随着我国经济的持续高速发展，能源问题日益严重，节能减排是我国目前面临的首要问题，钢铁企业作为能源资源密集型企业，是我国的耗能大户，炼铁工序能耗约占钢铁企业能耗的60％，尽管随着TRT、CDQ等一系列技术的使用，炼铁工序能耗有了很大改善，但是到目前为止储有大量高温显热的高炉熔渣却没有得到很好的利用，热量回收几乎为零，随着节能减排形势的日益严峻，迫切需要新技术的出现来回收高炉渣的余热余能。
本文从我国节能减排、钢铁企业余热余能利用以及我国的能源现状出发，兼顾我国煤气化技术的发展，紧密围绕钢铁厂冶金熔渣余热余能回收利用以及钢铁企业可持续发展的客观要求，提出利用冶金熔渣进行煤气化的技术思路，并开展了相关基础研究，研究结果如下:
(1)提出了冶金熔渣煤气化系统，该系统主要有三部分组成，熔融气化炉（液态载体煤气化炉）、二次气化炉（颗粒载体煤气化炉）和锅炉（固水换热锅炉）。熔融气化炉、二次气化炉和锅炉利用熔渣的温度范围分别为1773K～1573K、1573K～1073K及1073K～473K。
(2)针对高炉熔渣煤气化系统，从气化反应机理、煤的熔融反应特性、熔渣煤气化热力学性质、熔渣物理化学性质等方面对该系统进行了可行性分析，结果表明高炉熔渣在该过程中不仅充当了热源还起到了催化剂的作用。高炉熔渣在高温时的粘度适合熔渣煤气化的要求。
(3)进行了高炉熔渣煤气化反应动力学研究，验证了高炉熔渣对煤气化反应的催化作用，并对其动力学参数进行了求算。
(4)采用自行搭建的高炉熔渣煤气化小型冷态模拟装置对熔池内的流动特性进行了研究，研究表明:在较大气体流速下，气泡中会出现明显的环流，有利于气化反应的进行;气泡的滞留时间随喷吹流量的增加而呈对数关系递减，顶吹时，气泡的滞留时间最长。侧吹对于熔池的搅拌作用最强。采用多支喷枪的喷吹效果要好于单支喷枪，但效果并不是十分显著。在熔池径向1/3R处的顶吹喷枪的搅拌能力要优于其他位置的顶吹喷枪的搅拌能力。
(5)利用自行搭建的小型热态实验系统，对高炉煤气化系统的气化反应性和操作参数进行了研究，得出以下结论:高炉熔渣煤气化系统对于煤种具有广泛的适应性，大同煤、阜新煤及沈南煤在该气化系统中均具有较高的碳转化率和反应速率，煤气组份相差不大，煤气热值峰值均高于12000kJ/m3，尤其是作为高灰分和低固定碳含量代表的沈南煤，其在该气化反应系统中的气化反应性较强，其反应速率甚至要高于其他两种煤。该系统对煤粉粒度具有广泛的适应性，研究发现不同粒度的煤粉，其碳转化率均能达到100％，并且其反应完全所需要的时间也相差不大，比较来看，80目时的煤粉从开始反应到反应完全所需要的时间略短一些;煤粉粒度对于煤气中CO的浓度没有影响，但是在120目～80目的颗粒范围内，煤气中H2的浓度随颗粒粒度的增加而增加;煤粉粒度对煤气热值没有太大的影响。通过研究气煤比对高炉熔渣煤气化反应的影响可知，随着气煤比的增加，煤气组份中CO和H2的浓度均呈现下降的趋势，煤气热值也呈现下降的趋势，碳转化率随气煤比的增加而增大，煤气中的C、H比随气煤比的增加先下降后上升。在气煤比为1时，碳转化率较低，仅为0.88左右，这与实验中渣池深度太浅具有直接的关系，通过调节渣池的深度可提高碳的转化率。喷吹速度对高炉熔渣煤气化反应影响十分显著，在气煤比均为1的条件下，低喷吹速度时的煤气热值要高于高喷吹速度时的煤气热值，煤气成分中CO和H2的浓度、碳转化率、煤气中C、H比等均随喷吹速度的增加而减少;温度为1623K左右时，为高炉熔渣煤气化反应的最佳气化温度。
(6)针对高炉熔渣煤气化工艺进行了理论计算和火用分析，结果表明，该系统针对不同的气化剂可生产出不同C、H比的原料气，可为化学工业提供原料，为建立钢铁-化工-材料的资源利用新模式服务。该系统产生的煤气属于中高热值煤气，可广泛应用于化工、冶金以及机械等多行业。通过火用分析可知，在不包含第三级设备的情况下，该系统就已经具有较高的火用效率，其内部火用损率很小，在5％以内，余热资源利用率很高，仅从火用效率来看，使用富含CO2的烟气效果更好。
- 作 者：
- 李朋
- 学科专业：
- 热能工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 东北大学
- 导师姓名：
- 于庆波
- 学位年度：
- 2010
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
