流化床技术可助高炉增产与节能减排

文章来源:中国冶金报碳交易网2013-01-25 08:34

  面对储量日渐减少、质量不断变差的铁矿石资源以及社会对环境保护日益严格的要求,高炉炼铁必须继续贯彻精料方针,但对精料的内容应不断创新和突破,包括用劣质矿石制备质量满足高炉冶炼要求的人造块矿、使用低还原铁等新型炉料等技术。 
 
  众所周知,高炉使用金属化炉料可大幅度增产和降低焦比。炉料的金属化率每增加10%,估算焦比降低约5.6%,同时产量也将增加。与转炉使用的直接还原铁(DRI)比较,高炉使用的直接还原铁的金属化率较低,故称之为低还原铁(LRI,即Low Reduced Iron),对原料中硫的含量要求不高,因此LRI的生产和高炉冶炼技术在国外炼铁界已成为一个研究热点。 
 
  工业中实现的LRI生产方法主要有气基的竖炉法和煤基的回转窑法两种。竖炉法需要天然气,回转窑法单个装置的生产能力小,而且需要高反应性煤,在我国都难以得到推广应用。根据我国国情,基于煤制气的流化床技术生产LRI有一定的可行性。 
 
  正确看待流化床技术 
 
  流态化是指固体颗粒在流体(气体或液体)的作用下悬浮在流体中跳动或随流体运动的现象。流态化现象可以由气体和固体颗粒、液体和固体颗粒,以及气体、液体和固体颗粒形成,即所谓的气—固流态化、液—固流态化和气—液—固三相流态化,其中气—固流态化在工业中应用最多。能够实现流态化过程的设备称为流化床或沸腾床。 
 
  流化床技术具有以下优点:一是流体和固体之间的传热和传质效果增强,床层温度均匀。流化床所采用的固体物料为颗粒,比表面积很大,同时由于固体颗粒强烈的扰动、相互摩擦和碰撞,固体表面的更新速度加快,而且床层的温度均匀一致。二是床层与管壁的传热效果增强,比一般气体与管壁的传热系数要增大数十倍或上百倍。三是可以像流体一样大量输送。由于固体颗粒在气体的作用下,可以像流体一样自由流动,这就使得对固体颗粒进行大量加工成为可能。四是便于实现过程的连续化和自动化,特别适用于固体颗粒处理量很大或催化剂循环量较大的生产过程。 
 
  该技术也有一些缺点:一是固体颗粒磨损大、损耗多。对于气—固流化床来说,固体颗粒的剧烈扰动,造成粒子的磨损,更多的细粒和粉尘被带出设备,增加了回收系统的负荷。二是增加受热面的磨损。对于须进行热交换的工艺过程,流化床层内设有换热管束,较坚硬固体颗粒的剧烈扰动对管壁会产生磨损。三是反应效率下降。在流化床内,固体颗粒的剧烈扰动,造成严重的固体颗粒和流体沿轴向的返混(上下蹿动),大量未反应的物料被生成物稀释,使传质推动力减小,导致反应过程的转化率下降。同时,由于床内气泡的产生,气泡内的气体与固体接触不良,致使反应速率下降。
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