宣钢高炉喷吹煤性能研究及实践.pdf

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1、 安 徽 工 业 大 学 学 报J.o f A n h u i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g yV o l.2 0Oc t o b e r文章编号N o.42 0 0 3第2 0 卷 第4 期2 0 0 3年1 0月:1 6 7 1 一 7 8 7 2(2 0 0 3)0 4一 0 1 5 5一 0 6宣钢高炉喷吹煤性能研究及实践李贵阳.李新华，李豪杰，郑艾军，方觉2，胡宾生z(1.宣化钢铁集团有限责任公司，河北 宣 化0 7 5 1 0 0;2.河北理工学院，河北唐山0 6 3 0 0 0)摘要:近年来，宣钢高炉在稳定顺行的基础上，找准增

2、喷降焦的突破口，克服风温低，没有富氧等不利因素，在搞好精料的基础上，通过喷煤性能研究优选煤种，提高烟煤比等措施，在高炉接受的前提下，不断提高喷煤比，取得了显著的经济效益。关 键 词:乡 露 高 o il,烟 煤 比中图分类号:T F 5 2 6文献标识码:B 从弓!言 截止到2 0 0 0 年，宣钢高炉通过加强精料、强化系统管理和铁前技术攻关，细化操作，5 座高炉均保持了稳顺高产的势头，高炉的各项技术经济指标创造了较好水平。随着高炉利用系数和强化水平的不断提高，高炉炉顶煤气利用不断提高，风温相应降低，在没有富氧的情况下，高炉进一步降低焦比，提高煤比困难越来越大。为此，在精料基础上，通过加强喷煤

3、研究，优选煤种和提高烟煤比，提高风口前煤粉的燃烧率，在低风温、无富氧、不影响高炉顺行的情况下提高煤比，降低焦比，成为宣钢喷煤研究的主要课题。几年来，在喷煤研究的指导下，以高炉精料为基础，各项技术经济指标又取得了显著的进步。2 0 0 0 年以来宣钢5 座高炉的技术经济指标见表 1 0 由表1 可见，高炉在不断提高人炉品位和利用系数的同时，喷煤比 相应提高，其中1 2 6 0 m 3 高炉在2 0 0 1年5 月份以后烟煤比达到了7 0%，中型高炉达到3 0%，取得了显著的经济效益。1 搞好喷煤研究，为提高高炉煤比创造条件 为更好的了解各种喷吹煤的性质，为提高煤比创造条件，2 0 0 1 年，在

4、河北理工学院的配合下，对喷吹煤的性能进行了研究。(1)喷吹用煤的化学性质 对宣钢当时使用的4 种喷吹用煤及其他几个重要煤种进行了工业分析和元素分析，结果见表2 0 (2)反应性与燃烧率 宣钢用煤的反应性见表 3 0 宣钢用煤的燃烧率见表4 0 (3)可磨性 可磨性反应的是磨煤的难易程度，测试按G B/T 2 5 6 5 一 1 9 9 8 标准进行，结果见表5.2 影响煤比的主要条件 (1)风口 前理论燃烧温度 风口 前理论燃烧温度 兀。是在绝热条件下鼓风将燃料中的碳素燃烧成C O后燃烧产物的温度。它是高温区向渣铁供热强度的度量。煤比对 T b。的影响表现在:煤比越高，焦炭在风口前燃料中的比重

5、就越小，带人的物理热也相应减少。同时，煤气量及分解热也随煤比的提高而增加。因此，T b。随煤比的提高而降低。收稿日期:2 0 0 3-0 6-0 1安 徽 工 业 大 学 学 报2 0 0 3年表 1 2 0 0 0 一 2 0 0 3 年宣钢高炉技术经济指标年份 焦比/(k g 八 铁)煤比/(k g 八 铁)风温/C()=/%S i 7/%品位/%钊习1 8.4 9OCUqJlal匀，n勺dJ且月，.人1.吸.J，.通几JnU八日00JO巴djqJ八j2 6 0 m 8 高炉利用系数1.9 9 02.0 4 91 01 11 0 2 81 9.1 9.4 1.-4 0.5 4.6 55 6

6、.0 72.1 0 31 9.4 82.0 0 23 8 21 9.4 2.3 8.4 05 7.5 I5 7.1 7停炉n妇nqQQJ心口.吕1.J 2 0 0 0年 2 0 0 1 年 2 0 0 2年2 0 0 3 年一季度 2 0 0 0年 2 0 0 1 年 2 0 0 2年2 0 0 3 年一 季度 2 0 0 0 年 2 0 0 1 年 2 0 0 2 年2 0 0 3 年 一 季度 2 0 0 0年 2 0 0 1 年 2 0 0 2年2 0 0 3 年季度2.9 2 64 2 941 81 7.0 91 1 7.61 7.8 :3 8.415 6.515 7.3 84 01

7、4 91 01 80.3 75 7.5 4l0712l八jQnl曰乙1行b卜b卜衬 .，d6，1咋1乃1勺刁-n1 0 5 00 9.6 4.5 44.曰2-1 7.3 33 0 0 m 高炉8 7 01 7.3 7，4 7.4 4Q目，卜匕二n乙n，刁2勺.己口.孟.山目.占一一一33854102.3 8 94 314 2 041 541 69 9 61 7.030.5 05 4.4 62.6 6 39 5 6 1 8.9 5 5 1 8.0.4 80.4 25 5 9.55，3.0 7 8:3.0 0 21 0 0 81 7.9 70.4 95 7.3 95 7 6 8只nU工刁n吕qqJ

8、八jqJ月.去，.遥.月.人目.12 0 0 0年2 0 0 1 年2.0 8 34 0 91 7.7 50.5 7 95 4 6 8钊.4l2.5 614 2 01 8.1 25 5 9 26 2 0 0 2 年2 0 0 3 年一季度3.2 5 44 1 3 1 3 6 9 4 64 21 1 3 4 91 41 8.3 63.3 7 51 8.2 80.4 55 7.3.5 7.6 8注:1 2 6 0 m 高炉由于炉皮开裂护炉限产，利用系数受影响。表2喷吹用煤基本性质名称工业分析/%Q e.d/元素分析/%灰分析/%A d V f S I A八廿八匕1人内匕OJ工吕 0山且11大武口土

9、沟口泉南沟太西阳泉神府大同1 2.5 8 1 1.5 2 0.2 28.6 9 3 8.8 2 0.8 11 1.6 6 3 1.4 6 0.7 81 0.6 4 4 4.4 2 0.6 01 1.5 0 1 0.0 2 0.7 31 6.5 2 1 6.6 1 2.0 96.9 0 3 3.8 3 0.6 21 5.8 9 3 0.2 5 0.9 0(J.B )3 0 5 6 22 1 4 3 02 9 9 4 42 3 4 1 63 2 0 0 02 8 7 4 82 9 6 5 12 7 31 4C d.I H d.f N d.f9 1.3 76 1.3 08 3.8 16 7.9 89

10、 1.8 88 6.7 08 0.7 68 2.4 20.7 70.8 38 9S i 0 24 4.6 44 8.5 54 8.2 18 3 4 6.0 2A 1 2 0 1 C a O2 2.2 3 9.1 41 8.9 4 8.7 31 8.8 7 3.5 61 6.2 0 1 5.4 73 2.7 8 3.0 52 2.7 2 7.0 81 2.2 9 2 1.3 42 9.9 0 1.9 65.2 50.912.3 7 :八曰0 1.2 3 5 1.4 3 1.3 3 4 7.0 80.9 8 3 0.8 4 1.1 6 5 2.9 5.1 9.4 911CU085670990947

11、8793连二qJLL盆勺dA几连且连通月任表3 喷吹用煤反应性/%煤神府9 0 01 0 0 0大武口2 9.8 63 8.7 2土沟7 5.5 08 9.5 4口泉4 5.3 75 4.8 99 9.6 01 0 0.0 01 1 0 0 4 6.5 7 9 9.1 7 6 1.4 2 9 7.4 7 1 0 0.0 0 6 2.3 1第4期李贵阳等:宣钢高炉喷吹煤性能研究及实践1 5 7表4 喷吹用煤燃烧率/%-2 0 0目比例/%水分/%燃烧率 大武口 土沟 口泉 南沟 神府 阳泉 太西5 0%土沟十 5 0%大武口5 0%口泉巧0%大武口5 0%南沟十 5 0%大武口 5 0%神府+5

12、 0%阳泉5 0 9 6 神府十 5 0%大武口5 0%神府+5 0%大武口5 0%神府+5 0%大武u6 0%神府+4 0%大武口7 0%神府+3 0%大武口7 0%神府+3 0%大武C-15 05 05 05 05 05 05 05 05 05 05 05 03 05 05 05 03 06 4.2 37 0.8 98 0.9 77 4.2 58 2.4 25 8.8 15 7.2 36 8.6 97 3.1 96 7.0 07 1.6 17 4.5 67 0.8 77 1.5 77 5.8 97 8.6 97 8.4 6表5 喷吹用煤可磨性指数(H G I)大武口 土沟口泉南沟神府阳泉H

13、 G I 9 2 7 2 5 1 6 0 5 9 5 42 0 0 0 0 j O矛尸爵 图 1 示出了在一定条件基础上调节煤比和焦比时 T b。随煤比提高的变化趋势。目前对理论燃烧温度的认识还存在一些分歧，计算方法也不一致。因此，计算出的理论燃烧温度绝对值存在着一些差异。喷煤量对理论燃烧温度的要求主要取决于煤比变化后理论燃烧温度的相对变化，而不是它的绝对值。(2)喷吹煤性质 喷吹用煤的性质对理论燃烧温度有明显影响。一是氢含量，由于氢在风口前不参加燃烧反应，故氢含量高的煤种对理论燃烧温度的影响较大。图2 给出了煤比为1 8 0 k g 时表1 所列喷吹煤的碳氢比;C H(C d,r/H(w)与

14、理论燃烧温度的 关系。由于碳氢比往往与其他参数相互制约，故理论燃烧温度的变化较为复杂。在所讨论的煤种范围内，当;C H 的值高于1 6 时，碳氢比对理论燃烧温度没有明显的影响。碳氢比过低时则会导致理论燃烧温度严重降低。二是煤的反应性，煤的反应性对煤粉在炉内的行为有着重要影响，特别是对脱离燃烧区后的未燃煤粉。高的反应性可以保证未燃煤有效地代替焦炭进行直接还原反应和渗碳，从而可以保证煤粉在炉中的利用率，使其不致由于来不及利用而被排出炉外。另外可使焦炭得到有效的保护，使焦炭不致由于失碳过多而严重破损。因此，反应性是高煤比条件下必须重视的参数。使用高反应性煤种还可适当放宽对磨煤粒度的要求，这一点对磨煤

15、能力不足的企业特别有利。三是挥发份的氧化度。它的定义如下:O d d-/1 6 r o 二 2 C a,c/1 2+H a e c/2 挥发物中的氧一般以化合态存在，它的存在可导致发热值的降低。很明显，氧1 9 0 0 煤比/(k g-t-)图 1 T b 与煤比的关系化度过高的煤种对冶炼是不利的。在喷吹用煤的选择中应当对。严格控制。过高的基本特征是发热值与灰含量不符，尽管灰含量不高，发热值却很低。(3)煤气量 主要有两个原因可造成高炉喷煤后煤气量增加。其一是燃料比升高，其二是煤气中氢含量提高。高煤比条件下煤气量的升高给高炉运行造成一定的问题。主要是恶化炉料下降条件。因此，改善原燃料质量是高煤

16、比的先决条件之一。煤气流速的提高缩短了煤气在炉内的停留时间，对提高煤气利用率不利。一般煤比 提高1 5 8安 徽 工 业 大 学 学 报2 0 0 3年后炉顶温度均有不同程度的提高，而化学利用率的变化则不一定。根据鞍钢的经验，提高煤比后煤气中C O利用率略有升高,C O+H 2 综合利用情况也有所改善。高炉中的理论C O利用率约为5 5%左右，还有很大的提高余地。氢含量的提高改善了间接还原的动力学条件，因此有利于提高煤气的化学能利用率。(4)风温 鼓风物理热是直接进入高温区的热量，因此可有效补偿高煤比对 几。的不利影响。由于提高风温可降低燃料比和煤气量。因此还可补偿由于大喷煤量造成的不利于炉料

17、下降的影响，同时也有利于提高煤气利用率。(5)富氧2 0 0 01 9 5 01 8 5 01 8 0 0一广 一1 4 1 61 8 2 02 2 2 4图2 T h e 碳氮比对理论姗烧温度的影响 富氧也是提高煤比的有效措施之一。它在降低煤气量和提高燃烧温度方面的作用较高风温还要明显。高炉的冶炼强度越高，这一点的作用越显著。(6)煤粉燃烧率 如果煤粉燃烧率过低，将有大量未燃煤粉离开燃烧区，随煤气进人料柱。这些未燃煤粉带来的直接影响是使料柱透气性变差。未燃煤离开燃烧区后主要可通过两个途径得到利用。其一是代替焦炭参加直接还原反应，其二是代替焦炭对生铁渗碳。(7)焦炭质量 随着煤比的提高，焦炭负

18、荷越来越重。到达风口时焦碳的失碳率也随之提高。焦炭的强度与失碳率有关。失碳率越高，焦炭强度越低。焦炭的过度破损将给高炉运行带来严重问题。因此，提高焦炭质量是大煤比条件下的一个重要课题。(8)操作条件 从煤气量增加和透气性变差这两个基本条件出发，高煤比下的操作重点是顺行和提高煤气利用率。类似提高炉顶压力等措施都是支持提高喷煤量的有力手段。另外，喷吹煤的炭氢比、氧化度等性质对于煤的燃烧性、反应性等影响很大，进而会影响煤粉在炉内的置换比，对此，实验室也进行了大量的研究。3 选煤与配煤 综合考虑煤粉性质对喷煤的影响，制定配煤原则如下:(1)优先选择可磨性指数高的煤种;(2)灰分不高于1 3%;(3)碳

19、氢比 不低于1 6;(4)挥发分氧化度不高于巧%;(5)可保证稳定供应;(6)具有良 好的反应性;(7)主体煤种最好有良好的使用记录。根据上述原则选出以下4 种煤为基本喷吹用煤:大武口 无烟煤 大武口无烟煤是宣钢本公司开发的喷吹煤种，经过了较长时间的实用已经证明了该煤种的良好性能。大武口 煤最突出的优点是可磨性指数高，这在无烟煤中是难能可贵的。这一特性对缓和宣钢磨煤能力不足的现状最为有利。大武口煤的其他性质适中，没有突出的缺点。可将大武口煤作为宣钢主体喷吹用无烟煤。第4期 太西无烟煤 太西无烟煤也经过了宝钢可将该煤种作为宣钢备用煤种 口泉烟煤李贵阳等:宣钢高炉喷吹煤性能研究及实践1 5 9、鞍

20、钢等公司的长期使用。除可磨性一项参数外，其他参数均优于大武口 煤。，条件变化后也可作为主体煤种。口泉烟煤是宣钢目前使用的喷吹用煤之一。这种烟煤其他性质尚可，但反应性过差是其主要的缺点。在煤比 较低的条件下使用口泉煤不会有太大的影响，当煤比提高后则不宜大量使用。口泉煤只能作为辅助煤种少量使用。神府烟煤 神府煤是宝钢的主要喷吹用烟煤，其优良特性已经过长期的验证。该煤种的发热值高，灰含量低，反应J性 好，是优质喷吹用煤。因此宣钢应将其作为主体喷吹用烟煤。土沟煤和南沟煤是宣钢当时使用的喷吹用煤。这两种煤的挥发份氧化度过高，发热值过低，不宜作为喷吹用煤。4 个煤种中无烟煤和烟煤俩俩搭配可形成4 个喷吹煤

21、系列:系列 1:大武口无烟煤+口泉烟煤;系列2:太西无烟煤+口泉烟煤;系列3:大武口无烟煤+神府烟煤;系列4:太西无烟煤+神府烟煤。由于反应性较差，口泉煤作为烟煤的喷吹效果不理想。因此，系列 1 和系列2 只能作为临时喷吹用煤，一旦时机成熟即应予以替换。宣钢喷吹用煤应以系列 3 和系列4为主。4 结论 经过研究，为了 将宣钢高炉炼铁煤比 顺利地提高至1 5 0 k g/t 以上或更高，并保证0.8 以 上的置换比，应当采取以下对策:(1)停用土沟煤和南沟煤。这两个煤种的挥发分氧化度过高。虽然灰分相对较低，但发热值不高。大量使用这种煤将导致燃料比上升，置换比降低，影响喷煤的经济效益。(2)慎用口

22、泉煤。口 泉煤的反应性差，不能起到烟煤应起的作用。喷煤量提高时可能带来两个问题:其一，燃烧率不足，未燃煤过量。其二，未燃煤反应性差，不能有效替代焦炭进行直接还原和渗碳反应，因此对保护焦炭强度不利。(3)烟煤应以神府煤为主。(4)无烟煤可以大武口煤或太西煤为主。(5)提高并稳定风温。煤比 提高后煤气供应可得到改善，风量也有所降低。应充分利用这一有利条件将风温提高至1 0 5 0 以上。(6)加强原料过筛管理。在人炉前筛除原料中的粉末是保证高煤比 条件下料柱透气性的有效措施。加大喷煤量前一定要将筛分设备检修完好，保证有效筛除原料中的粉末。(7)高压操作在设备能力允许的条件下应尽量提高炉顶压力，并维

23、持稳定的操作条件。(8)富氧最好能够使用0.6%至4%的富氧。(9)严格配煤 配煤工作是提高煤比的基础。5 工业生产试验 根据研究结果，2 0 0 2 年3 月2 8日 开始，我公司在1 2 6 0 m 3 高炉上进行了喷吹神府烟煤工业试验，从3 0%开始逐步提高配比到7 0%进行工业试验，试验选择大武口 无烟煤，具体指标见表6 0 对影响焦比的各个指标进行焦比校正后，发现扣除其它因素，校核后的焦比由于改变煤种的影响实际降低了8 k g/t，按照公司内部焦炭价格4 4 0 元/t，效益为8 x 4 4 0/1 0 0 0=3.5 2 元/t，如果按照外进焦炭的1 6 0安 徽 工 业 大 学

24、学 报2 0 0 3年价格8 5 0 元/t 计算，效益则为6.8 元/t。由于神府煤的入厂价较原来使用的地方烟煤高4 0 元/t，因此按照7 0%的烟煤比，原煤1 0%的水分，煤比1 4 5 k g/t 情况下，差价为1 4 5/0.9/1 0 0 0 x 4 0 二 5.2 2 元/t，应该说基本持平，但是由于神府煤低灰低硫，渣量减少，高炉有利于提高产量，提产的效益没有计算进去;而且神府煤使用后，由于煤种稳定，成分波动小，高炉实际的热制度明显稳定，长期来看，仍存在潜力，为此，试验后建议公司在采购政策上压低采购价以后，高炉使用神府烟煤用于喷吹是保证高炉长期顺行，稳定生产的一项重要措施。2 0

25、 0 2 年末，高炉正式开始使用神府煤至今。表 6神府烟煤基准期与试验期数据比较基准期试验期比较0 2 7 3 8.3 5 1 1 4 6 3 7 5 3 4 1 0 2 475.40412.770.570.136 结语 (1)以精料(提高人炉品位、搞好筛分管理，减少粉末人炉)为基础，通过进行喷煤研究，强化生产安全管理，细化高炉操作，2 0 0 1 年以来，我公司5 座高炉的烟煤比稳定在中型高炉3 0%,1 2 6 0 m 高炉7 0%的基础上，高炉在现项目产量/(t/d)焦比/(k g/t)煤比/(k g 八)小焦/(k g/t)燃料L U(k g 八)风温/富氧/%入炉品位/%S i/%焦

26、碳灰份/%焦碳硫份/%C 0 P/%铁温/2 6 7 2.3 6 5 1 4 9 3 6 5 5 0 1 0 0 5 0 5 6.9 7 0.3 9 1 3.8 0.8 1 9.3 1 4 611 9.4 41 4 6 16 6.9 一 1 4 -3 1 一 1 6 1 90.7 50.4 30.0 2 2-0.0 3 00.1 4 0有的条件下，由于制粉能力的限制，大中型高炉的喷煤比均提到了喷吹能力的上限，经计算风口 前的理论燃烧温度，以1 2 6 0 m 高炉为例在2 0 0 0左右，低于一般认为的合理水平，说明经过合理配煤，优化操作，在低理论燃烧温度下，高炉能够保持正常生产。(2)近年来

27、，公司对中型高炉的热风炉顶燃式改造的步伐明显加快，今年中型高炉和 1 2 6 0 m 高炉的喷煤系统将同步增容改造，随着风温和制粉能力的提高，高炉的喷煤比将进一步提高。(3)2 0 0 3 年以来，公司在炼焦煤采购上加大投人，高炉的焦炭灰份、硫份是一个降低趋势，焦炭质量的好转将为高炉提煤比创造条件。(上接 1 5 1 页)3.4 保持适宜的煤粉粒度 煤粉粒度粗可大大降低爆炸性能，且根据北京科技大学的研究，烟煤一 2 0 0目 的比例大于6 0%后，降低粒度将导致煤粉燃烧率降低，无烟煤在 一 2 0 0目的比例大于7 0%后，减小粒度对燃烧率影响不大。因此，对于混合喷吹，保持适宜的粒度可提高整个

28、系统的安全性，在确保煤粉输送的情况下，不必追求过细的煤粉粒度。3.5 实现防爆监控 含氧量的控制对系统安全防爆是十分关键的，为了控制系统气氛含氧，实现连续惰化，需在负压系统氧浓度最高的干燥气体排出口 设置含氧浓度测定仪，对全系统进行在线监测。此外，混喷要求喷煤系统任何部位都不允许长时间积煤，这就要求加强管理，控制合理的操作参数，尽量消除积粉，并在可能存在积粉的部位设置一氧化碳浓度监测仪，检测系统内部的局部过热或产生自 燃、隐燃等异常火源，为安全运行提供信息。4 结束语 (1)我厂单一无烟煤喷吹已接近极限喷吹量，要进一步提高喷煤比必须进行混合喷吹。(2)混合喷吹不仅可以 进一步提高煤比。而且能明显改善高炉技术经济指标。(3)混喷改造较为适宜的是引人热风炉烟气，降低气氛含氧量。(4)中速球磨机进行一系列适当改造后完全可实现混合喷吹。(5)控制气氛含氧浓度、煤粉粒度和落实防爆监控措施是实现混喷的关键。