王维兴:提高喷煤比的技术措施

2012-09-04 13:36 来源: 我的钢铁网

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,所以,我们应当努力提高喷煤比。提高喷煤比的措施是:高风温,炉料高铁品位,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,就减少了高炉炼铁对焦炭的需求。减少焦炭的需求,就可以使焦炉少生产焦炭。焦炉少生产焦炭或少建焦炉,就可以减少对环境的污染。

(2)缓解我国主焦煤的短缺,优化炼铁系统用能结构。炼焦配煤一般需要配50%以上的主焦煤,以满足高炉炼铁对焦炭质量方面的要求。喷吹煤粉的煤种广泛,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)高炉喷煤可以实现结构节能。2009年前五个月我国重点钢铁企业焦化工序能耗为115.37kgce/t,喷煤的制粉和喷吹所需的能耗在20~35kgce/t。高炉每喷吹1t煤粉,就可以产生炼铁系统用能结构节约90kgce/t的效果。

(4)高炉喷煤可降低炼铁系统的投资。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%;中国喷煤车间的单位投资是焦化厂建设单位投资的12%~16%,为冶金焦部分投资的15%~20%。所以,在新建和扩容高炉时,建设或扩建喷煤车间必须同步实施,这样会有较大的经济效益。

(5)煤粉代替焦炭会有巨大的经济效益。目前,焦炭和煤粉的每吨价差在400~600元。一个年产400万t的炼铁企业,如果喷煤比在130kg/t,就可以年喷吹52万t煤粉,代替的等量的焦炭,可以产生年降低2100~4200万元的炼铁成本。

(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要比焦化厂少,这样就可以产生因高炉喷煤而提高钢铁企业劳动生产率、障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,2009年前五个月我国大中型钢铁企业高炉喷煤比144kg/t,比上年度提高11lkg/t。这是历年来最好成绩,扭转了去年喷煤比下降的局面。主要原因是,去年炼铁原燃料质量下降,成分波动,高炉顺行变坏,被迫退喷煤比。2007年全年重点钢铁企业喷煤总量为4784万t,创出我国历史最好水平。2009年前五个月全国有20个企业喷煤比超过150kg/t,他们是:宝钢集团(180)、长治(187)、武钢(172)、石钢(160)、太钢(186),新兴铸管(175)、江阴兴澄(157)、鞍钢(170),邢台(158)、酒钢(158),邢台(158),鄂钢(157),德龙(162),天铁(155),湘钢(155),唐钢(163),济源(161)和莱钢(173),首钢(152)。

我国炼铁企业喷煤技术发展不平衡,2009年前五个月在全国重点钢铁企业之中尚有张店钢铁厂没有喷煤,还有7个企业年平均喷煤比低于l00kgce/t。我国高炉喷煤水平与国际先进水平尚有较大差距,国际领先的高炉喷煤比是266kg/t,宝钢也曾达到过260kg/t的水平。国际先进水平的喷煤比为180~200kg/t。目前,新建大于2000立方米的高炉设计喷煤比均要大于180kg/t,4000立方米以上的高炉设计喷煤比均要大于200kg/t.

《中国钢铁工业科学与技术发展指南(2006~2020年)》中提出了高炉喷煤指标: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。

3、高喷煤比的关键技术

钢铁工业是个有条件组织生产的行业,其生产工艺、技术、装备运行是有一整套科学规律的。具备什么样条件,就会出现什么样的生产技术指标。这也就是说,高炉炼铁生产是要有一定条件的,提高喷煤比也是需要一些关键支撑技术。本人认为,高喷煤比的关键技术是:保持炉缸热量充沛技术,提高煤粉燃烧率技术,提高炉料透气性技术和煤焦置换比高的相关技术。

31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。炉缸热量是用炉缸理论燃烧温度来表示。炉缸热量充沛是要求炉缸的温度和热量要高。理论燃烧温度在2200±50℃视为合理值。

煤粉喷进风口后需要吸收热量。首先是煤粉被加热,然后是挥发分燃烧和碳素燃烧。这样,每喷吹l0kg/t无烟煤会使炉缸温度下降15~20℃,l0kg/t烟煤会使炉缸温度下降20~25℃。喷煤量大于l00kg/t会使炉缸温度下降150~250℃以上。高喷煤比会使炉缸温度下降幅度更大。为使炉缸温度保持在2200±50℃合理范围内,就需要采取保持炉缸温度的技术措施,具体办法是:

(1)提高热风温度:热风温度升高l00℃,可使炉缸理论燃烧温度升高60℃,允许多喷30~40kg/t煤粉。

(2)进行富氧鼓风:富氧率提高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,理论燃烧温度升高6~7℃,热风温度提高9℃,允许多喷3~4kg/t煤粉。

32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)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%。这说明还要有30%左右的煤粉要在风口回旋区以上的炉料中进行燃烧和气化。高炉内未能燃烧的煤粉将会被高速运动的煤气流带出高炉,致使煤气除尘灰中的含碳量增多。所以说,除尘灰中含碳量多少,是煤粉燃烧率高低的重要标志。

提高煤粉燃烧率的技术措施是:

(1)提高热风温度:喷煤比在180~200kg/t需要有1200℃以上的热风温度。风温低于1000℃以下的高炉是不利于喷煤的.

(2)进行富氧鼓风:富氧率提高1%,煤粉燃烧率提高1.51%,风口前理论燃烧温度升高,可允许提高喷煤比12~20kg/t,提高产量4.79%,煤气热值提高3.4,%,煤气量减少,风口径要缩小1%-1.4%。既可提高炉缸温度,又提供了氧气助燃剂,喷煤比在180~200kg/t时需要富氧3%以上;在燃烧学理论上,要求要有1.15以上的空气过剩系数。

(3)提高煤粉的比表面积:要求一般煤粉粒度-200网目要大于50%。采用烟煤和无烟煤混合喷煤,煤粉粒度-200网目要大于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)。无烟煤煤粉粒度-200网目要大于70%-80%。煤粉水分控制1.5%±0.5%,最高不超过2.5%.。

(4)进行脱湿鼓风:可以产生提高炉缸温度和鼓风中氧气含量的效果。湿分降低1%,理论燃烧温度升高45℃,焦比降低0.9%,产量增高3.2%。将鼓风湿度控制在6%左右。进行脱湿鼓风,可以实现四季如冬的风量鼓风(夏季要比冬季风量少14%左右),鞍钢鲅鱼圈高炉就有脱湿鼓风装置,提高高炉效率.

(5)提高炉顶煤气压力,减小煤气流速,延长煤粉在炉内燃烧的时间,降低煤气压力差。据测算,煤粉在炉缸的燃烧时间在0.01~004s内,其加热速度103~106k/s。提高炉顶煤气压力还促进增产和冶炼低硅铁的作用.

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的数值。一些高炉工作者利用这个指数来操作高炉。料柱透气性高低是由多方面因素所决定的(原燃料质量,风口径调整,装料制度等),只有采取综合措施才能提高料柱的透气性。高喷煤比条件下,焦炭质量好坏对炉料透气性影响比例很大,应引起高度重视。

(1)提高高炉入炉矿含铁品位,减少渣量。

高炉内煤气阻力最大的地方是软熔带。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,尚未滴落至炉缸。如果高炉入炉品位在60%以上,吨铁渣量小于300kg,煤气的阻力会大大缩小,也会减少炉渣液泛现象。张寿荣院士特别强调这一点.

(2)提高焦炭质量,特别是焦炭的热性能,会大大提高炉料柱透气性。

焦炭在高炉内是五个起作用: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,焦炭的骨架的作用就更加重要了。可以说,焦炭的质量好坏决定了高炉的容积大小和喷煤比水平的高低。高喷煤比对焦炭质量的要求是:M40在80%以上,M10小于7%,灰分小于12.5%,硫分小于0.65%,热强度CSR>60%,热反应性CRI<30%。对于2000m3,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≤6.5%,灰份≤12.0%,硫份≤0.6%,CSR≥65%,CRI≤26%。同时要求焦炭中K2O+Na2O的含量要<3.0kg/t。宝钢高炉要求:M40≥88%,M10≤6.5%,CSR≥66%,CRI≤26%。

(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。工业发国家要求烧结矿含铁波动范围是±0.05%,碱度波动0.03(倍)。我国炼铁企业要求是铁份波动±0.5%,碱度波动±0.05(倍)。烧结厂设计规范也是此要求.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(大于1250℃)、软化温度区间(小于250℃)、熔滴温度和熔滴温度区间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气性有重大影响。所以要求炉料的冶金性能要稳定。

要求炉料粒度要均匀,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,就会使炉料空间减少。如同4个苹果之间夹着乒乓球,造成空间减小。我们希望炉料的空间有0.44,以利于煤气流的畅通。要求炉料中5~10mm粒度的含量要小于30%,一定不要超过35%,否则会对炉料的透气性产生重大影响。

炼铁原料(烧结、球团、块矿)的转鼓强度高、热稳定性好、还原性能好、性能稳定等为高炉顺行创造良好条件,提高烧结矿(碱度在1.8~2.0倍)的碱变,会使转鼓强度高、冶金性能好的优点。连篦机-回转窑生产的球团矿质量和工序能耗均比竖炉所生产的球团好。入炉的块矿要求是含水分低、热爆裂性差、还原性能好、粒度偏小。

(4)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0.5~0.6m,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、布料方式等)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,同时有提高炉料透气性的作用。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,活跃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。高炉生产需要稳定。稳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。

3.4提高煤焦置换比技术

上述3个小节中所讲述的技术也均是提高煤焦置换比的技术。本节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,所以要求喷吹煤的质量应是含有害杂质少,可磨性好、含碳量高,发热值高,灰分低(要求煤粉的灰份一定要低于焦炭的灰分含量)、含硫低、燃烧性好,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,使各单只管路尽量长短相近,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。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。

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条件认识是一致的: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。


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