高炉喷煤安全8章

北京科技大学硕士学位论文-75-8高炉喷吹粗粒煤粉的效果2000年10月，安钢炼铁厂1号高炉在进行喷煤系统改造后，进行了喷吹粗粒度烟煤的实验。实验采用煤粉粒度小于200目的比例为30~50%，其目的在于考察粗粒度煤粉喷吹的效果。现将喷吹粗粒度时风口前煤粉燃烧率的变化及其未燃煤粉微观结构特点分析如下。8.1.风口前粗粒煤粉燃烧率的变化规律8.1.1.煤比相同，富氧量不同时的试验结果图8-1为煤比为160kg/t而富氧量不同。曲线1、曲线2、曲线3的富氧率分别为1.0%，2.0%与3.0%，由图8-1可知在燃烧区内与风口不同距离各点煤粉燃烧率的变化情况(点1~7距离风口分别为0mm、100mm、250mm、450mm、650mm、850mm、1050mm)，主要有以下几点：风口前三条不同富氧时的煤粉燃烧率曲线的斜率都逐步升高，距风口越近的燃烧率越低，由于鼓风动能的作用，燃烧区内煤粉一边随煤气流被带向炉缸中心，一边继续燃烧。因此，距风口远的燃烧率就高，这种情况与细粒煤粉在风口前的燃烧情况相似，所以，看不出燃烧过程有太大的区别；在风口前400~600mm以后，三条曲线上的燃烧率都先后高达80%以上；当富氧量越大时，曲线位置越高，表明煤粉燃烧比较彻底，因此，风口喷吹的煤粉燃烧率也越高；当富氧量低时(1.0%)，而煤粉喷吹量较大(煤比160kg/t)，曲线1，风口2、3点处燃烧率很低，只有20~30%，这表示风口前由于富氧低，煤粉喷吹量过大燃烧情况很不好，即1.0%富氧与160kg/t煤比不匹配，煤比大约高出适当量约为30kg/t左右；当富氧提高到2.0%，煤比160kg/t时，燃烧率明显提高，即图8-1上曲线2，风口的2、3点的燃烧率提高到50~70%，此时煤比与富氧量较适应，煤粉燃烧率比较高；当富氧量提高到3.0%，而煤比160kg/t时，即图8-1上曲线3风口2、3点北京科技大学硕士学位论文-76-图8-1煤比160kg/t，富氧不同时风口前煤粉燃烧率的变化曲线1－O2＝1.0%，曲线2－O2＝2.0%，曲线3－O2＝3.0%图8-2煤比180kg/t，富氧不同时风口前煤粉燃烧率的变化曲线1－O2＝2.0%，曲线2－O2＝3.0%0204060801001234567风口取样点风口取样点曲线3曲线2曲线10204060801001234567风口取样点煤粉燃烧率(%)曲线1曲线2北京科技大学硕士学位论文-77-燃烧率提高到60~80%，比富氧2.0%时还要好，如果要保持曲线2的烧烧率水平，由于氧多煤少，故提高煤比尚有潜力，还可以继续增加喷煤量大约20~30kg/t左右。试验结果表明3.0%的富氧与180kg/t左右的煤比相匹配。当煤比提高到180kg/t之后，富氧为2.0%与3.0%时煤粉的燃烧率如图8-2所示，煤比相同(180kg/t)，富氧不同时，从图对应曲线可知，在煤比180kg/t，富氧率2.0%时燃烧率偏低，风口3、4点燃烧率只有10~35%；当富氧量从2.0%增至3.0%时，对应于180kg/t时的煤比燃烧率，风口3、4点高到80~88%，燃烧率显著提高。8.1.2.富氧相同、煤比不同时的试验结果图8-3为富氧2.0%，而煤比不同的实验结果(富氧2.0%属中等富氧量)。从图可知：在富氧2.0%不变，煤比从120kg/t逐渐上升到180kg/t后，由于喷煤量增加，富氧量相对减少，曲线位置依次降低，即燃烧率不断降低。2.0%富氧时，120kg/t煤比时的效果最好，在图8-3中曲线的位置最高。由于氧多煤少，风口2、3、4点的燃烧率分别高达70%、80%与90%。从达到最佳经济效果观点看，氧有些浪费，故提高煤比还有潜力。2.0%富氧时，煤比140kg/t与160kg/t二者比较相近，燃烧率显然不如煤比120kg/t时高，但比较适中，而且140kg/t时仍高于160kg/t时的燃烧率；在180kg/t煤比的燃烧率最差，主要由于煤比过高而富氧不足致使燃烧率很低，其中风口2、3点连10%都不到，不少煤粉随煤气从炉顶逸出，造成很大浪费。由于煤比过高，所以喷煤比与富氧率不相适应。由生产数据，当时高炉相应的焦比分别是400kg/t，377kg/t，355kg/t与353kg/t，随煤比的增加焦比不断降低。但是，喷煤量与置换比不相称，因为随煤比的增加，置换比越来越少，每增加20kg煤比，置换的焦比分别为23kg/t，22kg/t与2.0kg/t，开始时置可以换20kg/t左右，最后只能置换2.0kg/t焦比。说明当富氧量为2.0%，煤比由160kg/t增加到180kg/t，置换比接近零，其效果甚微，故不宜实施。北京科技大学硕士学位论文-78-图8-3富氧2.0%煤比不同时风口前煤粉燃烧率的变化曲线1－煤比120kg/t，曲线2－煤比140kg/t,曲线3－煤比160kg/t，曲线4－煤比180kg/t图8-4富氧3.0%煤比较高时风口前煤粉燃烧率的变化曲线1－煤比160kg，曲线2－煤比180kg01020304050607080901001234567风口取样点煤粉燃烧率(%)曲线1曲线2曲线3曲线40204060801001234567风口取样点煤粉燃烧率(%)曲线1曲线2北京科技大学硕士学位论文-79-8.1.3.高富氧量、高煤比时的试验结果图8-4为富氧3.0%，而煤比不同时的结果(这是高富氧、高煤比时的情况)。由图可见，在距风口前端600mm之前(1~3点)，160kg/t煤比燃烧情况略高于180g/t燃烧率。第5点后，曲线之间的差别不大，而且，燃烧率也都很高。表明此时煤粉燃烧率还有潜力，如果再增加20kg/t左右的煤比，从煤粉燃烧率看也是可行的。由不同富氧量、不同煤比时的燃烧结果看，粗煤粉与细煤粉二者的燃烧规律基本上相似。8.2.粗煤粉与细煤粉喷吹时的效果对于细粒煤粉和粗粒煤粉在试验中，都从风口燃烧区采集了大量的试样。将检测的煤粉燃烧率的结果对比如下：低富氧量、高煤比较时粗煤粉与细煤粉在风口前燃烧效果图8-5为富氧量低(1.0%)煤比较高(160kg/t)时粗粒煤粉与细粒煤粉比较，从图可知，在风口2、3点的燃烧率都不高，约为20%左右，结果很不理想。但在第4点之后燃烧率才不断上升，先后也达到80%以上。粗煤粉与细煤粉的燃烧率相差不大，燃烧率变化规律也基本类似。中等富氧量、煤比较低时粗煤粉与细煤粉风口前燃烧效果在图8-6中比较了富氧2.0%、煤比120kg/t时，粗粒煤粉与细粒煤粉的燃烧效果。从风口第3点时开始，煤粉燃烧率升高很快，都达到80%以上，燃烧情况明显好于图8-5。虽然在图8-6中二条曲线比较接近，但仍可以发现粗粒度煤粉的燃烧率仍高于细粒度煤粉。由于在风口前端附近，煤粉燃烧率都已经很高，如果考虑到经济地利用氧气，再增加30~40kg/t左右的煤比，也可达到较高的燃烧率，通过实践也证明了以上的结果。中等富氧量，煤比较高时的粗煤粉与细煤粉风口前燃烧效果对比图8-7给出了，富氧2.0%和煤比160kg/t的粗粒度和细粒煤粉试验的结果。由于富氧与煤比都处于较高水平，虽然煤粉在风口前端附近的燃烧率都比较高，但远未达到图8-6的水平。结果说明，富氧不变，而煤比增加时，不管煤粉是粗还是细，其燃烧率都将降低，但是在这种情况下，粗粒度的燃烧率明显好于细粒的。北京科技大学硕士学位论文-80-图8-5富氧1.0%煤比160kg/t风口前煤粉燃烧率的变化曲线1－粗粒煤粉，曲线2－细粒煤粉图8-6富氧2.0%煤比低120kg/t风口前煤粉燃烧率的变化曲线1－粗粒煤粉，曲线2－细粒煤粉0204060801001234567风口取样点煤粉燃烧率(%)曲线1曲线20204060801001234567风口取样点煤粉燃烧率(%)曲线1曲线2北京科技大学硕士学位论文-81-图8-7富氧2.0%煤比160kg/t风口前煤粉燃烧率的变化曲线1－粗粒煤粉，曲线2－细粒煤粉图8-8富氧3.0%，煤比160kg/t风口前煤粉燃烧率的变化曲线1－粗粒煤粉，曲线2－细粒煤粉0204060801001234567风口取样点煤粉燃烧率(%)曲线1曲线20204060801001234567风口取样点煤粉燃烧率(%)曲线1曲线2北京科技大学硕士学位论文-82-高富氧、煤比也较高时，粗煤粉与细煤粉在风口前燃烧效果图8-8为富氧3.0%煤比160kg/t左右时粗粒煤粉与细粒煤粉燃烧率。粗粒度的煤粉燃烧率明显地好于细粒煤粉。与图8-7相比，在煤比相同时，富氧率从2.0%增加到3.0%时，细粒度煤粉在风口区的燃烧率比富氧2.0%时要高，。8.3.粗粒煤粉与细粒煤粉对燃烧率影响二种不同粒度煤粉的燃烧率，在相同的富氧与煤比条件下的结果如下：富氧率不高，且煤比较低时，粗、细粒度煤粉的燃烧率相差不大，粗粒度煤粉燃烧率还稍高于细粒煤粉；当富氧量升高，煤比也升高时，粗粒度煤粉的燃烧效果明显好于细粒煤粉；当富氧率高达3.0%时，粗粒度煤粉的燃烧率明显高于细粒煤粉。安钢将小于200目煤粉粒度由70%左右放宽到30~50%左右，在一定程度上可以提高燃烧率，保证高炉顺行，同时又可以提高磨煤量。根据实验室研究，煤粉粒度对燃烧性的影响与煤的品种有关，而且，采用粗粒煤粉需要高风温与高富氧相配合才能达到较好的效果。8.4.粗粒煤粉燃烧时微观检测分析特点对于粗粒度煤粉的风口试样，共取样和分析一百多个。从大量的检测分析结果看，具有以下特点：燃烧后炭的结构变化很大，形成了一些中间过渡结构物，如大小气孔，大小气泡，块状物。骨架状物都明显地减少；未燃煤粉颜色(反射率)从深到浅反射率增加，说明粗粒煤粉具有从原煤加热→焦化→有结焦物形成过程现象的变化；微观结构物中有大量微粒的原煤都以均质体存在，这可能是由于粗粒原煤受热后炸裂而来，并且已形成镜质体结构；粗粒度原煤结构随温度升高而改变，首先是各向异性→流动状结构，从微观结构物中可以见到大量的流动状结构物；从结构物组成分析，粗粒煤粉大部分可能是低质气煤，因此安钢高炉所喷煤粉，仍与优质煤标准有很大差距。