舞钢中加钢铁3#高炉煤粉预热对高炉燃料比影响的试验研究

日期:2017年02月14日/ 人气: /编辑:佚名 /来源:本站原创



摘要:对舞钢中加钢铁公司3#高炉煤粉预热到300时,对高炉煤比、燃料比的影响进行了工业化试验与研究。结果表明,在高炉生产保持稳定顺行,原燃料条件基本不变的条件下,煤比在150Kg/吨铁以上,煤粉预热到300℃以上时,可以降低焦比12--19Kg/吨铁,煤比提升6--20 Kg/吨铁,实际综合燃料比降低8--14Kg/吨铁。
关键词:煤粉预热 节焦增煤 降低燃料比 高炉喷煤 炼铁技术进步
 
1   前言
     (1) 我国高炉喷煤始于20世纪70年代,是世界上较早应用高炉喷煤技术的国家之一。[1]在高炉喷煤的初期采用无烟煤,且当时高炉热风温度在1100℃左右,绝大部分高炉没有采用富氧喷吹,高炉煤比在100 Kg/吨铁以内[2]。
      随着高炉喷煤技术和设备的不断的发展和完善,目前高炉基本上是采用烟煤和无烟煤的混合喷吹,高炉的热风温度达到1200℃以上,高炉的富氧率在1%—4%之间,高炉煤比140Kg/吨铁左右[3].
制约高炉煤比提高的因素按程度分析依次是风口前理论燃烧温度、煤粉燃烧率、焦炭的料柱骨架作用。当前国内炼铁厂普遍通过提高风温、富氧鼓风解决了风口前理论燃烧温度低的问题。提高煤粉的燃烧率成为制约高炉煤比提高、燃料比降低的重中之重。通过调整配煤比例、煤气分布来解决煤粉燃烧率手段有限、效果有限。而通过煤粉喷前预热、提高煤粉温度为解决煤粉燃烧率提供了新的思路.
(2)高炉煤粉喷前预热技术是目前高炉喷吹领域的前沿技术。该技术是安全的利用原排入大气的热风炉废气的潜热,通过特殊的预热器由热媒传给煤粉,将喷入高炉的煤粉温度从40--70℃预热至250--350℃.
煤粉预热后进行喷吹可促进煤粉在风口前气化热解,减少了煤粉从室温加热到预热温度所需的热量和时间,使煤粉燃烧区域前移,煤粉在高温下反应速率更快,更有利于提高其燃烧率.[4]
(3)舞钢中加钢铁公司3#高炉是国内首座成功应用次煤粉预热新技术的第一座高炉。为定性定量研究煤粉预热后对高炉煤比与综合燃料比的影响。于2017年1月10日到27日在高炉生产保持顺行稳定,原燃料条件基本不变的情况下,进行了煤粉预热对高炉煤比、综合燃料比影响的试验研究。试验共分三个阶段:煤粉预热器停用前,煤粉预热器停用后,煤粉预热器启用后。
2    试验阶段
  1. 1月10日—17日喷煤预热器停用前,高炉炉况稳定顺
行,炉缸热量充沛。保持全风作业,风量1350 m³/min, 风温1180℃,透气性指数14.5左右,富氧量1500--2000m³/h,富氧率1.45%--2.0%之间,矿批15000kg,湿焦负荷(带焦丁)连续一周保持在4.45吨/吨,料速均匀稳定在7批/h,小时喷煤量10000±300kg/h,煤比160kg/吨,综合燃料比(湿)控制在545 Kg/吨。
煤粉预热器停用前高炉各项操作参数及经济技术指标如下:
 
日期 10日 11日 12日 13日 14日 15日 16日 17日 平均值
焦丁比 13 12 11 13 15 15 15 15 13.63
燃料比 519 501 496 461 502 512 492 500 497.88
焦比 342 334 332 300 324 328 322 324 325.75
煤比 165 155 152 148 163 170 155 162 158.75
风温 1178 1171 1168 1189 1182 1160 1179 1156 1172.88
品位 56.92 57.5 57.4 56.29 56.03 56.3 56.59 56.38 56.68
产量 1343 1496.21 1437 1634.72 1525.4 1408.6 1560 1500.34 1488.16
焦炭灰分 12.85 12.6 12.46 12.65 12.69 12.62 12.67 12.63 12.65
含硅量 0.43 0.5 0.57 0.46 0.37 0.47 0.38 0.34 0.44
重力灰含碳量 26.76 23.08 23.1 27.96 15.62 25.04 31.49 22.03 24.39
布袋灰含碳量 14.58 16.2 21.11 16.64 14.64 19.15 19.38 15.17 17.11
煤粉温度 311 312 318 312 315 312 310 312 312.75
氧量 2000 1950 2217 2304 1650 1988 1800 1496 1925.63
煤粉利用率 0.46 0.45 0.44 0.47 0.47 0.45 0.47 0.46 0.46
煤粉灰分 10.03 9.79 10.32 9.42 10.51 10.43 10.85 10.08 10.18
 
其中13日与14日,因2#炉检修后恢复炉况,有部分铁水到3#炉合罐,3#炉实际铁水产量失准,剔除13、14两日后高炉各项操作参数及技术指标如下:
 
日期 10日 11日 12日 15日 16日 17日 平均值
焦丁比 13 12 11 15 15 15 13.50
燃料比 519 501 496 512 492 500 503.33
焦比 342 334 332 328 322 324 330.33
煤比 165 155 152 170 155 162 159.83
风温 1178 1171 1168 1160 1179 1156 1168.67
品位 56.92 57.5 57.4 56.3 56.59 56.38 56.85
产量 1343 1496.21 1437 1408.6 1560 1500.34 1457.53
焦炭灰分 12.85 12.6 12.46 12.62 12.67 12.63 12.64
含硅量 0.43 0.5 0.57 0.47 0.38 0.34 0.45
重力灰含碳量 26.76 23.08 23.1 25.04 31.49 22.03 25.25
布袋灰含碳量 14.58 16.2 21.11 19.15 19.38 15.17 17.60
煤粉温度 311 312 318 312 310 312 312.50
氧量 2000 1950 2217 1988 1800 1496 1908.50
煤粉利用率 0.46 0.45 0.44 0.45 0.47 0.46 0.46
煤粉灰分 10.03 9.79 10.32 10.43 10.85 10.08 10.25
 
18日及19日因下道炼钢工序检修,处理不尽高炉铁水,高炉被迫减风,停氧,控制冶炼强度;同时减轻焦炭负荷,降低煤比,停喷煤预热器。因此18、19两日未统计在内。
2.2  1月20日8:00停用喷煤预热器,停喷煤预热器两小时后,风量1370 m³/min, 风温1180℃,透气性指数14.5左右,富氧量1500m³/h,富氧率1.45%,矿批15000kg,湿焦负荷(带焦丁)4.45吨/吨,料速加快至7.2批/h,小时喷煤量逐步增加至11500kg/h,煤比达178kg/吨,综合燃料比(湿)控制在563Kg/吨。较停喷煤预热器前湿燃料比上升18Kg/吨。
21日夜班料速渐慢,风量出现萎缩至1330m³/min,1:10和6:10出现两次塌料(料线由1200mm下探至1800mm),料速6.8批/h,煤量10500kg/h,煤比平均达172 Kg/吨,综合燃料比(湿)上升至557 Kg/吨(煤比增加),较停喷煤预热器前综合燃料比(湿)上升12 Kg/吨。
21日白班因料柱透气性差,11:35减轻焦炭负荷,由4.45吨/吨(带焦丁)退至4.3吨/吨(带焦丁),同时上部采取角度统一缩小一度(由角度为:J:27 24 21 18 27;K:25 23 21 19 23 改为J:26 23 20 17 26;K:24 22 20 18 22 ),(17:00风量恢复至1370m³/min),下午16:00煤退至9500kg/h,煤比降至157 Kg/吨。
22日夜班4:00塌料一次(料线深1800mm),减风30Kpa稳炉况,煤量9500kg/h,料速7批/h,平均煤比159 Kg/吨,湿燃料比558 Kg/吨(焦比增加),较停喷煤预热器前燃料比上升13 Kg/吨。22日白班9:10、11:10出现两次滑尺(1600mm),因风量偏大(1400m³/min)角度统一扩大一度(恢复为J:27 24 21 18 27;   K:25 23 21 19 23),连续几次塌料分析为煤比高,煤粉燃烧不完全,未燃煤粉随煤气流上升堵塞煤气通道致使料柱透气性差,局部煤气流发展造成塌料。
22日白班15:00因憋风减风30Kpa后塌料,16:15进一步减轻负荷由4.3吨/吨(带焦丁)退至4.0吨/吨 (带焦丁),矿批缩至14100kg,20:00煤量退至8000kg/h,煤比137kg(煤比由159 Kg/吨降至137 Kg/吨),风压稳定在170Kpa,风量1350m³/min。
23日炉况运行平稳,无塌料,风量1350 m³/min, 风温1180℃,透气性指数14.5左右,富氧量1500m³/h,富氧率1.45%,矿批14400kg,湿焦负荷连续一周保持在4.00吨/吨 (带焦丁),料速均匀稳定在7批/h,小时喷煤量8000±300kg/h,煤比137kg/吨,综合燃料比(湿)控制在562 Kg/吨。较停喷煤预热器前煤比减少22 kg/吨,综合燃料比(湿)上升17Kg/吨。
20日—23日煤粉预热器停用后高炉各项操作参数及经济技术指标如下:
日期 20日 21日 22日 23日 平均值
焦丁比 15 14 14 15 14.50
燃料比 519 518 507 524 517.00
焦比 338 342 342 374 349.00
煤比 166 161 151 135 153.25
风温 1184 1170 1191 1184 1182.25
综合入炉品位 55.82 56.56 56.21 56.23 56.21
产量 1524 1461.22 1432.72 1395.44 1453.35
焦炭灰分 12.46 12.37 12.65 12.61 12.52
生铁含硅量 0.33 0.42 0.44 0.42 0.40
重力灰含碳量 21.54 24.55 34.09 34.12 28.58
布袋灰含碳量 16.64 20.62 17.05 17.19 17.88
煤粉温度          
氧量 1513 1650 1658 1938 1689.75
煤气利用率 0.45 0.46 0.45 0.47 0.46
煤粉灰分 10.28 10.17 10.98 11.32 10.69
2.3   1月23日23:00喷煤预热器使用,0:00煤粉温度达300℃,0:10负荷由4.00吨/吨 (带焦丁)调至4.17吨/吨 (带焦丁),煤量8000kg/h,焦比412kg,平均煤比143kg/吨, 综合燃料比(湿)控制在555kg kg/吨,较停用喷煤预热器时综合燃料比(湿)下降7kg/吨。
24日夜班6:10负荷4.17吨/吨(带焦丁)调至4.3吨/吨(带焦丁),炉况顺行,风压190Kpa,风量1350m³/min,矿批14400kg,富氧量1500m³/h,富氧率1.45%,煤量8600kg/h,煤比147 kg/吨,焦比400 kg/吨,综合燃料比(湿)控制在547 kg/吨,较停喷煤预热器时综合燃料比(湿)下降15kg/吨。
24日白班16:45,负荷4.3吨/吨(带焦丁)调至4.43吨/吨(带焦丁),矿批14400kg调至14700kg,料速平均7.2批,风压190Kpa,风量1350m³/min,富氧量1500m³/h,富氧率1.45%,煤量10000kg,煤比161 kg/吨,湿焦比387 kg/吨,综合燃料比(湿)548 kg/吨,较停喷煤预热器时湿燃料比下降16kg/吨。
25日夜班5:50负荷由4.43吨/吨(带焦丁)调至4.5吨/吨(带焦丁),矿批14700kg调至15000kg,湿焦比381 kg/吨
25日白班风压185Kpa,风量1370m³/min,料速7批/h,煤量10800kg/h,煤比平均177 kg/吨,综合燃料比(湿)554 kg/吨,较调负荷前综合燃料比(湿)上升6kg/吨,20:30塌料一次(料线2000mm)减风30Kpa稳炉况,22:00负荷由4.5吨/吨(带焦丁)退至4.39吨/吨(带焦丁),逐步退煤至10100kg/h,煤比降至164 kg/吨.此后,炉况顺行,无塌料现象。
1月24日—28日喷煤预热器投入使用后高炉各项操作参数及经济技术指标如下:
 
日期 24日 25日 26日 27日 28日 平均值
焦丁比 14 13 12 12 12 12.60
燃料比 516 514 510 479 527 509.20
焦比 351 334 339 317 345 337.20
煤比 150 167 159 150 170 159.20
风温 1156 1185 1169 1175 1191 1175.20
综合入炉品位 56.54 56.66 56.59 56.17 56.13 56.42
产量 1382 1474.4 1448.66 1544 1415 1452.81
焦炭灰分 12.54 12.84 12.6 12.54 13 12.70
生铁含硅量 0.4 0.33 0.44 0.39 0.31 0.37
重力灰含碳量 25.53 24.48 30.84 26.79 38.56 29.24
布袋灰含碳量 19.64 18.11 16.15 26.3 19.28 19.90
煤粉温度 308 313 310 313 312 311.20
氧量 1800 1550 1908 1671 1736 1733.00
煤气利用率 0.46 0.46 0.46 0.45 0.46 0.46
煤粉灰分 10.99 9.32 9.87 9.63 8.66 9.69
 
3    试验过程分析
分析煤粉预热器停用前后高炉炉况. 通过上述实验研究结果可以看到在我司当前原燃料条件下,煤粉预热到300℃后,可以降低焦比12--19Kg/吨铁,煤比提升6--20 Kg/吨铁,实际综合燃料比降低8--14Kg/吨。
4     结语 
(1) 我国高炉炼铁当前的原燃料结构、富氧鼓风制度条件下,影响高炉煤比提高的因素按程度分析依次是风口前理论燃烧温度、煤粉燃烧率、焦炭的料柱骨架作用。当前国内炼铁厂普遍通过提高风温、富氧鼓风解决了风口前理论燃烧温度低的问题。提高煤粉的燃烧率成为制约高炉煤比提高、燃料比降低的重中之重。通过调整配煤比例、煤气分布来解决煤粉燃烧率手段有限、效果有限。通过煤粉喷前预热、提高煤粉温度成为解决煤粉燃烧率、提高煤比、降低燃料比行之有效的手段。是我国炼铁技术的又一重大进步。
(2)当高炉煤比在140Kg/吨铁以上高煤比操作时,煤粉预热到300℃后,对煤粉燃烧率的提高功效显著.有效解决了高煤比操作时未燃煤粉堵塞煤气通道,高炉透气性变差,影响煤比进一步提高的制约因素.煤粉预热到300℃以上时,可以大幅提升高炉煤比,减少焦比,降低综合燃料比.
(2) 当高炉煤比达到170Kg/吨铁以上时, 使用煤粉预热到300℃后,制约煤比进一步提高的因素由煤粉燃烧率转为焦碳的料柱骨架作用.如能改善焦碳强度,煤粉预热后,高炉煤比有望进一步提高。
5     参考文献
[1]  宋阳升.我国高炉喷煤技术的发展和展望[J].钢铁,1996,31(12):5—12.
[2]   王筱留.钢铁冶金学(炼铁部分)[ M].第2版.北京:冶金工业出版社,2008:16.
[3]   炼铁交流.2016年1—4月全国钢铁企业高炉炼铁主要技术经济指标.炼铁交流2016年第三期.55—64.
 

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