(华北理工大学冶金与能源学院， 河北 唐山 063210)
为了揭示铁矿粉烧结准颗粒燃烧特性和烟气排放规律，采用分析纯试剂替代烧结原料制备不同类型的准颗粒，通过热重法开展不同氧气体积分数、升温速率、气体流速等工艺参数下的准颗粒燃烧规律研究，并利用烟气分析仪研究了准颗粒结构和黏附粉成分对燃烧过程CO和NO排放规律。结果表明,氧气体积分数、升温速率、气体流速对不同类型准颗粒燃烧过程的影响规律是一致的，即提高氧体积分数、气体流速有利于增强O2分子内扩散能力，促进碳-氧间的燃烧反应，改善燃烧条件。受准颗粒内部的热滞后作用影响，燃烧特征参数随升温速率增大而升高，燃烧反应向高温区移动。但由于准颗粒结构的不同，上述工艺参数变化对燃烧反应的影响程度也不尽相同。准颗粒结构显著影响燃烧过程的传热、传质行为，S′型准颗粒燃烧生成的CO、NO峰值体积分数最高，而S型、C型、P型受黏附层阻碍影响，CO、NO向外扩散的阻力增大，有利于延长CO、NO在产物层内的滞留时间，促进CO还原NO反应的发生，降低CO、NO峰值体积分数。Fe2O3、CaO、MgO对焦粉燃烧以及CO-NO间的还原反应等都具有显著催化作用，且CaO催化能力最强，CO、NO峰值体积分数分别降低了48.7%和50.0%。
铁矿粉烧结； 准颗粒； 燃烧特性； CO； NO； 排放特征钢铁工业作为中国国民经济发展的重要基础产业和支撑产业，中国粗钢产量已经占世界总产量的1/2以上，21世纪以来，粗钢产量由2000年的1.27亿t增长到2020年的10.65亿t。铁矿粉烧结作为钢铁生产重要的环节，约80%的高炉原料来源于烧结矿，各项技术经济指标直接影响整个钢铁企业效益。燃料燃烧为烧结过程提供能量并决定着烧结床层的温度分布，对烧结矿质量有着决定性的影响，并且燃料燃烧产生的CO2、CO、SO2和NOx等污染物对环境的危害越来越突出。铁矿粉烧结燃料燃烧通常简化为单体燃料燃烧，随着研究深入，相关学者开始研究不同准颗粒结构燃料的燃烧行为。HIDA Y等根据焦炭在准颗粒中的存在状态，将准颗粒分为4种类型：S型(包裹细铁矿粉的单一粗焦炭颗粒)、P型(混合良好的细焦炭和细铁矿粉球团)、C型(包裹细焦炭和细铁矿粉的大铁矿石颗粒)、S′型(焦炭颗粒)。目前，准颗粒燃烧特性研究主要是氧气体积分数、黏附层、黏附比和焦粉粒度等因素的影响规律，准颗粒燃烧速率研究主要以未反应核模型为基础，而且准颗粒中碱性熔剂对燃料燃烧有催化和减排作用。燃料燃烧烟气排放，主要是温度、氧气体积分数、反应气氛和燃料赋存状态、燃料粒径、挥发分含量、氮含量和空气过量系数对烟气CO，特别是NO生成与排放的影响规律研究。本文采用热重试验，研究了氧气体积分数、升温速率、气体流速、黏附粉类型对不同准颗粒燃料燃烧行为的影响，并采用烟气分析仪，测试分析不同燃料赋存状态和准颗粒结构的烟气CO和NO排放规律，为提高烧结燃料的利用率和烟气减排提供理论基础。
1)提高氧气体积分数、气体流速可显著改善O2分子在准颗粒内的扩散过程，有利于提高内扩散速率，促进碳-氧间的燃烧反应，tg、tb等燃烧特征参数降低。而增大升温速率影响了准颗粒内的传热过程，tg、tb等受焦粉颗粒内部升温热滞后影响开始向高温区运动。2)准颗粒结构显著影响燃烧过程的传热、传质行为，由于S型、C型、P型准颗粒受黏附层影响，燃烧生成的CO、NO外扩散阻力相应增大，导致在焦粉颗粒周围形成的气相边界层内的停留时间延长，促进了CO还原NO反应的发生，有利于降低CO、NO的峰值体积分数。3)Fe2O3、CaO、MgO对焦粉燃烧以及CO-NO间的还原反应等都具有显著催化作用，有利于降低焦粉颗粒的着火温度，燃烧反应活化能降低，燃烧性能明显改善，CaO催化能力最好。
