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昆钢高炉提高喷吹煤烟配比生产实践

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2011年第1期 昆钢科技 Kungang Kej i 2011年1月 昆钢高炉提高喷吹煤烟配比生产实践 杨培红 (技术中心) 摘要高炉喷吹煤粉可以使炼铁生产节焦降耗,改善高炉冶炼过程,而混合喷吹及大喷吹量是进一步发 展高炉喷煤的主要方向。昆钢炼铁厂在原来混合喷吹的基础上,逐步提高喷吹煤烟煤配比,球磨机出力增 加。高炉的技术经济指标得到了改善。 关键词高炉喷吹煤粉配比生产实践 Production Practice of Blast Furnace Improving Soft Coal Proportion of Pulverized Coal Injection in Kungang Yang Pei-hong (Technical Center of KISC) Abstract Pulverized coal injection technology is used in the blast furnace process,this technology can reduce the consumption of metallurgical coke,pig iron reduces the cost,smelting process is improved. In future,mixed and intensive coal injection technology will become the development direction.Based on mixed injection production practice of Kungang iron-making plant,soft coal proportion of pulverized coal injection was improved step by step,output of ball mill was increased,BF technical and economic production indexes were improved. Key Words blast furnace;coal injection;proportion;production practice 无烟煤固碳高,可达80%以上,挥发分含量低, 1前言 高炉喷吹煤粉是一项国内外高炉冶炼生产中 普遍推广使用并不断发展的技术,其重要意义在于 使炼铁生产少用焦炭,节约能源,降低生铁生产成 本,改善高炉冶炼过程。同时该技术可以扩展风口 前回旋区,缩小呆滞区;增加煤气中的H 含量,改 善还原过程,增加矿石在炉内的停留时间,提高CO 的利用率;有利于发挥高风温的作用,进一步改善 高炉各项技术经济指标。 在10%以下,燃点高,不易着火,火焰短,爆炸性 弱,安全性高;烟煤固碳低,燃点低,挥发分高, 火焰长,爆炸性强,对安全措施要求高。但从高炉 冶炼工艺来看,烟煤更适和喷吹,因为它含挥发分 物质高,所以燃烧率高,带人高炉的氢气也多; 而氢气既有利于高炉的还原过程,又有利于提高煤 气热值。所以,多煤种、大喷吹量是进一步发展高 炉喷煤的主要方向。昆钢于2000年下半年进行了烟 煤、无烟煤混和煤喷吹工业试验,并取得了较好的 效果,烟煤配比达33%。近年来,随着昆钢不断的技 2011年第l期 杨培红:昆钢高炉提高喷吹煤烟配比生产实践 术进步和管理创新,高炉生产为提高混和喷吹煤粉 中烟煤配比的工作做好了充足的准备。而提高喷吹 煤烟煤配比,既是广开煤源的有力措施;同时,也 可以提高球磨机出煤能力,以满足日渐提高喷煤比 的生产要求。 2昆钢喷煤装备和工艺 昆钢喷煤系统按无烟煤喷吹系统设计,喷煤主 要流程设备有:贮煤场、烟气炉、球磨机,粗粉分 离器,布袋收粉装置,煤粉仓,仓式泵,流化给煤 器,风机等。制粉现有两台10 t球磨机和一台20 t球 磨机。采用三级收尘,原煤经圆盘给料机送人球磨 机,磨细的煤粉用燃烧炉产生的烟气烘干,燃烧炉 产生的烟气烘干,燃烧炉产生的烟气靠一、二次风 机形成的负压吸人球磨机。在一次风机负压的作用 下,细粒度煤粉随气流由管道经煤木分离器、粗粉 分离器、一级旋收粉离器、二级扩散收粉器、螺旋 输粉机后收人煤粉仓。由二级分离器逸出的煤粉含 量极小的气粉流则经过布袋收粉器收入到煤粉仓。 喷吹系统中,2#、3#、4#、5#高炉所使用喷吹系统 为单罐并列式,设2个系列,每个系列2个煤粉仓, 每个煤粉仓下并列设置2个喷吹罐,其中一个罐在充 压状态下进行喷煤作业,另一个罐在卸压状态下进 行装粉作业。2个系列共有8个喷吹罐,1、2号罐供 5#高炉喷煤,3、4号罐供甜高炉喷煤,5、6号罐供3# 高炉喷煤,7、8号罐供2}≠高炉喷煤。6#高炉则采用 双系列三罐重叠、喷吹主管加炉前分配器的喷吹工 艺。采用流化喷吹、烟煤混喷、制粉和喷吹微机控 制和部分浓相输送设备等国内较先进的喷煤技术【lJ。 图1煤粉制备工艺流程 Figure 1 Coal Powder Preparation Process Flow Diagram 3混喷前的准备工作 3.1昆钢喷吹用煤 昆钢目前喷吹用煤为烟煤与无烟煤混和喷吹, 烟煤主要产自四川和贵州,无烟煤主要产自本省的 富源和滇西,品种多而繁杂(近年使用烟煤、无烟 煤情况如表1、表2)。其中烟煤和无烟煤灰分、硫 分相近,烟煤的固碳较无烟煤低了5个百分点左右, 而烟煤的挥发分则近似于无烟煤的两倍。 表1 2008年一201 0年喷吹用烟煤情况 % Table 1 Pulverized Bitumastic Coal Chemical Analysis in 2OO8— 01O 表2 2008年~201 O年喷吹用无烟煤情况 % Table 2 Pulverized Anthracite Chemical Analysis in 2O08 2O10 3.2抓好精料工作 精料是高炉实施富氧喷吹的基础。目前,钢铁 行业主要采用的是高炉炼铁技术,是一个高能耗的 行业,而其工序能耗又主要集中在铁前生产部份, 为尽可能地减少入炉焦比,达到节能降耗的目的。 一方面,昆钢致力于技术进步,不断采用新工艺、 新设备,提高生产效率;另一方面,昆钢铁前原料 管理工作在炼铁、焦化、原料经营部等相关单位的 共同努力协调下,尽量克服外部市场波动带来的影 响,从内部生产管理、协调上下功夫,使原燃料基 本保证高炉强化冶炼的生产要求,为大喷吹的实施 提供保障。 3.2.1保证焦炭、烧结矿、球团矿的冶金性能 昆钢科技 2011年第l期 炼铁厂所用冶炼焦主要为自产老焦和新焦、还 有部分外购焦。老焦为水熄焦,反应性CRI保持在32 以下,反应后强度CSR基本达 ̄1160以上,2008年M40 >80%,2009年后均M40>90%;新焦为干熄焦, 冶金性能更好,反应性CRI在28.5以下,反应后强度 CSR达64以上,M40>87%。 了无料钟炉顶设备,极大地提高了炉顶压力,2006 年全厂顶压达到了0.09 MPa,到了2009年则达No.13 MPa。 用料结构主要是:烧结矿+球团矿的方式。注意 控制烧结矿中FeO含量,把烧结矿的转鼓指数提高到 80%以上,降低筛分指数,保证烧结矿的强度,提高 炉内料柱透气性,更有利于喷吹量的提高。球团矿 为链算机回转窑生产的弱酸性氧化球团矿,品位TFe 为60~62之间,抗压强度2 300 N/N左右。 3-2.2控制入炉粉末 高炉料柱要保证一定的空隙度,高炉才能有合 理的煤气流分布,这样才能提高煤粉喷吹量。随着 吨铁喷吹量的不断提高,炼铁厂对控制高炉的人炉 粉末率给予足够的重视。原来≤5 mm的人炉粉末 为15%以上,自2007年以来,各高炉作业区重视槽 下筛分工作,把原来使用的梳齿筛逐步更换为自清 理棒条筛,并且各高炉作业区随时根据监测结果调 整筛子规格尺寸,筛分效果明显改善;此外,有专 人、每月对人炉粉末实施监测,严格控制入炉粉末 率。入炉的粉末大幅减少,改善了高炉的透气性, 为高炉的顺行创造了条件。 表3 2008年 2010年入炉粉末 % Table 3 BF Burden Powder Content in 2008 ̄2010 注:二高炉2009年年末停炉。 3.3提高鼓风质量 3.3.1高压操作 高压一般指风压要保证炉顶煤气压力达到0.12 MPa以上,大型高炉达No.25~0.30 MPa。高压后煤 气实际体积变小,煤气流速下降,在维护△P一定值 的情况下高炉可以进一步实施强化冶炼,提高喷煤 比。昆钢除5号高炉外,3号、4号、6号高炉均使用 图2炼铁厂高炉顶压 Figure 2 Top。’pressure of Furnace 3.3.2高风温 风温提高到1 200 ̄C以上,是节焦和喷煤补偿的 重要措施,世界先进水平都在1 250~1 350℃,每提 高风温100 ̄C,可节焦17 kg,补偿t理60 ̄C以上,可多 喷煤30~40 kg/tFe。 昆钢目前达不到先进水平,自2000年开始基本 保持在1 000℃以上,2008年达到1 l37℃。后因部分 热风炉使用时问较长,出现大墙开裂窜风、蓄热格 子砖垮塌等情况,一度影响全厂风温掉至1 000%以 下,炼铁厂后陆续利用高炉中修及长时间检修的机 会,热风炉蓄热砖把原有的1 3孑L梅花砖和方孔砖更 换为7孔高效格子砖;小高炉热风炉的栅格式陶瓷燃 烧器改为高效陶瓷燃烧器;六高炉新建一座热风炉 等等。这些措施的采取,使得2010年全厂风温恢复 到1 040%。 3.3.3富氧 富氧也是一种喷煤补偿t理的措施,每1%的富氧 可补偿t殚40~50 ̄C,多喷煤20~30 kg/tFe。2009年6 月投入使用吸附制氧,各高炉富氧的情况得到 改善。富氧率2008年仅为1.29%,2010年则提高到 2.061%,这为大喷吹提供了有利条件。 3.4安全措施 昆钢喷煤系统是按无烟煤喷吹系统设计的,后 于2000年进行烟煤、无烟煤混喷成功,现在要不断 提高烟煤的配比,安全问题更为重要。 据相关研究和文献,煤粉爆炸必须具备三个 201 1年第1期 杨培红:昆钢高炉提高喷吹煤烟配比生产实践 条件:一定的煤粉浓度、一定的温度及一定的氧浓 煤气燃烧的混和气体而言含氧量较高。以上两点因 素决定了昆钢制粉系统的含氧量较高。 昆钢于2009年10月投人使用了SM—Z401型高炉喷 煤气体在线分析系统,分别在球磨机出口、制粉布 袋收尘器人口及喷吹塔充压气源处设置了含氧量监 测点,进行监测及控制,安装了吹N 管,含氧量一旦 度,三个因素都具备才有可能发生爆炸口 。为保障其 安全性,针对煤粉爆炸必须具备的三个条件,主要 从以下几个方面进行控制。 3.4.1控制煤粉粒度 国内煤粉喷吹操作经验表明,适当降低煤粉粒 度,对煤粉燃烧率影响不大,炼铁厂把一200网目的 超过设定值,则系统进行自动充氮处理,以降低环 煤粉控制在I>60%,这样既提高球磨机的出煤能力, 同时又减弱了煤粉的爆炸性。 3.4.2控制系统温度 煤粉着火点是将煤粉加热到开始燃烧的温度。 煤粉的着火点与其挥发分的含量有关,在周围氧气 含量相同并等于大气含量时,煤粉的着火点T 与挥发 分V有如下线性关系: Tz=445—3.86Vt8] 按烟煤配加1/3、40%、50%、60%时,混和喷吹 煤粉理论挥发分计算,其着火点为410 ̄C、408 oC、 407 oC、401℃;按2008年至2010年实际配加烟煤比 例计算的挥发分计算混和喷吹煤粉的着火点分别为 409℃、407℃、404cI=。 在制粉系统和喷吹系统中,控制球磨机出口温 度为80±5℃,≯90 ̄C;布袋温度为(80±5)℃, ≯90oC;远远低于混和煤粉的着火点。 3.4.3控制混和喷吹煤粉挥发分 影响煤粉爆炸性能的主要因素有挥发分含量、 粒度、水分含量、惰性物质或无爆炸性的无烟煤含 量、气氛含氧量及煤粉悬浮浓度等。经对干基挥发 分为18.0%~40.0%的煤粉进行了爆炸性能实验,发 现挥发分低于1 8%时,煤粉无爆炸性 。昆钢炼铁喷 吹用烟煤挥发分控制<15%(见表1),其本身就属 于低挥发分煤,而实际喷吹用混和煤粉挥发份则下 降为<11%(见表6),其爆炸性更为降低了。 3.4.4对系统氧浓度实施监控 昆钢球磨机漏风率较中速球磨机高,主要是 因为原设计为喷吹无烟煤,原煤经圆盘给料机送入 球磨机,而中速球磨机则是经皮带进入球磨机。此 外,烘干的烟气为煤气引人烟气炉燃烧后使用,对 系统进行干燥,相较中速球磨机使用热风炉废气和 境的含氧量。 4实施过程 昆钢实施烟煤、无烟煤混和煤喷吹,自2000年 下半年始至2008年上半年一直维持烟煤配1:t33.3%不 变,为稳妥起见,炼铁厂采取了逐步提高烟煤配比 的方式组织生产,配比调整按以下三个阶段控制。 即: 原有配比:2/3无烟煤+1/3烟煤 第1阶段:60%无烟煤+40%烟煤 第Ⅱ阶段:50%无烟煤+50%烟煤 第Ⅲ阶段:40%无烟煤+60%烟煤 每个阶段组织生产实验前,均通过理念计算混 和喷吹煤粉化学成份组成(见表5),初步预判其变 化及可能对炉况产生的影响。 第1阶段:2008年7月 2009年4月。球磨机出 力有所提高,生产指标变化不大; 第Ⅱ阶段:2009年5月一201O年6月。期间, 一是将变形2#炉烟气管道进行整体更换,将外保温 层的原烟气管道更换为采用耐高温的内保温层,能 够有效的解决内管壁直接接触高温烘烤,易变性, 保温效果差,内管道发生变形时不能及时发现,不 利于安全等存在的不足,提高安全性及保温效果明 显。改造前,管道外壁温度经红外线测温仪测温为 261℃,烟气温度为480℃;改造后,管壁温度降低 至121 oC,烟气温度提高至580 ̄C。二是针对原煤粘 结给煤仓壁,下料口经常堵塞,下料不畅,造成断 煤或煤量减少,严重影响制粉量,且靠人工用锤、 钎子振打劳动强度大,速度慢的现状,在下煤口不 同位置安装了三台功率为:0.75 kW的振动电机,同 昆钢科技 2011年第1期 时还增设了空气流化吹扫装置,根据原煤下煤情况 改善。 进行振动和吹扫。改造后给煤能力均保持在34 t以 上。三是针对原煤水份高,水份含量为14%左右,大 大超过标准规定水份9%,结和煤场小的实际情况, 第Ⅲ阶段:2010年7月至今,这一阶段虽然按 60%烟煤配比组织生产,实际烟煤配比平均达到了 54.5%,高炉的技术经济指标相较2008年而言也有相 当的改善。 表4理论计算混和喷吹煤粉化学成份 % Table 4 Mixed Pulverized Coal Chemical Analysis Theoretical Computation 在烟煤场及无烟煤场分别将其划分为三块,分别为 卸煤区、用煤区、风干区,定期堆放和使用。当 无烟煤场使用1#堆时,2#堆正在卸煤,则3{!j}堆处于 自然风干,当1#堆用完时,用3#堆,而2#堆自然风 干,1#堆卸人新的煤,以此反复循环,有效地控制 了进人原煤仓原煤水份,减少于燥时间,从而提高 产量。这一阶段球磨机给力明显提高,混和喷吹煤 粉产量提高较大,高炉相关技术经济指标也有明显 表5 2008年~201 0年实际混和喷吹烟煤配比 % Table 5 Distribution Ratio of Mixed Pulverized COal in 2008 ̄2010 表6混和喷吹煤粉化学成份% 时,其混和煤的哈氏指数为112,123,133。 从表7中可以看到,2O08年,烟煤配比为 Table 6 Mixed Pulverized Coal Chemical Analysis 36.5%,球磨机台时产量为54.742 t/h,吨煤耗电量为 72.5 kW;2009年随着烟煤配比提高 ̄J]48.1%,球磨 机台时产量提高 ̄1161.048 t/h,提高了11.52%,吨煤 耗电量降低至58.1 kW,降低了19.86%。表中2010年 烟煤配比较2009年略高,但球磨机台时产量反而略 5效果分析 5.1烟煤比例增加。制粉能力提高 哈氏指数是煤的可磨性指数,其指数越高,则 煤越易磨细。昆钢用的无烟煤哈氏指数从69到77不 等,而烟煤中川度的平均哈氏指数为88,由此可以 有下降,且吨煤耗电量略有提高,主要是因为煤种 变化和同种煤的质量略有不同造成的,但仍可以看 出,随着烟煤配比的增加,球磨机出力增加,吨煤 耗电下降。 表7 2008~201 0年球磨机台时产量、吨煤耗电量 Table 7 Ball Mm Output and Cost in 2008-2010 看出随着烟煤配比的提高,混合煤越易磨,球磨机 的出力也越来越大。据烟煤配比与混和煤的HGI指数 的关系: Y=I.07 1 1X+69.033t 】 式中:卜_混和煤的HGI指数 卜烟煤配加比例,% 5.2混和喷吹煤粉燃烧性能变好 提高混和喷吹中烟煤的配比后,由表5理论计算 混和喷吹煤粉化学成份可知,混和喷吹煤粉中硫分 计算可得当烟煤配比分别为40%,50%,60% 2011年第1期 杨培红:昆钢高炉提高喷吹煤烟配比生产实践 下降,挥发分上升,结合表8可以看出:随着烟煤配 比的增加,高炉喷吹煤比不断提高,焦负荷不断上 升,人炉焦比呈下降趋势,燃料比呈下降趋势,煤 气利用情况不断改善向好。这表明,随着烟煤配比 的提高,混和喷吹煤粉的燃烧性能得到改善,燃烧 随着混和煤的挥发分含量的提高,使煤气中 H:含量也相应增加,不但可以增加间接还原降低能 耗,而且可以降低煤气的粘度系数,提高煤穿透能 力,促进高炉的稳定顺行。昆钢炼铁厂现有高炉5 座,2010年全厂煤比达146kg/tFe以上,其中部分高炉 率提高,煤粉的置换比也得到了提高。 5.2 高炉技术经济指标提高 单月超过了160kg/tFe。与此同时,高炉利用系数的 上升则意味着产量的增加。 表8 2008—201 0年高炉部分技术经济指标 Table 8 BF Main Technological and Economic Indicators in 2008— 2010 冶金工业出版社,1996 6结论 1)在烟煤、无烟煤混和喷吹生产过程中,提 高烟煤配比可以提高球磨机出力,改善煤粉燃烧性 能。 【4]黎超玉.高炉高压喷吹烟煤的实践[J】.炼铁.1982, (2) [5】陈昆生.罗茂华.李玉萍.昆钢6号高炉混和煤喷吹工 业实验【J】.炼铁.2002(增刊) [6]刘凤仪.高炉喷吹煤粉技术【J].炼铁.1993,13(7) 【7]刘言金.我国高炉喷吹烟煤的现状及几点改进意见 [J].炼铁.1991 ̄) 【8】北京钢铁学院炼铁专业译.粉尘爆炸性的研究[M1.北 京:冶金工业出版社,1977 2)通过喷煤系统设备的完善,适当的控制,选 择合适的煤种进行烟煤、无烟煤混和喷吹是安全可 靠的。 3)实施混和喷吹,如果要提高烟煤的配比,无 论从安全考虑,还是从煤粉制备产量考虑,中速球 【9]陈春元.包钢高炉增加烟煤配比的工业实验【J].炼 铁.1998(1) 磨机都是一种更好的选择。 4)混和喷吹,特别是提高烟煤配比后,高炉的 部分经济技术指标进一步优化。 [1O1刘兴惠,吴炽.鞍钢高炉喷吹煤粉和理配煤的试验研 究[J].炼铁.1997(1) [1 11窦庆和,魏群,郭明江,聂世锋.安钢300m3高炉烟煤 参考文献: [1]赵红强.高炉全烟煤富氧喷吹研究.2005 【2】杨寿文.昆钢高炉喷吹煤系统技术改造[J].炼铁.2002 (增刊) 无烟煤混喷实践[J].钢铁.2001,36(3) [121张家驹.论高炉喷煤极限.钢铁[J1.1996(1 1) 【13]马秀国,高灰分碳粒燃烧的数学求解.工程热物理 学报.1991,3 [3]杨天钧.苍大强.丁玉龙.高炉富氧煤粉喷吹【M】.北京: 

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