提高喷煤比的技术措施

LIU1018

提高喷煤比的技术措施

    高炉喷吹煤粉是炼铁系统结构优化的中心环节，是国内外高炉炼铁技术发展的大趋势，也是我国钢铁工业发展的三大重要技术路线之一，因此我们应当努力提高喷煤比。提高喷煤比的措施有高风温、高炉料含铁品位、脱湿和富氧鼓风、提高炉料透气性和高炉操作水平、优选煤种、均匀喷吹、改善燃烧条件等。
    1、高炉喷煤的重大意义
    （1）减少炼焦过程对环境的污染。高炉喷煤代替焦炭可减少高炉对焦炭的需求；减少焦炭的需求可使焦炉少生产焦炭；焦炉少生产焦炭或少建焦炉可减少对环境的污染。
    （2）缓解我国主焦煤的短缺，优化炼铁系统用能结构。炼焦配煤一般需要50%以上的主焦煤，以满足高炉炼铁对焦炭质量方面的要求。喷吹煤粉所用煤种选择广泛，可以不使用主焦煤，这就缓解了我国主焦煤的短缺，同时也降低了炼铁系统的购煤成本。
    （3）可以实现结构节能。2008年上半年我国重点钢铁企业焦化工序能耗为118.06kgce/t，喷煤制粉和喷吹能耗在20～35kgce/t。高炉每喷吹1t煤粉可以使炼铁系统结构节约90kgce/t的效果。
    （4）可降低炼铁系统投资。据统计，国外建设喷煤车间的投资是焦化厂单位投资的25%～30%，转换为冶金焦的单位投资是30%～40%；中国喷煤车间的投资是焦化厂单位投资的12%～16%，是冶金焦单位投资的15%～20%。因此，新建和扩容高炉时必须同步实施建设或扩建喷煤车间，这样会产生较大的经济效益。
    （5）煤粉代替焦炭有巨大的经济效益。以焦炭和煤粉每吨差价在800～1000元计算，如果一家年产400万t的炼铁企业喷煤比为130kg/t，一年喷吹52万t煤粉，代替等量焦炭可使炼铁成本每年降低400～520万元。
    （6）提高企业劳动生产率，降低生产运行费。喷煤车间的员工人数和生产运行费用比焦化厂少，可产生因高炉喷煤而提高钢铁企业劳动生产率、降低生产运行费用的效果。
    2、我国喷煤水平发展不平衡，与国际先进水平尚有差距
    据统计，2008年上半年我国大中型钢铁企业高炉喷煤比134kg/t，比上年度下降4lkg/t。这是近几年喷煤比首次出现下降，主要原因是炼铁原、燃料质量下降、成分波动，高炉顺行变差，被迫减少喷煤比。
    2007年全国重点钢铁企业喷煤总量为4784万t，创出我国历史最好水平。其中有13家企业喷煤比超过150kg/t，分别是宝钢集团（186 kg/t）、长治（192 kg/t）、武钢（173 kg/t）、石钢（162 kg/t）、太钢（162 kg/t），新兴铸管（161 kg/t）、江阴兴澄（161 kg/t）、鞍钢（160 kg/t），邢台（158 kg/t）、酒钢（156 kg/t），德龙（153 kg/t），天铁（151 kg/t）和莱钢（155 kg/t）。2008年上半年在全国重点钢铁企业之中有7家企业年平均喷煤比低于l00kgce/t，还有两家企业没有喷煤，我国炼铁企业喷煤技术发展不平衡。
    国际领先的高炉喷煤比是266kg/t，宝钢曾达到260kg/t；国际先进水平为180～200kg/t，《中国钢铁工业科学与技术发展指南（2006～2020年）》中提出高炉喷煤指标：2006～2010年全国重点钢铁企业喷煤量≥160kg/t，2011～2020年全国重点钢铁企业喷煤量≥180kg/t，我国高炉喷煤水平与国际先进水平尚有较大差距。
    3、提高喷煤比的关键技术
    钢铁工业的生产工艺、技术、装备运行须遵循冶金科学规律，什么样的生产条件就会产生什么样的技术指标。也就是说，高炉炼铁有一定的条件，提高喷煤比也需要一些关键的技术支撑，如保持炉缸热量充沛，提高煤粉燃烧率，提高料柱透气性和提高煤焦置换比的相关技术。
    3.1保持炉缸热量充沛技术
    高炉炼铁正常生产需要炉缸有充沛的热量，以保证铁矿石还原，渣铁流动性好、易分离，炉渣脱硫率高和透气性好。炉缸热量用理论燃烧温度来表示，合理值为2200±50℃。
    煤粉喷进风口后需要吸收热量，首先煤粉被加热，然后挥发分和碳素燃烧。每喷吹l0kg/t无烟煤，炉缸温度下降15～20℃；喷吹l0kg/t烟煤，炉缸温度下降20～25℃；喷煤量大于l00kg/t，炉缸温度下降150～250℃以上，喷煤比的提高促使炉缸温度下降更大。为使炉缸温度保持在2200±50℃合理范围内，需要采取以下技术措施：
    （1）提高热风温度：热风温度每升高l00℃，炉缸理论燃烧温度升高60℃，允许多喷煤粉30～40kg/t。
    （2）进行富氧鼓风：富氧率每提高1%，炉缸理论燃烧温度升高40～50℃，允许多喷煤粉20～30kg/t。
    （3）进行脱湿鼓风：鼓风湿度每降低1g/m3，炉缸理论燃烧温度升高6～7℃，允许多喷煤粉3～4kg/t。
    3.2提高煤粉燃烧率技术
    煤粉在炉缸内的燃烧包括可燃气体（煤粉受热分解而来）的分解燃烧和固态碳（煤粉分解后残留碳）的表面燃烧，这些燃烧情况取决于温度、氧气含量和煤粉的比表面积和燃烧时间。宝钢测定高炉喷煤比在170kg/t、205kg/t、203kg/t时，煤粉在风口回旋区的燃烧率分别为84.9%、72.0%和70.5%，这说明还有30%左右的煤粉在风口回旋区以上的炉料中进行燃烧和气化。而炉内未能燃烧的煤粉将被高速的煤气流带出高炉，致使煤气除尘灰中的碳含量增多，因此，除尘灰中的含碳量是衡量煤粉燃烧率高低的重要标志。
    提高煤粉燃烧率的技术措施有：
    （1）提高热风温度：喷煤比在180～200kg/t时需要1200℃以上的热风温度。
    （2）进行富氧鼓风：富氧率每提高1%，煤粉燃烧率提高1.51%，风口前理论燃烧温度升高，喷煤比提高12～20kg/t，产量提高4.79%，煤气热值提高3.4%，煤气量减少，风口直径缩小1%～1.4%，既提高了炉缸温度，又提供了氧气助燃剂。喷煤比在180～200kg/t时需要富氧3%以上；燃烧学理论要求空气过剩系数1.15以上。
    （3）提高煤粉的比表面积：一般要求-200网目的煤粉粒度大于50%；采用烟煤和无烟煤混合喷煤时，-200网目的煤粉粒度大于60%（烟煤中的挥发分遇高温时要分解，致使煤粉爆裂，增加煤粉比表面积）；喷吹无烟煤时，-200网目的煤粉粒度大于70%～80%。煤粉水分控制在1.5%±0.5%，最高不超过2.5%。
    （4）进行脱湿鼓风：可提高炉缸温度和鼓风中氧气含量。湿度每降低1%，理论燃烧温度升高45℃，焦比降低0.9%，产量增高3.2%。鼓风湿度控制在6%左右。
    （5）提高炉顶煤气压力，减小煤气流速，延长煤粉在炉内燃烧时间，降低煤气压力差。据测算，煤粉在炉缸的燃烧时间为0.01～0.04s，加热速度103～106k/s。
    3.3提高料柱透气性技术
    高炉正常操作要维持一个合理的煤气压差值，即热风压力减去炉顶压力。一些高炉工作者采用指数操作高炉。料柱透气性高低是由多方面因素决定的，只有采取综合措施才能提高料柱的透气性。在高喷煤比条件下，焦炭质量的好坏对炉料透气性影响很大，应引起高度重视。
    （1）提高入炉矿含铁品位，减少渣量。高炉内煤气阻力最大的区域是软熔带，特别是铁矿石刚开始熔化，还原成FeO和形成初渣，渣铁尚未分离、滴落至炉缸时。如果入炉矿铁品位在60%以上，吨铁渣量小于300kg，煤气阻力会大大减小，炉渣液泛现象也会减少。
    （2）提高焦炭质量，特别是焦炭的热性能。焦炭在高炉内有五个作用：骨架作用、还原剂、提供热量、生铁渗碳、填充炉缸，特别是在高喷煤比条件下，焦比低，则焦炭的骨架作用就更加突出。可以说，焦炭质量的好坏决定了高炉容积的大小和喷煤比的高低。高喷煤比对焦炭质量的要求是M40＞80%、M10＜7%、灰分＜12.5%、硫分＜0.65%、热强度CSR＞60%、热反应性CRI＜30%；2000m3以上大高炉，喷煤比在160kg/t以上时，要求焦炭质量更高：M40≥85%，M10≤6.5%，灰分≤12.0%，硫分≤0.6%，CSR≥65%，CRI≤26%，同时要求焦炭中K2O+Na2O的含量＜3.0kg/t。
    （3）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。工业发达国家要求烧结矿铁品位波动范围±0.05%，碱度波动±0.03（倍）；我国炼铁企业要求铁品位波动±0.5%，碱度波动±0.05 （倍）。这是由于含铁品位和碱度的波动会造成软熔带透气性的巨大变化（如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间是其冶金性能的重要指标，对炼铁技术经济指标和料柱透气性有重大影响，因此要求炉料的冶金性能要稳定。
    炉料粒度均匀就是减少炉料在炉内的填充作用。如果炉料粒度大小不均且混装会使炉料空间减少，如同4个苹果之间夹着乒乓球，造成空间减小。炉料空间为0.44有利于煤气流的畅通。5～10mm粒度的炉料要小于30%，不能超过35%，否则对炉料透气性会产生重大影响。
    炼铁原料（烧结、球团、块矿）的转鼓强度高、热稳定性好、还原性强、性能稳定等为高炉顺行创造良好条件，提高烧结矿的碱度（1.8～2.0倍）会使转鼓强度高、冶金性能好。链篦机-回转窑生产的球团矿质量和工序能耗均比竖炉好。入炉块矿要求所含水分低、热爆裂性差、还原性好、粒度偏小。
    （4）优化高炉操作技术。大高炉采用大矿批，焦炭料层厚度在0.5～0.6m。变动焦炭负荷时不要轻易变动焦炭料层厚度，使高炉内的焦炭起到透气窗的作用，对于保持和提高炉料透气性十分重要。优化布料技术（料批、料线、布料方式等）和适宜的鼓风动能（调整风口直径和风口长度）可以实现高炉内煤气流均匀分布，同时提高炉料透气性。合理的鼓风动能使炉缸活跃，合理布料可使煤粉在炉料中充分燃烧，减少未燃煤粉量。
    稳定高炉的热制度、送风制度、装料制度、造渣制度及活跃的炉缸会给高炉的高产、优质、低耗、长寿、高喷煤比带来有利条件，稳定的操作能创造出高效益。减少人为影响因素，提高现代化管理水平，会促进炼铁生产技术的发展。
    3.4提高煤焦置换比技术
    上述3个小节讲述的技术均是提高煤焦置换比的技术。本节仅从喷煤管理角度来分析如何提高煤焦置换比。
    （1）提高喷吹煤粉的质量。由于喷吹煤粉的品种广泛，所以要求喷吹煤粉有害杂质含量少，耐磨性好、含碳量高，发热值高，灰分低（要求煤粉的灰分一定要低于焦炭的灰分）、含硫低、燃烧性好，流动性好等。煤粉K2O +Na2O总量要小于3.0kg/t，原因是K、Na在高炉内会造成结瘤，并使焦炭易产生裂纹导致焦炭强度下降。
    （2）煤粉喷吹要均匀，高炉所有风口均要喷煤，流量要均匀、稳定。高炉均匀喷吹煤粉会使高炉各风口的鼓风动能一致、炉缸热量分配均匀、高炉生产顺行和喷煤量提高，进而提高煤焦置换比。为保证各风口喷煤量均匀，建议高位安置煤粉分配器，使各单只管路长短相近，避免出现煤粉走捷径，个别风口多喷的现象。
    （3）采用烟煤和无烟煤混喷有利于提高喷煤比和煤焦置换比。烟煤挥发分高且含有一定水分，进入风口后会爆裂，促进分解燃烧和残碳燃烧，煤粉燃烧效率高。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。无烟煤发热值高，煤焦置换比高，但燃烧性差，特别是高喷煤比时会影响炉料透气性和高炉顺行。煤种优化是提高置换比的重要措施。
    （4）衡量高炉喷煤比高低的标准。因各炼铁企业生产条件不同，高炉喷煤比的极限值也不同，但是行业对喷煤是否达到极限值的衡量标准认识是一致的，即增加喷煤量的同时，高炉燃料比没有升高，此时的喷煤量是最佳喷煤值。第二个方法是高炉煤气除尘灰中含碳量没有升高，洗涤水中没有浮上一层如油一样的碳粉，则说明高炉喷煤达到最佳。