放宽高炉喷吹煤粉粒度的工业实验.pdf

25 卷 第 3 期 北京Vol.25 No.3 20036Journal of University of Science and Technology BeijingJune 2003 收稿日期 2002–11–11马政峰男 31 岁硕士 国家钢铁联合基金资助项目No. 50174006 高炉喷煤的粒度组成中 小于 200 目的比例 对煤粉制造成本影响较大 通常认为高炉喷吹煤 粉粒度小于 200 目的比例应在 7080 实际上 这是锅炉燃烧煤粉需要的粒度条件 [1,2] 近年来 围绕高炉喷煤进行了一些相关基础研究 [3,4] 国内 一些炼铁厂通过提高煤比试验 发现放宽煤粉可 以节省电耗 降低煤粉制造的成本 并且增加制 数能力 [5] 英国斯肯索普厂以喷吹粒煤为特色 粒煤的 粒度上限为 5mm 小于 2mm 的颗粒占 95 小 于 0.063mm 的颗粒占 20 左右平均粒径为 0.60.7mm 所喷煤种的成分变化范围比较宽 挥 发分大致为 1732灰分为 511 水分为 16 采用了高效的氧煤燃烧器 并且采用了 配煤燃烧等先进喷吹技术 因而保证了粒煤的燃 烧效果 [6] 宝钢在1999年达到了喷煤260kg/t 的国际先 进水平 其中通过放宽煤粉粒度来增加磨煤机的 出粉率的措施非常有效 [7] 国内其他一些钢铁厂 在各自的条件下 以不同的方法放宽喷吹煤粉的 粒度 安阳铁厂在采用瘦煤和适当放宽粒度方面 的工作也取得了较好的成果 [8] 1 煤粉粒度的控制 安钢高炉喷煤系统目前有 2 台球磨机 型号 为 DIM290/350, 产量为 12t/h 喷吹用煤为鹤壁三 矿煤 其固定碳为 6669 挥发分 1618 灰分 1419 和水分 47 在喷吹鹤壁三矿 煤的条件下 台时产量为 17t 难以满足 5 座高炉 大喷煤量的需要 所以探索合适的放宽煤粉粒度 的方法 进一步扩大球磨机制粉能力和满足高炉 的需求是该研究的主要目的之一 1.1 粒度调整过程 通过调整高效粗粉分离器及主风机电流来 控制煤粉粒度 试验分为四个阶段 第一阶段把风机电流控制在 380A下钟拉 杆调整为 450mm下钟处风速为 7.5m/s 左右 上钟拉杆调整为 50 mm 上钟处风速控制为 2.8 m/s 折向门角度调整为45 把200目煤粉所占 的比例控制在70左右 球磨机产量为17t 粗粉 分离器回粉量为 4.7 t/h 第二阶段逐步把风机电流控制在 400A下 钟拉杆调整为340mm 下钟处风速为8m/s左右 上钟拉杆调整为 350mm 上钟处风速为 4m/s 折 向门角度调整为 30 把200 目煤粉所占的比例 控制在 50左右 球磨机产量为 18.5t 粗粉分离 器回粉量为 3.9t/h 第三阶段仍把风机电流控制在 400A下钟 拉杆调整为280mm 下钟处风速为9m/s左右 上 钟拉杆调整为 500mm 上钟处风速控制为 5m/s 折向门角度调整为 10 把200 目煤粉所占的比 例控制在 30 左右此时球磨机产量增加为 21.2t 粗粉分离器回粉量为 2.3t/h 当煤比达到 160kg/t 时高炉出现了比较严 放宽高炉喷吹煤粉粒度的工业实验 马政峰 1 吴 铿 1 杨天钧 1 左 兵 1 张向国 1 窦庆和 2 魏 群 2 1北京科技大学冶金学院, 北京 1000832安阳钢铁公司炼铁厂, 安阳 455004 摘要在安钢炼铁厂 1 高炉喷吹瘦煤时进行了煤粉粒度放宽的工业试验 将小于 74m 200 目 的比例由 70 放宽到 30 后 磨煤能力提高了 21 采用粒度较粗的煤粉 风口前 循环区变长 煤粉的置换比和喷煤比都有所提高 置换比和喷煤比提高的程度随富氧率升高 而增加, 使高炉生产效益有了一定的改进 关键词高炉炼铁; 喷吹煤粉; 粒度; 富氧 分类号 TF053 212 20033 重的堵枪现象 为此 一方面扩大枪口直径 从原 来的 15mm 扩大到 19mm 同时进一步调整高效 粗粉分离器下钟拉杆调整为 90mm下钟处风 速为 11m/s 左右上钟拉杆调整为 450mm 上钟 处风速为约 4.5m/s 折向门角度调整为 25 降低 了 100 目以上煤粉所占的比例 此时球磨机平均 台时产量为20.6t 粗粉分离器回粉量为2.6t/h 这 一阶段称为第四阶段 四个阶段煤粉平均粒度组 成如表 1 所示 表1不同阶段煤粉粒度组成 Table 1 Composition of pulverized coal at different stages 网目100120140160180200200 第一阶段6.02.25.88.23.34.370.2 第二阶段8.83.88.114.17.67.150.5 第三阶段16.94.612.022.47.86.230.1 第四阶段6.93.711.426.4 11.29.031.4 煤粉的细度为多少目的筛下物质量比 如通 过 200 目筛网的煤粉所占的质量分数为 200 目 的质量分数上面的数据都是采用一直筛到完 全分开得到的 1.2 台时产量与经济效益 通过以上阶段的试验可以看出 当风机电流 不变时 由于制粉主管道风速基本恒定 约为 18 m/s 且比粗粉分离器内的速度大得多 所以球磨 机总出粉量即系统出粉率与回粉量之和基本不 变 高效选粉机的不同状态只是改变返粉量及其 组成 通过合理的调整粗粉分离器 可以在提高 产量的前提下 有效地控制煤粉中 100 目以上的 含量同时由于200 目煤粉所占的比例下降 系统台时产量增加了 21增加了系统制粉能 力 台时产量的提高使制粉系统平均吨煤耗电量 由原来的 39 kW h 下降到了 32 kW h吨煤电耗 成本降低了2.3元 同时也降低了吨煤备件消耗 2 煤粉粒度放宽后的影响 2.1 对焦比和喷煤量的影响 在安阳炼铁厂 1高炉进行了放宽煤粉粒度 的工业试验 其结果平均数据如表 2 所示 从表2中可见 在绝大多数情况下 当煤粉粒 度放宽后 喷煤量增加 焦炭加入量减少 焦炭的 负荷增加 富氧率 1.5 和煤粉粒度小于 200 目 为 30 时出现的喷煤量和焦炭负荷下降的原因 是在该条件下没有进行高喷煤量的试验 富氧率 为1.0 粒度放宽 产量提高 富氧率为1.5 粒 度从小于 200 目占70放宽到50后 产量也提 高富氧率在 2.0 以上时粒度放宽产量有所 下降 图1为不同富氧率条件下焦比和喷煤量的关 系 从图 1a可见 富氧率为 1.0 喷煤比超过 135kg/t 粒度由70 放宽到30后 粒度粗的效 果没有粒度细的好 同样 富氧率为1.5 喷煤比 超过 146kg/t 粒度粗的效果没有粒度细的好 如 图 1b所示 而粒度由 70 放宽到 50 时 在富 氧率为 1.5 和 3.0 喷煤比超过 138 kg/t 和 158 kg/t后 粒度粗的效果没有粒度细的好 见图1b 和d 图 1c中粒度放宽后 在喷煤量较低时 曲 线较陡 煤粉置换变大 而喷煤量达到 160kg/t以 上时 曲线的变化变得平坦 煤粉的置换比有所 下降总之粒度放宽后喷煤量增加和焦比下 降 煤粉置换比在喷煤量较低和富氧率较高的水 平比喷煤量较高和富氧率较低的水平要高 2.2 对置换比和透气性的影响 工业试验过程中不同阶段的高炉生产指标 如表 3 所示 通过表3可见 粒度放宽后 对高炉透气性没 表2放宽煤粉粒度的工业试验结果平均数据 Table 2 Industrial experimental results with rougher pulverized coal average data 200目比例/ 产量/ 利用系数/ 焦比/ 喷煤比/ 焦炭负荷/ 风温/富氧率/ 70965.83.22389.0139.53.911092.51.0 301008.53.36389.8140.84.181088.81.0 701005.43.35388.8141.23.991090.01.5 501048.53.49353.8161.24.391097.31.5 301030.33.43389.0135.74.031091.01.5 701028.03.44395.0136.33.971093.32.0 301009.03.40368.7150.24.281091.02.0 701058.03.51364.3155.74.241094.03.0 501048.53.49353.8161.24.391096.53.0 Vol.25No.3马政峰等放宽高炉喷吹煤粉粒度的工业实验213 有明显的影响 而使置换比有所提高 第二阶段 综合燃料比下降10kg/t 产量提高了近20kg/d 在 第三阶段综合燃料比达到最低产量几乎不变 但由于安阳高炉喷煤输送空气压力较低 在 100 目以上的比例较大时 经常发生堵枪 虽然在这 个条件下燃料比最低 但不能保证均匀喷煤 在 第四阶段综合燃料比下降了 10kg/t 产量增加了 10kg/d 2.3 对风口循环区煤气分布的影响 为了检测煤粉在风口前燃烧后气体的分布 情况 通过风口窥视孔 用风口取样装置沿风口 水平线上不同位置依次取出煤气样 直到取样枪 向内插不动为止 用吸收法分析煤气成分 风口 水平线上取样位置如图 2 通过检测发现在煤比 160kg/t富氧率 1.5 风温 1000左右时 粒度由200 网目占 70 放宽到占 30 O2含量大幅度开始下降和 CO2达到最高点的位置都向后移动 200mm 即燃 烧带延长 对于其他的煤比 富氧率和煤粒度变 化的条件也进行了检测 虽然工业试验不易将试 验条件稳定在同一水平 但大多数情况的结果表 明 随煤粒度增加 燃烧带延长 燃烧带延长后 有利于中心发展 使得煤粉的置换比提高 这与 前面的结果是一致的 110120130140150160170120130140150160 煤比/ 煤比/ 110120130140150160170180120130140150160180 煤比/ 煤比/ 图1不同富氧率时喷煤量和焦比的关系图 富氧率为a1.0 ; b1.5 ; c2.0 ; d3.0 Fig.1 Relationship between coal injection rate and coke rate with differeent enriched oxygen ratios 表3不同阶段工业试验的高炉生产指标 Table 3 BF production index of industrial experiment at different stages 试验阶段 平均产量/ 平均焦比/ 平均煤比/ 综合平均燃料比/ 置换比 透气性指数 第一阶段1 011.03891445330.79558 第二阶段1 029.93731485210.87565 第三阶段1 009.03691475160.91547 第四阶段1 021.43771465230.86541 410 400 390 380 370 340 360 380 400 410 390 370 350 380 370 360 350 330 340 360 370 380 390 400 410 420 70 30 70 50 30 70 30 70 50 焦比/ 焦比/ 焦比/ 焦比/ ab cd 1234567 图2风口水平线上各取样点位置 Fig.2 Sampling positions at the horizontal line of the tu- yere 风口水平线 214 20033 2.4 影响煤粉粒度放宽的因素 将喷吹挥发分较低的无烟煤改成挥发分含 量较高的瘦煤后采用适当放宽煤粉的粒度后 在煤比不超过 160kg/t 的条件下高炉能保证正 常运行 表明在高炉中心没有产生大量的未燃煤 粉 试验中也发现如果煤粉粒度再放宽 160目以 上占 50 在煤比较高时 180kg/t 高炉出现憋 风难行情况 渣铁流动不畅 表明有较多的未燃 煤粉进入死焦堆和滴落带使高炉不能正常运 行从表 2 可见工业试验中的风温平均值在 1088.81097.3达到了当时风温的最高值对 放宽煤粉的粒度是有利的 3 结论 1在喷煤制粉生产过程中200 目煤粉所占 比例过大是影响制粉产量的重要原因将200 目煤粉所占比例从 70放宽到 30 可以提高球 磨机台时产量 21 2 根据安阳高炉工业实验结果采用瘦煤 挥发为162 煤粉小于200网目粒度 由70 放宽到30左右时 不仅显著地提高了制粉过程 的经济效益 而且高炉适应性良好 燃烧情况也 有一定的改善 3 在输送煤粉的空气压力不高的情况下 100 目以上煤粉所占的比例对喷煤堵枪影响较 大在生产中需要控制 100 目以上的比例一般 不应超过 10 在安阳炼铁厂的条件下 最好将 大部分煤粉粒度控制在 140 目到 160 目之间 4富氧率一定时 随喷煤量和粒度的增加 在绝大多数情况下 燃烧带长度增加 有利于中 心气流发展 另外 提高富氧率有利于煤粉粒度 的放宽 参 考 文 献 1 成兰伯. 高炉炼铁工艺及计算[M]. 北京冶金工业出 版社1990 2 汤清华 马树涵. 高炉喷吹煤粉知识问答[M]. 北京 冶金工业出版社1997 3吴铿,张炳哲,刘权兴,等. 热风炉自身和附加预热过 程参数设计数学模型 [J]. 北京科技大学学报, 2000, 22增刊 87 4吴铿,陈春元,刘兴慧,等. 高温下高炉渣与碳的还原 [J]. 北京科技大学学报, 2000, 221 12 5陈春元. 提高包钢高炉喷煤量的基础试验研究[D]. 北京 北京科技大学, 2001 6Fernandez-Pello A C. Theory of the mixed convection combustion ofsphericalfuel particles[J]. Combustionand Flame, 198353 232 7郭可中李肇毅. 推进精料技术,大力提高高炉喷煤 [J]. 钢铁, 2000 35增刊 11 8 马振峰. 高炉煤粉系统安全控制研究[D]. 北京 北京 科技大学, 2002 Industrial Experiment with Roughter Pulverized Lean Coal in BF MA Zhengfen1, WU Keng1, YANG Tianjun1, ZUO Bing1, ZHANG Xianguo1, DOU Qinghe2WEI Qun2 1 Metallurgical Engineering School, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2 Anyang Iron and Steel Group Co, Anyang 455004, Chian ABSTRACT An industrial experiment with rougher pulverized lean coal was carried out in 1 BF at Anyang Iron and Steel Group Co. The production of coal grinders increased by 21 as themixing rate of the pulverized coal size under 74 mwas reduced from70 to 30 . With rougher pulverized coal, theraceway became longer and the PCI ratio as well as replacement ratio of coal enhanced. The two ratios increased as theoxygen was enriched. It is shown that much good economical benefit in BF has been reached by using rougher lean pulverized coal. KEY WORDS iron-making in BF; PCI; pulverized coal size; enriched oxygen