高炉喷煤概论.pdf

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1、长期以来，开发摆脱或降低对焦炭依赖的炼铁技术一直在走着两条并行的路线。一条是开发新的炼铁工艺，从根本上改变能源结构，完全不用焦炭，如熔融还原、直接还原工艺等。 另一条就是在不根本改变高炉工艺的前提下，采用某种技术措施用其它燃料替代部分焦炭，如喷煤、喷油、喷吹天然气等。8高炉应少用焦炭，因此，高炉喷煤工艺因需而生。所谓高炉喷煤，就是指从高炉风口向炉内喷吹磨细了的煤粉（无烟煤、 烟煤或无烟煤、 烟煤混合物以及褐煤） ，以代替焦炭向高炉提供热量和还原剂。高炉喷吹煤粉技术发展的必要性（1）高炉喷吹煤粉技术的发展背景1）冶金煤炭资源的经济合理地利用，客观上对高炉喷煤技术的开发与应用提出了最为迫切的要求。

2、2）冶金焦炭供需紧张。3）资源、价格因素：煤与重油价格变化的对比来看，煤的价格相对低且平稳，这是高炉喷煤技术得以发展的一个重要原因。4）高炉操作调剂及其相关技术的发展，也促进了喷煤技术的发展。5）追求经济利益、 降低生铁成本， 是高炉喷煤技术发展的另一个重要原因。6）在考察高炉喷煤技术发展背景时，还必须注意到环境保护方面的因素。（2）高炉喷煤的意义1）以低价的煤代替了日趋贫乏且价格昂贵的冶金焦，降低了焦比，使高炉炼铁的成本大幅下降。2）高炉喷煤可以作为一种调剂炉况的手段。3）高炉喷煤可以改善炉缸工作状态，使高炉稳定顺行。4）为高炉提高风温和富氧鼓风创造条件。因为喷吹煤粉会使风口前理论燃烧温度降

3、低，导致理论燃烧温度降低的原因主要有：高炉喷吹煤粉后煤气量增加，加热煤气需要消耗热量；高 炉 煤 粉带 入 的 热 量 少 ， 而 焦 炭进 入 到 风 口 区 时 已 加 热到14501500，而喷吹煤粉的温度不超过100；煤粉中碳氢化合物分解吸热。5）喷吹煤粉中的氢含量比焦炭带入的多，氢气提高了煤气的还原能力和穿透扩散能力，有利于矿石的还原和高炉操作指标的改善。6）喷吹煤粉代替了部分焦炭，不仅缓解了焦煤的供需紧张状况，也减少了对炼焦设施的投资和建设，降低了炼焦生产对环境的污染。高炉喷吹煤粉技术发展历程（1）高炉喷吹煤粉技术发展与评价指标衡量高炉喷煤技术发展水平， 除了要看喷煤设施及检测、

4、控制等硬件的水平外，通常还主要采用下述两个指标进行评价，即：1） 煤比( 或称喷煤量 )Gm ， 是指生产单位生铁所喷吹的煤粉量， 单位为 kg/t ；2）喷煤率 qm ，是指煤粉在生产单位生铁所消耗的燃料( 煤粉加焦炭 ) 中所占的比例。为考察不同国家相地区高炉喷煤技术的发展状况，一般还采用普及率 m这一参数，它是指喷煤高炉占全部运行高炉的百分数。（2）高炉喷吹煤粉技术的新进展1）富氧喷煤技术得到普遍应用2）氧煤喷吹技术日趋成熟3）喷煤工艺简化，便于监控4）粒煤喷吹和配煤混合喷吹技术事实上，随着喷煤技术的不断发展， 许多相关的或与喷煤并用的技术都取得了重大进展。 这些技术涉及到了诸如煤粉的浓

5、相输送技术、煤粉在高炉内气化燃烧及炉况调节等的基础研究、喷煤高炉数学模型及计算机控制等。高炉喷煤工艺流程高炉喷吹煤粉工艺系统主要有： 原煤贮运、煤粉制备、煤粉输送、煤粉喷吹、干燥气体制备和动力系统。图 4 高炉喷煤系统工艺流程2 高炉喷吹用煤原煤贮运系统干燥气体制备系统供气系统（空气、氮气、压缩空气）煤粉制备系统煤粉输送系统高炉煤粉喷吹系统煤的分类及化学成分（1）煤的分类煤在形成过程中经历了植物残骸转变为泥炭的泥炭化阶段和泥炭转变为褐煤、烟煤、无烟煤的煤化阶段。 根据成煤物质和成煤条件不同，将煤分成三大类：腐植煤、残质煤和腐泥煤。腐植煤在自然界分布最广，蕴藏量最大，是人类使用最多的煤。腐植煤按

6、煤化程度又可分为泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤四大类。（2）煤的组成煤的化学成分包括碳 (C) 、氢(H) 、氧(O)、氮(N) 、硫(S) 以及灰分 (A) 和水分(W)，其中，氧、氮、硫与碳和氢一起构成了可燃性化合物，它们称为煤的可燃质；而灰分和水分则称为煤的惰性质。1）可燃成分碳：65%95%，以碳氢化合物和碳氧化合物形态存在，是煤中主要的可燃成分，含碳量愈高，煤的发热量愈高。氢：2%7%，大多以碳氢化合物状态存在，也是煤中主要的可燃元素，发热量为碳的三倍。氢存在于挥发分中，炭化程度愈高的煤，氢含量愈少。氧：3%5%，大多数以氧化物的形态存在，与碳、氢结合成氧化物后，煤中的可燃碳和可燃氢含量减

7、少， 降低煤的发热量。 部分游离氧可以助燃。 一般来说，随着煤的炭化程度的提高，煤中含氧量减少。氮：1%2%，煤中的惰性元素，在燃烧的高温烟气中与氧化合成NOx ，造成大气污染，是有害元素。硫：% ，以有机硫、黄铁矿硫（硫化物硫）和硫酸盐三种形态存在，前两种硫燃烧时放出热量，以及硫酸盐分解，产生SO2、SO3，污染环境，有害元素。2）灰分灰分是指煤中所含的矿物杂质在燃烧过程中，经过高温分解和氧化作用后所生成的一些固体残留物，主要包括SiO240%60%，A12O315%35%；Fe2O3 5%25% ，CaO1% 15% ，%8%，Na2O十 K2O1%4%。灰分是煤中的主要杂质成分，煤的灰分

8、越高，煤的发热量就越低， 其燃烧性能亦越差。 灰分增加，将增加渣量， 熔剂消耗，并使燃料比升高。3）水分煤中的水分按其结合状态可分为游离水和结合水。游离水是以物理吸附或吸着方式存在于煤的毛细管中与煤结合的水分；化合水是以化合方式同煤中的矿物质结合的结晶水， 是矿物晶格的一部分。 煤的工业分析中只测定游离水，游离水份降低煤的发热值， 并增加煤粉磨制过程中干燥剂的消耗，降低磨煤机的台时产量。化合水在较高温度（ 200以上，甚至500以上）下才会析出，相当于部分加湿鼓风。煤中水分含量 （W ） ： 15% 为高水分煤，5% 为低水分煤， 5%15%为中水分煤。（3）煤的分析及换算为了实际应用和理论研

9、究的不同需要通常把煤分为应用基、 分析基、干燥基和可燃基四种状态进行成分分析。1）应用基：以实际使用的煤为基础分析出来的成分，y元素分析： Cy% Hy% Oy% Ny% Sy% Ay% My%=100%工业分析： My% Ay% Vy% FCy% = 100%2）分析基：分析基成分是以在试验室里分析时用的煤为基础分析出的成分。这种煤一般为气干状态，与应用基比较它已失去了表面水分。f元素分析： C f %H f %O f %N f% S f %A f% M f%=100%工业分析：M f% A f %V f %FC f% = 100%3）干燥基：是指失去了全水分的煤成分，g元素分析： C g

10、%H g %O g %N g% S g %A g%=100%工业分析： A g %V g %FC g% = 100%4）可燃基：是指除去水分和灰分后的煤成分，r元素分析： C r %H r %O r %N r% S r %=100%工业分析： V r %FC r% = 100%煤的物理性质（1）孔隙率孔隙率反映了煤的反应性和强度性质。 孔隙率大的煤其表面积大， 反应性好，但强度较小。%100%真（相对）密度视（相对）密度真（相对）密度）孔隙率（煤的视（相对）密度：指20煤（包括煤的空隙）的质量与同体积水的质量之比，表示符号 ARD 。表示煤的物理特性的一项指标，在贮煤仓的设计，煤的运输、磨碎和

11、燃烧等计算过程中需要该项指标。煤的真（相对）密度：指20煤（不包括煤的空隙）的质量与同体积水的质量之比，表示符号 TRD 。 是表征煤的性质和计算煤层平均质量的一项重要指标，它的大小与煤的变质程度、煤的岩相组成、煤的成因、煤中矿物质有关。（2）煤的可磨性煤的可磨性是指煤研磨成粉的难易程度，与煤的变质程度有关。一般来说，焦煤、肥煤易磨，无烟煤、褐煤难磨。此外，煤的可磨性还随煤中的水分和灰分的增加而降低。工业上常根据煤的可磨性来设计磨煤机，估算磨煤机的产率和能耗， 或根据煤的可磨性来选择适合某种特定型号磨煤机的煤中和煤源。煤的可磨性指数国标采用哈氏可磨性指数，KH。（3）煤的比表面积煤的比表面积是

12、指单位重量的煤粒的表面积的总和，称为这种煤在该粒度范围内的比表面积，单位为mm2/g 。煤的比表面积是煤的重要性质，对研究煤的破碎、着火、燃烧反应等性能均有重要意义。煤粉比表面积的测定是用透气式比表面积测定仪测定的， 测定原理是根据气流通过一定厚度的煤粉层受到阻力而产生压力降来测定的。（4）煤的黏结性（5）煤的结焦性煤的黏结性、煤的结焦性是评价炼焦用煤的主要指标。煤的工艺性能（1）煤的着火温度煤的着火温度是指在氧化剂（空气、氧气）和煤共存的条件下，把煤加热到开始燃烧的温度， 也叫煤的燃点。 换句话说， 煤释放出足够的挥发分与大气形成可燃混合物的最低着火温度，又叫煤的着火点。自燃是指煤中的碳、氧

13、等元素在常温下与氧反应，生成可燃物CO 、CH4及其他物质。煤被空气中的氧气氧化是煤自燃的根本原因。煤的着火点愈低， 就愈易自燃，煤的自燃是造成煤粉制备、输送、喷吹过程中爆炸等事故的主要原因。（2）煤灰熔融性煤灰熔融性是指在规定条件下，随加热温度的变化， 煤的灰分的变形、 软化和流动特征的物理状态。煤的灰分没有固定的熔点， 加热时是逐渐熔化过程， 煤灰试样发生变形、 软化和流动，以这三种状态相应的温度来表征煤的熔融性。煤灰熔融性是动力用煤和气化用煤的重要质量指标。（3）煤粉的流动性煤粉具有较好的流动性，是因为新磨碎的煤粉能够吸附气体（如空气），使气体在煤粒表面形成气膜， 使煤粉颗粒之间的摩擦阻

14、力变小；另外煤粒均为带电体，且都带有电荷，同性电荷具有相斥作用，所以煤粉具有流动性。在一定速度的载体中， 煤粉能够随载体一起流动， 这就是煤粉能被气力输送的原理。但随煤粉存放时间的延长，流动性变差，所以要求煤粉的贮存时间应小于8h。（4）煤粉的细度（粒度）煤粉的细度（粒度）是煤粉颗粒群粗细程度的反映，它对磨煤制粉的能耗和喷吹煤粉的燃烧速度以及不完全燃烧的热损失都具有决定性的意义。（5）煤粉的爆炸性煤粉的爆炸性决定着喷煤系统安全措施的采用。可燃粉尘爆炸的必要条件有：1）可燃粉尘浓度处于爆炸上下限的爆炸空间；2）有足够的氧化剂支持； 3）有足够能量的点火源点燃粉尘；4）分散悬浮的粉尘处于定容的空间

15、。随挥发分含量增加爆炸性增大。一般认为：可燃基挥发分小于10% 为基本无爆炸性煤；大于10% 为有爆炸性煤；大于25% 为强爆炸性煤。而且，煤粉愈细，愈易于爆炸。控制系统内部适宜的含氧浓度是防止煤粉着火爆炸的关键，若系统含氧量低于一定浓度（ 14% ）就可以避免着火爆炸。（6）煤对 CO2的反应性煤对 CO2的反应性是指在一定温度下，煤中的碳与CO2进行还原反应的反应能力。反应式为： C + CO2 = CO。或者说，煤将 CO2还原成 CO的能力。以被还原成 CO的 CO2量占参加反应的 CO2总量的百分数来表示。在一定温度下，该反应速度越大，表明煤粉的可燃性越好。高炉喷吹反应性强的煤，不仅

16、可以提高煤粉的燃烧率，扩大喷煤量，而且，风口区未燃烧的煤粉在高炉其它部位参加了与CO2的气化反应，减少了焦炭的气化反应，这就在某种程度上对焦炭的强度起到了保护作用，有利于提高炉料的透气性。煤的反应性与煤的挥发分含量有关，挥发分含量高的煤反应性强。高炉喷吹对煤的性能要求（1）对原煤性能的要求1）灰分要少，一般要求小于15% ；2）硫含量要低，要求小于 % ；3）胶质层要薄，以减少或避免结焦堵塞喷枪和风口；4）可磨性要好； 5）燃烧性要好； 6）发热值要高。（2）对磨制的煤粉的质量要求1）粒度：适宜煤粉应考虑到制粉能耗、输送性能、燃烧率等多方面因素。一般认为，喷吹无烟煤时粒度应小些，200 网目的

17、应达到 70%80%；喷吹烟煤时，粒度可以大些， 200 网目的达到 60%65%即可。2）温度：应控制在 7080，以避免煤粉载体烟气中饱和水蒸气结露，影响输送。3）水分：一般煤粉中水分控制在% 以下，以便于输送。3 煤粉的制备与输送原煤的贮运（1）原煤的贮存原煤场一般不设在高炉周围。 因煤场占地面积较大， 而且还要考虑便于原煤的贮存、装卸及转运， 故各炼铁厂应根据自己的具体情况确定煤场的位置。煤场一般应设置在制粉车间的主厂房附近。原煤的贮存量应根据煤源距厂区的远近、运输条件、气候及环境条件等来定。若煤源分散、运输条件较差，雨雪天气多，则煤场贮煤应适当多些，反之则可少些。原煤场又分露天煤场、

18、煤棚及综合煤场等。（2）原煤的运输原煤经汽车、 火车等运到煤场。 在煤场由抓斗或装载机送入漏斗。原煤经由给料机、皮带秤、除铁器、筛分破碎装置及皮带运输机被送到主厂房的原煤仓中。煤粉制备工艺与设备一般喷吹用的煤粉要求粒度较细，以便于煤粉在风口前能迅速而完全燃烧。煤粉制备的任务是把原煤安全地加工成粒度为200 网目占 70% 以上，水分含量低于 2% 的符合喷吹要求的粉煤，并将制备好的粉煤输送到煤粉仓。制粉系统包括原煤装卸、贮运、磨煤、干燥和煤粉收集等设施。（1）煤粉制备工艺1）球磨机制粉工艺2）中速磨制粉工艺（2）煤粉制备主要设备1）干燥气系统干燥气系统是为磨煤机提供干燥剂和输送介质的加热装置，

19、作用是向磨煤设施提供 300左右的热烟气。制粉干燥气分为燃烧炉干燥气、热风炉烟气和混合干燥气三种。要求是：给制粉系统提供足够的热量用于降低煤粉中的水分；具备一定的运动速度以携带煤粉进行转运和分离；能降低煤粉制备系统的含氧浓度。燃烧炉干燥气：使用燃料（一般为高炉煤气）引入燃烧炉内燃烧，在兑入一定量的冷空气， 经磨煤机入口的负压， 抽入磨煤机中干燥煤粉。 特点是温度和流量易于控制，但含氧量高，适合于无烟煤制粉系统。热风炉烟气干燥气： 高炉热风炉烧炉时的烟气， 可利用余热并惰化制粉系统的气氛，实现烟煤制粉系统安全；缺点是温度偏低，波动大，较少单独使用。混合干燥气： 将热风炉烟气由引风机抽到燃烧炉中，

20、与燃烧炉高温烟气混合。是制粉系统常用的干燥气，适合于磨制各种煤，特别是烟煤。2）磨煤设备按其结构和工作原理可分为低速磨、中速磨和高速磨， 目前主要采用低速筒式钢球球磨机（球磨机）和中速磨煤机。3）煤粉收集设备分为分离设备和收集设备。将输送载气带出的粒度大于规定的煤粉分离出来，并送回磨煤机继续磨制； 将合格煤粉被载体带离磨煤机进行分离。先进入粗粉分离器后进入旋风或布袋分离设备进行与粉的分离。（3）煤粉的贮存煤粉被磨制好后， 必须贮存起来。 煤粉经旋风分离器和布袋精收集器后，由锁气器进入煤粉仓贮存。对煤粉仓在设计与建造时应考虑如下因素：煤粉仓要求完全密封，否则干燥的煤粉容易因吸收大气中的水分而受潮

21、，同时细煤粉容易外溢到大气中，造成环境污染。密封的煤粉仓体积以能保证高炉正常喷吹24h 为宜。很细的煤粉存放时间过长， 易使煤粉的流动性变差， 这会给输煤与喷煤增加困难。从防爆角度考虑，煤粉仓的形状通常选为长方体形。煤粉出口漏斗的倾角定为70。煤粉仓应避免煤粉温度迅速降低， 以免煤粉析出水分，使其流动性降低。故煤粉仓的外表应包裹一层保温材料，同时还应设置吸湿管。 从安全角度考虑，应设置氮气或水蒸气导入口。氮或水蒸气导入方向的确定应以尽量减少仓内煤粉搅动为原则。煤粉的输送（1）煤粉的输送方式如何合理地输送煤粉， 将直接影响高炉喷吹煤粉的经济性、安全可靠性及环境保护。 生产实际中，煤粉的输送通常可

22、采用煤粉罐车输送和气力输送两种方式。罐车输送的特点是输煤设备简单，运输距离不受限制， 但输粉能力小， 作业不连续，不经济，易造成环境污染。气力输送虽然工艺设备复杂，但具有输粉能力大，能耗低，作业连续性好，运行安全可靠，便于进行煤粉的连续检测与控制等优点。由于气力输送具有许多独特的优点， 因而已成为高炉喷煤中应用最广泛的煤粉输送方式。借助管道将煤粉送入气流中， 并使其成悬浮状态而输送的方法称为煤粉的气力输送。若往输煤管道内送入高压空气，即使输煤管道内压力高于大气压力，则此时的气力输送称为压送式气力输送；而当输送管内的压力低于大气压力时，气力输送称为 ( 真空) 吸入式气力输送。压送式气力输送要求

23、输煤系统密封性可靠，否则易造成管道冒粉， 从而污染环境。这种方式的优点在于输煤的安全性好，特别是在系统密封效果欠佳时用于输送烟煤，可以避免空气的吸入造成系统氧浓度超限而引起安全事故发生。吸入式气力输送可以保证煤粉不向外泄漏， 但其漏风系数大，输送的安全性相对差些。（2）高炉喷吹对煤粉的输送要求高炉喷吹对煤粉输送的要求主要是：1）系统中运输量、管道风速和运输风压三个参数大小要合适，以便将规定粒度和数量的煤粉输送到要求的距离；2）合适的初始风速，应保证煤粉在输送过程中不沉积下来；3）管道运输应少用阀门和减少弯道，弯道应平缓，以便减少阻力损失和磨损；4）输送烟煤时，要控制输送系统的含氧量、温度和火源

24、，要有相应的安全措施。（3）工艺流程工艺流程：煤粉仓的煤粉装入仓式泵后，用压缩空气或氮气流化 （喷吹高挥发分烟煤） 后进入混合器， 再用压缩空气输送， 经输煤阀送煤粉管网到喷吹系统的收粉罐。当收粉罐充满后， 停止送煤并用压缩空气将管道内集存煤粉吹扫干净等待下一次输送煤粉。输送风在输送管道内应具有一定速度：煤粉输送应使煤粉颗粒在管道内处于悬浮状态。因为煤粉颗粒受重力作用而沉降，当输送介质在输送管道内流动时，产生推力而使其前进， 而且输送介质速度越高， 煤粉颗粒越易悬浮， 反之则易沉降。当输送介质速度达到一定值时，煤粒就不会沉降而处于悬浮状态，此时的流速称为悬浮速度或叫沉降速度。 煤粉悬浮速度与煤

25、粉直径、 真密度和输送介质有关，一般输送介质的流速应控制在5m/s 以上。（4）煤粉的输送特性煤粉气力输送的本质是气体与固体煤粉混合的两相流动。煤粉气力输送技术常涉及到煤粉固有的某些输运特性参数，如煤粉输运的物理特性、 几何特性和流动特性。1）煤粉的密度：煤粉在密实状态下单位体积所具有的质量。2）颗粒大小： 粒径是表示颗粒大小的物理量，它不仅直接代表颗粒的粗细程度，而且还与气固两相流动状态有密切关系。常采用等价直径的概念来描述，即：把颗粒看成理想的正方体、圆柱体、球体等，用它们的一个边长或直径作为颗粒的直径。如：按球体的等体积考虑，煤粉颗粒的等体积粒径为： dp=(6V/)1/33） 颗粒形状

26、： 煤粉颗粒的形状千差万别， 因而在输运过程中所具有的特性也各不相同。 为了了解颗粒的真实形状及其差异程度，通常以形状最为规整的球体作标准，采用形状系数的概念。如：表面积形状系数 =（球体表面积/ 颗粒表面积）体积相等4）平均粒径：如算术平均值、几何平均值等。5）粒度分布：常采用标准筛筛分分析，用各筛间煤粉质量在总质量中所占的份额表示。（5）煤粉在管道内的运动1）运动状态对煤粉在管道流体中的运动状态，通常用煤粉运动的惯性力与粘性力的比值。即雷诺数来描述。Re=ud/v式中： u 为颗粒的运动速度；d 为颗粒的特征直径；v 为流体的运动粘度。一般当 Re 60 ，热反应性 CRI30。对于 20

27、00m3 ，以上容积的大高炉，喷煤比在160kg/t以上时，要求焦炭质量要更好一些：M40 85，M10 ，灰份，硫份，CSR 65，CRI26。同时要求焦炭中 K2O+Na2O 的含量要 3.0kg/t 。炉料成分、性能稳定、均匀炉料成分稳定是指炼铁原料含铁及杂质和碱度波动范围小。工业发国家要求烧结矿含铁波动范围是， 碱度波动 ( 倍) 。 我国炼铁企业要求是铁份波动，碱度波动 ( 倍)。因为含铁品位和碱度的波动会造成软熔带透气性的巨大变化( 高硅铁和高碱度渣熔化温度高，流动性差)。铁矿石的软化温度、 软化温度区间、 熔滴温度和熔滴温度区是铁矿石冶金性能的重要指标， 对于炼铁技经指标和炉料透

28、气性有重大影响。所以要求炉料的冶金性能要稳定。优化高炉操作技术会有效地提高炉料透气性。大高炉采用大矿批，使焦炭料层厚度在0.6m，在变动焦炭负荷时，也不要轻易变动焦炭的料层厚度。 使高炉内的焦炭起到透气窗的作用，对于保持和提高高炉炉料的透气性十分重要。优化布料技术（料批、料线、布料方向等）和适宜的鼓风动能（调整风口径和风口长度），可以实现高炉内煤气流均匀分布，同时有增加炉料透气性的作用。合理的鼓风动能使炉缸活跃， 布料合理可以实现煤粉在炉料中充分燃烧，减少未燃煤产生量。稳定高炉的热制度、 送风制度、装料制度、造渣制度会给高炉的高产、 优质、低耗、长寿、高喷煤比带来有利条件。高炉生产需要稳定。稳

29、定操作会创造出炼铁的高效益。 减少人为因素， 提高对高炉生产的现代化管理水平，会促进炼铁生产技术的发展。4）提高煤焦置换比技术从喷煤管理角度来分析提高煤焦置换比的因素。提高喷吹煤的质量。 因为喷吹煤粉的品种广泛， 所以要求煤的质量应是好磨、含碳高（要求煤粉的灰份一定要低于焦炭的灰分含量）、含硫低、流动性好等。煤粉中含有K2O +Na2O总量要小于 3.0kg/t 。因为 K、Na在高炉内会造成结瘤和焦炭易产生裂纹，致使焦炭强度下降。煤粉喷吹要均匀，高炉所有风口均要喷煤，流量要实现均匀、稳定。高炉均匀喷吹煤粉， 会使高炉每个风口的鼓风动能一致，并会使炉缸热量分配均匀，促使高炉生产顺行和喷煤量的提

30、高，进而煤焦置换比得到提高。 为保证各风口喷煤量均匀， 建议将煤粉分配器高位安置， 使各单支管路尽量长短相近，不让煤粉走捷径个别风口多喷的现象出现。采用烟煤和无烟煤混喷有利于提高喷煤比和煤焦置换比。烟煤挥发高，且含有一定水分， 进入风口后会爆裂， 促进分解燃烧和残碳燃烧， 燃烧效率高。建议烟煤配比在30% 左右。配比太高后管路的安全措施要加强，并且煤粉含碳量下降会造成煤焦置换比降低的现象。关于高炉喷煤比高低的衡量标准。因各炼铁企业生产条件的不同， 高炉极限的高喷煤比数值是不同的， 但是， 行业对于喷煤极限值的认识是一致的：在增加喷煤量的同时， 高炉燃料比没有升高， 这是个最佳喷煤值。 验证的第

31、二个方法就是： 高炉煤气除尘会中的含碳量没有升高，洗涤水中没有浮上一层如油一样的碳粉。（3）高炉喷煤极限高炉喷煤的目的在于最大幅度地节约焦炭，同时改善高炉炼铁的技术经济指标。随着喷煤技术的发展， 高炉喷煤量逐渐提高， 而高炉稳定顺行的问题变得越来越突出。 因此，理论和实践均提出了这样一个重要问题，即高炉喷煤是否存在极限量 ?合理的喷煤量究竞是多少 ?实现极限喷煤量的可能性如何?为了探讨这个问题， 我们不妨先从焦炭在高炉中的作用谈起。众所周知； 焦炭在高炉内的作用，一是作为燃料，充当发热剂；二是作为还原剂和渗碳剂；三是作为炉料骨架， 确保料柱的透气透液性， 这是确定喷煤极限的一个基本制约条件。高

32、炉喷吹煤粉后， 焦炭已不再是炉内的唯燃料，高炉热量收入中焦炭燃烧所占比例，随风温水平的提高和煤粉燃烧量的增加而显著减少。高炉喷煤增加了炉内的煤气量及煤气中的H2量，还原剂量也并非只源于焦炭。但随着煤比的增加，焦比降低，焦炭作为料柱骨架的作用，不仅不能被取代，而且还变得更加突出重要了。鉴于以上所述， 可以认为高炉喷煤的极限是存在的。煤粉喷入风口后可以优先于焦炭燃烧， 从而取代焦炭作为发热剂， 因此喷煤极限量的求取， 在理论上是以喷入的煤粉在风口前完全燃烧， 以全部替代高炉冶炼过程所焦炭所起的发热剂作用为依据的。 根据高炉物料平衡和热平衡可得冶炼单位生铁时，作发热剂用所需要的碳量为风风qqqCqq

33、CQCCOdCOCOCO?/)()()(22 =风风风风ctVctVrrQdd9800215.09800334101215.0 =drctVctVctVQ风风风风风风9800215. 0507698005076用 于 直 接 还 原 铁 的 还 原 剂 碳 量 消 耗 ： FeO C=Fe CO Cd=12/56 Fe rd=Fe rd用于间接还原铁的还原剂CO的碳量消耗： FeO nCO=Fe （n1）CO+CO2 Ci=n12/56Fe （1rd）=Fe （1rd）图 15 最低碳素消耗与铁的直接还原度最低碳比是同时满足高炉冶炼的热能和化学能需要的最低碳比，约为340kg/t 。如果把这一

34、部分热能看作全部是由风口喷入的煤粉燃烧提供的，则对应的煤粉量为425450kg/t( 煤粉固定碳含量取75%80%) ，相当于喷吹率为85%90%。实际上，在一般工艺条件下，高炉不太可能实现上述喷吹率。可以预计，该喷吹率和喷煤量即为高炉喷煤的最高极限。理由之一是， 高炉冶炼的热能不可能像上述假设的那样完全由风口前煤粉燃烧所提供。此外，在这样高的喷煤量情况下煤粉燃烧速率的极大限制以及焦炭骨架作用的极度削弱，都无法使高炉冶炼过程正常进行，除非改变传统的高炉炼铁工艺。另一方面，理论分析和生产实践发现， 高炉喷煤的基本作用是代替风口前燃烧的碳，而由物料平衡计算可知， 入炉焦炭在风口前燃烧的碳量占入炉总

35、碳量的70% 左右。因此，如果从喷煤取代风口燃烧的碳量这一点出发，理论喷吹率大约为 70% 。国内有学者将该喷吹率称为喷煤第二极限量。高炉喷煤后风口燃烧的碳来自煤粉的比例在喷煤量低时，随着喷煤量的增加而明显增高； 而当喷煤量增加到120150kg/t 以后，继续增加喷煤量则这一比例变化变缓， 且在操作条件一定时， 趋于某一定值。 这主要是由于随着喷煤量的继续提高，煤粉的燃烧率明显降低， 说明高炉极限喷煤量受风口前煤粉燃烧状态的控制，这是喷煤极限量的另一个重要的制约条件。根据对煤粉在风口前氧化带燃烧的实际测定，在大量喷吹条件下， 一段燃烧率为 70% 80% ，即其中约有 20%30%的煤粉未能

36、在风口前氧化带及时燃烧而形成未燃煤粉。当未燃煤粉量继续增加时，高炉顺行状况即被破坏。因此，在正常的高炉冶炼条件下，在燃烧带完全燃烧的煤粉量大约只达到70% (125%)，即 50% 左右。这表明，在高炉冶炼允许的工艺条件下， 喷吹率可以达到50左右，也有人将这一极限称为第一极限。近年来，世界上许多高炉的喷吹率已经提高到了30以上，一些高炉甚至达到或接近了喷煤的第一极限。 其基本经验是采用高风温 (1100以上 ) 、高富氧率(7%以上) ，并普遍使用氧煤枪； 采用高强度焦炭及含铁物料，采用整粒分级入炉和中心装焦方法控制炉料分布； 应用高精度计量和调节技术确保风口风量和煤量的稳定均匀分布。最后，

37、需要强调指出的是，从技术上讲，70% 的第二极限喷吹率和85%90%高限喷吹率也是可能达到的， 但关键是要寻找一种实用的技术手段，来确保大量喷入风口的煤粉快速地完全燃烧，以便尽可能使所产生的未燃煤粉最少，而不致于危及高炉的稳定顺行。与此同时，高炉的调节操作也要作出相应的改变。6 喷煤技术的多样化喷煤系统功能的扩展与变革配煤混合喷吹、粒煤喷吹和复合矿粉煤粉多功能喷吹等高炉喷煤技术的提出与发展，与高炉喷煤水平的提高和资源综合利用及环境保护有着密切关系。（1）提高高炉喷煤水平：大喷吹量与高炉顺行矛盾传统喷煤系统的主要功能是将无烟煤或烟煤等单一煤粉喷入高炉风口，借以节约焦炭，避免新建焦炉，延长现有焦炉

38、寿命。为了充分发挥这一功能，全世界高炉都在大力推广喷煤技术。但喷煤导致炉腹煤气量增大，同时因煤比的增加，煤粉的燃烧率下降， 矿焦比升高，料柱透气性变差等等， 这些都对高炉顺行不利。结果使单纯喷煤的喷煤量受到了极大的限制。富氧鼓风可降低煤气量， 促进煤粉的燃烧，这样就找到了解决上述问题的有效办法，因而富氧大喷煤使喷煤量提高到 120150kg/t 以上，进一步采用煤氧强化方法， 喷煤量还可以提高到300kg/t ，甚至更高。至此喷煤技术就达到了相当水平。然而，随着富氧率的提高，炉缸热量因煤气量的减少而过多地积累，导致炉缸温度升高， 这同样会危及到高炉的稳定顺行。所以如何解决好高富氧率大喷吹量与高

39、炉顺行间的矛盾，便成了进一步发挥喷煤功效的关键。 显然，在大喷煤条件下继续提高燃烧率，在高富氧条件下，适当控制炉缸温度，是喷煤功能进一步扩展的重要方向。配煤混合喷吹是将种类不同的煤( 如烟煤和无烟煤 ) 进行适当选配，再混合制粉、喷吹。根据研究，配煤混合喷吹具有某种催化燃烧的混合效应。在同样的喷吹条件下，采用配煤混合喷吹可改善煤粉的燃烧性能，提高燃烧率。一般来说，为了使所喷煤粉的点火时间提前，需要煤具有较高的挥发分， 而为了保证煤粉有较高的发热量以得到较好的置换比，又要求煤要具有较高的固定碳含量。采用配煤混合喷吹可以满足上述要求， 从而获得最佳的高炉冶炼技术经济指标，为高炉高富氧大喷吹提供一种

40、新的手段。矿粉喷吹最初是为降低生铁的硅含量而提出来的。从风口喷入铁矿粉( 或其他粉料 ) 、铁矿粉在风口区及炉缸被直接还原要吸热，致使炉缸温度降低。根据计算，其吸热效果约为等量煤粉的两倍。因此，要解决高富氧大喷煤的炉缸过热问题，矿煤复合喷吹不失为一种颇具潜力的有效手段。尤其是在风温达1200以上的高炉， 风口喷入矿粉后铁氧化物进行高温分解得到的铁被回收，而产生的氧又相当于提高了富氧率(根据计算，喷矿 70kg/t相当于提高富氧率 1%)。 所以，采用高风温普通富氧鼓风时，矿煤复合喷吹不仅较好地解决了炉缸热量利用问题，而且更重要的还在于它强化了高炉冶炼。（2）资源综合利用和环境保护采用配煤混合喷

41、吹， 提高了企业对煤炭供应市场的应变能力，有利于生产的组织。而矿煤复合喷吹对可用矿粉的适应性很强，它可以是经脱水的精矿粉， 也可以是生矿破碎产生的富矿粉及经粉碎的烧结返矿乃至冶金厂内的含铁粉尘，采用矿煤混合喷吹能在一定程度上缓解烧结矿的供需矛盾。因此，多功能综合喷吹不仅在改善喷煤效果、 强化高炉生产方面， 而且也在扩大资源利用和改善环境方面，显示出了愈来愈明显的技术优势。粒煤喷吹是喷煤技术多样化的又一发展动向。该技术的应用最早始于l 984年的英国钢铁公司，目前其粒煤喷吹量已达200300kg/t 。所喷粒煤颗粒均小于2mm ，但其中小于0.074mm的仅占 20% 左右，这就使得粒煤制备要比

42、粉煤制备简单得多，因而粒煤喷吹系统较之常规的粉煤喷吹系统也大为简化，并且还有利于高挥发分烟煤的安全喷吹。 因而，喷吹粒煤具有较好的经济效益。仅以磨煤车间的投资来说，粒煤的投资只有粉煤投资的50% ，制备成本也降低了很多。为了提高粒煤的喷吹量， 富氧和高风温都是十分必要的， 合理地选择用煤也是至关重要的。目前，尽管对粒煤在风口前的燃烧机理等还有待于做进一步的深入研究，但从英国、法国等高炉粒煤喷吹实践中人们已经注意到，该技术具有广阔的应用前景。配煤混合喷吹（1）烟煤、无烟煤工艺性能比较前面的课程已讲过高炉喷吹用煤性能要求：煤的灰分越低越好； 煤的硫含量越低越好；胶质层越薄越好；煤的可磨性好；煤的燃

43、烧性能好；煤的发热值越高越好；等等。从高炉喷吹煤粉的性能要求来对照生产用的各种煤，可以发现任何一种煤都不能达到全部要求： 1）烟煤的燃烧性能比无烟煤的燃烧性能好，并且煤的挥发分越高，其燃烧性能越好；烟煤的结构疏松，其燃烧过程是多孔性燃烧，煤粉颗粒的粒度对烟煤的燃烧性能影响不大。但烟煤喷吹存在爆炸的可能性比较大，对安全条件要求比较高； 此外，烟煤喷吹还容易造成碳量供应不足而影响煤焦置换比。因此，单纯的烟煤喷吹不是合理的选择。2）无烟煤喷吹不利于提高煤粉燃烧率，高炉内未燃煤粉的数量增加，未燃煤粉的活性降低， 当未燃煤粉的数量超过了高炉可以接受的范围， 就会给高炉透气性带来十分不利的影响，从而限制了

44、高炉喷煤量的提高。 此外无烟煤的煤源与煤质都难以长期保证。但无烟煤含碳量高，发热值也高，从而煤焦置换比比较高。对于无烟煤来说，煤粉的粒度越细，其燃烧性能就越好， 因为无烟煤的燃烧过程是由外到内的层状燃烧过程。在喷吹煤粉中 200目煤粉的比例达到80% 时， 大部分煤粉在回旋区距风口0.8m 处就可以燃烧气化。另外各种煤源由于产地远近、 开采方法、 运输方式等不同， 其单位价格也不相同。（2）配煤的目的为了获得较全面的喷吹效果，应利用配煤来达到：1）磨煤机台时产量趋近理想的经济产量。 2）提高煤粉在风口前的燃烧率，扩大喷煤量。3）达到较高的置换比和高炉生产技术经济指标。4）煤的价格经济合理。 5

45、）综合利用各种煤资源，供煤、运输合理而有保证。（3）配煤方案配煤混合喷吹并不是一种简单的机械混合喷吹，实现配煤混合喷吹并获得较理想的喷吹效果，其前提是要寻求合理的配煤，确定合理的配比。为此，首先要在经济性的前提下， 针对待定高炉， 对所能获取的喷吹煤种的基本性能进行全面的测试分析， 以确定合适的配煤方案； 其次应着重对配煤混合煤粉的着火、爆炸特性及烧结行为进行实验研究。1）基本要求配煤方案的合理与否，一般应符合以下基本要求：配煤要促进煤质的改善。 在现阶段国内多数高沪喷吹用无烟煤煤质较差，灰分含量高达 20%25%，若适当选择煤种， 采用烟煤一无烟煤配煤混合喷吹，则可明显改善混合煤粉的综合理化

46、性能。配煤方案应适应煤炭市场的变化，有利于生产组织条件时可对高炉喷吹用煤进行优化选择。用于配煤的煤种间可磨性相差不宜过大。配煤方案应同时兼顾抑爆( 安全性 )和改善燃烧 (高效性 ) ， 前者是进行安全混合喷吹的保证。 特别是运用无烟煤喷吹系统实施混合喷吹时，更要对安全性予以高度重视。而燃烧的高效性则是配煤混合喷吹的最终目的。2）配比确定配煤方案包括煤种和适宜配比两项主要内容。煤种的选择需依据资源及市场而定，对特定的高炉， 可选煤种通常应是相对稳定的。适宜的配比则随所选煤种的不同以及喷吹系统防爆水平的高低而有所变化。因此，需依据具体的煤种和喷吹工艺条件确定和调整配比。而我们在这里则主要要从国内

47、喷煤的实际情况出发，仅针对无烟煤喷吹系统实现烟煤一无烟煤混合喷吹，分析与讨论如何确定与调整适宜的配比。 在这种情况下， 适宜的配比应兼顾喷吹安全和喷吹效果两个方面。为此，在确定配比之前，需进行以下三个方面的检测性试验。配煤混合煤粉的着火性质试验： 综合针对许多不同煤种配煤混合煤粉的研究结果： 对于那些爆炸性强、 活性强的烟煤， 通过有选择地配入适量的无烟煤进行混合喷吹， 有可能控制混合煤粉的最低着火温度，做到既能使混合煤粉对自燃反应的敏感性降低， 又能因混合煤粉中的挥发分在燃烧过程中高速析出，而使无烟煤煤粒得到均匀加热，从而有利于煤粉的提前着火，促进燃烧率的提高。配煤混合煤粉的爆炸特性试验：能

48、否消除和避免爆炸，是实现烟煤-无烟煤混合喷吹的技术前提。配煤混合煤粉的燃烧率试验： 配煤混合喷吹的一个重要目的在于最大限度地提高煤粉的燃烧率。 有必要对通过上述测试初步确定了掺混比例的配煤混合煤粉，进一步作燃烧性能方面的研究。经分析发现，随着烟煤混入量的增加，混合煤挥发分燃烧率显著提高。 尽管固定碳的燃烧率略有下降， 但总的燃烧率得到了一定程度的改善。结果表明，在相同条件下，煤的灰分越高，燃烧率越低。配煤混合煤粉灰分每降低1% ，燃烧率可提高 2%3% 。其原因很重要的一点就是煤粉燃烧时灰分阻碍了挥发分的逸出， 同时灰分增加也使助燃介质( 氧) 向未燃煤粉颗粒核的扩散阻力增加。 采用配煤混合喷

49、吹之所以能改善燃烧效果，还与混合煤粉的燃烧行为有着密切关系。 在高炉正常喷吹条件下， 煤粉的颗粒较小， 燃烧速度很快，挥发分的逸出与固定碳的燃烧几乎同时进行，且燃烧系统中的强烈对流和高温辐射传热使喷入的煤粉颗粒表面温度很快达到固定碳和挥发分的着火温度。因此，就其燃烧的全过程而言， 可以认为， 在挥发分燃烧的同时就进行着固定碳的燃烧反应。 其中，挥发分的燃烧对煤粉的整个燃烧过程至关重要，它加速了煤粉颗粒的快速升温，促进了挥发后颗粒显微结构的变化，改善了氧的传质条件，加速了氧化性气体在炭粒中的扩散，与此同时， 炭粒表面的快速升温和燃烧，又反过来加速了炭粒内部残留挥发分的逸出。这种效应与混合煤粉中的

50、挥发分含量有关，挥发分含量过低则难以发挥促进燃烧的作用；过高也将因大量挥发分的高速析出，而使煤粉颗粒表面出现短暂的局部“冷化”，从而降低其效果。矿煤复合喷吹（1）喷入矿粉的熔融还原过程：高风温是保证喷入矿粉熔融还原顺利进行的前提条件。从喷入矿粉的还原过程看，由Fe2O3到 Fe3O4的热分解通常瞬间即可完成，而由 Fe3O4到 Fe 的过程，通常情况下几乎只能借助于直接还原来完成。随着矿粉喷入量的增加， 矿粉在风口回旋区的熔融还原条件恶化，这主要是由矿粉加热熔化以及直接还原使热量消耗大幅度增加，致使炉缸冷化造成的。 喷入矿粉理想的熔融还原过程应该是在回旋区内完成的，但实际上都难以做到， 即使在