包钢喷煤6-7系列提高烟煤配比的试验研究

2008年全国炼铁技术交流会论文集1包钢喷煤6-7系列提高烟煤配比的试验研究王玉英，陈春元，韩淑霞（包钢(集团)公司技术中心，内蒙古包头014010）包钢高炉已连续8年全厂烟煤配比保持在35～37%水平。2004年以来，随着煤粉粒度进一步放宽至-200目占61～67%，使烟煤配比一直稳中有升。随着包钢高炉生铁产量的提高，稳定并有条件地提高烟煤配比，是进一步提高煤比降低焦比的有效措施。包钢喷煤老系统虽然经过技术改造，但由于制粉系统没有热风炉废气等手段，烟煤配比只能保持在35～40%水平，不能完全发挥喷吹烟煤的优势。而新投产的6-7系列则能满足这一要求，其工艺本身从设计上可满足100%烟煤喷吹的要求。喷煤6-7系列设计上为全烟煤喷吹系统，主要给4#、6#高炉喷煤。该系统采用1103型中速磨煤机，设计能力为65t/h,实际能达到55～60t/h。2007年8月份6-7系列进行了提高烟煤配比的工业试验，工业试验结果表明两座高炉在工业试验期间，随着烟煤配比的提高，入炉焦比均有明显降低，煤比水平也呈现上升趋势。工业试验期间，两座高炉烟煤配比均达到了50%水平；其中4#高炉在50%烟煤配比试验期间，入炉焦比降低到381kg/t，煤比保持在133kg/t水平；6#高炉在50%烟煤配比试验期间，入炉焦比降低到348kg/t，煤比保持在137kg/t水平。相对实际校对置换比均能保持在0.8以上水平，能够满足高炉生产需求，同时取得了降低生铁成本的显著效益。1实验室研究1.1实验室试验方案制订实验室研究方案主要包括改变气氛条件下，不同烟煤配比混合煤粉爆炸性试验研究；不同配比条件下煤粉着火温度及可磨性能测试，改变烟煤配比、改变喷吹气体种类、添加助燃剂及改变富氧率等对煤粉燃烧性能的影响测试，为工业试验提供参数。1.2实验室用原煤取样及分析工作本实验所用原煤均取自包钢炼铁厂喷煤车间贮煤厂，成分工业分析由物资供应公司提供。原煤工业分析结果见表1。表12007年8月份6-7系列煤粉爆炸性能检测用煤工业分析结果煤种Mt/%Ad/%Vdaf/%Fc,d/%St,d/%无烟煤9.28.6110.6981.610.23烟煤20.75.0837.6259.210.201.3实验室研究结果1.3.1煤粉爆炸性能研究针对2007年6-7系列所用原煤及烟煤配比准备上到50%甚至更高的具体情况，采用8月份所取原煤进行煤粉爆炸性能实验，为上烟煤配比提供安全上的依据。本次实验重点考察煤粉中烟煤配2008年全国炼铁技术交流会论文集2比在60-100%范围内，混合煤粉的爆炸性能随气氛中氧浓度的变化规律，氧浓度重点考察在12-14%范围的情况。煤粉爆炸性能测试结果见表2。表2煤粉爆炸性能测试结果/mmO2%烟煤％211916141211100600-650150-170130-1409090-100080350-500140-15080-1200火星0075200-650150100800070150130-160100-130800065100-150140-150100700060130-150130-140110-1300火星000000000由实验结果可知，空气条件下，75-100%烟煤样品仍为强爆炸性的煤，空气中煤粉返回火焰长度高达500-650mm；气氛中O2含量也需降到11%以下，方能消除其爆炸性能；当烟煤配比70%后，其混合煤粉均成为弱爆炸性煤（返回火焰长度400mm）。同样由实验结果可以看出，随着烟煤配比的降低及气氛中O2含量的减少，混合煤粉爆炸性能逐渐减弱。另外，本次实验所用烟煤、无烟煤的挥发分均偏高，是导致随烟煤配比降低、氧含量降低后爆炸性不易消除的主要原因。因此，目前6、7系列尽管有N2气及热风炉烟气作为惰化措施，烟煤配比从安全角度出发应控制在70%，气氛中O2含量也需降到12%以下为宜。1.3.2煤粉着火温度测试研究测定煤的着火温度，除了作为判断煤变质程度及是否氧化的依据外，在生产中更重要的是作为确定制粉系统磨煤机出入口温度和各部位温度，从而作为报警依据。新系统6-7系列增加烟煤配比后，由于烟煤可磨性能好，能增加产量。随着中速磨产量的提升，干燥煤所需的热量相应提高。而烟煤增多又容易使煤的着火温度下降，因此必须控制好磨机入口温度保持在适宜水平，即能满足增加产量的需要，又能不超过混合煤的着火温度。原煤着火温度测试结果见表3。表3原煤着火温度测试结果/℃（空气条件）序号1234567平均无烟煤492.6448.1439.3500490482.4475.43烟煤214.6212251.4212248.9214.6206.9222.911.3.3不同烟煤配比条件下煤粉燃烧性能研究国内外研究及生产实践均证实，即使在保证了安全的情况下，单纯用无烟煤或烟煤喷吹，在效果上均不是最优，两者之间应达到最佳比例。既能充分发挥烟煤燃烧性能好、成本低的优势，又能2008年全国炼铁技术交流会论文集3确保入炉固定碳的含量[1]。烟煤与无烟煤混合喷吹，Vf一般应在20-25%。实验结果表明，随着烟煤配比的提高，煤粉燃烧率呈现上升趋势。在0-70%范围内，燃烧率提高幅度比较平缓，而70-85%之间上升幅度较大，到85%以后，燃烧率又有下降趋势。1.3.4改变富氧率条件下混合煤粉燃烧性能研究高炉大量喷吹煤粉，如果没有富氧，煤粉会燃烧不完全，风口前燃烧温度会下降，喷煤量将会受到限制。如果结合富氧鼓风，可以弥补大量喷煤带来的问题。同时，高炉富氧喷煤后，在节焦的同时又可以大幅度提高产量。富氧与高喷煤相结合，二者相辅相成，在保证高喷煤量的同时又大幅度提高产量[2]。为了说明富氧能提高风口前理论燃烧温度从而提高煤粉燃烧率的作用，在实验室进行了1-3%富氧率的燃烧实验。实验是在改变富氧率同时改变烟煤配比条件下进行的。总体随着烟煤配比及富氧率的提高，煤粉燃烧率增加。而且当富氧2-3%时，烟煤配比40%水平的燃烧率大体相当于富氧1%时烟煤配比70%时的燃烧率水平。当烟煤配比达到80%以上时，燃烧率有接近趋势，提高富氧率对提高煤粉燃烧率作用变小。说明这时烟煤配比的作用已经远远超过了富氧的作用。1.3.5喷吹气体种类对煤粉燃烧性的影响新投产的6-7系列采用的是直接喷吹方式，引进了许多国外先进技术。其中为了保证安全喷吹，喷吹输送介质采用N2，这就有一个是否影响煤粉燃烧的问题。为此，在实验室进行了一组喷吹风种类对煤粉燃烧率影响的实验。根据实验结果，选取N2与压缩空气两种喷吹风进行比较，当烟煤配比在30%以下时，N2对混合煤粉的燃烧有一定影响；而当烟煤配比提高到30%以上后，两种喷吹风的燃烧率基本很接近。因此可以认为，在烟煤比例较高的情况下，由于烟煤促进燃烧的作用，而抵消了N2的影响。另外，根据6#BF实际高炉风量及喷吹风的比例计算结果，喷吹风量约为风口区整个风量的0.5%左右，因此其影响很小。但使用N2比压缩空气成本要略高，约0.52元/吨，与喷吹烟煤效益相比只占很小部分，但其对保证安全喷吹的作用是明显的。1.3.6新型助燃剂对促进煤粉燃烧的作用为促进煤粉的燃烧，在实验室同等条件下进行了喷吹煤粉添加助燃剂的实验研究。结果表明，配加1%助燃剂，在相同烟煤配比条件下燃烧率均增加；且配加1%助燃剂，烟煤配比在30-40%时，其混合煤粉的燃烧率大致相当于不加助燃剂，烟煤配比在70%的情况。即在老系统条件下，维持现有烟煤配比不变，添加1%助燃剂的效果可相当于新系统增加烟煤配比的情况。因此，新系统装备条件下，烟煤配比达到70%以上后，可不考虑添加助燃剂。而旧系统烟煤配比只能维持在35-40%水平，这就限制了烟煤提高煤粉燃烧率的作用。为很好地解决这一问题，可以采用煤粉助燃剂加速煤粉燃烧的措施。2工业试验情况2.1基准期与试验期的确定6-7系列从2007年3月14日起开始试喷烟煤，从10%配比起步。4月份，6-7系列两台中速磨已全部投产，主要给4#、6#高炉输送煤粉，少部分给3#高炉输送煤粉。从2007年6月16日开始，2008年全国炼铁技术交流会论文集4四烧车间综合料场公路开始改造，停进烟煤，6-7系列全无烟煤喷吹，7月份对喷煤7系列制粉、喷吹系统实施检修计划，4#、6#高炉全无烟煤喷吹，6系列8月2日停机检修。7系列从8月2日开始配加40%烟煤，8月18日6系列检修结束，开始配加50%烟煤，由于烟煤库存紧张，9月3日开始烟煤配比降至30%。从9月22日开始，6-7系列开始配加50%烟煤，10月22日，由于喷煤3系列检修，6-7系列给3#高炉输粉，烟煤配比又降至40%。根据烟煤配比不同时期的变化及高炉炉况的稳定时期，4#高炉选7月份为基准期，9月22日至10月22日为试验期；6#高炉由于10月份炉况失常，因此6#高炉选7月份为基准期，8月18日至8月31日为试验期。2.24#高炉工业试验期间指标完成情况4#高炉工业试验期间经济技术指标完成情况见表4。表44#高炉基准期与试验期经济技术指标对比冶炼时期利用系数(t•m-3•d-1)焦比（kg/t）煤比（kg/t）渣比（kg/t）[Si]%风温℃P顶MPaω（TFe）%基准期2.223931264020.6212010.18357.89试验期2.2023811334250.6412120.18257.512.36#高炉工业试验期间指标完成情况6#高炉工业试验期间经济技术指标完成情况见表5。表56#高炉基准期与试验期经济技术指标对比冶炼时期利用系数(t•m-3•d-1)焦比（kg/t）煤比（kg/t）渣比（kg/t）[Si]%风温/℃P顶MPaω（TFe）%基准期2.1213711203640.6911660.17857.86试验期2.1973481373600.6812200.18357.442.4工业试验结果分析根据试验结果，两座高炉在工业试验期间，随着烟煤配比的提高，入炉焦比均有明显降低，煤比水平也呈现上升趋势。其中4#高炉在50%烟煤配比试验期间，入炉焦比降低到381kg/t，煤比保持在133kg/t水平。6#高炉在50%配比试验期间，入炉焦比降低到348kg/t，煤比保持在137kg/t水平。虽然随着烟煤配比的提高，实际置换比有下降趋势，但相对实际校对置换比均能保持在0.8以上水平，能够满足高炉生产需求，同时取得了降低生铁成本的显著效益。3结论（1）实验室研究：①新系统增加烟煤配比，当配比控制在50%时，气氛中O2浓度需降低到14%以下；配比控制在70%时，O2浓度需要降低到12%以下，方能消除其爆炸性能。②根据煤的着火温度测试结果，建议6-7系列烟煤配比在70%以上时，中速磨入口温度应控制在275℃以下。③燃烧率实验结果表明，烟煤配比在70-80%时燃烧率上升幅度最大，到85%以后有下降趋势。因此建议烟煤配比控制在70-80%水平，最大不超过85%。考虑到新系统目前原煤成分波动2008年全国炼铁技术交流会论文集5较大，建议先进行50%烟煤配比工业试验，混合煤粉Vdaf按24%控制。④保持70%以上烟煤配比时，富氧率水平按2%控制即可满足燃烧要求。⑤当烟煤配比在30%以上时，喷吹气体种类对煤粉的燃烧基本不产生影响。⑥6-7系列装备条件下，可以不采用新型助燃剂，而1-5老系列烟煤配比较低的情况下，可使用煤粉助燃剂来加速煤粉的燃烧。当添加1‰助燃剂时，可使燃烧率提高9.5%的水平。（2）工业试验：①烟煤配比低于70%时，理论置换比可达0.87以上。②工业试验结果，两座高炉在工业试验期间，随着烟煤配比的提高，入炉焦比均有明显降低，煤比水平也呈现上升趋势。③工业试验期间，两座高炉烟煤配比均达到了50%水平，其中4#高炉在50%烟煤配比试验期间，入炉焦比降低到381kg/t，煤比保持在133kg/t水平；6#高炉在50%烟煤配比试验期间，入炉焦比降低到348kg/t，煤比保持在137kg/t水平。④相对实际校对置换比均能保持在0.8以上水平，能够满足高炉生产需求，同时取得了降低生铁成本的显著效益。参考文献[1]汤清华．高炉喷吹煤粉知识问答[M].北京：冶金工业出版社,19