贫煤、贫瘦煤用作高炉喷吹煤的可行性研究

第34卷第10期煤炭科学技术2006年10月贫煤、贫瘦煤用作高炉喷吹煤的可行性研究张俊燕，金龙哲,王丽颖,金岩辉(北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京10083 )摘要:介绍了 我国高炉喷吹煤的发展现状,根据对高炉喷吹煤粉煤炭质量的要求,分析了几种贫煤、贫瘦煤的煤质特性,测定了煤粉的返回火焰长度,并结合钢铁企业实际应用贫煤、贫瘦煤的高炉运行情况及经济效益分析,得出4种贫煤、贫瘦煤具备生产高炉喷吹煤的条件和优势。关键词:高炉喷吹;贫瘦煤;煤质特性;返回火焰长度中图分类号: TF538. 63文献标志码: B文章编号:0253-2336 ( 2006 ) 10 -0062 -04.Feasibility study on blast furnace blowing with meagrecoal and meagre lean coalZHANG Jun-yan ,JIN Long-zhe , WANG Li-ying ,JIN Yan-hui( Key Laboratory of Metal Mine High Eficient Mining and Safety of National Ministry of Education ,University of Science and Technology Bejing , Beijing 100083 , China )高炉喷吹辅助燃料是现代高炉炼铁生产广泛采煤、贫瘦煤被越来越多的机构重视开发成为高炉喷用的新技术,同时它还是现代高炉炉况调节所不可吹煤2。本文以山西潞安矿区漳村、王庄及五阳缺少的重要手段之一。高炉喷吹燃料意义在于降低煤矿的贫瘦煤、常村煤矿的贫煤为例进行煤质特性焦比,降低生铁成本,改善高炉冶炼过程,并为应分析,并结合钢铁企业喷吹贫瘦煤的高炉运行指标.用高风温和富氧鼓风创造条件, 从而进一步改 善高和成本分析,得出贫瘦煤作为高炉喷吹煤种,从技炉各项技术经济指标。我国煤炭资源丰富,分布广术性能和经济效益方面是可行的。泛,按煤化程度不同,从褐煤到无烟煤分为14个1高炉喷吹用煤的性能要求大类和17个小类,其中可供高炉喷吹用的煤选择余地很大,可以因地制宜、就近取煤、合理利用煤高炉喷吹用煤应能满足高炉冶炼工艺要求和对炭资源，这对进一步扩大喷煤量、提高高炉置换比提高喷吹量和置换比有利,以便替代更多的焦炭。和改善高炉冶炼过程具有重要意义中。其主要性能要求如下[31:我国高炉喷吹主要用的无烟煤资源有限,价格(1 )煤的干基灰分越低越好,应与使用的焦过高,无烟煤不能满足高炉喷煤技术及现实发展的炭灰分相同, -般要求干基灰分小于15%。需要。烟煤与无烟煤相比具有着火温度低、燃烧性(2)干基全硫含量越低越好,煤的含硫质量好等优点,但是烟煤爆炸危险性大,安全设施投入分数应与使用的焦炭含硫质量分数相同,--般要求大。贫煤、贫瘦煤具有基本无结焦核,挥发分比无干基全硫质量分数小于1. 0%。烟煤略高,燃烧性和反应性比无烟煤好等特点，贫(3 )胶质层越薄越好(小于10 mm),以免在功率确定的借鉴。[J]煤矿机械, 1994(1).参考文献:中国煤化工马,辽宁义县人,高级工程师，7机研究所从事掘进机及元部[1]黄日恒、悬臂式掘进机[ M]徐州:中国矿业大学出版件设计THCN M H G37.E- mail :agolongi社, 1996.[2]王韶蓓，掘进机星轮装载机构参数的试验研究[J]煤炭@ tyccri. com科学技术, 2005 (9).丛培建.用于大型掘进机及连续采煤机的新型装载机构收稿日期: 2006 -05-10;责任编辑:王宗禹62第34卷第10期煤炭科学技术2006年10月喷吹过程中结焦,堵塞喷枪和风口,影响喷吹和高(6)煤的发热值越高越好,喷入高炉的煤粉炉正常生产。是以其放出的热量和形成的CO和H2来替代焦炭(4)煤的可磨性要好,高炉喷吹用煤需要将在高炉内提供热源和还原剂。因此,煤的发热值越煤磨到一定细度,例如小于74 μm的煤粉占到高,在高炉内放出的热量越多, 替代的焦炭量也就65% ~85% ,可磨性好,则制粉消耗的电能就少,越多。可降低喷吹费用。(5)煤的燃烧性能要好，即着火温度低,反2高炉喷吹用煤的煤质分析应性强,可以使喷入高炉的煤粉能在有限空间和时2.1高炉喷吹无烟煤品种间内尽可能多地气化,少量未气化的煤粉也因反应无烟煤具有固定碳高、热值高、置换比高、安性好而与高炉煤气中的CO2和H2O反应而气化，全性好的优点。从安全上考虑,我国高炉喷吹煤种不给高炉冶炼带来负担。另外,燃烧性能好的煤也在很长时期内-直坚持以喷吹无烟煤为主。可以磨得粗一些,即粒径小于74 μm的煤粉所占我国主要的高炉喷吹无烟煤品种及煤质特性分比例少一些,这可降低磨煤能耗和费用。析结果见表1。表1我国主 要的高炉喷吹无烟煤品种及煤质特性工业分析/%哈氏可磨产品名称umAM，Varu( S.1)M]. kg-1性指数阳泉1号喷吹煤0 ~2510.0~11.0≤8. 009.01 ~11.00≤0.6530. 87 ~30.4570~85阳泉2号喷吹煤0~2511.0~12. 0≤0.8030.45~30.03阳泉3号喷吹煤12.0~14.0≤8.009.01~11.00≤I. 0030.03 ~29.19晋城1号洗末煤<13≤11.006. 00-8.00≤0. 50>27.9375~90晋城2号洗末煤≤13. 006. 00~8.00≤0.50>26. 88 .晋城末煤13.01~18.006. 00 ~8.0026. 88 ~25.2075 ~9018.01-21.006.00 ~8.00≤1.0025.20~23.94邯郸混末煤23. 00 ~26.105. 00~8. 00.4. 49~7.84<0.60.22. 30 ~23.10邯郸洗末煤0~ 1514. 50~17.005.00~7.804.78 ~5.25<0.5023.73~25.20注: A为干基灰分; M,为全水分; V为干燥无灰基挥发分; Q.m ar为低位收到基发热量;u( Sas )为干基全硫质量分数。无烟煤具有着火温度高、燃烧性差、燃烧率低烟煤与无烟煤相比具有着火温度低、燃烧性好等缺点，且我国无烟煤储量少,造成无烟煤供不应等优点。1989 年鞍钢进行了大量基础研究,并对求,价格持续升高。全喷无烟煤面临着煤源缺乏、喷煤工艺进行了全面的技术改造, 解决了喷吹高挥可选择性差以及燃烧率低、炉内末燃煤粉难消化的发性烟煤的安全问题, 1991年宝钢引进日本喷吹难题。现今我国喷吹无烟煤的高炉喷煤量少, 效益烟煤技术,从此喷吹烟煤的钢铁企业逐渐增加。不高,影响了无烟煤作为高炉喷吹用煤。我国主要的高炉喷吹用烟煤品种及其煤质特性2.2 高炉喷吹烟煤品种见表2。表2我国主要 的高炉喷吹烟煤品种及煤质特性粒度/Qne ar/产品名称.μmM,1J. kg-1大同大友I0~5010.00~ 14. 0010.00~13. 0025. 00~中国煤化工-25. 625(大同大友II16. 00~ 18. 009. 00~12.0025. 00 ~28:MYHCNM H G-23.94大同洗末煤7. 00~9.0011. 00~13.0026.00~28.000. 50~0.8025.62~26.26大同大末9. 00~12.00.10. 00~12.000.60~1.0024. 36 ~29.82神府喷吹烟煤0-50.5.00-6.0011.0032. 00-37.000.50 .24.36 -25.2063第34卷第10期煤炭科学技术2006年10月高挥发性烟煤爆炸危险性大,安全设施投入(返回火焰长度)为20 ~30 mm,属于低挥发分、大,而且在喷枪头及风口管壁上易粘附结渣。高挥弱爆炸性烟煤。与无烟煤相比,这些煤种的燃烧性发性烟煤的挥发分、燃烧率都比无烟煤高,吸热量能好、喷吹燃烧率高,有利于提高置换比。在喷吹和要求的热补偿量都比无烟煤多。国外高炉风温水过程中, 可以只在仓式泵、喷吹罐等高压部分采用平高，并且都有-定程度的富氧,高炉提供热补偿氮气，控制质量分数为12%以内的氧浓度。这样的能力强,因此有条件喷吹高挥发分烟煤。我国高可以简化制粉、喷吹工艺, 降低设备投资。炉的原燃料质量和提供热补偿能力这两方面都不如(3 )灰分与灰熔融性。高炉喷吹要求煤的灰分国外,没有条件完全喷吹高挥发分烟煤。越低越好,因为灰分高,理论燃烧温度和燃烧效率2.3贫瘦 煤煤质特性分析都将降低,并且对焦炭的置换比降低。-般来讲 ,漳村、王庄、五阳煤矿的贫瘦煤及常村煤矿的灰分增加1%,焦比增加为喷吹量的2%。五阳、贫煤具体指标见表3。指标结果分析如下:漳村、王庄、常村煤样的灰分为9.01% ~9. 62% ,( 1 )固定碳与发热值。煤的固定碳是测定挥发达到9级和10级冶炼用炼焦精煤的水平,是低灰分后残留下来的有机物质的产率,在一定范围内分的喷吹用煤。固定碳越高,发热值越大,对喷煤越有利。因此，煤中灰分的熔融性对喷吹有重要的影响, 灰熔一般 要求喷吹用煤的固定碳在70% ~87%。研究点太低,容易导致风口或喷枪前结渣,况且低灰熔表明，当固定碳大于87%时,随着固定碳增加,点灰分常常会阻碍氧气进入尚未燃尽的煤粉颗粒内发热值反而越低。而五阳、漳村、王庄、常村煤的部,传质不畅,导致不完全燃烧。试验所用煤样的固定碳在76.82%~79.31%，低位发热量达到变型温度为1200~1340C,软化温度1410~28. 23 ~ 29.50 M.J/kg ,是适合高炉喷吹用的煤。1 4509C ,半球温度大于1 420~1 450C ,流动温度大于1450C,属于灰熔点较高的灰分,对喷吹是表3贫煤、 贫瘦煤品种及煤质特性有利的。.煤种产地(4)含硫量。硫在煤中是-种极为有害的物分析项目五阳漳村常村王庄质,因为硫燃烧后生成SO2和SO,能危害人体健康水分M.a/%1.42 1. 050. 450.43和造成大气污染;在加热炉中造成金属的氧化和脱灰分A./%9.01 9.62 9.13 9. 19碳,在炼焦过程中硫化物侵蚀炼焦设备;焦炭喷吹挥发分Van/%14.85 15.01 12.72 14.30煤粉中的硫,会影响生铁和钢的质量(钢铁中含固定碳/%77.4876.8279.3177.82硫质量分数大于0.07% ,就会使之产生热脆性而干基全硫质量分数/%0.36 0.30 0.29 0. 30无法使用),进入高炉的硫主要来自焦炭和喷吹Quen/MJ. kg - I29. 5028.23 29.44 29. 50物。为了脱去钢铁中的硫,就必须在高炉和炼钢炉灰熔融性变形温度/C1200121013401280中多加石灰石,可这又会使成本升高,生产能力降灰熔融性软化温度/C >1 450 >1 450 1410 1 450 .灰熔融性半球温度/C>1450>14501420>1450低。所以,必须控制焦炉洗精煤和喷吹煤粉的含硫量。一般要求含硫质量分数小于1.0%。五阳、漳灰熔融性流动温度/C>1 450 >1 450 >1450 >1 450哈氏可磨性指数939286村、王庄、常村煤矿煤样中全硫的质量分数为真密度/g: cm-31.401.44 1.40 1.440. 29% ~0. 36% , 属于低硫煤种,对高炉冶炼、生着火点/C372367376373铁质量都是有利的。<74 um粒径百分数/%100100100 10(5 )可磨性。可磨性是喷吹用煤的重要指标之平均粒径/μm28.82 27.03 41. 8651. 1(- ,表示将煤磨成粉的难易程度,常用哈氏指数比表面积/m2. cm -32.723 2. 8782. 0741. 813( HGD)表示。喷吹用煤的哈氏指数越大越好。如燃烧率/%37.2032. 6635. 6933. 41果哈中国煤化工度大,会给制粉带来返回火焰长度/mm3(3020|YHCNMHG同时,煤粉硬度大还会加快喷煤设备(特别是喷枪)的磨损,缩短其(2)挥发分与爆炸性。五阳、漳村、王庄、常使用寿命。常村和王庄煤的哈氏指数为86和89,村煤样的挥发分在12. 72% ~ 15.01% ,爆炸性而漳村、五阳煤高达92和93,都是可磨性很好的64第34卷第10期煤炭科学技术2006年10月煤种。这对于降低制粉电耗、增加磨煤机产量和效煤中的贫瘦煤粉使整个煤粉的燃烧率提高,较多的率,增加喷煤量都是非常有利的。固定碳转化为还原剂,提高了煤粉的利用率。同时煤气中较高氢含量有利于炉内间接还原的提高,提3返回火焰长度的测定高了煤气的利用率,从而有利于降低焦比,提高煤炼铁厂选择用来喷吹的煤粉必须具有很高的安焦置换比61。全性,因为在制粉、输送等工艺中,爆炸性强的煤种有可能发生爆炸,这就要求对煤粉的爆炸性进行)结论检测。--般认为,被测煤粉引爆形成的返回火焰长(1 )所试验的贫瘦煤为低挥发分、低灰分、度值大于600 mm,就可认定煤粉具有强爆炸性，煤灰熔融性高、 热值高、特低硫的优良煤种。固定在400~600 mm则煤粉具有中强度爆炸性,小于碳的质量分数为70% ~87% , 发热量值达到28. 33400mm则煤粉具有弱爆炸性,若仅在火源处出现~29.5MJ/kg。并且为弱爆炸性煤,在喷吹过程中稀少火星或无火星的属于无爆炸性煤41。可以只在高压部分(如仓式泵、喷吹罐等)采用该试验采用长管式煤粉爆炸性测试仪,每个煤氮气,控制12%以内的氧浓度。喷吹工艺简单,样检测20次,取20次火焰长度的平均值作为该煤可节省设备投资。常村煤和王庄煤的可磨性指数为样的平均返回火焰长度值,其测定值为:常村贫煤86和89 ,漳村、五阳煤高达92和93 ,都是可磨20mm,五阳贫瘦煤为30mm,漳村贫瘦煤为35性很好的煤种。这对于降低制粉电耗、增加磨煤机mm,王庄贫瘦煤为30mm。返回火焰长度是评价产量有重要意义。煤粉爆炸性能的一种标准 ,试验中4种煤样的返回(2)返回火焰长度值是指粉尘引爆后向喷吹火焰长度均在20~35 mm ,远小于400 mm,均为端方向产生的火焰长度,是评价煤粉爆炸性能的一弱爆炸性煤。种标准, 4种煤样的返回火焰长度值均在20 ~35mm.,远远小于400mm,4种煤样均为弱爆炸性4喷吹贫 瘦煤的运行结果煤在武汉钢铁公司喷吹贫瘦煤的工业试验中,2(3)武汉钢铁公司的实际运行情况说明,贫种不同可磨性的原煤混合后进入球磨机制粉,在制煤、贫瘦煤的可磨性好，可以降低磨煤的成本。另粉过程中未出现球磨机”满煤”现象,这说明2外,固定碳成分较高,较多的固定碳转化为还原剂种可磨性相差较大的煤混合后利用球磨机制粉是可(CO),提高了煤粉的利用率,从而提高煤焦置换行的5。比。该次工业试验期间,球磨机和排风机的电机电参考文献:流均有不同程度的下降,混合制粉使球磨机电耗下降。其原因是贫瘦煤的可磨性很好,与可磨性较差[1] 王国雄，王铁.现代高炉粉煤喷吹[ M]北京:冶金工的无烟煤混合后,使混合煤的可磨性提高,煤在球业出版社, 1997磨机内停留的时间缩短,球磨机内的存煤量相对减. [2] 李东强.高炉喷吹煤粉的经济效益[ J]炼铁，1994(1).[3] 章天华、现代钢铁工业技术[ M]北京:冶金工业出版少,运行动力降低,从而使制粉能耗降低。社，1986.从工业试验统计数据可知,在球磨机正常工作[4]兆衡阳. 气体和粉尘爆炸原理[M]北京:北京理工大学的情况下，贫瘦煤加入量为20% ~30%，而球磨出版社, 1996.机的工作电流稍有下降,制粉、喷吹系统的维护费. [5] 陈达士.高炉喷吹煤粉技术[ M]北京:冶金工业出版用、人工费等均不变化,球磨机台时产量提高量按[6] 汤清华,马树涵。高炉喷吹煤粉知识问答[ M]北京:冶社, 1993.20%计算,则相应的制粉成本下降了20%。根据炼铁厂统计,煤粉加工费为67.31元/t ,故通过提中国煤化工高球磨机产量带来的年经济效益就有700多万元。HHCNMH G, 河北徐水人,副教授，博此外,武汉钢铁公司2座高炉喷吹混煤后,喷煤量士,从事安全工程及技术方面的研究。均有不同程度的提高,煤焦置换比得到提高,这主要是因为贫瘦煤在高炉内的燃烧率较无烟煤高,混收稿日期: 2006 -05-13 ;责任编辑:刘军娥65