张建良-实现高置换比条件下的高炉大喷煤ppt炼铁.ppt

1、实现高置换比条件下的高炉大喷煤,张建良 北京科技大学,一 国内外高炉喷煤现状 二 影响高炉喷煤量的主要因素 三 提高喷煤量应该采取的技术措施 四高炉煤粉反应性与燃烧性的研究 五 合理理论燃烧温度的确定 六 结论,一 国内外高炉喷煤现状,国内外高炉喷煤现状,国外高炉和国内大高炉喷吹煤种： 烟煤或混合煤 最高水平：200250kg/tHM （宝钢） 国内其他高炉(如300450m3)喷煤水平： 100150kg/tHM 煤种选择趋势和喷煤量目标 烟煤或混合煤 煤比 150kg/tHM ；焦比：200250kg/tHM 燃料比：500 kg/tHM,目前达到指标（国内2005年）Kg/tHM,部分国

2、外高炉达到指标（国外）Kg/tHM,二 影响高炉喷煤量的主要因素,1 原燃料质量（特别是焦炭质量） 2 煤种的合理选择； 3 高风温 4 富氧 （提高产量）,1 炉缸热状态,1炉缸热状态 表明炉缸热状态的指标，目前国内外都采用t理,在我国大喷煤时，t理应在210050范围内 为补偿喷煤后，t理下降，可采用提高风温5060/100和富氧45/1%O2，也可采用脱湿鼓风降低Q水分，每脱1gH2O提高69 。,2 煤粉燃烧,这是目前决定性的限制因素。 煤粉在风口前燃烧的特点：,煤粉燃烧,（1）分三阶段燃烧 加热脱气，挥发物燃烧，残C燃烧，三阶段顺序进行需4.3秒 （2）有限的空间内燃烧 煤枪出口到燃

3、烧带长度内的空间 （3）有限时间内的燃烧 煤枪出口到被煤气带离燃烧带， 0.010.04秒 （4）高加热速度情况下燃烧 加热速度达到103106/S,煤粉燃烧,这种情况下，必然产生未燃煤粉 （1）挥发分在缺氧环境下裂解 （2）在0.010.04秒内未燃完,煤粉燃烧,在燃烧率85%的情况下，未燃煤粉可在炉内通过如下途径气化： 渣中氧化物还原 滴落铁珠和海绵铁渗碳 吸附在焦炭上或炉料上,煤粉燃烧,吸附在焦炭上，随焦炭进入燃烧带进一步燃烧气化。 过多C未： 进入炉渣成悬浮物造成炉渣粘度升 高，流动性变差； 沉积在炉料空隙中，降低炉料的透 气性，使煤气流分布变坏； 被煤气带出高炉，或沉降在重力除 尘器

4、，或进入布袋灰，降低置换 比。,煤粉燃烧,煤粉燃烧,大喷煤量时，过多C未成为关键，提高煤粉在高炉燃烧带内的燃烧率的措施有： （1） 富氧 （2） 增加煤粉的表面积，加快燃烧； （3） 选择燃烧性能好的煤粉； （4） 添加煤粉助燃剂。,3 流体力学因素顺行,喷煤后，由于单位燃料烧成的煤气体积增加，料柱中焦炭负荷增加，透气性好的焦炭数量减少，等原因，给顺行来不利因素。 块状带： 软熔带： 滴落带：,-流量比,-液泛因子=,降低P保证炉子顺行的关键：,（1）煤气流速； （2）料柱孔隙度，特别是软熔带 （3）煤气密度； （4）渣量及其粘度； （5）焦炭的强度，特别是热强度； （6）矿石的软熔性能和形成

5、的软熔带形状和位置。,4 置换比,三 提高喷煤量应该采取的技术措施,1焦炭,2含Fe炉料,（1）、合理炉料结构 充分发挥高碱度烧结矿（SFCA）的优点。 （2）品位是决定渣量的因素，一般要求渣量为260Kg280Kg/t。 （3）成分波动和烧结矿碱度波动 Fe 0.2% 产量 4.5% 焦比 2.5% 碱度 0.1% 焦比 3%4% 我国有一个宽松的要求， Fe 0.5%， 碱度 0.05 宝钢这两项分别达到99.8%和99.5%。,（4）粒度组成 烧结矿 50mm, 5mm, 30%不超过35%。 转鼓（6.3mm）7580， 最好分级入炉：12mm为界即： 1240 mm、 6.312mm

6、 （5）FeO要根据情况兼顾还原性和强度 8%10%（低硅烧结矿时）为宜。 （6）、冶金性能,3、鼓风,（1）、高压 0.12MPa以上，每提高10KPa,冶强可提1%2%，产量1.82.0% （2）、风温 1200以上，每100风温，节焦3%，多喷煤3050Kg. （3）、富氧 3%3.5% 每1%富氧，增产3%3.5%，多喷煤2030Kg （4）、脱湿 将风中湿度脱到冬季水平，每脱1g，降焦0.70.9Kg，多喷煤1.52.0Kg,4 优化喷煤工艺和作业达到均匀喷吹 5 精心操作 （1）上部采用布料技术，控制好合理的煤气流分布； （2）下部采用调节好风速和鼓风动能，获得合适的燃烧带，保证煤

7、气流的分布； （3）控制好烧结制度和烧结成分，获得好的软熔带和炼出低硅低硫生铁； （4）保证良好的炉缸热状态，t理在210050，tC=(0.70.75) t理。,四 高炉煤粉反应性与燃烧性,1 选煤原则,（1）燃烧性； （2）反应性； （3）可磨性； （4）爆炸性； （5）低灰分，一般要求小于15； （6）低硫含量，一般要求小于0.8； （7）较高的灰熔点，最好达到1400以上； （8）非粘结煤。 （9）良好的流动性,2 煤粉与CO2的反应性,煤的反应性表示煤与气化介质相互作用的能力，是煤气化燃烧的一个重要指标。反应性好的煤在喷吹气化燃烧过程中，反应速度快、效率高。高炉喷吹高反应性的煤，不仅

8、可以提高煤粉的燃烧率、扩大喷吹量，而且风口区未燃煤粉在高炉的其它部位参与CO2的气化反应，减少焦炭的气化反应，这就在一定的程度上对焦炭强度起到保护作用。,影响煤的反应性的因素,煤的变质程度 褐煤反应性最好 温度 灰分 碱金属和碱土金属,煤粉反应性研究方法,国标法 热重法,热分析定义,即热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度的关系的一类技术.其数学表达式为： Pf（T）, 其中，P是物质的一种物理量；T是物质的温度。 所谓程序控制温度一般是指线性升温或线性降温，当然也包括恒温、循环或非线性升温、降温。,热重法的基本原理,热重法是在程序控制温度下借助热天平以获得物质的质量于温度关系的一

9、种技术 热重法得到的是程序控制温度下物质质量与温度关系的曲线，即热重曲线（TG曲线），横坐标为温度或时间，纵坐标为质量。,3 煤粉燃烧性,燃烧性：煤粉燃烧成CO和CO2能力 煤粉燃烧性的好坏，预示着喷入高炉的煤粉在风口区是否能燃烧完全，它直接影响煤粉的置换比。但煤粉燃烧完全与否，不仅与煤种、煤粉的成分和粒度有关，而且与鼓风中O2浓度、风温等有着密切关系。,高炉直吹管内煤粉燃烧特点,由于高炉的热风温度很高，在1100左右； 热风在直吹管处于高速运动的湍流状态； 煤粉一旦喷入直吹管中即被迅速加热； 煤粉在直吹管中停留时间很短，只有几个毫秒。,现有煤粉燃烧炉主体结构 及实验过程示意图,1空气预热器；

10、刚玉管；3刚玉管；4给煤器；5耐火材料混合器；6燃烧炉；7刚玉内管； 8SiC管；9一刚玉保护管；10一铜冷却圈；11一废气出口； 12一冷却燃烧产物水槽；13代烧产物固体样 I一煤粉；II一流化气体；III一输煤气体，IV一输煤管；气体样；VI一废气； VII一空气；VIII一氧气,设备原理,A0及A1分别是原煤及煤粉部分燃烧后残煤的灰分,该设备存在的 问题,难以实现热风既高温又高速的要求， 设备占地面积大 煤粉输送过程计量不准 设备维修和维护困难，设备操作难度大 对周围环境易造成污染 试验准备和试验过程周期较长，需要人员多,新型煤粉燃烧试验设备 原理图,M电磁阀; V预热炉; I感应炉;

11、P压力表; G气体收集瓶; E样品加入口; F过滤层; K冷却器 图 2改进后的煤粉燃烧装置及原理,M电磁阀; V预热炉; I感应炉; P压力表; G气体收集瓶; E样品加入口; F过滤层; K冷却器,设备工作原理,第一部分 热风 第二部分 煤枪 第三部分 风口区域 第四部分 风口循环区 不同喷煤量 O/C 燃烧率（气化率） O/C (需要记录的数据：试验前后系统内压力，废气成分）,图4 燃烧率与O/C的关系曲线,燃烧率与O/C的关系曲线,燃烧率与O/C的关系曲线,设备主要主要功能,（1）模拟高炉风口前煤粉的燃烧行为； （2）确定单一煤种和混合煤种在不同喷煤量下及不同工艺条件下的燃烧率； （3

12、）选择适合高炉喷吹用煤； （4）研究和开发煤粉助燃剂； （5）钢铁厂粉尘高炉喷吹利用的研究；,设备的优点,（1）反映高炉炉内煤粉的燃烧情况； （2）占地面积小； （3）操作简单，维修方便； （4）试验用样品用量少，每次仅需几十毫克至几百毫克； （5）设备维修和运转费用低； （6）每个样品试验时间短,煤粉燃烧试验装置照片,燃烧至500时的燃烧率,110原煤试样燃烧率比较,煤粉燃烧性实验结果,单一煤粉和混合煤粉的反应性,五 合理理论燃烧温度的确定,粉煤在氧气或空气中部分燃烧时火焰温度,高炉风口循环区的理论燃烧温度,燃料在风口前燃烧时所产生的热量加上助燃热风含有的热量、焦炭带入的热量全部传给燃烧产物

13、时达到的温度。,影响理论燃烧温度的主要因素,鼓风温度 鼓风湿度 喷吹燃料种类成分 喷吹量 富氧量 焦炭热焓等。,合理理论燃烧温度与高炉操作的关系,通常高炉具有一个上限的理论燃烧温度，超过这个温度将导致炉料中沉积过多的氧化物质并造成炉料的透气性恶化。同时它有一个下限，低于这一下限，将不能保证煤粉充分燃烧，大量的未燃煤粉也会导致炉料的透气性恶化。,理论燃烧温度与高炉喷煤之间的关系,煤粉在高炉内能否充分燃烧，不但决定了以煤代焦的效果，同时还会影响高炉的正常操作。除了煤种本身的内在因素外，理论燃烧温度是影响煤粉是否能够充分燃烧的一个主要外在因素，特别是在高喷媒量条件下，如何确保理论燃烧温度稳定控制在一合理范围内更显得日益重要。,理论燃烧温度作为高炉操作的目标参数的意义,如何把高炉适宜的理论燃烧温度作为高炉操作的目标参数，来指导高炉操作，必将对稳定喷煤高炉炉缸热状态、提高喷煤高炉整体运行水平发挥出极大的作用。,理论燃烧温度在线监测,(1) 风口前理论燃烧温度（Tf）在