喷煤在高炉中的应用.ppt

1、魏国 副教授 东北大学 钢铁冶金研究所 2006年9月,炼铁技术培训,1.1 高炉喷煤的意义,用煤粉代替焦炭，降低成本 解决焦炭短缺问题； 降低生产成本； 综合能耗降低；,1.概 述,有利于采用高风温和富氧鼓风技术 解决高风温产生的问题； 解决富氧鼓风产生的问题；,有利于调节炉况，改善高炉冶炼过程 增加调节手段，调节炉温较快； 改善高炉内的还原过程；,解决焦炭短缺问题 焦煤资源短缺 环境保护限制 炼焦生产环境负荷大，污染严重； 焦炉寿命2530年，欧美焦炉多在70年代投产，已到寿命； 环境意识增强，限制新焦炉投产； 降低生产成本 焦煤昂贵，焦炭价高，来源少； 煤资源丰富，来源广，价格低； 改善

2、还原可以降低焦比。,1.概 述,1.1 高炉喷煤的意义,有利于采用高风温技术,高炉不能接收高风温： 理论燃烧温度过高，造成煤气体积增大，实际流速过高，增加炉内压差。 提高燃烧焦点温度， SiO2还原产生大量SiO，气态的SiO在高炉中上部氧化为SiO2堵塞炉料的空隙，恶化料柱透气性，增加炉内压差。 喷煤降低理论燃烧温度，降低压差。 降低燃烧焦点温度，减少SiO2还原，产生的SiO减少。,1.1 高炉喷煤的意义,1.概 述,有利于采用富氧鼓风技术,1.1 高炉喷煤的意义,1.概 述,富氧鼓风产生的问题 理论燃烧温度过高； 燃烧焦点温度过高； 煤气量降低，炉身部炉料加热变差。 喷煤的作用 降低理论

3、燃烧温度； 降低燃烧焦点温度； 增加炉缸煤气量。,调节炉况 常用调节炉况的手段 风温：通常不使用 风量：通常不使用 焦炭负荷：滞后 鼓风湿分：灵敏，但不利于降低能耗 喷煤调节炉况：较快。 改善还原 煤气含H2量增加，有利于降低直接还原，有利于降低焦比。 增加炉缸煤气量，改善还原。,1.1 高炉喷煤的意义,1.概 述,历程： 高炉喷煤技术产生于160年前； 但直到上世纪50年代才在工业生产中应用（前苏联、美国、中国）。,1.2 高炉喷煤发展,1.概 述,世界石油价格变化,1.2 高炉喷煤发展,1.概 述,1.2 高炉喷煤发展,1.概 述,发展方向：,高喷煤量 （250kg/tHM）,2.煤粉燃烧

4、,煤粉的升温、热分解及燃烧 煤粉燃烧与焦炭不同，经历以下步骤： 升温挥发分排出热分解分解产物燃烧 CnHmOxNz(n-x)C+H2+xCO+N2 最终成为：CO、H2、N2。,2.1 煤粉燃烧过程,2.煤粉燃烧,2.1 煤粉燃烧过程,单一颗粒煤粉的燃烧行为,目的：,（1）定量评价煤粉的燃烧特性,（2）考察条件对煤粉燃烧行为的影响及煤粉燃烧机理,（3）探讨提高煤粉燃烧率的新方法,2.煤粉燃烧,2.1 煤粉燃烧过程,2.煤粉燃烧,2.1 煤粉燃烧过程,2.煤粉燃烧,煤粉的升温、热分解及燃烧 煤粉在进入风口直吹管后到离开风口氧化区，停留时间非常短暂，只有不到0.2秒的时间，进入高炉的煤粉必须在这段

5、时间内完成升温、分解及燃烧。,2.1 煤粉燃烧过程,未燃煤粉,2.煤粉燃烧,未燃煤粉,2.1 煤粉燃烧过程,经过热分解和燃烧，未燃煤粉离开风口氧化区后随煤气流进入风口上方。当未燃煤粉与矿石、焦炭接触及到达煤气流速很低的区域就会停留下来，滞留在料柱内。 滞留在料柱内的未燃煤粉，降低了料柱的空隙度，增加煤气通过的阻力，增加高炉炉内压差。 在高炉中心部位堆积会改变煤气流的分布； 一般堆积在软融带根部及软融层部位； 未燃煤粉一般通过铁的渗碳，还原渣、软融层的铁氧化物及与CO2的反应消耗掉； 少量随煤气排出炉外。,2.煤粉燃烧行为,2.2 未燃煤粉行为,2.煤粉燃烧行为,2.2 未燃煤粉行为,未燃煤粉的

6、作用： 过去认为不好，会使压差增高，必须避免。 现在研究认为，存在未燃煤粉有一定的好处，如： 比焦炭优先与H2和CO2反应，保护焦炭强度。 未燃煤粉粘附在矿石上促进了矿石还原，改善了矿石的高温冶金性能。 未燃煤粉粘附在融铁上，参与渗碳，减少了焦炭消耗。,改善煤粉燃烧条件：如提高风温、富氧、使用氧煤枪等； 改善煤粉燃烧性能：包括选择合适的煤种、粒度、添加助燃剂等,2.煤粉燃烧行为,2.3 强化煤粉燃烧,改善煤粉燃烧条件,2.煤粉燃烧行为,2.3 强化煤粉燃烧,（1）提高风温 温度是燃烧反应动力学的重要因素之一。 每提高风温100，风口前理论燃烧温度提高80，可多喷吹煤粉2030 kg/tFe，降

7、低焦比2.5%。,改善煤粉燃烧条件,2.煤粉燃烧行为,2.3 强化煤粉燃烧,（2）富氧 富氧能有效地提高煤粉燃烧速度； 富氧率每增加1%，可望增产2.55.0%，喷煤比增加1230kg/tFe，节约焦炭约0.42.5kg/tFe。,改善煤粉燃烧条件,2.煤粉燃烧行为,2.3 强化煤粉燃烧,（2）富氧,改善煤粉燃烧条件,2.煤粉燃烧行为,2.3 强化煤粉燃烧,（3）使用氧煤枪,单枪,双枪,煤粉浓度,氧浓度,改善煤粉燃烧条件,2.煤粉燃烧行为,2.3 强化煤粉燃烧,（3）使用氧煤枪,改善煤粉燃烧条件,2.煤粉燃烧行为,2.3 强化煤粉燃烧,（3）使用氧煤枪,改善煤粉燃烧性能,2.煤粉燃烧行为,2.

8、3 强化煤粉燃烧,（1）煤种, 物理性能：可磨性、输送性 化学性能：燃烧性、含硫量、灰分、挥发分、气化反应,一般认为，高炉喷吹用煤应满足低灰分、低硫分、低水分、适宜挥发分产率等质量要求。 生产实践：喷吹煤种的范围很广，包括无烟煤、烟煤、褐煤等各煤种都可以喷吹。 如德国蒂森公司喷吹过从挥发分为9%的无烟煤到挥发分达50%的褐煤。 日本将低挥发分无烟煤、高挥发分烟煤等不同煤种用于高炉喷吹。,改善煤粉燃烧性能,2.煤粉燃烧行为,2.3 强化煤粉燃烧,（1）煤种,改善煤粉燃烧性能,2.煤粉燃烧行为,2.3 强化煤粉燃烧,（1）煤种：混煤喷吹,无烟煤固定碳含量高、热值高、置换比高、安全性好，但着火温度高

9、、燃烧性差，所以喷煤量受到限制； 烟煤则正好相反，挥发分高、氢含量高，着火温度低、燃烧性能好、燃烧率高，可以提高喷煤比，但烟煤固定碳含量少，通常置换比不高。 因此，国内外许多先进高炉将烟煤、无烟煤等不同煤种按一定比例混合后用于喷吹。,关于置换比 定义：风口喷入的燃料所能够代替的焦炭量 计算方法： 实际对比法：,灰分校正法：,改善煤粉燃烧性能,2.煤粉燃烧行为,2.3 强化煤粉燃烧,改善煤粉燃烧性能,2.煤粉燃烧行为,2.3 强化煤粉燃烧,发热量校正法： 碳量平衡法：,改善煤粉燃烧性能,2.煤粉燃烧行为,2.3 强化煤粉燃烧,（2）粒度,通常使用-200目粒度占7080%的煤粉用于喷吹。 特殊情

10、况：英国钢铁公司斯肯索普厂在生产中使用粒径为0.253mm，小于2.0mm占98%的粒煤进行喷吹。,宝钢-200目只有60%左右。,改善煤粉燃烧性能,2.煤粉燃烧行为,2.3 强化煤粉燃烧,（2）粒度,改善煤粉燃烧性能,2.煤粉燃烧行为,2.3 强化煤粉燃烧,（3）煤粉助燃剂,德国的施韦尔根高炉最早在煤粉中添加助燃剂进行喷吹，实践证明：添加2%CaCO3后，煤粉在高炉内的燃烧效果增强。 沈峰满提出在煤粉中添加氧化剂的方法，实验效果较好。,有些人认为，高温条件下扩散是燃烧的限制性环节，催化剂作用不明显或可疑，无必要采用催化剂。,3.喷煤对高炉冶炼的影响,热滞后现象 煤粉在炉缸区分解吸热，降低了风

11、口区的热收入。 增加的煤粉量带来的还原性气体在上部改善热交换和间接还原的炉料下降到炉缸，使炉缸温度上升。,.1 对炉温的影响,V：H2参与间接还原处平面至风口平面 高炉的容积； V批：每批料的体积； N：每小时平均下料批数。,压差升高 煤气量增加：煤中氢增加煤气体积。 负荷升高：矿焦比例变大，料柱透气性下降。 未燃煤粉堆积：降低料柱空隙度。,3.喷煤对高炉冶炼的影响,.2 对顺行的影响,喷煤量对料柱压差的影响,喷煤往往导致煤气流分布变化，通常导致边缘发展，但也有时是中心发展。 边缘发展及原因 未燃煤粉堵塞中心料柱，降低中心区域透气性。 降低理论燃烧温度，减少煤气实际体积。 中心发展及原因 煤气

12、含氢量高，煤气量增加。,3.喷煤对高炉冶炼的影响,.2 对煤气流的影响,3.喷煤对高炉冶炼的影响,稳定连续性： 连续生产的需要 高炉热制度稳定的需要 各风口喷吹量均匀性 保证高炉圆周方向的均匀性 喷吹量的可调节性 有利于调节炉温 计量准确性 防止炉温波动 设备简单及安全,4. 喷煤设备及条件,4.1 喷煤设备要求,煤粉制备设备： 原煤干燥 干燥气的来源及要求 进磨煤机时干燥气温度低于350。 干燥气温度一般按磨煤机出口温度控制，下限保证布袋收集器处温度高于露点，上限根据安全防爆考虑。无烟煤不限制，烟煤一般不超过120130，褐煤一般不超过100。,4. 喷煤设备及条件,4.1 喷煤设备要求,磨

13、煤设备：球磨机或中速磨 球磨机： 优点：对煤种适应性强，安全可靠，维护工作量少； 缺点：噪声大，电耗高，外形尺寸大。 中速磨： 优点：电耗低，噪音小，防爆性好，调节性和均匀性好。 缺点：对煤种变化敏感。,4. 喷煤设备及条件,4.1 喷煤设备要求,喷吹罐 双罐并列式： 上为贮煤罐，下为喷煤罐。 优点：高度低，称量准确，可靠性高。 缺点：占地面积大，设备多，投资略高。 三罐单列式： 上为收集罐，中为贮煤罐，下为喷吹罐。 优点：占地面积小，装置简单设备少，投资低。 缺点：贮煤罐和喷吹罐之间硬连接，影响称量的准确性。,4. 喷煤设备及条件,4.1 喷煤设备要求,供煤方式和煤粉分配器 各风口单独供粉：

14、 向高炉集中供粉，采用煤粉分配器将煤粉分配到各个风口。,爆炸基本条件： 煤粉浓度：有文献认为，煤粉浓度12kg/m3时爆炸性最强。爆炸浓度下限在1650g/m3（国外）、351000g/m3（中国）。 氧浓度：浓度越高爆炸性越强。通常低于10%时煤粉失去爆炸性。 点火源：温度越高，越易爆炸。有报道温度低于470时煤粉失去爆炸性。,4. 喷煤设备及条件,4.2 安全问题,影响煤粉爆炸的其它因素 挥发分含量：越高越易爆炸。 煤粉粒度：越细越易爆炸。 含水量；含水越高越不易爆炸。 掺入惰性物质：使爆炸性下降,4. 喷煤设备及条件,4.2 安全问题,高炉： 热风温度：要求高风温。 富氧鼓风：,4. 喷

15、煤设备及条件,4.3 其它条件,焦炭性能： 高强度：由于焦炭负荷上升，料柱透气性变差，对焦炭强度要求提高。 渣量： 降低入炉矿石的SiO2含量，降低吨铁渣量，减少通过滴落带的渣量，可以降低高炉下部压差，改善高炉冶炼过程。,压差增高，透气性变差，煤气流分布异常。 产生的原因 焦炭负荷增大，料柱透气性下降。 煤气流分布不合理，鼓风动能不合理。 煤粉燃烧率下降。 处理方法 调剂炉内煤气流分布，通常是抑制边缘，开通中心。 调整鼓风动能，改善煤气初始分布。 提高焦炭质量。 采用增加煤粉燃烧率措施，提高煤粉燃烧率。,4. 喷煤设备及条件,4.4 喷煤问题及对策,喷煤工艺流程1号高炉,5. 宝钢高炉大喷煤,

16、5.1 工艺流程,喷煤工艺流程2号高炉,5. 宝钢高炉大喷煤,5.1 工艺流程,喷煤工艺流程3号高炉,5. 宝钢高炉大喷煤,5.1 工艺流程,高炉喷煤生产实绩喷煤比推移,5. 宝钢高炉大喷煤,5.2 宝钢高炉喷煤业绩,高炉喷煤生产实绩2001年喷煤比,高炉目标喷煤比 1号高炉：225235kg/t （并负责向2号高炉送煤粉1520吨/小时） 2号高炉：175185kg/t 3号高炉：205215kg/t,5. 宝钢高炉大喷煤,5.2 宝钢高炉喷煤业绩,宝钢1号高炉高喷煤比达成,5. 宝钢高炉大喷煤,5.2 宝钢高炉喷煤业绩,高炉喷煤指标高喷煤比时操作指标,5. 宝钢高炉大喷煤,5.2 宝钢高炉

17、喷煤业绩,核心： 煤粉燃烧煤粉利用 原燃料质量 高炉操作,5. 宝钢高炉大喷煤,5.3 宝钢高炉喷煤要素,原燃料 矿石质量要求 焦炭质量要求 熟料比例 渣制度调整、渣比,煤粉 煤粉粒度 原煤的制粉性能和煤粉的喷吹性能 煤粉配合 提高煤粉设备能力,5. 宝钢高炉大喷煤,5.3 宝钢高炉喷煤要素,布料控制 批重（焦炭和矿石） 特殊装料（小块焦、中心加焦）,高炉操作 风口前理论燃烧温度 Tf 富氧率 O2% 鼓风速度（鼓风动能） 气流分布的模式（透气性、边缘、中心），煤气利用率,5. 宝钢高炉大喷煤,5.3 宝钢高炉喷煤要素,制粉性能混合煤可磨性系数控制实绩,5. 宝钢高炉大喷煤,5.3 宝钢高炉喷

18、煤要素,喷吹性能混合煤流动性指数控制,优化喷吹煤组合，进行混煤喷吹； 压缩度控制小于25，休止角控制小于45 。,5. 宝钢高炉大喷煤,5.3 宝钢高炉喷煤要素,混合煤成分历年推移,优化喷吹煤组合，进行混煤喷吹； 灰分控制小于9.0，挥发分控制范围1625 。,5. 宝钢高炉大喷煤,5.3 宝钢高炉喷煤要素,喷煤设备规格制粉系统,5. 宝钢高炉大喷煤,5.3 宝钢高炉喷煤要素,提高磨煤机（RP783）出力,5. 宝钢高炉大喷煤,5.3 宝钢高炉喷煤要素,喷煤设备规格制粉系统,5. 宝钢高炉大喷煤,5.3 宝钢高炉喷煤要素,高喷煤比时原燃料质量控制,烧结矿质量控制,5. 宝钢高炉大喷煤,5.3

19、宝钢高炉喷煤要素,高喷煤比时原燃料质量控制,焦炭质量控制,熟料率（球团矿加烧结矿）: 8284%,5. 宝钢高炉大喷煤,5.3 宝钢高炉喷煤要素,原燃料质量入炉渣量控制,5. 宝钢高炉大喷煤,5.3 宝钢高炉喷煤要素,1、3号高炉高煤比高利用系数,5. 宝钢高炉大喷煤,5.3 宝钢高炉喷煤要素,喷煤对高炉透气性的影响大喷煤时期,5. 宝钢高炉大喷煤,5.3 宝钢高炉喷煤要素,高炉炉身煤气利用状况,5. 宝钢高炉大喷煤,5.3 宝钢高炉喷煤要素,高喷煤比时的煤气利用率,5. 宝钢高炉大喷煤,5.3 宝钢高炉喷煤要素,高炉喷煤后的富氧率控制,5. 宝钢高炉大喷煤,5.3 宝钢高炉喷煤要素,高炉鼓风

20、温度的控制,5. 宝钢高炉大喷煤,5.3 宝钢高炉喷煤要素,高炉鼓风湿度的控制,5. 宝钢高炉大喷煤,5.3 宝钢高炉喷煤要素,考虑煤粉燃烧率时的Tf值,5. 宝钢高炉大喷煤,5.3 宝钢高炉喷煤要素,喷煤比对高炉工序能耗的影响,5. 宝钢高炉大喷煤,5.3 宝钢高炉喷煤要素,结论,高喷煤时原料是基础, 操作调节与喷煤相适应。,5. 宝钢高炉大喷煤,5.3 宝钢高炉喷煤要素,提高原燃料性能； 调整高炉布料，构成合理煤气流分布； 调整鼓风参数，构造适合大喷煤量的高温区； 优化配煤，提高置换比； 富氧助燃。,The end！,The end！,1923-2005,2. 两段式喷煤工艺的基础研究,2.1 两段式喷吹的理论基础,2. 两段式喷煤工艺的基础研究,2.1 两段式喷吹的理论基础,散料体空隙度与阻力因子的关系,2. 两段式喷煤工艺的基础研究,