（钢铁冶金专业论文）高炉喷吹预热煤粉的研究.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 高炉喷吹预热煤粉的研究 摘要 高炉喷吹煤粉工艺可以降低焦比、合理利用煤炭资源、减少环境污染、降低 生产成本等作用。然而随着煤粉喷吹量的增加，煤粉由于加热和裂解而消耗的热 量也随之增加，致使冶炼过程中应补偿的风温加大，从而加大熟风炉的生产压力， 以至于增加了生产成本。因此，完善喷煤技术、改进喷煤技术细节便成为广大炼 铁工作者的努力方向。 本文提出喷吹预热煤粉的新工艺，在分析煤粉燃烧理论的基础上，刈煤粉预 热后性能上发生的变化进行理论探讨，分析预热处理对于煤粉燃烧产生的影响， 并作出相关实验加以研究。研究结果表明： 1 煤粉预热温度低于燃烧点时，其物理形态未发生较大变化。未出现明显 的体积膨胀、软化、聚团等现象，煤粉的预热处理不会影响煤粉的输送。 当煤粉温度超过燃烧点燃烧时，随着燃烧量的增加，煤粉的颜色由黑变 白，灰分逐渐增多，出现了体积收缩、聚合成团的现象；烟煤的燃烧速 度明显高于无烟煤。 2 在煤粉种类和加热方式的选取上，认为选取无烟煤更便于生产，快速加 热方式比慢速加热方式更有效、更合理。 3 煤粉的预热处理手段对高炉冶炼会产生较大影响，主要表现为提高炉料 物理热，提高风温，降低生产成本，具有明显的经济效益和使用价值。 关键词：高炉煤粉预热失重挥发分焦比 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h er e s e a r c ho fi n j e c t i n gh e a t e dp u l v e r i z e dc o a l a b s t r a c t i h et e c h n i c so fp u l v e r i z e dc o a li n j e c t i o nc o u l dr e d u c e 也ec o k er a t i o 、d e c r e a s e t h ep o l l u t i o no f t h ee n v i r o n m e n t 、u t i l i z et h ec o a lr e s o u r c ew i t hr e a s o n 、s a v et h ec o ! ；io f p r o d u c t i o n h o w e v e r , w i t hi n c r e a s i n gt h eq u a n t i t yo fi n j e c t e dp u l v e r i z e dc o a l ，t h e h e a tt h a tt h ep u l v e r i z e dc o a lc o n s t i t u t ed u et oa b s o r b i n gh e a ta n dd e c o m p o u n d i n ga l s o i n c r e a s e s ，c a u s i n gt h ei n c r e a s eo ft h ec o m p e n s a t i v ew i n dt e m p e r a t u r e ，a n di n c r e a s e p r o d u c t i o np r e s so fh o t - b l a s tf u m a c e ，s oa st oi n c r e a s et h ec o s to fp r o d u c t i o n a l li n a l l ，i ti so b v i o u sf o rm o s tp u d d l i n go p e r a t o rt op e r f e c tt h et e c h n o l o g yo fp u l v e r i z e d c o a li n j e c t i o na n di m p r o v et h ed e t a i l so f t h i st e c h n o l o g y t h i sa r t i c l es h o w st h en e wt e c h n o l o g yo fi n j e c t i n gh e a t e dp u l v e r i z e dc o a l b a s i n g o nt h e t h e o r yo fp u l v e r i z e dc o a lb u r n i n g ，d i s c u s s e s t h ec h a n g e sa f t e r h e a t i n g p u l v e r i z e dc o a l ，a n a l y s e st h ee f f e c tt h a tt h ed i s p o s a lo fh e a t i n gp u l v e r i z e dc o a lt a k et o p u l v e r i z e dc o a lb u r n i n g a n dm a d ee x p e r i m e n t st or e s e a r c h n l er e s u l to f t h er e s e a r c h s h o w s ： 1 t h e r ei sn o tm u c hc h a n g et ot h ep h y s i c a lm o d a l i t y ，s u c ka sb u l ke x p a n d i n g 、 i n t e n e r a t i n g 、m a s s i n ga n ds oo n s ot h i st e c h n o l o g yc o u l dn o tb n n go b v i o u se f f e c tt o t r a l l s p o r t i n gp u l v e r i z e dc o a l a n di tc o u l dn o tb r i n gn e g a t i v ee f f e c tt ot h ep u l v e l i z e d c o a lb u r n i n gs p e e da n db u r n i n gr a t e 狮1 e nt h et e m p e r a t u r eo fp u l v e r i z e dc o a li s h i g h e rt h a ni t si g n i t i o nt e m p e r a t u r e ，w i t ht h eq u a n t i t yo ft h eb u r n e dp u l v e r i z e dc o a l i n c r e a s i n g ，t h ec o l o ro f t h ep u l v e r i z e dc o a lr i m sw h i t ef r o mb l a c k t h eq u a n t i t yo ft h e a s hi si n c r e a s i n g a n dt h ep u l v e r i z e dc o a li ss h r i n k i n ga n da s s e m b l i n g t h eb u r ns p e e d o f s o f tc o a li so b v i o u s l ym o r er a p i dt h a nb l i n dc o a l s 2 t ot h ec h o i c ef o rt h ek i n do fc o a la n dt h em o d eo fh e a t i n gu p ，i ti sm o r e a d v a n t a g e o u sf o rp r o d u c t i o nt oc h o o s ea n t h r a c i t e ，i ti sm o r er e a s o n a b l ea n d e f f e c t i v e f o rp r o d u c t i o nt oc h o o s er a p i d l yh e a t i n gt h a ns l o w l yh e m i n g 3 i ts h o u l db eb r o u g h tp o s i t i v ee f f e c ti fm a k i n gu s eo ft h i sn e wt e c h n o l o g yi n c o u r s eo fb l a s tf u r n a c es m e l t i n g ，p r i m a r ys h o w ：i n c r e a s i n gt h ec h a r g i n gh e a ta n dh o t w i n dt e m p e r a t u r e 、s a v i n gp r o d u c t i o nc o s t ，a n dt h i st e c h n o l o g yo w no b v i o u se c o n o m i c b e n e f i t sa n du s ev a l u e k e yw o r d s ：b l a s tf u r n a c e ，p u l v e r i z e dc o a l ，h e a t ，w e i g h t l e s s n e s s ，v o l a t i l e ，c o k er a t i o i l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：_ 是 i期： 2 ，旷3 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北大学硕士学位论文 第一章综述 第一章综述 众所周知，当今世界焦煤资源短缺是一个普遍存在的现象，而在我国，焦 煤紧张更是长期制约着我国钢铁生产的发展。由于焦煤资源日益短缺，炼焦工序 污染严重以及焦炭价格非常昂贵，所以如何降低焦比便成了高炉炼铁工作者最关 心的问题。降低焦炭消耗的途径有很多，而大量喷吹煤粉，以煤代焦是降低焦炭 消耗最为经济有效的措施。喷吹煤粉不仅可以节省焦碳的使用、降低生产成本， 而且它还具有可以调节高炉炉况的优点，因此在高炉炼铁生产中被广泛地使用， 并且收到了明显的效果。当然在实施喷欧煤粉这项技术时，还遇到了一些新的问 题，这说明它还有很多地方需要完善、需要提高。 为了完善喷吹煤粉这项先进的生产技术，我们应该对喷吹煤粉的发展历程、 现状及其发展前景有定的了解。 1 1 高炉喷吹煤粉的产生和早期实验 1 8 3 1 年英国人奥恩- 戴维斯发明高炉风口喷煤，1 8 4 0 年由s m b a n k s 获得 了专利，并且1 8 4 0 一1 8 4 5 年在法国的h a u t - - m a r n e 得到实现，但是由于煤粉易堵 塞，所以在当时没能实现稳定的操作。 早期实验阶段是在2 0 世纪5 0 年代末6 0 年代初，在这一时期高炉喷吹技术 的发展迎来了一个高峰。在当时，焦炭的价格已经在上涨，世界各国都在努力开 发高炉喷吹技术。当时有一些钢铁公司与研究所确定了工业高炉喷吹煤粉的目 标，随即高炉喷煤技术得到迅速发展。从1 9 5 5 年5 月l o 日到8 月2 0 目，前苏 联在捷尔任斯基钢铁厂的4 2 7 米3 高炉上，进行了经风口喷吹煤粉的试验。由于 实验时i 剞比较短，所以不能作出很全面的评价，但实验结果还是良好的。1 9 5 9 年荚困矿业局和美国钢公司在9 6 米3 的实验高炉上进行了喷吹煤粉实验。炉料 中应用1 0 0 的烧结矿，在试验过程中成功地置换了2 4 的焦炭，煤的转换系数 接近于1 1 2 ) 。1 9 6 0 年，美国伯利恒( b e t h l e h e m ) 钢铁公司和美国国家钢铁公司在 纽约布法罗( b u f f a l o ) 的汉纳( h a n n a ) 钢铁厂2 号高炉( 炉缸直径为4 8 8 0 m m ) 上进行了喷煤研究【3 1 。法国于1 9 6 1 1 9 6 2 年闻在萨斯厂小高炉上进行了高炉喷 煤的初步试验，1 9 6 3 年又在卢夫拉尔厂进行了工业试验。当时喷l 戈粒度为l m m 的无烟煤，喷吹的初期效果尚好，但喷吹一段时间后，出现了炉缸堆积和燃料比 升高的现象，而中止了试验【矾。而现代第一次大规模的工业高炉喷煤试验是由国 际钢铁联合会于1 9 6 1 年在北美汉纳公司的2 号高炉上完成的【5 】。接着，美国柯 珀斯( k o p p e r s ) 公司于1 9 6 2 年、1 9 6 4 1 9 6 5 年分别在西弗吉尼亚州韦尔顿 ( w e i r t o n ，w e s tv i g i n i a ) 的4 号高炉、3 号高炉上进行了喷吹煤粉的实验1 3 j 。1 9 6 4 东北大学硕士学位论文第一章综述 年美国阿姆柯钢公司阿什兰厂的高炉上开始喷吹煤粉，1 9 6 6 年1 月该厂利用巴 如科克一威尔克科斯公司共同开发的喷吹系统在贝勒丰特高炉上进行了煤粉的 连续喷吹，到1 9 7 3 年1 月共向高炉喷吹了4 0 多万吨煤粉。转换比为1 1 ，转换 焦炭2 8 t 2 1 。 在这一时期，我国的高炉喷煤技术也在积极地发展。1 9 6 4 年5 月我国首次 于鞍钢6 号高炉喷吹煤粉，由于爆炸事故一度中断。同年在首钢l 号高炉( 5 7 6 m 3 ) 进行了喷吹无烟煤试验。1 9 6 5 年1 0 月，在没有富氧的情况下，喷煤量已接近 2 0 0 k g t ，喷煤率达到3 0 i “。虽然高炉操作出现了一些困难，即由于炉缸温度不 足等原因有时引起炉缸工作状态失常，但这仍是当时国内外工业试验取得的最好 成绩。经过调整高炉操作，首钢于1 9 6 6 年又进行了大量喷吹量的试验。当时全 厂在年平均入炉品位5 1 8 0 、渣量5 6 9 k 。g t 铁、风温为1 0 9 2 c 的情况下，喷煤 量达2 2 5 k g t 铁，喷吹率达3 5 。1 2 。1 9 6 6 年5 月份，煤比达到2 7 9 k g t 铁，喷吹 率为4 5 4 ，焦比降至3 3 6 k g t 铁，置换比为o 8 0 4 1 7 o 这些技术指标在当时处于 世界领先地位。我国鞍钢3 号高炉曾以平均2 0 3 k g t 的喷煤量连续运行3 个月， 并有良好的技术经济指标j 。 1 2 国外高炉喷煤技术的发展及研究 6 0 年代，中国、美国、苏联最早开发了喷煤技术；肋年代，日本、西欧的 喷煤技术迅速发展，处于世界领先地位；9 0 年代，北美各国急起直追，喷煤技 术得到应用、推广和提高吼 1 2 1 英法高炉喷煤技术的发展 西欧高炉喷煤技术发展迅速，已在世界上处于领先地位，1 9 9 2 年法国高炉 的喷煤情况见表1 1 1 ”1 。如今，在于齐诺尔萨西诺尔，许多情况下，喷煤量已 高达19 0 k g t 铁水，焦比低于3 0 0 k g t 铁水，操作结果极好i 】。 袭1 11 9 9 2 年法国高炉喷煤情况 ! 垫! ! ! ：! ! 坚! ! 坐! ! ! p ! ! ：! ! i 鲤! 型! 脚! 垡1 2 1i 21 1 1 1 ! ! ! ! ! 厂名炉号喷煤量k g t喷煤系统 敦刻尔克4 1 6 9 p w 多管路系统 福斯 1 1 2 9 p w 多管路系统 敦刻尔克 31 2 5 k t o c k n e r 单管路系统 福斯 21 0 2 p w 多管路系统 敦刻尔克 2 8 0 p w 多管路系统 隆巴 59 0 粒煤喷吹系统 帕多拉尔 6 8 4 粒煤喷吹系统 晌多拉尔 38 4 粒煤喷吹系统 隆巴 77 7 粒煤喷吹系统 法国平均 1 2 0 东北大学硕士学位论吏 第一章综述 年美国阿姆柯钢公司阿什兰厂的高炉上开始喷吹煤粉，1 9 6 6 年1 月该厂利用巴 布科克一威尔克科斯公司共同开发的喷吹系统在贝勒丰特高炉上进行了煤粉的 连续喷吹，到1 9 7 3 年1 月共向高炉喷吹了4 0 多万吨煤粉。转换比为1 1 ，转换 焦炭2 8 ”。 在这一时期，我国的高炉喷煤技术也在积极地发展。1 9 6 4 年5 月我国首次 于鞍钢6 号高炉喷吹煤粉，由于爆炸事故一度中断。同年在首钢i 号高炉e 5 7 6 m 3 ) 进行了喷吹无烟煤试验。1 9 6 5 年1 0 月，在没有富氧的情况下，喷煤量已接近 2 0 0 k g t ，喷煤率达到3 0 【6 l 。虽然高炉操作出现了些困难，即由于炉缸温度不 足等原因有时引起炉缸工作状态失常，但这仍是当时国内外工业试验取得的最好 成绩。经过调整高炉操作，首钢于1 9 6 6 年又进行了大量喷吹量的试验。当时全 厂在年平均入炉品位5 1 8 0 、渣量5 6 9 k 卧铁、风温为1 0 9 2 的情况下，喷煤 量达2 2 5 k g t 铁，喷吹率达3 5 1 2 。1 9 6 6 年5 月份，煤比达到2 7 9 k s t 铁，喷吹 率为4 5 4 ，焦比降至3 3 6 k g t 铁，置换比为0 8 0 4 【”。这些技术指标在当时处于 世界领先地位。我国鞍钢3 号高炉曾以平均2 0 3 k g , t 的喷煤量连续运行3 个月， 并有良好的技术经济指标口i 。 1 2 国外高炉喷煤技术的发展及研究 6 0 年代，中国、美国、苏联最早开技了喷煤技术；8 0 年代，日本、西欧的 喷煤技术迅速发展处于世界领先地位：9 0 年代，北美各国急起直追，唢煤技 术得到应用、推广和提高9 1 。 1 2 1 英法高炉喷煤技术的发展 西欧高炉喷煤技术发展迅速，已在世界上处于领先地位，1 9 9 2 年法国高炉 的喷煤情况见表1 1 【1 。如今，在于齐诺尔萨西诺尔，许多情况下，喷煤量已 高达1 9 0 k g t 铁水，焦比低于3 0 0 k t 铁水，操作结果极好】。 高达1 9 0 k t 铁水，焦比低于3 0 0 k t 铁水操作结果极好】。 表111 9 9 2 年法国高炉喷煤情况 厂名炉号喷煤量k 卧 喷煤系堑一一 敦刻尔克 41 6 9 p w 多管路系统 福斯 1 1 2 9 p w 多管路系统 敦刻尔克 3 1 2 5 k l o d m e r 单管路系统 福斯 2 1 0 2 p w 多管路系统 敦刻尔克 2 8 0 p w 多管路系统 隆巴 5 9 0 粒煤喷吹系统 帕毒拉尔 68 4 粒煤喷吹系统 伯多拉尔 3 8 4 粒煤喷吹系统 隆巴 7 7 7 粒煤喷欧系统 2 东北大学硕士学位论文第一章综述 其中福斯l 号高炉的喷煤系统使用p w 公司的浓相输送技术，固气比 5 0 6 0 k gm k g 。从使用结果看，两种系统都运行良好，事故率极低，基本上不 用维修。法国目前所用的煤粉喷吹系统在国际上是比较先进的，主要特点是： 工艺流程简单合理，系统可靠，故障率极低：计量和控制系统先进，福斯高炉 的p w 喷吹系统各风口的煤粉均匀分配误差小于2 ，利用单支管流量计进行测 量，然后用补气的方式调节煤量，从而实现了浓相输送； 制粉和喷煤系统高度 自动化，大多数厂一个系统仅一个人操作。 法国洛尔丰特厂的粒煤喷吹系统工艺流程特点：粒煤的粒度1 0 0 3 m m ； 磨煤可利用焦化厂的磨煤设备，也可灵活选择其它磨煤设备( 如锤式磨等) 。 磨煤过程中不干燥；粒煤干燥后的水分小于1 ，干燥与磨煤分开，单独在一 个管道炉中进行；系统为多管路系统，每个风口的喷煤量由一个机械给料器调 节，精度为+ 2 。 英国斯肯索普厂喷吹粒煤，采用的是s i m o nm a c a w b e r 系统，高炉达到了很 高的喷煤量。在维多利亚高炉进行的大喷煤量实验说明，粒煤喷吹与粉煤喷吹一 样完全可以达到高的喷媒量。这座高炉从1 9 9 1 年l o 月起共进行了1 8 周的试验， 平均煤比达到1 9 4 k g t ，其中有9 周煤比持续维持在2 0 0 k t 以上，周平均焦比最 低降到2 6 4 k g t ( 另加焦丁2 0 k g t ) ，1 8 周的平均指标为：利用系数2 - 3 d ，焦比 2 8 9 k g t ，焦丁1 9 k g t ，煤比1 9 4 k g t ，富氧率7 9 ，风温1 1 3 3 ，顶压5 3 k p a ， 煤气利用率5 0 6 ， s i l0 ，5 9 ，渣量2 6 8 k g t 。应该指出，斯肯索普厂高炉喷煤 量很高，但富氧率也较高。原因归纳两点：一是风温不很高，必须用富氧来补偿 风口前理论燃烧温度；二是为了改善粒煤燃烧条件必须提高富氧率。1 9 9 3 年下 半年，这座高炉正在进行2 5 0 k t 喷煤量的试验。 由英国钢铁公司、荷兰霍戈文公司和意大利伊尔瓦公司在英国克里夫兰高炉 ( 工作容积约6 0 0 m 3 ) 共同进行的富氧喷粒煤工业试验则带有探索性。这座高炉 生产铸造铁，试验共进行了3 个阶段。第一阶段从1 9 9 0 年5 月1 日至6 月2 7 同， 喷煤量达到1 5 0 k g & ，第二阶段从1 9 9 0 年1 1 月至1 2 月，第5 天喷煤量达到2 0 0 k g t ， 保持了1 3 天，然后经2 天提高到2 5 0 k 趴，并保持了3 0 天，实现了喷煤量2 5 0k g t 的目标。第三阶段从1 9 9 1 年5 月2 0 日开始，初始喷煤量为1 0 0 k g t ，第6 天达 到2 5 0 k g t ，第1 7 ，1 8 天达到3 0 0 k g t ，最高日均达3 1 8 k g t 。3 个阶段的试验实现了 喷煤3 0 0 k g t 的目标，现该高炉出于经济原因己转炼锰铁。 英国钢铁公司的r a v e n s c r a i g 厂也应用了粒煤喷吹技术，只是工艺流程与斯 肯索普厂有所区别。英国钢铁公司粒煤喷吹系统的特点如下：喷入高炉粒煤的 粒度分布为1 0 0 d 、于5 m m ，9 5 小于2 m m ，1 0 3 0 小于o 0 7 4 m m ( 一般的 粉煤喷吹粒度分布为8 0 d , 于0 0 7 4 m m ) 。1 0 0 小于5 r a m 是考虑管径与煤粒度 东北大学硕士学位论文 第一章综述 之比必须大于5 倍，9 5 的煤必须小于2 m m 是因减少2 - 5 r a m 粒度煤可避免煤对 胍e l 的磨损，而粒度相对较粗的煤可大大节约磨煤熙需能量，并可选择多种破碎 装置。煤中的结晶水基本保留在喷入高炉的粒煤中( 具体喷吹粒煤的最终水分 含量由试验确定) ，可节省干燥用的能源。与粉煤比较，干燥煤粒所用的能量可 以从4 0 0 m j t 降到3 0 0 m j t 。管道磨损主要在弯管处，要适当采取防磨措施。 为防止粒煤在喷吹过程中可自2 产生偏析，采取了与粉煤喷吹同样的防爆安全措 施。因粒煤平均粒度相对增大，爆炸的可能性大大减少。喷煤比很高时，未见 粒煤燃烧不完全状况，可以推测粒煤在风口的燃烧机理不同于粉煤。喷煤系统 高度自动化，第二代喷吹装置可精确地控制各风口的喷煤量。 英国和法国高炉在实现高喷煤量时高炉操作上采取的基本措施有：提高喷 煤量时保持焦炭批重不变，以保持软融带的焦窗面积不变，进而保证高炉下部的 透i 性彳i 恶化为了改善高炉块状带的透气性，西欧高炉普遍在烧结矿中混装 小焦t ( 2 5 m m 以下) ，最大量可达3 0 k g t ；高炉下部调节最主要的原则是在提 高高炉喷煤量的同时保持炉腹煤气量不变，即减风和适当富氧：高炉上部调节 主要是根据煤气取样检测结果来控制边缓煤气流，适当疏松中心。 1 2 2 意大利塔兰托厂的炼铁喷煤技术 自t 9 8 9 年以来，i l p ( 1 l v al am i n a t i p i a n i s p a 依尔瓦皮阿尼轧钢公司) 一直 在其塔兰托厂进行一项重要的用于生产铁水的技术开发项目。该项目包括将煤粉 喷吹技术应用于正在运行的四座现代化、高生产率的高炉 1 2 l 。 煤粉喷吹设备的简介： 煤粉喷吹设备的设计能力每座高炉单位喷吹比为2 0 0 k g t ，每小时研磨 和喷吹的煤粉共计2 3 4 t 。 对各种影响因素进行广泛研究后，选择了喷煤设备的安装地点，这些因素包 括如何减少闲置空间，喷吹距离，喷煤原燃料的综合处理能力，煤粉研磨和喷吹 站设成一个整体，这样可使投资费用降到最低。因而。将喷煤设备安装在4 号高 炉附近，这样喷吹管道距l 、2 、4 、5 号高炉的距离分别为6 3 0 m m ，5 5 0 m m ，4 2 0 m m 和5 7 0 m m 。采用了浓相长距离喷吹系统，没有采用中阃存储站。 这套设备的设计包括原料处理、煤的研磨和干燥及喷吹系统三个步骤。煤粉 制备和喷吹设备安装在一个简单的中央装置中。通过安装一套按标准尺寸制造的 设备，可确保其具有较高的利用效率。各部件具有相似性且互相独立，能进行局 部操作和煤粉混合。 原煤处理设备处理从中央原料场经一条特殊设计的长8 0 0 m 的管状皮带运来 的煤。这蝗煤储存在三个原煤仓中，每个可容纳4 7 0 t 。有3 台8 0 t 的球磨机，在 东北大学硕士学位论丈 第一蘑综述 这甲煤被研磨成需要的粒度。 该系统如此设计，便于任何运行设备都能将储煤最少的煤仓装满。由于喷吹 的煤粉湿度不应超过1 ，所以同时要将煤粉干燥。用高炉煤气作为干燥气体，并 将研磨后的煤粉及载体气体温度控制在9 5 0 。c ，以避免在布袋除尘器中发生冷凝。 通过改变经过热气体发生器的热量供应及球磨机的产量，就能确定磨煤系统 的出口。该系统的总体热平衡是通过一台在线计算机模型来优化的，以避免湿度 和氧气水平不必要地增加。然后干燥的煤粉和气体混合物进入布袋除尘器，在这 里喷吹用煤粉被分离并进入粉煤仓。过筛系统残留有煤粉。每个过筛装置都装备 有一台螺旋运输机和旋转阀，以防止空气进入。从布袋除尘器输出的煤粉通过粉 煤仓中的送料机和旋转阀来收集。煤粉在重力作用下从煤粉仓出口流出，在进入 喷吹罐前进行筛分。4 座高炉配备了5 个喷吹站，对l 号、2 号、4 号高炉，每 座高炉配备2 个喷吹罐，但对较大型的5 号高炉，必须使用两套喷吹系统( 包括4 个喷吹罐) 。喷吹必须是连续且无脉动的。电煤粉分配器还应确保，不需任何附 加调节就能将煤粉均匀分配，并且同时进入高炉风口。煤粉在风口分布的均匀性 可彻底地检测出来，所测值离平均值的偏差保持在士5 以内。 1 2 3 霍戈文钢铁公司艾莫伊登厂 霍戈文公司艾莫伊登厂采用的是a e m c ob a b c o c k - w i l c o 喷煤系统l l 。 开始时，粉碎装置由两个磨机组成。干燥介质为被预热到1 5 0 的空气，并 用这些空气将煤粉气动输送到容积为1 5 0 t 的中心储料罐内。三个喷煤罐配置在 储料罐的下面，其操作按着装粉、粉碎和输送的顺序交替运行。借助于主管道把 煤粉输送到分配器中，在分配器内，煤粉和空气的混合物被流态化后，经等长度 管道把煤粉喷入各个风口内。 通过喷煤罐压力的变化和输送煤气量的变化，可调节喷吹量，所以每一种变 化都会对所有的输送管道产生影响。 其磨机加工出的煤粉，小于9 0 岫的占8 0 。制粉用煤是来自北美的高挥发 分煤，灰分含量为3 4 8 o 。，挥发分为2 9 5 0 p 3 8 1 ，硫含量为0 5 7 1 o 哈德罗夫指数( 煤的可磨性参数) 为4 0 7 0 。 1 9 9 5 年，为了提高喷煤能力，喷燥系统又添加了一台磨煤机，现在总共有 三台磨煤机，使磨煤能力提高了5 0 。目前，两座高炉每年喷欢1 2 0 0 多万t 煤。 艾莫伊登厂19 9 6 年的技术经济指标如下： 燃料比：4 9 0 k g t 铁：煤比：2 1 0 k g t 铁：焦比：2 8 0 k g t 铁。 从1 9 9 7 年开始，两座高炉的煤比均达2 2 0 k g t 铁，并且高炉稳定顺行。他们 计划在不久的将来，进行煤比为2 5 0 k g t 铁的试验，如果试验成功，还要安装第 东北大学硕士学位论文 第一章综述 4 条磨煤线。 1 2 4 内陆钢公司7 号高炉的喷煤情况 内陆锅公司7 号高炉是该公司印第安那港厂3 座高炉中最大的一座，工作容 积为3 7 3 8 m3 ，该高炉能满足全厂大约2 3 的铁水需要1 3 j 。 内陆锅公司7 号高炉的喷煤系统输煤能力为7 3 ，o t h ，可输送水分为1 o 、 粒度 2 0 0 目占8 0 的煤粉。输煤时以氮气为载体，浓相输送至高炉。煤粉通过 两套独立系统供给高炉：一套系统供2 0 个偶数号风口，另一套系统供2 0 个奇数 号风口。两套系统由各自的7 4 0 m 3 ( 4 3 5t ) 煤粉仓供煤。煤粉仓由各自的磨煤机供 煤，但当某台磨煤机产率降低时，另一台磨煤机能向两套系统同时供煤。每套嚷 吹系统都有两个喷吹罐。从喷吹罐到固定分配器( 每套系统一台) ，煤的输送距离 约为2 1 0 m ，分配器安装在高炉附近，高于风口水平殛。每台分配器把煤粉流分 散供给2 0 个喷吹管线，位于分配器和煤枪之间各自的喷吹管线上的声速风口产 生压力降，足以保证各煤枪之间的煤量分配均匀。煤枪头距风口端部2 5 0 m m 。 风管上安装的逆止阀和球阀使得喷枪在不减风的情况下能安全地拔枪和插枪。 内陆钢7 号高炉1 9 9 6 年1 2 月份的技术指标如下： 焦比：3 2 2 5k 幽； 喷煤比：1 4 5k g t ； 富氧? 2 5 ； 总燃料比：4 6 7 ，5 k g t ； 风温：1 2 7 7 。 1 2 5 国外主要的喷煤工艺流程 ( 1 ) a r m c o 流程 该流程由美国a r m c o 公司与巴布科克威尔科克斯公司共同开发，6 0 2 7 0 年代 首先在美国a r m c o 公司的阿什兰厂两座高炉上使用，1 9 8 1 年日本大分l 号高炉， 以后新日铁公司的1 0 座喷煤高炉都用此技术，1 9 8 3 年用于荷兰艾莫伊登厂4 、6 、 7 号高炉，以后又用于韩国的浦项、光阳厂、台湾中钢公司高炉a 这是一种总管加分配器的主要流程，一般设有3 个并列喷吹磁，为了达到 分配器后各支管喷煤量的均匀分配，将喷吹罐设在炉顶平台上，各支管都从高处 往下接至风口并调整长度，使各支管的阻损基本相等。该流程靠喷吹罐上的1 电了 秤发信号，用调节罐压的方法来调节喷煤总量。 ( 2 ) k u t t n e r 流程 德国k u t t n e r 公司是一家有名的搞喷粉技术的公司，世界上有2 0 多座商炉 6 东北大学硕士学位论文 第一章综述 使用其技术，典型流程是多管直接喷吹方式。使用该流程的高炉有蒂森公司的鲁 罗尔特6 号、汉博恩4 、6 、9 号、施维尔根1 、2 号、克虏伯公司的莱茵豪森l 、 2 号等。该流程为三罐串联式，每个由储煤罐、中间罐和喷吹罐组成。喷吹罐下 部带有与风口数相等的流化小罐，这些小罐沿圆周方向均布，每个流化小罐中装 有流化板，流化载气从罐的底部进入，小罐上部的煤粉经流化后向上送人喷吹支 管，喷入风口。 k u t t n e r 公司也有总管加分配器的流程。如用于赫施公司的多特蒙德4 、7 号，巴西佩恩斯公司迪维诺波利斯l 3 号高炉。 ( 3 ) k l c k n e r 流程 k l c k n e r 的k c t 公司是德国另一家擅长喷吹工艺的公司，与a r m c o 相似也是 总管加分配器方式。分配器设在高炉中下部一侧，在支管上安装不同的固定压损 管用以调整各支管的阻损，使之基本相等。喷吹罐出口的总管上装有液控调节阀， 用调节阀门开度的方法与电子秤配合调节喷煤总量。目前意大利、瑞典、印度、 比利时等国已有l o 座高炉采用该公司的技术。 ( 4 ) e w 流程 卢森堡e w 公司有多管直接喷吹流程，如用于法国于齐诺尔公司的敦刻尔 克2 、4 号、德国迪林根公司4 、5 号高炉，各支管靠调节旋转给料器的转速调整 喷煤量。 该公司也有总管加分配器流程。例如，用于比利时马里蒂姆公司的a ，b 号 高炉，采用三罐并列方式，一个装煤，个加压准备，一个喷吹。 ( 5 ) s i m o nm a c a w b c r 流程 该流程目前只用于喷吹粒煤的工厂，如英国的斯肯索普厂、法国的l o r f o n t e 公司和美国伯利恒公司的伯恩斯港厂等。该流程采用三罐串联方式，每个系列有 储煤罐、称量罐和分配罐。分配罐下部漏斗沿圆周均匀分布，每个漏斗接一个喷 吹小罐，每个小罐下部装有螺旋给料机( 电动、转速可调) ，每根支管上装有流量 计，用以自动调节每个风口的喷煤量，系多管赢接喷吹方式。给料机送出的煤粉 进人喷吹支管，为下出料式。 ( 6 ) 川崎流程 川崎流程的特点是采用单系列( 或双系列) 串罐多管直吹方式。喷吹罐上串有 中间罐，从喷吹罐内接出双排喷吹支管喷吹罐底部有流化板，输送和加压气体 从罐底进入经流化板将煤粉以较大浓度送出，每根支管的出口约1 m 处都接有二 次风管，以压缩空气进行稀释，并以二次风的大小调节每根支管的喷煤量。试车 投产时，用检查罐根据每根支管的不同阻力特性曲线调整二次风量以满足以后各 个风口喷煤量基本均匀的要求。 ( 7 ) 住友流程 7 东北大学硕士学位论丈 第一章综述 r 本住友公司和歌山、鹿岛、小仓厂都使用该公司自己开发的住友流程， 以前和歌山4 号高炉用的住友流程是三罐并列方式，煤粉从一根总管经蔼级分配 器( 4 7 ) 送至2 8 个风口，鹿岛2 号高炉六罐并列用两根总管经两级分配器( 2 4 5 ) 送至4 0 个风口。原设计每三个罐中一个喷吹，一个装料，一个准备， 现已改为二个喷吹，一个装料。住友流程的特点是总管上装有压差式流量计，与 旋转式可调煤粉给料机配合，自动调节喷煤总量( 给料机为电动，用v v v f 控制) ， 电子秤与调节罐压的方法只是作为备用。过去支管上有设压差式流量计的，但不 能自动调节，现已取消。为提高分配器后各支管的分配均匀度，在5 0 的支管上 装有固定压损管。1 9 9 1 年底建成投产的和歌山5 号高炉的喷吹系统已改为单系 列串罐方式，总管加分配器方式不变。 ( 8 ) p e t r o r a r b k o b e 流程 这是同本神户公司购买了美国p e t r o c a r b 公司的技术加以完善的流程，也 是单系列串罐多管直吹方式，属下出料式。加古川2 号高炉喷吹罐下部先分成6 个大漏斗，每个大漏斗又分成6 个小漏斗，从小漏斗向下的煤粉输出管与喷吹送 气管垂直相交，也以二次风量微调煤粉流量。该流程不仅用于神户公司的神户厂、 加古川厂，也用于日本钢管公司所属的福山、鹿岛等厂【1 4 】。 1 2 6 国外开发高喷煤比的措施 由于世界各地高炉的设备情况不同，原料性能的差异以及出于经济方面的考 虑，各钢铁公司因地制宜地采用了各种喷煤措施，以提高喷煤比，均取得了较好 的效果。下面就叙述一下一部分钢铁公司近年来达到高喷煤比所采用的一些措施 和取得的效果【1 5 】。 ( 1 ) 日本住友金属工业公司小仓厂 措施： 由于矿石层厚度随矿焦比的升高而变厚，会导致熔化能力的减弱，并恶化 煤气透气性，因此采用固定矿批的装料方式代替固定焦批的装料方式， 使用小粒级烧结矿。以增加块状带的压差； 为提高压差，将喷枪位鬣设在风口前端； 富氧最大到1 ，使炉顶的煤气温度随热流比的降低而升高； 提高焦炭的反应强度。 效果： 在采用低强度焦炭、低富氧的情况下，喷煤比由7 5 k g t 铁增加到了1 5 0 k g t 铁。 ( 2 ) 瑞典钢铁公司乌克瑟勒松德厂 东北大学硕士学位论文第一章综述 措施： 用旋流式氧一煤喷检，改善煤粉的燃烧； 采用的同轴式氧一煤喷枪的喷煤管相对于喷氧管是可调的。 效果： 煤比由l o o k g t 铁提高到1 4 0 k g t 铁； 由于用氧冷却喷枪。消除了喷枪头结焦的现象，而且喷枪堵塞的现象也减 少了： 由于采用了内、外管长度可调的同轴喷枪，可控制着火点的位置。 ( 3 ) 日本神户钢铁公司加古川厂 措施： 改善炉料的分布，控制软熔带，控制中心区域的矿焦比，维持活跃的中心 气流； 改善回旋区的条件 a 喷枪的位置移向风口前端，使c 0 2 ，最高含量点向回旋区深处移动； b 控制风口前端的煤气速度，通过减小风口直径，来保持较高的煤气速度， 从而降低热损失。 效果： 热损失及压力损失减小了，风压平稳，喷煤比由1 0 0 k g t 铁提高到l a o k g a 铁。 ( 4 ) 日本日新钢铁公司吴厂 措施： 采用无钟炉顶，通过控制布料来控制煤气流； 通过富氧来提高煤焦置换比，并降低炉顶煤气温度； 扩大风口直径以调熬风口气流速度和改变喷枪嘴的相对位置，减少鼓风压 力。 效果： 喷煤比由8 0 9 0 k g t 铁提高到1 5 0 k g t 铁。 ( 5 ) 霍戈文钢铁公司艾莫伊登厂 措施： 采用富氧：风中含氧量由2 2 5 提高到2 6 5 ： 干燥炉料； 控制炉料的分布，维持适宜的中心煤气流： 喷吹高挥发分煤。 效果： 东北大学硕士学位论文 第一章综述 喷煤比由1 3 0 k g t 铁提高到2 1 0 k g t 铁，煤粉燃烧效果良好。 ( 6 ) 德国蒂森钢铁公司 措施： 采用同轴喷枪一脉冲式供氧方法。 效果： 喷煤比达到2 2 4 k g t 铁。 ( 7 ) 比利时 采用双喷吹工艺，喷煤比达2 5 0 k g t 铁。 ( 8 ) 英国钢铁公司斯肯索普厂 喷吹粒煤( 粒煤优于粉煤的主要特点是制备费用少。试验期间喷煤比达 2 0 7 k g t 铁。 ( 9 ) 只本 措施： 采取富氧鼓风，使氧与煤粉均匀混合； 使用外界电场； 采用最佳的磨煤方式； 使用化学附加剂。 效果： 强化了煤粉的燃烧，喷吹量可以达到2 0 0 k g t 铁。 总结国外大钢铁公司的研究成果，为获得高喷煤比，建议主要应采取以下几 项措施： ( 1 ) 稳定炉内的煤气流，控制热流比； ( 2 ) 通过布料来控制圆周煤气流发展中心煤气流； ( 3 ) 采用固定矿批的装料方式，提高煤气透气性； ( 4 ) 使用含a 1 2 0 3 低且易还原的烧结矿以改善炉子下部的透气性和炉料的 还原性： ( 5 ) 改善焦炭的冷强度和热强度，抑制焦炭在回旋区做回旋运动时产生的 粉化； ( 6 ) 优化高炉的鼓风条件，确保回旋区深度，提高风温，采用富氧鼓风、 优化喷枪结构并确定喷枪在风e 1 中的位置，以提高煤粉的燃烧率： ( 7 ) 采用外界电场及化学附加剂，强化煤粉的燃烧。 1 3 国内喷煤技术的现状和研究 从8 0 年代中期起，我国开始大力推广高炉大量喷煤技术，并取得明显进展。 0 东北大学硕士学位论文 第一章综述 目前，1 8 家重点企业中的1 5 家共6 l 座高炉喷煤，占重点企业高炉总数的8 0 【1 6 1 。 1 3 1 宝钢的喷煤情况和技术研究 ( i ) 宝钢喷煤的现状 宝钢炼铁厂现有三座4 0 0 0 m 3 级高炉。1 号高炉于1 9 8 5 年点火投产，喷吹重 油；2 、3 号高炉分别于1 9 9 1 年6 月和1 9 9 4 年9 月点火投产，喷吹煤粉【i ”。 宝钢2 号高炉喷煤设备于1 9 9 2 年5 月1 4 日开始投入运行【。经两年多的摸 索和实践，年平均喷吹量由1 9 9 2 年的3 1 3 k 卧铁，上升到1 9 9 3 年的6 6 4 k g t 铁， 到1 9 9 4 年突破1 0 0k g t ，达到1 0 6 6 k g t ，其中1 9 9 4 年1 1 月曾达到1 2 5 1 k g h 铁， 大大超过了7 2 k g t 铁的设计指标，也超过了设备最大能力1 2 0 k g t 铁。随喷煤量 增加，高炉的综合能力得到改善，入炉焦比已降到4 0 0 k g t 铁以下。 3 号高炉喷吹煤粉装置是在高炉投产后一个月即投入运行，且较快地转入了 正常轨道。投入运行后的第二个月在单系统喷吹情况下，就取得了4 2 4 k g t 的好 成绩，另一个系统于1 9 9 5 年1 月底投产。 高炉多喷吹煤粉，不仅节省了大量焦炭，而且缓和了三座高炉塔接生产时焦 炭供应紧张状态，取得了相当可观的经济效益。 表1 21 9 9 4 年2 、3 号高炉喷吹煤粉量，t 1 23 4 5 6 目 舟 ， 3 号高炉 一 一 一一一一一 月份8 9 l o1 11 2 全年 2 号高炉 2 6 6 9 0 2 7 5 0 82 9 6 5 7 3 3 6 6 13 1 9 2 73 4 2 8 7 7 1 兰壶生=! 竺 ! ：! ! 竺! ! ：竺 喷煤工艺流程 2 号高炉喷吹煤粉装置为串联罐、双系列多管路喷吹烟煤系统，磨煤系统 为中速磨负压系统。制粉和喷煤系统布置在同一建筑物内，该处距离高炉中心 1 4 8m ，最长喷吹管线约2 5 0 m 。3 号高炉在2 号高炉基础上对工艺流程作了如下 改进： 增设热风炉废气引风机装置： 制粉收粉系统改为一级布袋吸粉工艺，工艺流程简单、设备少、管道易 于布置。在系统中预留了增加旋风分离器的位置： 喷吹方式改为单管如分配器，比多支管喷吹系统阻损少，更适合煤粉远 距离输送和不同煤种的喷吹。 东北大学硕士学位论文 第一章综述 ( 2 ) 宝钢喷煤技术的研究 宝钢喷煤的主要特点： 1 ) 较低的理论燃烧温度2 ) 低富氧率3 ) 较好的煤粉利用4 ) 高风速 5 ) 较高的煤气利用率6