王金龍,郭蘭芬,魏瓊花
(河鋼鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司 河北 邯鄲 056015)
提高噴煤比,提高煤焦置換比是高爐降低焦比的最有效手段,然而大量的理論研究和實(shí)踐表明,煤粉在風(fēng)口前燃燒,在有限的空間和時(shí)間內(nèi)完全燃燒氣化是很困難的,噴吹量越大,未燃煤粉量也相應(yīng)增大,未燃煤粉在爐內(nèi)少量被有效利用,大量的未燃煤粉給高爐冶煉帶來了一定困難。因此,在增加噴煤量的同時(shí),提高高爐噴吹煤粉的燃燒率,使進(jìn)入高爐爐內(nèi)的煤粉得到充分有效的利用,才能真正發(fā)揮噴煤的效益。河鋼邯鋼公司近年來噴煤比基本保持在120 kg/t·Fe左右,指標(biāo)提升困難,瓦斯灰碳含量有時(shí)高達(dá)40%左右,嚴(yán)重影響了高爐爐況順行和高爐噴煤置換比的提高,因此需從煤粉燃燒性能、煤種搭配、混煤粒度、富氧等多方面開展研究工作,優(yōu)化高爐噴煤使用效果。
煤粉燃燒率試驗(yàn)采用干式收塵法通過灰分平衡計(jì)算進(jìn)行檢測(cè),各項(xiàng)試驗(yàn)參數(shù)見表1。
本次試驗(yàn)選取常用煤粉共10種,其中煙煤5種,無煙煤5種,分別進(jìn)行了發(fā)熱量、可磨指數(shù)、著火點(diǎn)、爆炸性以及燃燒率的測(cè)定,具體化學(xué)成分及測(cè)定結(jié)果見表2。
表1 煤粉燃燒率試驗(yàn)參數(shù)表
表2 邯鋼常用噴吹煤粉基礎(chǔ)性能表
邯鋼噴吹用煤粉品種較多,煙煤揮發(fā)份均超過30%,無煙煤揮發(fā)份在10%左右,其中無煙煤A和無煙煤B煤化程度較高,揮發(fā)份含量在6.4%左右,同時(shí)無煙煤A和B在發(fā)熱量、可磨性、燃燒率等方面也同樣低于其它無煙煤;煙煤中煙煤D灰分較高、可磨指數(shù)低、燃燒率差,而煙煤A和煙煤B則燃燒率高、發(fā)熱量大,是噴煤的優(yōu)選煤種。
煤粉粒度組成對(duì)其燃燒率有很強(qiáng)的影響作用,但是當(dāng)煤粉粒度過細(xì)時(shí),其流動(dòng)性變差,容易造成管路堵塞,噴吹深度變淺;而粒度過粗時(shí),在風(fēng)口相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)來不及燃燒,從而進(jìn)入爐渣、軟熔帶等區(qū)域,對(duì)高爐冶煉不利,因此噴吹煤粉應(yīng)該具有適宜的粒度組成。取高爐現(xiàn)場(chǎng)混合煤粉并進(jìn)行篩分,如表3方案1和方案2所示,逐步增加-200目煤粉含量,考察煤粉粒度組成對(duì)燃燒率的影響,結(jié)果見表3。
表3 粒度組成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)煤粉燃燒率影響表
由表3可見,隨著煤粉中-200目粒級(jí)含量的增加,煤粉的燃燒率呈增加趨勢(shì),-200目比例提升至75%時(shí),煤粉燃燒率提高2.18%,-200目比例提升至80%時(shí),煤粉燃燒率提高3.82%,因此,提高煤粉細(xì)度有利于提高其燃燒性,但不易過細(xì),應(yīng)當(dāng)從能耗、安全和整體運(yùn)行等方面綜合考慮。
煙煤混噴可以降低成本,同時(shí)由于煙煤的含氫量高,可以促進(jìn)高爐中心氣流的發(fā)展,也可以提高煤粉的燃燒率,研究表明:混合煤粉的燃燒率高于各煤種單獨(dú)燃燒率的加權(quán)平均值[1],煙煤揮發(fā)份的快速逸出引導(dǎo)了無煙煤的提前燃燒,形成了煤種不同的促燃作用[2]。
取燃燒性能較好的煙煤B與燃燒性能較差的無煙煤B混合,考察煙煤對(duì)無煙煤的促燃作用,煙煤B比例分別為20%、40%、60%、80%,混合煤粉揮發(fā)份含量從12.27%提升至29.89%,測(cè)試揮發(fā)份含量對(duì)混合煤粉燃燒率的影響,結(jié)果見表4。
表4 混合煤粉燃燒率與揮發(fā)份含量關(guān)系表
煙煤配比較低時(shí)混合煤粉燃燒率實(shí)測(cè)值要明顯高于計(jì)算值,說明在無煙煤中適量添加煙煤可以加速無煙煤的燃燒,效果較好,如果煙煤含量繼續(xù)提高至60%以上則促燃作用顯著降低。
由于在高爐風(fēng)口條件下,固定碳的燃燒速率主要受氧在碳顆粒表面?zhèn)髻|(zhì)速度的限制,因此,鼓風(fēng)含氧量的增加有助于固定碳燃燒速率的顯著增加,改善煤粉在高爐風(fēng)口區(qū)的燃燒過程。對(duì)煙煤E和無煙煤E進(jìn)行富氧噴吹試驗(yàn),試驗(yàn)方案見表5。
隨著富氧率的增加,煤粉的燃燒率呈穩(wěn)步增加的趨勢(shì),當(dāng)富氧率達(dá)到5%時(shí),煙煤E燃燒率提高了6.6個(gè)百分點(diǎn),平均富氧率提高1%燃燒率提高1.32%,無煙煤E提高了7.21個(gè)百分點(diǎn),平均富氧率提高1%燃燒率提高1.44%,由此可見,增加鼓風(fēng)含氧量可以使煤粉的燃燒率明顯提高,尤其對(duì)無煙煤影響更大。
表5 富氧對(duì)煤粉燃燒率的影響
噴煤燃燒性能受到諸多因素的交互作用與影響,優(yōu)選煤粉品種、細(xì)化粒度組成、提高混合煤揮發(fā)份含量、提高富氧水平等都可以提高噴煤燃燒率。那么在諸多因素中應(yīng)優(yōu)先選擇哪些因素進(jìn)行優(yōu)化才能最大限度的提升噴煤使用效果?提高煤比至150 kg/t.Fe,進(jìn)行了四因素三水平的正交試驗(yàn),因素選擇與水平設(shè)定見表6,其中混合煤中選擇煙煤A為固定煙煤品種,無煙煤中選擇燃燒性較差的無煙煤A和無煙煤B以及燃燒性能較優(yōu)的無煙煤C,三個(gè)無煙煤品種分別與煙煤A混合;因素中的粒度為混合煤粉中-200目的粒級(jí)所占比例,試驗(yàn)結(jié)果匯總見表6。
對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析,結(jié)果見表7。
表6 正交設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果匯總表
表7 極差分析表
由表7可見,四因素的極差分別為:2.45、3.03、7.78、9.75,說明各因素對(duì)燃燒率的影響程度各不相同,影響噴煤燃燒率最大的因素是無煙煤品種,即燃燒性較差的無煙煤品種是限制混煤燃燒率提高的主要因素,在使用中應(yīng)當(dāng)加以區(qū)別和限制,優(yōu)先選擇燃燒性能較好的無煙煤品種使用;其次為混合煤粉揮發(fā)份含量控制,揮發(fā)份由20%提升至24%混煤燃燒率平均可提高7.78%,提升效果明顯,因此在確保安全的前提下應(yīng)盡可能地提升混煤揮發(fā)份含量的控制水平、富氧率和粒級(jí),其對(duì)燃燒率影響程度在3%左右。
(1)提高煤粉細(xì)度有利于提高其燃燒性,但不易過細(xì),應(yīng)當(dāng)從能耗、安全和整體運(yùn)行等方面綜合考慮。
(2)煙煤對(duì)無煙煤有促燃作用,當(dāng)煙煤配比較低時(shí)促燃作用效果較好,煙煤含量繼續(xù)提高至60%以上則促燃作用顯著降低。
(3)增加鼓風(fēng)含氧量可以使煤粉的燃燒率明顯提高,尤其對(duì)無煙煤影響更大。
(4)富氧率、粒度組成、揮發(fā)份含量、無煙煤品種四因素中,影響噴煤燃燒率提高的最大因素是無煙煤品種選擇,其次為揮發(fā)份含量控制,富氧率和粒度組成影響最小。