高炉喷吹煤粉项目简介西安天诺电子测控技术有限公司西安交通大学系统化工程研究所目前,在我国高炉炼铁技术中,大风、高温、精料、喷吹富氧等技术在高炉上普遍得到了应用并取得了较好的高产节能降耗效果。高炉喷吹技术在一些焦炭资源短缺的地方、小高炉上也得到了较好的推广应用。但在焦炭资源相对充足的地方，高炉喷吹一直没有得到重视和应用。随着焦煤资源日益短缺和焦炭价格不断上涨的趋势，高炉喷吹燃料技术已引起越来越多钢铁企业的重视。一、喷吹燃料从理论上讲，一切燃料都可以作为高炉的喷吹燃料，高炉可以喷吹的燃料分为三大类:液体燃料,如重油、焦油等；固体燃料，如无烟煤、烟煤、褐煤等；气体燃料，如天然气、焦炉煤气等。喷吹燃料的选择依赖于各国燃料资源的条件，并随资源条件的变化而改变。自20世纪60年代初喷吹技术在法国获得成功以后，美国、前苏联主要喷吹天然气，西欧、日本则自20世纪80年代初由喷吹重油转为喷吹煤粉。我国是开发喷煤技术较早的国家，自20世纪60年代初开始试验，至今已有40多年的历史，我国高炉曾经试用的喷吹用燃料有固体燃料（烟煤粉、无烟煤粉、半焦）、重油、天然气；目前广泛使用的是煤粉,由于重油和天然气资源相对紧张，且价格昂贵，本项目主要介绍喷吹煤粉。高炉喷吹煤粉是我国近几十年来从无到有发展起来并获得良好的经济效果的一项新技术。我国喷吹煤粉一般有烟煤和无烟煤两种工艺，无烟煤因其含碳量比较高，挥发份低，着火温度高等原因而得到应用，烟煤则由于挥发份高，着火温度低，应用厂家必须具备氮气充压及降低系统氧浓度，并安装氧浓度分析仪、一氧化碳测试仪等监控仪器，也可以达到安全可靠运行的目的。但两者比较，后者一次性投资略大，但运行成本低。二、高炉喷煤意义高炉喷煤对现代高炉炼铁技术来说是一项重要的技术革命。所谓高炉喷煤，就是指从高炉风口炉内直接喷吹磨细了煤粉（无烟煤、烟煤或者两者的混合煤粉），以代替焦炭向高炉提供热量和还原剂。它的意义在于：(1)以低价的煤代替了日趋贫乏且价格昂贵的冶金焦,降低了焦比,使高炉炼铁的成本大幅下降。(2)高炉喷煤可以作为一种调剂炉况的手段。(3)高炉喷煤可以改善炉缸工作状态，使高炉稳定顺行。(4)为高炉提高风温和富氧鼓风创造条件。因为喷吹煤粉会使风口前理论燃烧温度降低，导致理论燃烧温度降低的主要原因有：1)高炉喷吹煤粉后煤气量增加，加热煤气需要消耗热量；2)喷吹煤粉带入的热量少，而焦炭进入风口区时被充分加热，温度高达14501500，而喷吹的煤粉温度不超过100；3)煤粉中碳氢化合物分解需要吸热。(5)喷吹煤粉中氢含量比焦炭带入的多，氢气提高了煤气的还原能力和穿透扩散能力，有利于矿石的还原和高炉操作指标的改善。(6)喷吹煤粉代替了部分焦炭，不仅缓解了焦煤的供需紧张状况，也减少了对炼焦设施的投资和建设，更降低了炼焦生产到环境的污染。三、高炉喷煤的冶炼特点高炉喷吹煤粉后,与纯焦炭冶炼相比,主要有以下几个特点：1.中心气流发展。高炉喷吹燃料后，高炉煤气分布普遍出现中心气流发展，其原因是：(1).炉缸煤气量增加。根据焦炭、重油、煤粉成分计算，在风口前不完全燃烧的条件下鼓入干风，每燃烧1kg燃料所生成的炉缸煤气成分与体积见下表。燃料CO/m3H2/m3还原气/m3还原气相对焦炭/%N2/m3煤气/m3风量/m3kg-1CO+ H2/%当重油置换比为1.1、煤粉置换比为0.85时生成的煤气/m3焦炭1.5530.0551.6081002.924.5283.68535.54.528重油1.6081.292.8981803.025.9183.81049.05.375煤粉1.4080.411.8181132.644.4583.33040.85.245从上表可知，每燃烧1kg燃料，在风口前生成的炉缸煤气体积是不一样的，其中重油最多，且煤气成分中还原气体所占比例也大，煤气还原能力强。煤粉与焦炭相差不多，但喷入的煤粉含有一定量H2，故煤气还原能力也较强。喷吹燃料后，炉缸煤气量有所增加，而且还原能力有所加强。由于炉缸煤气量增加和还原气体中H2量的增加，使到达炉缸中心的煤气量相应增加，促进煤气流向中心发展。(2).鼓风动能显著增大。高炉鼓风所具有的机械能叫鼓风动能。鼓风动能有一定的质量，并且以很高的速度通过风口向高炉中心运动，因此，具有一定的动能。由于喷吹燃料中的一部分物质在直吹管和风口内与氧气汇合而发生燃烧反应，释放出热量，使温度升高，体积增大，因而使鼓风动能增大，促使煤气流向中心发展。2.压差升高。喷吹燃料后，压差(煤气通过料层时的总压差)p普遍升高，并且随喷吹量的增加而增加。其原因是由于喷吹燃料产生的煤气量比被替代的焦炭产生的煤气量多，使煤气的浮力增加，加之喷吹燃料后焦比降低，料批中焦炭比例减少，使料柱阻力增大。喷吹燃料后，虽然压差普遍升高，但仍可维持高炉顺行。这是因为喷吹燃料后焦炭负荷加重，炉料重量加大，有效重量上长。加上喷吹燃料后炉缸活跃，中心气流发展，故可允许在较高压差条件下操作。当然，为了扩大喷吹量，采取精料、高压操作、富氧鼓风等措施以防止压差过高，也是必须考虑的。3.热量“滞后”现象。燃料吹入高炉后对炉温的影响要经过一段时间才能完全显示出来，这段时间称为热滞后时间，这种现象称为热滞后现象。因为增加煤粉喷吹时，煤粉在炉缸分解吸热增加，初期使炉缸温度降低，直到喷入的煤粉裂解、燃烧后，使炉缸的煤气量和还原气体的浓度增加，从而改善矿石的加热和还原。矿石下到炉缸后，炉缸温度才开始提高。喷吹量减少时与增加时相反。所以，可以用喷吹量来调节炉况，但不如风温来得迅速直接。热量滞后时间与喷吹燃料的种类、炉容、炉内温度分布、煤焦置换比等因素有关。煤中含氢量愈多，在风口分解耗热量愈多，则滞后的时间愈长，如喷吹烟煤比无烟煤滞后时间长；炉容愈大时间愈长。4.炉缸温度趋于均匀。喷吹燃料后，炉缸温度趋于均匀，铁水温度提高，其原因如下：(1).喷吹燃料后，风口前理论燃烧温度降低，使燃烧带温度降低。导致理论燃烧温度降低的主要因素：一是喷吹后因煤气量增加，加热煤气消耗的热量增加；二是燃料带入热量减少，喷吹后由于风口前燃烧的焦炭量减少，带入燃烧区的热量减少；三是增加了燃烧分解热。焦炭中碳是以固定碳形式存在，直接与鼓风中氧化合物燃烧，而重油和天然气中的碳全部、煤粉中的碳部分是以碳氢化合物状态存在，燃料燃烧时要分解吸热。(2).喷吹燃料后，炉缸中心温度上升，其主要因素有以下几个方面：一是由于煤气量和鼓风动能的增加，到达中心区煤气量增多，增加了炉缸中心热量收入；二是大量H2参加还原反应，降低了直接还原度，减少了炉缸中心热量支出；三是煤气中H2含量增加，提高了煤气的导热能力，有利于提高炉料温度；四是喷吹燃料带入H2在燃烧区分解吸热，降低燃烧区温度。在较低温度区（炉缸中心或燃烧带上方）又重新结合，放出大量热量，有利于提高炉缸中心温度。基于以上原因，喷吹煤粉后，燃烧焦点附近温度下降，炉缸中心温度上升，整个炉缸温度分布更趋均匀，促使炉缸工作更加均匀、活跃。四、喷吹煤粉能降低焦比的原因1.喷吹煤粉能取代焦炭，是因为煤粉燃烧能产生一氧化碳和释放热量，为高炉冶炼提供发热剂和还原剂。这是置换焦炭最基本的因素。2.喷吹煤粉时，单位生铁的煤气量增加，煤气富化，尤其是煤气中H2是增加，改善了间接还原，使得直接还原度降低，焦比降低，更有利于冶炼。3.喷吹煤粉时，冶炼产生的渣量减少，故可降低焦比。4.喷吹煤粉时，由于喷吹物在炉缸冷化作用，因此，允许用提高热风温度来补偿热量，使风口前炭燃烧所得有效热量增加，从而可降低焦比。五、高炉喷吹煤粉的过程简介喷吹煤粉的主要过程分为两个过程，即煤粉制备和喷吹过程。1. 制粉系统采用立式中速磨，电机驱动减速机带动磨盘旋转，需粉磨的物料由锁风喂料机从加料口送入磨盘中心，在离心力的作用下，物料向磨盘四周扩散进入粉磨辊道受到磨辊的研压作用而被粉碎。物料主要是依靠磨辊的重量和加压装置的压力被破碎和粉磨的。由于磨辊和磨盘间不能纯滚动，因此物料受到多何应力的作用，从而提高了粉磨能力和粉磨效率。热空气由下壳体之间进风口进入磨机内，由于旋转磨盘和下壳体之间的空隙处有带倾斜叶片的风环，故通过风环的气体能均匀分布在磨机内。粉磨后的物料被风环外的气流吹起，经过分离口合格的细粉随筒气流出后由收尘设备收集下来即为产品。粗粉在分离口叶片的作用下，重新落至磨盘上再次被粉磨。如此循环往复，混在磨机内物料中的铁块等杂物会从旋转的磨盘上甩出，落至排渣口内，定期打开排渣口即可清除杂物。由于物料进入磨机后就与热气体充分接触，被粉磨后又悬浮在热气体中，能充分的进行热交换。所以，在粉磨的同时也烘干了物料。2. 喷吹系统采用高压空气直接向高炉喷吹煤粉。附图：高炉喷煤工艺流程简图原煤贮运系统干燥气体制备系统煤粉制备系统煤粉输送系统煤粉喷吹系统高炉供气系统(空气、氮气、压缩空气)附表：我国部分钢铁企业高炉喷煤情况厂 名年 份煤比/kgt-1入炉焦比/kgt-1风温/富氧率/%鞍 钢200013343210090.88首 钢2000116.6387.51049武 钢2000111.8410.910871.0宝 钢200023826412452.53邯 钢2000124.6413.710670.34马 钢200012340210671.58安 钢200010444310500.73石 钢200213941610132.5南京钢厂20021273791067杭 钢20021114131013综上所述，高炉喷吹燃料是现代高炉冶炼的一项重要技术，它不仅带来了高炉操作调剂手段的便利，而且为增铁节焦和冶炼经济技术指标的改善创造了条件，促进了钢铁工业的迅猛发展，减少了炼铁生产受焦煤资源、投资、环保等多方面的限制和影响。我公司研发的炼铁高炉喷煤微机控制技术，仅2005年以来就与山西翼城明亮钢铁公司、山西交口天马冶炼有限公司、山西榆次恒胜冶炼有限公司、山西交口金象钢铁有限公司、陕西新西北特钢有限公司、山西河津达康集团有限责任公司等企业签约并实施该技术的应用。高炉喷煤效果明显，吨铁喷煤量达150公斤左右，高炉各项技术经济指标显著提高，创同行业先进水平。我公司实施的喷煤项目主要特点是：1. 自动化程度高，喷煤系统全部采用计算机控制。2. 设备配置先进，工艺科学，项目造价低，主要设备选用先进、节能、环保、可靠的立式中速磨机，收粉工艺采用收粉量大、收粉效率高的袋式收粉器，环保效果显著。3. 操作简便，工人定员少。4. 系统运行可靠，连续生产设备故障率极低。我公司承诺：凡使用我公司产品或由我公司承建的冶金技术改造项目，高炉喷煤项目等，我公司均实行一年内质量三包（包修、包换、包退）全程技术跟踪服务，并根据用户提供快捷优质的服务。附表：1、未使用喷煤前的报表：2、使用喷煤后的报表：