高炉喷吹煤粉技术.ppt

北京科技大学,1,高炉喷吹煤粉技术,北京科技大学,北京科技大学,2,提 纲,1 喷吹煤粉对高炉冶炼的影响 2 决定高炉喷煤量的因素 3 进一步提高喷煤量的技术 4 提高操作水平 5 结论,北京科技大学,3,1、喷吹煤粉对高炉冶炼的影响,1.1 风口燃烧带 1）风口燃烧带的重要意义在于： 决定煤气初始分布 决定炉缸热状态 决定上升煤气组成 2）风口燃烧带特征参数 燃烧带大小 长度 宽度 高度 燃烧带形成煤气的组成 燃烧带形成煤气的温度 影响特征参数的因素：鼓风参数，风口小套参数,北京科技大学,4,图1 煤气燃烧图,北京科技大学,5,3）煤粉对燃烧带的影响 煤粉燃烧特点 有限空间：煤枪出口到燃烧带2m多长度上的空间 有限时间：0.01-0.04s 高速传热：103-106/s,需要完成加热脱气、挥发份燃烧碳化、残碳燃烧三个阶段如果三个阶段依次进行需要4.3s，实际不同煤粉颗粒叠加进行，模拟实验表明，在有限时间0.01-0.04s内煤粉燃烧率在80%左右。,北京科技大学,6,影响结果 离开风口小套短的鼓风动能增加，影响燃烧带大小和煤气初始分布 煤粉的挥发份较焦炭高，元素分析的成分中比较焦炭高，固气燃烧形成的煤气体积增加含h2高 煤气成分的计算式： 煤粉在有限空间，有限时间内燃烧，造成煤粉不可能在燃烧带全部气化，而产生一定数量的未燃煤粉。 未燃煤粉两来源，未来得及烧烬的煤粉，挥发份脱除在全氧高温下裂解放出碳黑,北京科技大学,7,4）煤粉在燃烧带燃烧时，加热脱气分解耗热，燃烧形成的没气量增多，煤粉代替焦炭，使吨铁焦炭量减少，焦炭带入的物理热减少，造成风口前理论燃烧温度下降，降低t理的作用，对无烟煤来说，分别24%，26%，50%，对烟煤来说，前三个原因的作用增大。,与全焦冶炼时期相比，分子多了q喷分，分母多了mamcam和c未，这样t理就降低了，经验值为：,北京科技大学,8,1.2 高炉内的还原 喷吹煤粉以后，由于间接还原条件得到改善，有利于间接还原的发展，主要是： 风口前形成的煤气中co+h2的数量增加，而且浓度也增加； 还原性气体中h2含量增加，h2在还原热力学和动力学上都较co优越，而且水蒸气置换反应,h2有提高co利用率的作用。 炉内焦炭中才c与co2反应减少，而这个碳素溶解损失反应是直接还原的组成部分。 炉料在炉内停留时间延长，是煤气与铁矿石的接触时间增加。 1.3 炉内温度场分布 炉内温度场分布的特点是： t理下降，中温区的温度和炉顶温度升高 1.4 料柱阻损变化 炉内炉料阻损增加，其原因是： 料柱只能够透气性好的，焦炭减少，o/c上升； 煤气量增加 未燃煤粉沉积，沉积在滴落的炉渣中，增加炉渣在滴落带焦炭柱中的滞留率，使滴落带煤气上升的通道减小，阻损增大，沉积在焦炭块的空隙中，降低焦炭的孔隙度,，不利于滴落带，软熔带的煤气通过，沉积在块状带的炉料中，同样增加,而影响煤气流分布，甚至影响顺行。,北京科技大学,9,2.决定高炉喷煤量的因素 喷煤代替昂贵焦炭，有很多优点，集中到一点就是降低吨铁燃料消耗，降低生铁成本，提高效益。大力提高喷煤量成为炼铁工作者的共同目标。但喷煤代替焦炭是有条件的，不顾条件创纪录地提高喷煤量，后果是燃料比上升，煤粉利用率降低。决定喷煤量的因素归纳起来有五个方面：炉缸热状态、煤粉燃烧率、高炉炉况稳定顺行、置换比和高炉操作技术等。,北京科技大学,10,2.1炉缸热状态 炉缸热状态描述的参数为t理和tc以及保证炉缸热贮的最低热量，在大喷煤下时，最重要的是t理，要保持有良好的热状态，必须t理=210050，tc=0.75t理；热贮量q630kj/khm，如果喷煤量为xkg/kg焦，则可通过下式求得所允许喷煤量： t理焦(1-x)+t理煤x=t理min=210050 式中 t理焦全焦冶炼时的t理；t理煤全煤时的的t理。两者都可由前面说的t理式计算出来。,北京科技大学,11,2.2煤粉燃烧 煤粉燃烧是月前喷煤量多少的决定性因素。由于前面叙说的煤粉燃烧特点，风口前必然产生未燃煤粉，虽然未燃煤粉在高炉中可以通过以下反应消化： c未+(feo) fe+co c未+(mno) mn+co 2c未+(sio2) si+2co 5c未+(p2o5) 2p+5co c未+co2 2co c未+s+(cao) (cas)+co c未+3fe fe3c 但是实践表明，消化能力是有限的，过多的c未将产生以下后果：沉积于炉渣中，增加炉渣粘度而影响滴落带料柱透气性和透液性；沉积于料柱的炉料中，降低料柱空隙度而影响煤气流分布和顺行；被煤气带出高炉而进入炉尘和灰袋灰或污泥及洗涤水中降低煤粉利用率和置换比。 生产实践表明，中国的一些高炉，尤其是中小型高炉并未重视这一现象，造成过大的喷吹量使未燃煤粉带出高炉较多，有的布袋灰中含c高达45%以上，成为高灰分的煤粉，浪费了很多能量。,北京科技大学,12,2.3炉况顺行流体力学因素 决定高炉炉况顺行的条件是料柱中的r料要大于p/h。在一定的冶炼条件下r料相对稳定，因此决定炉况顺行的是p/h。高炉内不同部位的p/h规律常用厄根公式来描述的：,很明显，在块状带起决定作用的事煤气流速和燃料的空隙度，而在软熔带同样是和焦窗内焦炭的空隙度c，在滴落带中还有一个重要因素就是渣铁的滞留率ht。过量的喷吹煤粉，除了煤气量增加而增大，更重要的是c未影响、c，使它们变小而使p/h升高，生产实践表明，过量的喷吹量造成炉况顺行程度变差，轻则中心打不开，边缘气流发展有时还形成管道，重则出现难行、塌料、悬料。这说明料柱承受上升煤气浮力的能力已经达到或者超过极限，炉况不接受这么高的喷煤量。,块状带,软熔带,滴落带,北京科技大学,13,2.4置换比 生产中希望提高煤焦置换比，以取得更好的效益，煤粉置换焦炭主要靠煤中c置换焦炭中的c，在现代高炉上决定焦比的它的热源作用，也就是说现代高炉上直接还原仍然过高，需要风口前燃烧很多碳发出热量来供冶炼需求。基于这种情况，我们曾提出以煤粉和焦炭在高炉内放出的供冶炼需求的净热量来计算理论上的置换比，所谓放出的净热量是指煤粉和焦炭扣除在炉内灰分造渣和脱硫后能提供给冶炼过程的多余热量qm和qk，其表达式为,北京科技大学,14,理论值环比,式中：cm，am，sm煤粉中的出c，灰分和硫的质量含量 ck，ak，sk焦炭中固定c，灰分和硫的质量含量 生产中常用差值和置换比来计算,式中：k1，k2喷煤量提高前后的焦比，kg/t m1，m2喷煤量提高前后的煤比，kg/t,北京科技大学,15,对比r理和r差就可得到喷煤效果的差距，实际生产中这种差距有时是很大的，其原因： 煤燃烧的煤粉多，带出高炉没被利用的煤粉多 置换比本身服从递减规律，随喷煤量的的增加，置换比降低，但递减程度与冶炼条件的改善和操作技术水品的提高而减缓，在大喷煤180220kg/t的高炉上，煤粉的置换比是下降的，尤其超过200kg/t以后，置换比下降很大，严重影响喷煤的效果，这时置换比成为限制喷煤量的决定性因素。 目前，喷煤量提高导致置换比下降这一事实尚没有引起人们的重视。有些高炉(特别是追求高喷比的企业)喷煤量高达170kg/t200kg/t，而焦比尚没有下降多少，燃料比升高(被所谓的综合焦比掩盖，即他没有明显升高)我们提高燃料比不升高的前提下，最求合适的喷煤量达到喷煤效果最好，而不是片面追求大喷煤量。,北京科技大学,16,我们倡导两个“合适”：维持与与原燃料等冶炼条件相适应的“合适”冶炼强度，大力降低燃料比； 维持在低燃料比下寻求“合适”喷煤量已达到节能减排。 高炉生产实践和研究表明，两个“合适”并不是固定不变的，就是采取已经有成效的技术措施来改善克服前面所说的限制因素来逐步提高“合适”的喷煤量。 3.1 精料 精料是改善高炉冶炼生产条件的基础，是提高“喷煤量”的前提。 3.1.1 焦炭 喷崔煤粉以后，焦炭作为热源和还原剂的作用，部分被煤粉所代替，料柱中焦炭的数量减少，其料柱骨架作用越来越大，现在人们普遍认为，焦炭质量成为： 确定高炉炉融大小的重要因素之一 限制喷煤量多少的因素之一 炉缸工作状态的决定性因素之一 喷吹煤粉以后，焦炭的工作条件恶化，承受更剧烈的热应力，碱金属和溶损反应的破坏作用。,3. 进一步提高喷煤量的技术,北京科技大学,17,从表中数据可以看出，焦炭质量要特别重视其热态性能cri和csr，法国人的csr与燃料比，煤比炉腹煤气量与炉内压力降（p风-p顶）的比值关系，充分说明配煤后对焦炭热性能的要求。,北京科技大学,18,19,还要提出两点注意： 焦炭的热态性能对滴落带内渣铁滞留率由很大的影响，研究表明风口焦粒度变小将增大渣铁在滴落带内的滞留率，影响滴落带焦柱的透气性和透液性和炉缸的活跃程度。,控制焦炭和煤粉中的碱金属的数量和入炉总量，k2o，nao会破损焦炭导致滴落带和炉缸焦粉率增加，影响滴落带和炉缸工作状态，一般要求，燃料中的碱金属含量因小于1%，最大不超过1.5%，入炉总量控制 在2.5%（国外）3%（国内）,20,3.1.2 煤粉 一般地说，喷吹煤粉使用企业最易于获得的当地煤炭，但是要达到喷吹量150200kg/t时，还需要提高煤粉喷吹的工艺性能，主要有： 煤粉的灰分与硫要低于焦炭 煤粉的胶质层要薄y10mm，灰熔点要高于1500，防止喷吹时堵煤枪口和风口小套 着火温度要低和反应性要高，以提高煤粉的燃烧率和在炉内消化 煤粉的流动性要好，便于输送，不因输送困难而影响喷煤量 煤的可磨性要好，降低制粉成本 单一煤种难于满足上述工艺性能的需要，现在高炉上常采用混合煤，即将无烟煤和烟煤按一定比例制取挥发分20%2%的混合煤。,21,3.1.3 含fe炉料 含fe炉料的精以适应高喷煤量的要求，建议从以下四个方面来衡量： 1）渣量 一般要求300kg/t，灰分11.5%-12.0%，s 0.5%-0.7%时，矿石的入炉品位要达到58.5%以上。 2）成分稳定 tfe 0.2%，不超过0.5% 烧结矿碱度 r0.03，不超过0.05 烧结矿feo feo0.5%不超过1.0% 粒度均匀 天然矿8-30mm 5mm不超过4% 烧结矿 50mm的10% 5mm的3% 球团矿9-16mm 3）冶金性能 强度 烧结矿转鼓强度70%对大型高炉要达到80% 还原性 900的85%-90% 天然矿70% 低温还原粉化 国标+3.15mm 65% 国标-3.0mm 35% 软化性能 尚无标准要通过实测判别 4）充分发挥以针状铁酸钙为粘结相的高碱度烧结矿（sfca）的优越性搭配一定数量的含mgo酸性球团矿或天然矿,22,3.2 鼓风质量 实质上，鼓风也是高炉炼铁的气态原料，也需要提高其质量以适应低燃料比高的适宜的喷煤量的要求。 3.2.1 高压 高压操作指的是生产中炉顶煤气压力超过0.03mpa时的冶炼操作，现代高炉的炉顶压力已达到0.25-0.30mpa。高压后炉内煤气的实际体积变小，煤气流速下降，从而s使炉内的 也降低，其效果使冶炼强度提高，产量上升，焦比下降，相应的为： p 2-3kpa/100kpa i 1.0%-2.0%平均1.5%/10kpa h 1.0%-3.0%平均1.8%-2.0%/10kpa k 0.2%-1.5%平均0.8%-1.0%/10kpa 当顶压超过0.12mpa时，可利用余压发电（trt）技术，回收炉顶煤气的压力能，可回收30-50kwh/t，应该强调的是提高顶压后，提高了高炉料柱中未燃煤粉的消化能力，有利于提高合适喷煤量。,23,3.2.2 高风温 将入炉风温提高到1200可以达到节焦3%/100和补偿喷煤分解耗热，维持必要的炉缸热状态，每100风温可提高t理喷煤量增加30kg/t 在提高风温的问题上，需要重视两个方面的技术并大力推广这两项技术 在热风炉拱顶温度1350的条件下获得稳定的1200-1250的风温的技术 3.2.3富氧 富氧后，由于鼓风中o2浓度增加，n2浓度减少，因而燃烧率单位燃料产生的煤气量减少，富氧成为了强化高炉冶炼，提高产量的重要手段，在富氧 21 %到 25 %的范围内增产率 3.5 %/%o2。对喷煤来说富氧是补偿喷煤后t理下降的措施，每1%富氧可提高t理45-50，可使喷煤量增加20-25kg/t，由于中国制约成本相对较高，富氧将提高生铁成本，所以一般将富氧平衡维持在3.0%-3.5%，不超过5%。 中国富氧的另一个问题是没有高炉炼铁专用制氧设备，大部分使用炼钢全氧，不仅价格贵，而且供氧不稳定，影响炉缸热状态的稳定性。,24,3.2.4 脱湿 鼓风加湿还是脱湿争论了几十年，在现今的高炉炼铁条件下，富氧3%左右，风温12001250，喷煤150kg/t以上，可以肯定地说，鼓风应脱湿而不是加湿。中国沿海地区，南方湿度大而且波动大的地区，以及昼夜温差大的地区，应采用鼓风脱湿技术。脱湿可取的的效果为： （1） 减少湿度波动对炉况的影响。鼓风中1gh2o使风口前的t理波动69，昼夜大气湿度波动46g/m3，可造成炉缸热状态发生几十度的波动，消除这种影响可使产量提高3%/2%h2o； （2） 提高喷煤量，每脱除1gh2o可增加喷煤1.52.0kg； （3） 采用全冷脱湿方式，可将风机吸风口的温度降到冬季水平，改善了风机的吸风条件，风机的质量流量增加，可使风机夏季出力提高9%12%； （4） 焦比降低约0.71.0kg/g h2o，这些效果给高炉生产带来很好的经济效益。据不完全估算，对江南地区4000m3级高炉来说，脱湿到冬季水平时可节焦24000t/a，提高喷煤4560t/a，因吸风条件改善，风机功率降低5%10%约2190800 kwh/a，增产174000t/a，总效益在8000万元/年。,25,4 提高操作水平 高炉精料，鼓风质量提高，喷煤工艺优化提高“合适”喷煤量创造了条件，精心操作成为实现高喷煤量的关键，精心操作的核心是控制好煤气流的合理分布 4.1 煤气能量利用问题 中国高炉炼铁的燃料比较国外的高出50100kg/t，其重要原因之一是煤气利用差，高炉的co利用率低而直接还原度高，造成吨铁热量消耗高，迫使在风口前燃烧更多的燃料供冶炼需要的热量。搞好煤气流合理分布，充分利用煤气的化学能与热能是中国炼铁工作者的一项重要工作。 根据铁矿石还原热力学计算，如果矿石全部由fe2o3组成，则在co和h2的混合还原气中，当rd波动在00.4，而h2/co比值变动范围01时，煤气的总利用率可达到0.650.75，而如果矿石全部由fe3o4组成，在上述变动范围内，co可达0.590.64，h2可达0.360.52。实际矿石中fe氧化物既有fe2o3也有fe3o4，甚至还有少量2feosio2，这样理论上的煤气利用率应在0.60.65。高炉实际是先进高炉煤气利用率在0.520.54，一般高炉在0.450.48，后进高炉则不足0.4，所以煤气化学能利用尚有相当大的潜力。,26,4.2 合理煤气流分布 煤气从燃烧带内形成上升到炉顶，经理了三次分配：离开燃烧带时的初始分配，流经软熔带时的二次分配，经块状带到达炉顶是时的三次分配。只有这三次分配都搞好了，炉内整体煤气分布就合理，煤气的化学能和热能利用就好，燃料比就低。 煤气初始分配受燃烧带大小（即燃烧带向炉子中心延伸长度情况）和燃烧带上方和周边料柱透气性。操作者用适合于冶炼条件的风速和鼓风动能，以及风口小套数来调节燃烧带大小，燃烧带上方与周边焦炭床的透气性取决于滴落带中焦炭的空隙度c和渣铁在焦床中的滞留率，焦炭落入燃烧带时的状况。这要求焦炭具有好的高温性能（cri和csi）保证滴落带内的空隙度，也要求吨铁渣量少，降低滞留率，使煤气通过的实际通道稳定，有足够的煤气量向中心分布。,27,煤气二次分配在流经软熔带时实现，实践和研究表明倒“v”型软熔带是获得合理分配的必要条件，煤气流到软熔带时发生方向改变，通过焦炭层（焦窗）流入