宣钢2500m3高炉喷煤工艺设计及提高喷煤比实践

宣钢2500m3高炉喷煤工艺设计及提高喷煤比实践摘要2500m3高炉喷煤采用浓相输送技术，固气比不小于30kgM/kgq,管道内煤粉流速为4〜8m/s,混合喷吹无烟煤和烟煤，以及安全检测，计算机控制等先进的喷煤工艺技术。喷煤系统采用了ZGM133中速辊式磨煤机，大布袋一次收粉，三罐交叉并联倒罐喷吹，罐中央氮气流化板和罐底氮气流化装置等设备。随着高炉炉况的稳定顺行，喷吹系统逐步改造完善，系统运行状态稳定，喷煤量逐步提高，到2009年1月煤比达到154kg/1,烟煤比65%。2013年3月中修开炉后，炉况稳定顺行，煤气利用提高，燃料比逐渐降低。关键词高炉喷煤工艺生产实践喷煤工艺喷吹燃料技术是现代高炉炼铁生产广泛采用的新技术，它也是现代高炉炉况调节所不可缺少的重要手段之一。高炉喷煤具有良好的经济效益和社会效益，因此《高炉炼铁工艺设计规范》GB50427-2008要求，新建或改造的高炉必须设置喷煤设施。高炉喷煤是改变高炉用能的关键技术，是一项有效的节能措施。高炉以煤代焦，可以缓解焦煤的资源短缺，降低生铁成本。成功。随着高炉炉况的稳定顺行，喷吹系统逐步改造完善，系统运行状态稳定，喷煤量逐步提高，到2009年1月煤比达到154kg/t，烟煤比65%。工艺设计简述宣钢2500m3高炉喷煤制粉采用ZGM133型中速磨负压系统，设计制粉能力74—78t/h,最大喷吹能力55t/h，煤粉粒度为-200目±80%,水份〈1%,收粉方式为高浓度低压脉冲袋式收集器进行一级收粉，喷吹系统采用浓相输粉技术，固气比不小于30kgM/kgq,管道内煤粉流速为4〜8m/s。在总管上设置煤粉流量计和调节阀，其调节和计量精度误差小于4%。直接喷吹，喷吹能力按200kg/1设计。喷煤用空压机主要由2台高压力螺杆机供风。干燥气系统为制粉提供300的烟气进行干燥的气体。系统采用计算机控制，喷吹、制粉所有操作均可在主控室通过计算机操作完成。喷煤工艺流程备煤系统火运（汽运）一干煤棚一天车一受煤仑（3个）一皮带给煤机（3台）一1号运输皮带一2号运输皮带一3号运输皮带一原煤仓。皮带机输送过程中经过除铁器，将原煤中的铁质物清除。烟煤、无烟煤混合喷煤，通过皮带给煤机自动按比例实现。制粉系统制粉系统包括原煤仓、给煤机、中速磨煤机、布袋收粉器、及煤粉仓等。原煤仓下部设电子皮带秤给煤机。设1台ZGM133型中速磨煤机制粉，设计铭牌制粉能力为74-78t/h,负压操作。收粉采用高浓度低压脉冲袋式收集器进行一级收粉工艺，经过叶轮给料机、振动筛除混在煤粉中的杂质进入煤粉仓，煤粉仓下锥体设氮气流化，采用电子秤称量与超声波料位计控制仓内煤粉量。喷吹系统煤粉从煤粉仓进入喷煤罐或装料、充压、保持、喷吹，或放散，提供连续的煤粉进入气动输煤管线。输煤管线的煤粉离开喷煤罐，在混合器与输送压缩空气结合，将煤粉输送到分配器。煤粉进入分配器，然后均匀分配到各个喷吹支管，将煤粉输送到各个风口。煤粉仓设计装满煤时重量为600吨；设计采用3个喷吹罐(其中第三个作为2号炉投产后两座高炉备用)容积82.6ms装满煤时重量为36吨。每个喷煤罐都由一套三个传感器支撑。喷煤罐通过其底部的流化板，利用一定体积流量的氮气进行连续的流化处理，使喷煤罐中的煤粉平稳的进入喷煤管线，并且使煤粉保持在惰性状态，防止火灾、爆炸。完整的喷煤罐循环包括：一具准备循环和一个喷吹循环。当一个喷煤罐处于准备循环时另一个处于喷煤循环。准备循环：减压一装煤一充压一保持。煤粉从喷煤罐出口进入混合器，在混合器处增加压缩空气，将煤粉通过输送管线送到高炉附近的两个分配器。在每个分配器里，煤粉从底部进入，呈放射状均匀分配到顶部的15个喷煤支管进入高炉。混喷烟煤时的技术要求烟煤检测系统温度及含0量，并调节控制在允许范围内，磨机出口、布袋入口温度控2制在70-95C。02含量或温度高时，均可充氮气惰化气氛。严格控制主减速机推力瓦轴承及油池温度，保证在28-50之间。保证布袋压差小于1.5kPa，中速磨负压运行。混喷时，严格控制系统含q量，中速磨入口02含量W6%，尾气出口02含量勺2%，煤粉仓CO含量W500ppM；若尾气含q量超标，立即调整烟煤比到3°%，同时充％惰化气氛，防止着火、爆炸。（5）氮气压力低于1.2MPa时要及时升压。若连续半小时压力低于规定值调整烟煤比到30%。（6）严格控制系统温度、负压、入磨烟煤配比。高炉喷煤对煤粉的要求高炉喷吹用煤应满足高炉冶炼工艺要求，并对提高喷吹量和置换比有利，以代替更多的焦炭，从而降低成本和减少炼焦污染。因此对高炉喷吹用煤应有如下要求：（1） 选择合适的煤种在相同条件下，煤的灰份越高，煤份的燃烧率越低，根据试验结果，灰份每降低1%，总燃烧率可提高2%-3%。这主要是因为煤粉燃烧时灰份阻碍了挥发份的逸出，同时也增加了助燃介质（氧气）向未燃煤粉颗粒核心的扩散阻力。因此，从改善煤粉的燃烧效率来看，低灰份颗粒有利。随着煤粉中挥发份含量的增加，煤粉的总燃烧率有所提高，但当挥发份含量达到15%-17%时，燃烧率变化不大。（2） 表明煤结焦性能的角质层越薄越好，以免煤粉在喷吹过程中结焦，堵塞煤枪和风口，影响喷吹和高炉的正常生产。（3） 煤的可磨性好，高炉喷吹的煤需要磨细到一定细度，例如无烟煤-200目（粒度小于0.74mm）的要达到80%以上，烟煤-200目的要达到50%以上。可磨性好，则磨煤消耗的电能就少，可降低喷吹成本。（4） 煤的燃烧性能好，即煤的着火温度低，反应性好，这样可使喷入炉缸的煤粉能在有限的空间和时间内尽可能多的气化。另外燃烧性能好的煤也可以磨的粗一些，即-200目占的比例少一些，以降低磨煤能耗和成本。就目前所有的煤种来说，可以发现任何一种煤都不能达到上述所有要求，另外各种煤源由于产地远近、开采方法、运输到厂的方式等不同，其单位价格也不同，生产中常采用合理的配煤来获得性能好而且价格低的混合煤。经试验并认真研究分析，我们用碳含量高、热值高的无烟煤与挥发分高、易燃的烟煤配合，使混合煤的挥发分在20%〜25%、灰分在12%以下。这样，不仅可以消除烟煤的爆炸性，而且还可以利用不同煤粉间的相互燃烧效应来改善其燃烧过程，充分发挥两种煤的优点，取得良好的喷煤效果。宣钢2500m3高炉就是这样处理的。我厂喷吹混合煤的质量从2009年到现在，灰分基本上在7-8%之间，挥发分在21-22%之间，-200目在70%以上，水分在2.0%以下，喷吹煤粉质量保持稳定，能够满足高炉喷煤要求，喷煤量保持在150kg/t，烟煤比保持在60%以上。影响喷煤比的因素扩大喷煤量，提高风口前煤粉燃烧率一直是高炉喷煤的重要目的，然而通过大量的理论和实践研究发现，煤粉在风口前燃烧带有限的空间和时间内完全燃烧是不可能的，喷吹量越大，未燃煤粉的绝对数量相应增大。未燃煤粉在炉内少量被有效利用，大量未被利用的煤粉给高炉冶炼带来了一定困难。因此，为了提高煤比及煤粉的有效利用，了解煤粉在高炉风口回旋区的燃烧情况及煤粉燃烧率、煤粉的置换比具有重要意义。燃烧率高炉增加喷煤量后，操作中会出现以下问题：（1）随着煤粉的增加，风口和炉内的压力损失上升。（2）随着煤气流边缘的发展和热流比的降低，炉身等热损失增加。（3）由于煤粉燃烧率下降在炉内存在未燃煤粉。（4）高炉内未燃煤粉无论分布于何处，都会恶化料柱透气性。虽然留在炉内，但起不到应有的作用，反而抵消了一部分在回旋区有效燃烧带来的节能效果。（5）较低的软熔带位置，焦炭夹层较薄的软熔带结构，较大的鼓风功能都使煤粉易于向中心分布，因而使进入炉缸的未燃煤粉增多。（6）边缘煤气流发展，不仅增加煤粉吹出量，而且煤粉在炉墙处与炉渣接触，会使炉渣变稠，并导致炉墙增厚或结瘤。高炉操作表明，喷吹量在80-120kg/t铁范围内变化时，炉内透气性变化很小，煤量再增加时，炉体下部碎焦量急剧增加。国外高炉将喷煤量增加到200kg/t铁以上时，高炉采取了以下措施，效果很好。（1）进一步提高煤粉的燃烧率，为此应采取强化煤氧燃烧的喷吹技术。（2）采取加重边缘的布料制度，抑制边缘煤气流。（3）为确保焦炭层厚度减少时软熔带的透气性，应提高矿石的还原性，使其在高温下再开始软化，从而使软化—熔融区域变窄。（4）使用高强度焦炭以确保高炉下部的透气、透液性，维持正常的煤气流分布。（5）增加鼓风中氧气浓度，使等温线下移，以降低炉顶温度，并通过降低炉腹煤气量使高炉下部的压损降低。喷煤量关于高炉喷煤的极限问题，各国专家从不同角度出发，发表了很多观点。据有关文献经简单的推理，得出了喷煤的第一极限和第二极限，即：在氧化气氛下，高炉煤粉完全燃烧，过剩系数需要40%，高炉喷煤的基本作用是代替风口前炭，而入炉焦炭风口前燃烧，大约占总入炉料的70%左右，因此煤粉的最大限度应在70%左右，此为第二极限；为保证风口前碳的完全燃烧的煤粉率应是70%三1.4=50%，此为第一极限。德国钢铁公司在喷煤实践中研究了各种因素对高炉喷煤量的影响以后表明：煤焦置换比与喷煤量的关系不大。当前,煤粉喷吹期间的不完全燃烧是限制喷煤工艺的主要因素，各种煤的燃烧极限0/C原子比是2:1,喷煤量大于150kg/1铁时，0/C开始低于极限值，导致了煤粉的不完全燃烧。随着喷煤量继续加大，限制喷煤量的决定性因素将是软熔带的形状和范围。要是煤粉在燃烧带内达到100%的燃烧，最低燃料比应为500kg/t铁，煤比应小于170kg/t铁，煤粉最大限度应小于0.7mm。荷兰艾莫伊登高炉实践表明，当喷煤量在100kg/t铁以下时，高炉操作没有任何困难，各种操作制度变化不大；喷煤量由100kg/t铁增加到150kg/t铁时，高炉仍顺行，只是炉尘和洗涤水污泥中含煤量有所增加，风压和中心气流有上升趋势；喷煤量由150kg/t铁增加到200kg/t铁时，中心气流明显增大，风压升高，炉尘中含煤量增多，经调节后可以维持高炉正常操作；当喷煤量大于200kg/t铁后，风压和中心气流急剧增加，特别是煤比大于215kg/1铁时，高炉难行，甚至出现风口灌渣，主要原因是高炉上部透气性变坏，软熔带焦炭夹层厚度变薄，未燃煤粉堵死料柱和滴落带，从而影响回旋区的形状和大小，并使炉渣变稠。因此提出，进一步增大喷煤量必须采取高富氧措施，当煤比高达燃料比的60%时，富氧率应大于10%。分析认为，喷煤量受理论燃烧温度和气体力学条件的制约。一般理论燃烧温度应控制在2050-2300°C之间，多喷10kg煤粉，理论燃烧温度下降20-35，原来理论燃烧温度处于下限的高炉，提高喷煤量应做相应的调节。气体力学条件则受炉料结构、炉料质量、高炉强化制度、炉型及操作方面的影响。在没有富氧的条件下，喷煤量不宜超过120kg/t铁；富氧1-3%时喷煤量可达150kg/t铁；在高富氧大煤量喷吹时，入炉焦比降到250-300kg/t铁，作为料柱骨架的焦炭体积减少40-60%，气体力学条件成为影响高炉顺行的主要限制环节，因此，必须进一步提高炉料质量，改善炉料分布，否则难以维持高炉稳定操作。在1200C风温的条件下，喷煤量最多只能达到150kg/t铁，继续提高喷煤量必须富氧。综上述可见，由于高炉内部运行情况很复杂，影响喷煤量增加的因素除了高炉本身的操作方针外，还与原燃料条件及喷吹技术有关，在目前的操作条件，通过富氧，使喷吹量达到200kg/t铁是完全可能的。煤粉燃烧率与置换比的关系煤粉在风口前燃烧充分，气化程度高，说明喷吹煤粉的利用效果越好，置换比就越高，降低焦比就越多。如果煤粉在风口区气化产生大量烟碳，不仅产生的热量和还原性气体减少，还可能恶化炉况，影响喷吹效果，置换比降低。根据理论计算与试验得出以下结果：当置换比约为0.85时，燃烧率趋于100%。3.4由我厂2500ms高炉喷吹煤粉置换比分析喷吹煤粉燃烧率情况决定煤粉置换比高低的主要因素是煤的质量与煤粉在炉内的燃烧情况，煤粉质量越好并且在炉内的燃烧越完全和迅速，煤粉的置换比就越高。从置换比与煤粉燃烧率的关系可知：宣钢2500m3高炉的置换比全月平均为0.82，喷吹煤粉燃烧率基本上在75%-85%之间，全月平均在83%左右。4提高喷煤比措施加强管理和培训（1） 加强原煤入厂质量管理。按照《高炉喷吹用煤》的企业标准要求进厂，严格控制原煤的水分、粒度、硫份、灰份，不符合要求的退货。（2） 加强对储煤场的管理。增加烟煤的存放货位，防止烟煤与无烟煤混合。（3） 对混喷烟煤涉及到的工种、技术人员进行安全、技术操作等方面的学习和培训。（4） 完善制粉系统的操作管理。通过生产实践，合理搭配煤种，确保混煤后各项参数合理、稳定，另外定期作好煤粉分析以及复验。（5） 确保广喷、匀喷。做到30个风口全部喷煤，并加强与喷煤操作室联系，发现堵枪现象及时反馈给制粉系统，解决煤粉粗、潮及夹带杂物等问题，保证均匀喷吹和稳定喷吹，确保高炉稳定顺行〔7〕。稳定高炉操作4.2.1精料高炉要稳定顺行，接受大喷煤量，精料是基础。（1）优化炉料结构稳定烧结矿碱度在2.0-2.1,确保烧结矿具有较好的强度及较高的产量。重视烧结矿FeO含量和碱度的变化对高炉生产的影响，同时配加自产球团及澳矿。我厂大型高炉的炉料结构如表1。表12009-2012年2500ms高炉原料结构，%年份烧结矿球团块矿200967.7425.626.64201069.6027.992.41201171.0423.645.32

201272.7024.332.97201272.7024.332.97另一方面，全面做好入炉原燃料的筛分工作，减少入炉粉末，保证炉况顺行。不断提高焦炭质量。使用质量较高的自产焦炭，焦炭的反应性和热强度控制在25%以下及65%以上。焦炭质量如表2。表22009-2012年焦炭分析，%年份HO2灰份挥发份S固定碳M40M1020093.913.591.240.8785.2484.526.420104.013.551.230.8185.1685.766.420110.713.321.260.7785.3787.346.420120.913.141.240.7785.5586.926.42)加强对入炉原燃料质量的监控管理(a)加强槽下筛分管理。要求槽下每4小时循环空振烧结矿筛、焦炭筛一次，并对焦炭筛每12小时手工清理3次，对块矿筛不定时手工清理，以保证筛分效果，减少粉末入炉，入炉烧结矿V5mm的控制在1.0%左右，入炉烧结矿及焦炭粒度如表3和表4。表32009-2012年入炉烧结矿粒级组成，%时间>4040-2525-1616-1010-5<520094.218.524.230.421.71.0020103.516.824.930.722.90.920112.817.923.032.722.61.020122.517.623.131.124.61.1表42009-2012年入炉焦炭粒级组成，%时间>8080-6060-40 40-25<2520093.120.554.0 21.31.120103.1018.3054.10 23.301.2020114.118.452.8 23.01.420124.519.151.5 23.31.3(b)加强对烧结矿料仓、料位的管理，保证每个料仓存料料位不低于5m以上。合理调整各部制度稳定高炉操作随烟煤比的提高，煤比也相应提高，炉缸煤气量、煤气成分发生变化，2500m3高炉通过实践，合理制定了各项制度以及《2500m3高炉标准化作业规范》等细则，细化了高炉操作，保持高炉长期稳定顺行，保证了烟煤大比例混喷的成功实施（1）下部调剂高炉富氧以后，单位生铁煤气量减少，而随着煤比的增加，焦炭负荷不断加重，料柱透气性也会随着不断恶化。为保证炉况顺行，高炉上下部必须合理而且相互适应，为此，对风口布局和进风面积进行了合理的调整。（2）上部调剂上部布料必须根据冶炼条件的变化与下部制度相适应，装料模式由中心加焦模式逐渐调整为平台加漏斗模式，消除了由于大量中心注焦造成的中心死焦堆肥大，炉缸工作不均匀的工作状态，使煤气流分布合理，达到高产、低耗的目的，现在的装料制度为K:41（2）39（3）37（3.0）35（2） 33（2）J:41（3）39（3）37（3）34（2）31（3）27（3.5）。随着送风制度的变化，进一步将矿石布往中心和边缘，这样既保持合理的中心煤气流，又改善煤气利用，煤气利用率稳定在45%水平。（3）控制合理的热制度和造渣制度由于钛负荷高，为防止炉缸产生粘结，必须保持{Si}+{Ti}受控，做好低硅冶炼，关键是保证充足的物理热。实践中采用控制较高渣碱度及较高的煤气利用来确保低硅高物理热，开炉后，控制铁温1470-1500°C,严禁铁温低于1460°C,现在控制铁温1490-1510°C,严禁铁温低于1490°C。提高风温实现大喷煤以后，风口前理论燃烧温度大幅度降低，根据实践，每增加煤比10kg/1,约降低理论燃烧温度20-25C，为保证适宜的理论燃烧温度，就必须通过富氧和提高温度来予以补偿。我厂利用热风炉烧炉产生的烟气对高炉煤气和助燃空气进行预热，以提高热风温度，保证热风温度在1100C以上，为煤比及烟煤比的提高提供了保障。提高富氧提高富氧是提高煤比的有效措施之一。高炉富氧后冶炼进程加快，有利于含钛物料的冶炼，另外，提高富氧率后，炉缸理论燃烧温度提高有利于炉缸活跃，提高煤比，为此，在高炉接受氧量的前提下，各高炉积极调整炉内制度，增加富氧量，大高炉的富氧率均达到3.2%以上。2500m3高炉实行混合煤喷吹，以提高喷煤比，混喷烟煤不但可以提高煤粉的燃烧率从而提高焦煤置换比，而且增加高炉煤气中的氢气浓度，有利于降低煤气的粘度系数，提高煤气的渗透性，改善还原和传热，同时可以降低煤粉成本。烟煤比由开炉初期的20-40％增至目前的65％。在煤枪的布局上实行广喷、匀喷，以得到较高的喷煤置换比。随着风温和富氧率的提高，为提高喷煤量创造了条件，煤比由开炉初期的103kg/t逐步上升到2009年1月的150kg/t。低硅冶炼2500m3高炉开炉达产后［Si］控制在0.2〜0.35%,随着煤比的提高降至0.2〜0.3%，开炉以来各月的炉温、铁温见表5。现在炉温控制在0.25-0.40%之间。控制铁温1490-1510°C，严禁铁温低于1490Co表52500ms高炉开炉后炉温、铁温参数月份3月4月5月6月1010月11月7月月9月炉温，%1.010.530.330.300.260.280.300.260.25铁148714751471147714751479148414851486温，C高炉操作中控制合适的碱度参数，以保证炉渣具有较强的脱硫能力及为高炉下部带来较充足的热量，强调保持综合负荷及料速的稳定，严格控制生铁含硅标准差，杜绝炉温大幅度的波动，防止炉况出现大波动，严格制定了《低铁温提热加焦标准》，杜绝炉凉事故发生。加强炉前管理（1） 努力降低生铁间隔，及时出净渣铁，渣铁在炉内存放时间长，容易导致钛的还原，生成高熔点物质，使渣铁流动性变差，易形成粘结，另一方面，导致高炉憋风，致使煤气流发生变化，诱发渣皮脱落乃至出现上部气流，故及时排净渣铁，是高炉顺行的重要方面。（2） 由于入炉品位低，含钛高，渣量大，如果不能及时排出渣铁，容易形成憋风、难行，处理不当、不及时，对炉况影响很大，采取了以下措施，保证出铁质量：①严格控制开口时间，②合理使用钻头，③严格要求出渣时间。从而出净渣铁。5高炉喷吹煤粉应用效果宣钢2500ms高炉喷煤在生产实践中不断改造和完善，通过对制粉和喷吹系统进行的有效的改造，解决了浓相输送在低喷煤量时的操作难题；通过调整风环的间隙控制喷吹风量与喷吹煤粉量的大小对应关系；解决了磨煤机排渣过多以及喷吹罐硫化床及软连接等问题。中速磨的台时产量稳定并满足了高炉的喷吹量要求，发生故障次数明显降低，台时产量达到70吨/小时，小时喷煤量由2t/h达到现在的37-40t/h,高炉喷煤比2009年1月达到154kg/1,阶段喷煤比达到了160kg/t。2012年10月中修，2013年3月中修开炉后，炉况稳定顺行，产量不断提高，燃料比大幅度降低。以下表6为高炉2500ms高炉2008年3月到2009年1月至2012年及中修后的技术经济指标。

表62500m3高炉2008年3月到2012年1-9月及大修后2013年5月的技术经济指标日期产量利用系数冶强风温风量综焦合比焦比焦比煤比烟煤比2008年3月617461.4530.7781006401860852510404月1132431.510.7761072398460951210305月1512961.9520.8121154454253941311023