煤粉喷前预热技术研究及工业应用

日期:2016年11月03日/ 人气: /编辑:房森 /来源:本站原创


高炉喷煤新技术
                       ----煤粉喷前预热技术研究及工业应用
                                      王宏强
                            (长治方圣喷吹技术有限公司)
    摘要:本文对高炉喷吹煤粉的预热技术进行了研制开发,给出了相应的理论依据,并对煤粉预热技术首次在高 炉上的应用进行了总结。
    1  概述
    高炉煤粉喷前预热技术是目前高炉喷煤领域的前沿技术。该技术是安全的利用原排入大气的热风炉废气的潜热,通过特殊的换热器由热媒传给煤粉再喷入高炉,该技术在某高炉投入工业应用后,生产状况、成本控制都有一定的提高。
    2  理论依据
    喷入高炉内有效空间的煤粉,从燃烧学出发,对于煤粉的燃烧过程,燃烧空间和燃烧时间都是非常重要的条件。燃烧空间不够或燃烧时间不足都将导致煤粉不完全燃烧,以致浪费能源并引起环境污染、高炉操作条件恶化等一系列问题。
    高炉煤粉喷枪位于直吹管的前端,离高炉风口回旋区很近,一般大型高炉直吹管的内径为200mm左右,连同风口回旋区在内的煤粉燃烧空间很小。另外,直吹管内正常的热风速度达100~200m/s,所以煤粉的停留时间有限,一般认为只有10ms左右,以平均粒径为0.074mm(200)的煤粉为例,难以满足其燃烧时间要求。计算表明,0.074mm的煤粉在高炉条件下,其燃尽时间一般都在几十毫秒范围内。由于煤粉处在很高的加热速率下,煤粉燃烧的预热、干燥、脱气、挥发、着火、挥发分燃烧以及半焦燃烧等过程交叉进行。具体而言,高炉喷吹煤粉颗粒的预热、干燥、脱气和挥发过程几乎是同时进行,而挥发物的着火燃烧以及半焦燃烧也几乎是同时进行的。因此,在有限空间内和有限时间内提高煤粉的燃烧率,是高炉煤粉喷吹的重要课题。
    研究表明,提高可燃混合物的初始温度,可显著提高火焰传播速度。主要原因是可燃混合物的温度提高后,把它预热到着火温度的时间就缩短了。气体导热系数随温度升高而增加,它也促使燃烧反应速度加快。
    因此,现代的喷煤理论认为高喷煤比要有以下特点:
    (1)煤粉必须在离开喷枪尖部的一瞬间立刻燃烧,燃烧不发生在回旋区内。煤粉到达风口小套尖部时,已经燃烧完全,无未燃碳粉离开回旋区,否则死铁层变得不活跃,煤粉预热和氧煤喷枪结合对煤粉的完全快速燃烧效果显著。
    (2)喷吹系统参数根据高炉操作参数调整,高炉正常生产合理的理论燃烧温度应保持在2200±50℃范围内,由于每喷吹10kg无烟煤会使理论燃烧温度下降15~20℃,10kg烟煤会使理论燃烧温度下降20~25℃。喷煤量大于100kg//t会使理论燃烧温度下降150~250℃以上。高喷煤比会使理论燃烧温度下降幅度更大。为使理论燃烧温度保持在2200±50℃合理范围内,就需要采取保持理论燃烧温度的技术措施,传统办法有提高热风温度、进行富氧鼓风、进行脱湿鼓风。新的煤粉预热技术,使煤粉从40~70℃预热到150~200℃,煤粉初始温度大幅度提高,可以节省部分煤粉在炉内所耗热量,有利于减轻喷煤对热风的冷却效应,加速煤粉燃烧过程,提高煤粉燃烧率,使煤粉在有限时间、有限空间内燃烧率大幅度提高。
    3、 煤粉预热工艺流程
    工艺流程的特点是充分利用原磨煤工艺流程,仅将新增的换热系统插入原制粉与喷吹系统,工艺简单。
    4  、预热器设计特点
    (1)采用先进的强化传热设计方法
    针对煤粉加热器的基本参数和工况条件,采用强化传热设计。本设计方法吸收了国外在换热器方面的先进理念,明显优点是换热器单位体积可获得较大的传热面积。其次,换热器的体积较小,由此带来的直接影响是占地面积较小,设备重量较轻,系统简洁,安全可靠。
    (2)使用新的工质添加剂,以提高换热器寿命
    工质添加剂对于换热器的使用寿命起至关重要的作用,它直接决定换热器的使用寿命。为了延长换热器的使用寿命,在实验室进行了长期的和大量的各种不同配方的换热器寿命实验,历经数年方才完成。在制造过程中,除了采用研制的配方进行钝化膜处理外,同时添加了缓蚀剂,能够使设备发挥最佳的传热性能和获得最长的寿命。
    (3)换热器特性
    该换热器是一种具有高传热性能的传热元件,它通过密闭容器内工作介质的相变潜热来传递热量,其传热性能类似于超导体导电性能。其次,它具有传热能力大,传热效率高的特点。这种换热器根据现场的条件,可配比相应的流通结构组合成各种形式。
    (4)煤粉加热器每组联箱有一个排气阀,是采用经过多次改进后的特制排气阀,阀门严密性有了明显的提高。这种排气阀由合金钢材料制成,确保频繁开启、关闭的可靠性。
    (5)煤粉加热器工作时,内部介质的循环是依靠烟气箱和空气箱在空间布置上恰当的位差来完成,克服工质流动的全部阻力。通过实验室和现场各种换热器的大量实验,已经取得了全面的数据。不掌握这些数据,煤粉加热器就不能正常运行,或者运行时传热效率很低。
    (6)克服换热器热膨胀的方法
    换热器运行处于一个相对高温状况,设计中,壳体内部在换热元件上下部均为无约束的自由空间,填充有内部保温材料,可吸收这一部分的膨胀量。
    (7)防止换热器积灰的措施
    为有效防止换热器积灰,设计高压空气吹灰并使热侧具备合理的流速,使换热器具有“自清灰特性”。
    (8)设备保温
    本体保温采用内保温,输煤管道采用特殊材料全线保温。
    (9)设备安全
    对制造质量的严格控制。所有焊接、加工按锅炉及压力容器的有关标准、规范执行,确保杜绝制造质量隐患。详细核定换热器工作压力,使其在一个安全的压力范围内正常工作,该换热系统不存在压力破坏的可能性,安全阀的设计可确保系统安全运行。
5、结论、
    (1)煤粉预热喷吹在高炉生产中应用是可行的;
    (2)合理的预热工艺设计,是煤粉预热技术成功的关键,是安全生产的保障;
    (3) 通过生产实践证明,煤粉预热对煤比提高或同等煤比条件下燃烧率的提高是有效的;
    (4)通过改变煤粉预热器的设计、提高换热效率,进一步提高煤粉初始温度是今后研究发展的方向。
 
参考文献:我国高炉喷煤工艺技术的优化  程正东 闫敏英 沙永志
          高炉喷煤的经济效率和工艺变革  唐文权 于兴久 王彦民
          宝钢高炉喷煤技术的应用与开发  温大威
          首钢高炉喷煤新工艺  孙国

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