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优化配煤 高炉喷吹效果更好
作者:this | 发布时间: 2017-12-22

    近年来,随着中国优质炼焦煤资源的日渐匮乏,高炉喷吹煤在钢铁冶炼工艺环节的地位日益提高,已成为钢铁行业节约焦炭、降低成本和改进冶炼工艺最有效的技术手段。高炉喷煤是通过高炉风口直接向高炉内喷吹无烟煤、烟煤或者配煤,以提供热量和还原剂,从而替代部分冶金焦炭,降低焦比,改善高炉的冶炼状况,同时还可以减少焦化引起的污染。高炉喷吹煤粉的质量好坏,直接关系到高炉的顺行和铁水的还原等过程。因此,对煤粉的性能检测成为不可或缺的步骤。
    研究者选择了高炉生产常用的7种煤粉(津凯、神通、宣化、贡红、昊林、白杨墅、俄煤),根据煤粉检测的国家标准,分别对煤粉进行工业分析、元素分析,燃烧性和反应性、着火点、爆炸性、发热值、可磨性、灰熔特性的检测。通过煤粉的性能检测,能够以之为依据对各种煤粉进行评价,为后续的混煤试验方案的制定以及工业试验方案的制定提供理论依据。
    煤粉质量排排队
    煤的工业分析包括水分、灰分、挥发分产率和固定碳4个项目,用作评价煤质的基本依据。根据煤的水分和灰分的测定结果,可以大致了解煤中的有机质或者可燃物的百分含量。而根据煤的挥发分产率可以了解煤中有机质的性质,同时煤的挥发分又是煤分类的重要指标。这次实验按照国家标准规定的测定方法,分别对水分、灰分、挥发分产率和固定碳进行测定。其中,水分、灰分和挥发分产率直接测出,而固定碳则是以差减法得出。
    实验数据显示,津凯煤水分大,挥发分高,属于典型的褐煤。褐煤是一种介于泥炭与沥青之间的棕黑色、无光泽的低级煤,属于煤化程度最低的一种煤。神通、宣化、贡红均为高挥发分、低灰分的烟煤。昊林、白杨墅煤属于低挥发分、低灰分的无烟煤,而俄煤属于特低挥发分、高灰分的无烟煤。因此,从挥发分的角度可以得出结论,煤粉的变质程度由高到低依次为俄煤>白杨墅煤>昊林煤>贡红煤>宣化煤>神通煤>津凯煤。
    从煤粉的元素分析结果可以得出结论:随着煤的变质程度逐渐加深,煤中固定碳含量相应的增加。与碳相反,煤中氢和氧的含量随着煤的变质程度加深而下降,这是由于煤化程度较低时,煤的结构单元中富氢官能团和六碳环的侧链多,随着煤的变质程度加深,富氢官能团和氧含量高的侧链脱落,氢和氧的含量随之降低。因此,可以将氢含量作为划分无烟煤小类的指标之一。至于煤粉中的S含量,S的含量与煤粉变质程度没有直接的关系,S含量高低可能与煤层形成的地质环境有很大关系。煤粉中硫是有害元素之一,给高炉冶炼带来很大危害,所以硫分高低是评价煤质优劣的主要指标之一。按照硫的划分等级,津凯、贡红、宣化、俄煤属于特低硫煤,神通、昊林和白杨墅煤属于低硫分煤。
    性能检测面面观
    燃烧性与反应性分析。煤粉燃烧性的好坏,预示着喷入高炉的煤粉在风口区能否燃烧完全,它直接影响煤粉的置换比。高炉喷吹反应性高的煤粉,可以增大喷吹量、提高煤粉的燃烧率,同时能够减少焦炭的气化率,一定程度上保护了焦炭。这次实验利用微机差热天平,测定了不同温度条件下煤粉的燃烧性和反应性。
    燃烧性结果显示,神通、宣化、贡红和津凯煤的燃烧性很好,尤其是津凯褐煤,在600℃就基本完成了全部反应。相比较下,昊林、白杨墅、俄煤的燃烧性较差。由于无烟煤的燃烧性较差,在喷吹的煤粉量较大时,过多的未燃煤粉不仅影响高炉顺行,同时降低置换比,因此在进行配煤时要注意无烟煤的燃烧性较差的特点,适当多采用烟煤。在本次实验中,俄煤的燃烧性差,在配煤时应当尽量少配。
    反应性结果显示,烟煤的反应性要明显高于无烟煤。本次反应性实验中,津凯煤作为褐煤,反应性最好。烟煤中,神通、宣化煤反应性较好,贡红煤相比较差一些。而无烟煤中,整体上昊林煤的反应性较好,白杨墅煤和俄煤反应性较为接近。高炉喷吹高反应性的煤粉时,可以抑制焦炭的熔损反应,因此,在配煤时尽量多配一些反应性高的烟煤。
    着火点与爆炸性分析。煤粉着火点和爆炸性作为煤粉检测的重要指标之一,反映了煤粉在运输和贮藏过程的安全性以及喷入高炉后的燃烧性能。煤粉着火点低,进入风口能够快速着火燃烧,减少了未燃煤粉的形成,有利于高炉的顺行;但是着火点过低,会导致煤粉在贮藏过程中容易着火爆炸。同时从安全角度考虑,对于高炉喷吹的煤粉,要求其无爆炸性或者爆炸性弱,所以在喷煤之前需要对煤进行着火点和爆炸性的检测。
    这次实验通过煤粉着火点测定装置和长管式煤粉爆炸性测定设备对7种煤粉进行了检测,结果显示:烟煤的着火点比无烟煤低;烟煤的挥发分高,爆炸性要比无烟煤强。7种煤样中,津凯煤的爆炸性最强。在配煤时应考虑不同煤种之间的搭配用量,防止由于着火点过低和爆炸性强带来安全隐患。
    发热值分析。发热量是煤的重要质量指标,根据发热量能够计算燃煤工艺过程的热平衡、耗煤量和热效率,可以估计锅炉燃烧时的理论空气量、烟气量、可实现的理论燃烧温度。在这次试验中,通过WZR-A1微电脑自动热量计对7种不同煤粉进行热值测量。
    结果显示:低位发热值由高到低的顺序为昊林煤>白杨墅煤>俄煤>贡红煤>宣化煤>神通煤>津凯煤。煤粉的发热值与煤粉的含碳量以及煤粉变质程度有很大的关系,对于烟煤,其热值随着煤化程度增加呈现增加的趋势;对于无烟煤,热值却随着煤化程度的增加而降低。本次实验中的俄煤属于高灰分的无烟煤,煤化程度是最高的,因此热值相对较低,在配煤时应当考虑。
    可磨性分析。目前,世界上通用的煤的可磨性测试方法有美国的哈德格罗夫(Hardgrove)法和前苏联的全苏热工研究所(BTN)法,这次实验采用哈氏方法测定煤的可磨性指数———HGI。
    从可磨性结果来看,烟煤中神通与宣化煤的可磨性最高,是可磨性最好的煤种;贡红煤的可磨性最差,但是也满足高炉喷吹的要求。对于无烟煤,3种无烟煤的可磨性均符合高炉喷吹的要求。
    灰熔特性分析。煤燃烧之后的残渣称为煤灰,其灰熔特性是煤的一个重要指标,能够反映出煤中矿物质在高炉内的动态。太低的灰熔点会加速煤粉颗粒之间的聚集和沉淀,容易造成风口结焦;灰熔点过高,则会缩短耐火材料寿命,给装置正常运行带来许多问题,通常要求原料煤的灰熔点小于1400℃。这次实验采用煤炭灰熔点检测仪对煤样进行检测。
    从得到的灰熔点特性分析结果来看,俄煤和白杨墅煤属于高软化温度灰(RHST)。白杨墅煤的灰熔点过高,大于1400℃,喷入高炉会缩短耐火材料的寿命,运行经济性较差。而宣化煤和神通煤的灰熔点偏低,喷入高炉会形成低熔点的化合物,严重降低了炉渣的流动性,同时加剧炉衬的侵蚀。因此,在喷吹过程中可以考虑将高灰熔点的无烟煤与灰熔点较低的烟煤进行搭配使用,有利于高炉的顺行,同时提高了经济性。
    混煤喷吹效果更好
    通过对所选取的7种不同煤粉进行基础性能的检测,综合各项性能指标,可以得出以下结论:
    津凯煤是一种褐煤,褐煤的煤化程度低,挥发分高,燃烧性和反应性也是最好的。但是由于津凯煤的固定碳含量少、发热值低,同时爆炸性强,因此不适合单独用作高炉喷吹煤。但是褐煤可以与无烟煤或者烟煤进行混合,用作高炉喷吹煤粉,可以降低成本,改善喷吹煤粉的燃烧性能。
    与无烟煤相比,烟煤的挥发分高,着火点低,同时燃烧性和反应性比无烟煤高。在这次实验中,神通煤、宣化煤和贡红煤的挥发分、灰分、含硫量、可磨性和燃烧性能均是符合高炉喷吹的要求,在喷吹选择煤种的过程中,应当结合其价格因素,选择合适的煤种。
    相比较于烟煤,无烟煤的挥发分低,燃烧性和反应性稍差。但是固定碳含量明显高于烟煤,喷吹无烟煤后产生的发热量高,在高炉内置换出的焦炭量也更多。同时无烟煤的爆炸性低,更加安全可靠。这次实验的3种无烟煤中,俄煤不适合单独用作高炉喷吹用煤,昊林煤的综合性能最好。
    高炉喷吹用煤对煤粉的要求比较高,喷吹煤要有高燃烧性和反应性,高热值,低灰分,低硫量和低爆炸性。可以说,任何一种单煤(烟煤或者无烟煤)均无法满足全部的要求。国内外配煤常采用含碳量高、发热量高的无烟煤和挥发分高、燃烧性好的烟煤配合,使混合煤的挥发分达到20%~25%,灰分低于12%,这样可以充分发挥两种煤的优点,取得良好的喷吹效果。因此,在实际操作中,采用混煤的方法进行高炉喷吹,得到的结果会更好。

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