玉米芯水解残渣在高炉喷吹中的应用可行性研究：理化特性、燃烧行为与动力学分析

《Biomass and Bioenergy》：Application feasibility of corn cob hydrolyzed residues in blast furnace injection: Physicochemical, combustion behaviors and kinetics

本文系统评估玉米芯水解残渣作为高炉喷吹燃料的可行性，通过理化性质分析（FTIR、SEM、BET）、燃烧特性（TGA）及动力学模型（DRPM）揭示其高挥发分、低固定碳、多孔结构等优势，同时指出碱金属含量限制。研究为钢铁行业碳减排（CO2）提供废弃物资源化路径，替代30%喷吹燃料可节约成本约30元/吨铁。

　　

亮点

玉米芯水解残渣作为水热炭（hydrochar），其独特的疏松多孔结构和富氧表面显著提升燃烧效率，但高碱金属含量仍是高炉（BF）应用的主要挑战。燃烧动力学揭示两阶段反应机制：纤维素燃烧活化能（24.6–53.3 kJ/mol）与木质素燃烧活化能（8.8–27.3 kJ/mol）存在显著差异，升温速率通过增强分子运动进一步提高活化能。

工业集成：农业废弃物融入高炉

该研究创新性地构建了从玉米芯收集、糠醛生产到高炉喷吹的一体化工艺链（图11）。通过与玉米主产区合作设立回收点，残渣经生物质化工企业再加工后与煤粉混合喷入高炉，形成农业废弃物增值与低碳炼钢的闭环路径。

结论

玉米芯水解残渣的高挥发分（>67.85%）、低灰分（<12%）及多孔结构赋予其优异燃烧性能，但碱金属含量需通过水热碳化（HTC）等预处理优化。动力学模型证实其两阶段燃烧机制与纤维素/木质素组分对应，为高炉喷吹工艺参数设定提供理论依据。替代中型高炉30%日喷吹燃料时，吨铁成本可降低约30元，年产量300万吨钢厂可实现年效益1000–1500万元。