zn和O,主要物相是(Cu, Zn, Fe)Fe_(2)O_(4)和Fe_(3)O_(4),表面微观形貌呈致密无孔洞。结合生产过程工况条件,对烟道结渣原因进行分析,认为富氧双侧吹铜熔池熔炼炉生产过程中,富氧空气通过喷嘴鼓入炉内,强烈搅动熔体,熔体中的气泡破裂逸出,喷溅形成的小颗粒熔渣与冰铜被热气流带入上升烟道,熔渣与冰铜被氧化为高熔点的(Cu, Zn, Fe)Fe_(2)O_(4)和Fe_(3)O_(4),在烟道壁面遇冷凝结形成结渣;同时,熔炼炉负压运行,入炉原料水分低,铜精矿等未反应的粉料被烟气带入到上升烟道高温段,在氧化气氛下反应生成黏结结渣;此外,原料中Pb、Zn、As等易挥发性物质进入烟道,被氧化为低熔点化合物后与高熔点的(Cu, Zn, Fe)Fe_(2)O_(4)和Fe_(3)O_(4)黏结在一起,形成致密的结渣烟尘。因此,在冶炼生产中,建议通过控制入炉原料水分和杂质含量,减少粉料入炉;控制渣型和熔炼温度,减少熔体喷溅;使用喷嘴燃烧重油,烧熔结渣烟尘,保证生产正常稳定运行。

乙烯富燃燃气/富氧空气旋转爆轰自起爆现象研究

对高温乙烯富燃燃气与富氧空气进行旋转爆轰自起爆过程进行了实验研究。实验抛弃了传统的预爆轰管起爆方式,高温乙烯富燃燃气经过喷注与外壁面碰撞产生局部“热点”,点燃混合气体形成爆燃状态。在壁面摩擦作用以及燃烧室头部激波反射的综合作用下,爆燃火焰最终会通过爆燃转爆轰过程转变为爆燃/爆轰混合模态,生成稳定传播的旋转爆轰波。当量比会对自起爆成功率造成影响。富氧空气含氧量在40%时,当量比0.52~1.84内发动机均可成功起爆。随着富氧空气含氧量的提升,旋转爆轰波模态分别经历双波对撞、单波以及爆燃/爆轰混合模态。富氧空气含氧量变大会使得爆轰波传播速度增大,富氧空气含氧量为47.4%时获得最大爆轰波传播速度1 790.6 m/s。

高富氧喷吹条件下钒钛炉料的软熔性能

高炉炼铁工艺是钢铁冶金中能源消耗量最高的流程之一。在国家“降碳减碳”政策的号召下,保证高炉稳定顺行是节能减排的重要前提。高炉软熔带的位置、形状对炉内煤气流的分布状态及高炉的稳定顺行具有重要影响。本文通过模拟高富氧喷吹条件下高炉的还原性气氛,在不同还原性气氛条件下采用高温熔滴炉进行钒钛炉料的软化熔滴试验。结果表明:随着富氧率的提高,煤气中CO的体积分数增加,钒钛炉料的软化开始温度和软化结束温度均降低,软化温度区间变大;当CO体积分数从30%增加到45%时,软化开始温度下降72℃,软化结束温度下降43℃,软化温度区间扩大29℃。富氧喷吹后,熔化开始温度升高,炉渣流动性变好,滴落物质量增加;富氧喷吹后,钒钛炉料的软熔带整体呈现“上移扩大”的趋势,软熔带的最高压差逐渐降低,透气性得到改善,Ti元素向渣中迁移增强,Fe元素向渣中迁移得到抑制。

麦尔兹窑富氧煅烧的生产实践

以某钢厂麦尔兹石灰窑为研究对象,基于其工艺特点,从石灰产量、煤气消耗、石灰质量、废气排放等方面开展富氧煅烧生产实践。富氧煅烧可优化生产指标,加快煤气燃烧速率,提高火焰温度,增强窑内的辐射能力。实践结果表明:将富氧气体φ(O_(2))控制在29%左右可以取得最好的经济效益;富氧煅烧同传统助燃空气煅烧相比,可提高日产75 t,降低助燃空气量25%~35%,节约转炉煤气消耗35.92 m3/t,降低废气排放量19%。