高炉喷吹混合煤实验.pdf

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1、第卷第期年月钢铁钒钦,技术探讨高炉喷 吹刘建明蒋胜曰七匕饶家庭合煤实验喻辅成邓君攀枝花钢铁研究院摘要研究了无烟煤中配加写一的 当地瘦煤的混合煤的着火点、爆炸性和燃烧性能。结果表明,在攀钢现有条件下,喷吹这种 混合煤是安全的,有利于提高系统的磨煤效率和煤粉的燃烧性,从而扩大喷煤量和降低喷煤成本。关键词混合煤喷煤燃烧特性爆炸性,。写一。一,一一,引言近年 来世界各国 的喷煤技术 发展 很 快,年德国汉博恩”高炉实现了吨铁 喷煤,焦 比 降至八,年 英钢克利富兰铁厂 采用氧煤混喷实 现了吨铁 喷煤。,。我国鞍钢、包钢、宝钢以及许多地方铁厂如 苏钢、石钢等大力发 展了喷煤技术。年包钢进行的富氧大喷煤试

2、验,喷煤 量达八。,鞍钢 采用富氧喷吹 烟煤的试验突 破大关,取得了良好 的冶金效果,宝钢实现了喷吹烟煤,喷吹量长期保持在八 以上。法国、德国的许多厂结合资源和成本 以及为获取更好的喷煤效果,进行了喷吹混合煤的试验研究。攀钢高炉在年吨铁喷煤 量 达,年进行氧煤 混喷现场试 验,吨 铁喷煤达到。所采用的煤种为本地无烟煤,其原煤的 灰分 高达,经 洗选后灰分在一,但成本较高,且存 在供应不足的问题,因此寻求优质廉价的煤种是攀钢高炉喷煤面临的重要课题。攀钢周边地区有着丰富的烟煤包括瘦煤资源,由于瘦煤的煤质贫化,不宜 作为炼焦用煤,但作为高炉喷吹用煤则是难得的资钢铁钒钦源,利用这部分煤不仅可 以提高

3、高炉 喷吹量而且可以降低成本。攀钢年新建投产的万的喷煤车间是按喷吹 无 烟煤设计 的,若要喷吹 烟煤包括瘦煤 就必须进 行 系统改造,预计投资万元左右。从工程建设、投 资回收和公司 资金现状等 多方面考虑,目前不宜改造。因此,利 用现有 系统进 行混合煤喷吹的研究具有重要的意义。基于这一 出发点,在实验室进 行了不 同煤种 及混合煤的理化性能和燃烧性能研究。试验研究的方法及条件根据本地资源,选取了红 泥、务本和银江无烟煤,前进、小宝鼎瘦煤和花椒坪焦煤等单种煤以及不同比例无烟煤和瘦煤的混 合煤,侧定 了单种煤和混 合煤的煤粉冶金性能和燃烧性能并考查了不同气氛、煤粉粒度组成对煤粉燃烧性能的影响。煤

4、粉的着火点采用江 阴生产的着火点测定仪 测定,爆炸性采用长管式爆 炸性测定 仪测定,在此装置中煤粉的爆炸性是用将煤 粉喷到的炉丝上返 回 火焰长 度 来 表示白勺。煤粉的可磨性采用标准的哈氏可磨性测定仪按国标一测定。煤粉的燃烧特性采用失重法和差热分析法来确定。失重 法测定煤粉燃烧特性的试验装置如图所示,在一定的燃烧气氛下将煤粉平 铺于必的 浅瓷舟反应器中,煤粉的厚度 为左右,煤粉 随 炉升温燃 烧失重,用万分之一的光电天平测定得到失重 曲线,对失重 曲线进行数学分析,根据燃烧过程的温度和速度来分析煤粉的燃烧性。目目,鬓鬓鬓么么么么之之之积热图煤粉的燃烧性能测定装置一氧气一空气一试样一炉子一天平

5、一温控仪一记录仪一阀门差热分析采用美国公司的系列差热分析仪,分析精度为十万分之一。煤样在通空气 或富氧空气条件下进行燃烧,分析燃烧放热过程的变化情况,进一步推测不同煤粉的燃烧过程。煤粉的冶金性能各种煤粉的理化性质各种煤的工业分析和灰 分分析见表。表各种煤的工业分析和灰分分析工业分析挥发分灰分分析固定碳灰分小宝鼎前进花椒坪,只匕叮匀八 月了只一只魂卜二几勺 孟八乐江本泥银务红煤粉的着火点和爆炸性单种煤及无烟煤与瘦煤按不同比例组成的混合煤的着火点和爆炸性返回火焰长度列于表。由表可见,无烟煤着火点高,瘦煤较低,花椒坪的焦煤最低,具有明显的规律性。从爆炸性来看,无烟煤爆炸性试验的火焰返回长度为,但红

6、泥煤有约,按规定属于无爆炸性煤,前进瘦煤的火焰返回长度为,、宝 鼎的火 焰返 回长度 为,可算弱爆炸性煤,而挥发分在的花椒坪年第卷第期表煤粉着火点 及爆炸性一目煤样试样编号着杖点瀑炸性“、挥发分,图着 火点与煤挥发分的关系。、侧率回叫嫂长挥发分,图爆炸性与煤挥发分的关 系行 了月,曰父朽冶咬宁曰一合门产了,口八甘八口只月乌八八几八占乃月士、八气,、几,一月几马,八月斗月啥,鸟八煤 的 火焰返回长 度在以上,具有强 爆炸性。实验所用 的混合煤 是在务本、红 泥两 种无烟煤中分另配加了,的小宝鼎或前进瘦煤而形成的。图是着 火点与煤挥发分的关系,由图可见,随着混合煤的挥发分提高,混 合煤的着火点降低

7、,其相关性十分显著。可见无烟煤配加瘦煤可以降低煤粉燃烧的 着 火 点,从而有 利于煤 粉的燃烧,在生 产上有利于提高喷煤量。图是爆炸性与煤粉挥发分的关 系,由图可见,随着挥发分的提高,爆炸性火焰返回长度 增强,但其规律不如着火点一与挥 发分的关系明显。务本煤配 加小宝鼎瘦煤从到的 火焰长度基木都 在一之间,务本和前进 煤混合,其 火焰返 回长度也在以内红堤和 小宝 鼎瘦煤 混合,其火焰返 回长度也在一以内。可见无烟煤配加瘦煤后的混合煤爆炸性指标与红泥 无烟煤差不 多,属于 非爆炸性煤。因此,按普通 的喷煤操作可以实现安全喷吹。煤的可磨性单种煤和部 分混 合煤的可磨性测 定 结果见表。由表可见,

8、瘦煤的可磨性指数普遍 高 于无 烟 煤。在无烟煤中,红泥煤 最难磨,银江煤有较好的可磨性,基本与瘦煤接近。与务本煤相 比,小宝鼎瘦煤的可磨性高,前进瘦煤高写。混 合煤的可磨性如表 中所示在二者之间,基本具有可加和性。因此,在无烟煤 中配加部分瘦煤有利于 磨煤制粉,降低制粉的能耗。表单种煤及部分混合煤的可磨性工二,曰曰煤种可磨性指数钢铁钒钦混合煤的燃烧性及影响因素煤 粉 的燃烧试验 是在恒定 升温速 度,煤 粉在空气或富氧空气流量的条件下进 行的,典型的升温失重曲线如 图所示。利用数值分析拟合失 重 曲线,得到相应 的典型燃烧速度曲线,如 图所示。从速度 曲线上可以得到一些特殊温度,如 开始燃烧

9、失重,即每度降低万分之五温度,较快燃烧,温度和开始快速燃烧环时的温度丸二。分析不同煤种燃烧速度变化特点,可以确定煤粉的燃烧性能。单种煤的燃烧性能图是单 种煤的燃烧速度曲线,由图可见,按无 烟煤一瘦煤烟 煤花椒坪焦煤 的顺序,煤粉燃烧的速度曲线不断前移,开始燃烧温度变低,表明煤粉更加容易燃烧。图至台出了,、随煤种的变 化,更进一步地说明了此问题。由此分析可知 无煤烟配加瘦煤和烟煤应 该能 提高混合煤粉的可燃性。根据爆炸性实验结果,若不改造现喷煤 系统,而喷吹具有强 爆炸性的 烟煤如花 椒坪焦煤,是不能保证安全喷吹的。攀枝花地区高挥发分烟煤主要是用于炼焦。因此,只考虑无烟煤混合瘦煤 的情况。无 烟

10、煤配 加瘦煤的 混合煤 燃烧特性红 泥和务本 为代 表 的 无 烟煤配加。的瘦煤,图是 务本和 小宝鼎 混合煤燃烧过程的、,。随配比的变化情况。由图可见,随着疼谋西 只比的增加降低,每配加一一速度度一荞几几二二一一户、岁。一侧圈朗叫间喇侧八八内弓,三价侧明时间,温度,图典型的升温失重曲线图典型的燃烧速度曲线一务本一卜小妙花椒坪前进一今侧瑕瑕获刁温度,图单种煤的燃烧速度曲线年第卷第期一一夕冰护一一一一一一一二二巡二二二匕卜、一一一叹之之叹尸月八乙卜侧明图单种煤的九,吏,侧蛆气气气一、粉粉一、卜一曰闷卜一口叫、一一一一一州卜一卜一今,闷、,二二二二种,优化喷煤工艺提供依据。采用务本无烟煤和小宝鼎瘦

11、煤及其混合煤进 行了富氧,写,肠的 燃烧实验。图是在不同富氧条件下的燃烧特性温度曲线,明显可见,随着富氧率的提高煤 粉的燃烧过程得到很大 的强 化,开始燃烧温度有很大 的降低,开 始快速燃烧的温度大幅度 降低,燃 烧速度提高很 大,当富 氧时,与不 富氧相比提高近,但当富氧量不大时,如以下,强化燃烧过程并不太明显。因此,为了利用好氧气的强化燃烧作用,可以在风口中煤粉燃烧的局部区域增加氧气含量,可采用氧煤混喷技术。叮叮六 户食侧蛆图混合煤的,降低约,速度提高,燃尽温度 降低。这说明煤粉的可燃烧性变好,从而有利于提高煤粉燃烧率。富氧对于煤 粉及 混合煤的燃烧过程的影响在实际生 产 中,富氧鼓风技术

12、 的利用进一步强化了煤粉在风口前的燃烧,提 高了喷煤量,促进了喷煤技米的 发展,例如,英钢的厂采用富氧写一,吨铁喷吹一以上 的高挥发分粒煤。攀钢高炉富氧鼓风是强化高炉冶炼的重要手段之一,年 采用氧煤混喷的技术,进一步扩大了喷 煤量,东北 大学 实验 考查了富氧 率在时,煤粉的燃烧率增加不多。事实上氧煤混喷过程中煤粉从喷枪口出来 的氧浓度很高,在鼓风流中煤粉和氧气逐渐被加热、稀释燃烧,因此有部分煤粉是在氧浓度 很高的情况下燃烧的。高浓度下煤粉的燃烧行为还缺乏研究,为此,实验 中进行了在不同富氧度的燃烧条件下,各种煤粉 及混合煤 的燃烧特性和过程的变化,为进一步优化合理选择煤渡二立忿忿富氧率图在富

13、氧燃烧时的、,二为了进一步证实富氧空气对提高煤粉燃烧率的作用,进行了差热分析。图是混合煤一目在不富氧和富氧纬条件下的差热分析结果比较。富氧以后煤粉的燃尽温度从降至,整个燃烧过程的时间 缩短,过程中最大温差 从提高至亡,提高,这时放热强度增漏。沂升一认蛆广夕不富氧二一一上一一勺沂只和温度,告图一目不同条件下的差热分析钢铁钒钦大,这是燃烧过程得到强化的表现。富氧空气对煤粉的燃烧过程具有很大 的强化作用。图系统地给 出了不同富氧率条件下,煤粉 的差热分析结果,其结果具有良好的规律性,随着富氧率的提高,煤粉的燃尽温度降低,表明煤粉燃烧进行得快。亡,卜翎阴温度,上图不同富氧条件下的差热分析高炉喷吹混合煤

14、的可行性从试验结果来 看,无烟煤中配加 部 分小宝鼎瘦煤或前进瘦煤,在比例时,没有爆炸倾向,可以做到安全喷吹。配加瘦煤 后混合煤的可磨性提高写,燃烧性能提高。因此可以提高现有喷煤车间的磨煤能力和改善煤 粉 在 风口前的燃烧状况,在一定程度上提高喷煤量,降低煤粉加工成本,从而进一步验证喷吹混合煤的技术可行性。从煤资源情况来看,受运输、煤炭成本的限制,攀钢的喷吹 用煤主要应该是攀西地区的无 烟煤,表列出了攀枝花地区无 烟煤的表攀枝花地区无烟煤储量和年开采能力煤种红果盐边务本储量力未开采量年开采能力万万运距资源和产能情况。现有务本、盐边红 泥和银江等的原煤产量在万,攀钢烧结厂每年用量在万,除 外销部

15、分优质无 烟煤以外,每年可供攀钢高炉喷煤用的原煤约为一万,经洗煤 后得到 的精煤在一万以下,且精煤的价格较高。、从瘦 煤的资源和成本来看,攀枝花地区瘦煤包括贫煤 资源都很丰富,储量在万以上,分布在宝鼎 等地,离攀钢厂区很近。现在地方洗煤厂如小宝鼎、前进洗煤厂的生产能 力为万,由于销路等问题,目前仅生产一万用于攀钢焦化厂,但由于煤质的贫化等原因,已经越来越影响攀钢焦炭的质量,应该进一步减少其用量,但这种煤 价格比目前的无 烟煤低,灰分也低写,加之煤粉的燃烧性比无烟煤好,用于高沪喷煤,可以解决无烟煤供应不足,降低喷煤成本,提高喷煤置换比和扩大喷煤量。从工艺上来看,由于瘦煤的可磨性只比无烟煤高一,在

16、磨煤 前混合或磨煤过程中混合并不造成粗细不均,这可以从目前 几种无 烟煤虽具 有可磨性在以上的差距,但在混合磨煤时不会引起 粒度不均这一事实已得到证明。试验表明混合煤的可磨性在无烟煤和瘦煤之间。因此,如果在磨煤前按比例混合,在工艺上是完全可行的。结论攀钢现行喷吹用的务本,银江无烟煤可磨性好,红泥无烟煤可磨性差,三者的燃烧性接近,但是红泥煤的爆炸性指数为。采 用现 行无 烟煤和 小宝 鼎或 前进瘦煤混合,瘦煤比例不超过,混合煤的爆炸性指数在以内,现行喷煤 系统不作改造就可以实现安全喷吹。混合煤的燃烧性比无烟煤提高,可磨性提高写左右,有利于喷煤过程的强化和降低工艺成本。采取 喷吹混合煤可以解决提高

17、喷煤量时煤量不足的问题。提高煤粉燃烧时的氧浓度可以大 幅度地提高煤粉 的燃烧性,采用氧煤混喷煤粉的燃烧率可以提高以上,攀钢采用混合煤喷吹和氧煤混喷可以实现大喷煤量。年第卷第期参考文献,一、,吐等一、,殷瑞往加速 发展高炉喷煤技术,带动炼铁系统技术进步 促进集约化发展炼铁,包钢高沪富氧喷煤试验组包头特殊矿高沪富氧喷煤技术汤清华等高炉喷吹煤粉知识问答北京冶金工业出版让北京科技大学关于攀钢地区高炉喷吹无烟煤物化性能的研究李永镇攀钢高钦渣冶炼氧煤混喷高效长寿枪的研制总结报告东北大学,编辑雷念慈改稿日期年月日上接第页参考文献俞梦文,苏世怀等全长淬火钢轨工艺和性能钢铁钒铁,”,林健椿谭嘉陵攀钢钢轨研制攀枝花钢铁公司,邓建辉,颜东国内外热处理钢轨性能分析 钢铁钒钦,刘昌衡国内外钢轨质量的对比试验 钢铁钒钦,只。即。等用整体热处理生产一型钢轨 攀钢钢研所,译文集第七集,陈耀忠译改进头部热处理的钢轨介绍国外钢与钒,。张祖光全长淬火轨残余应力测定与研究攀钢钢研院,。编辑雷念慈丈稿日期年月日