貧煤、貧瘦煤用作高爐噴吹煤的可行性研究

第34卷第10期煤炭科學(xué)技術(shù)2006年10月貧煤、貧瘦煤用作高爐噴吹煤的可行性研究張俊燕，金龍哲,王麗穎,金巖輝(北京科技大學(xué)金屬礦山高效開(kāi)采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗室,北京10083 )摘要:介紹了 我國高爐噴吹煤的發(fā)展現狀,根據對高爐噴吹煤粉煤炭質(zhì)量的要求,分析了幾種貧煤、貧瘦煤的煤質(zhì)特性,測定了煤粉的返回火焰長(cháng)度,并結合鋼鐵企業(yè)實(shí)際應用貧煤、貧瘦煤的高爐運行情況及經(jīng)濟效益分析,得出4種貧煤、貧瘦煤具備生產(chǎn)高爐噴吹煤的條件和優(yōu)勢。關(guān)鍵詞:高爐噴吹;貧瘦煤;煤質(zhì)特性;返回火焰長(cháng)度中圖分類(lèi)號: TF538. 63文獻標志碼: B文章編號: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 )高爐噴吹輔助燃料是現代高爐煉鐵生產(chǎn)廣泛采煤、貧瘦煤被越來(lái)越多的機構重視開(kāi)發(fā)成為高爐噴用的新技術(shù),同時(shí)它還是現代高爐爐況調節所不可吹煤2。本文以山西潞安礦區漳村、王莊及五陽(yáng)缺少的重要手段之一。高爐噴吹燃料意義在于降低煤礦的貧瘦煤、常村煤礦的貧煤為例進(jìn)行煤質(zhì)特性焦比,降低生鐵成本,改善高爐冶煉過(guò)程,并為應分析,并結合鋼鐵企業(yè)噴吹貧瘦煤的高爐運行指標.用高風(fēng)溫和富氧鼓風(fēng)創(chuàng )造條件, 從而進(jìn)一步改 善高和成本分析,得出貧瘦煤作為高爐噴吹煤種,從技爐各項技術(shù)經(jīng)濟指標。我國煤炭資源豐富,分布廣術(shù)性能和經(jīng)濟效益方面是可行的。泛,按煤化程度不同,從褐煤到無(wú)煙煤分為14個(gè)1高爐噴吹用煤的性能要求大類(lèi)和17個(gè)小類(lèi),其中可供高爐噴吹用的煤選擇余地很大,可以因地制宜、就近取煤、合理利用煤高爐噴吹用煤應能滿(mǎn)足高爐冶煉工藝要求和對炭資源，這對進(jìn)一步擴大噴煤量、提高高爐置換比提高噴吹量和置換比有利,以便替代更多的焦炭。和改善高爐冶煉過(guò)程具有重要意義中。其主要性能要求如下[31:我國高爐噴吹主要用的無(wú)煙煤資源有限,價(jià)格(1 )煤的干基灰分越低越好,應與使用的焦過(guò)高,無(wú)煙煤不能滿(mǎn)足高爐噴煤技術(shù)及現實(shí)發(fā)展的炭灰分相同, -般要求干基灰分小于15%。需要。煙煤與無(wú)煙煤相比具有著(zhù)火溫度低、燃燒性(2)干基全硫含量越低越好,煤的含硫質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn),但是煙煤爆炸危險性大,安全設施投入分數應與使用的焦炭含硫質(zhì)量分數相同,--般要求大。貧煤、貧瘦煤具有基本無(wú)結焦核,揮發(fā)分比無(wú)干基全硫質(zhì)量分數小于1. 0%。煙煤略高,燃燒性和反應性比無(wú)煙煤好等特點(diǎn)，貧(3 )膠質(zhì)層越薄越好(小于10 mm),以免在功率確定的借鑒。[J]煤礦機械, 1994(1).參考文獻:中國煤化工馬,遼寧義縣人,高級工程師，7機研究所從事掘進(jìn)機及元部[1]黃日恒、懸臂式掘進(jìn)機[ M]徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版件設計THCN M H G37.E- mail :agolongi社, 1996.[2]王韶蓓，掘進(jìn)機星輪裝載機構參數的試驗研究[J]煤炭@ tyccri. com科學(xué)技術(shù), 2005 (9).叢培建.用于大型掘進(jìn)機及連續采煤機的新型裝載機構收稿日期: 2006 -05-10;責任編輯:王宗禹62第34卷第10期煤炭科學(xué)技術(shù)2006年10月噴吹過(guò)程中結焦,堵塞噴槍和風(fēng)口,影響噴吹和高(6)煤的發(fā)熱值越高越好,噴入高爐的煤粉爐正常生產(chǎn)。是以其放出的熱量和形成的CO和H2來(lái)替代焦炭(4)煤的可磨性要好,高爐噴吹用煤需要將在高爐內提供熱源和還原劑。因此,煤的發(fā)熱值越煤磨到一定細度,例如小于74 μm的煤粉占到高,在高爐內放出的熱量越多, 替代的焦炭量也就65% ~85% ,可磨性好,則制粉消耗的電能就少,越多?？山档蛧姶蒂M用。(5)煤的燃燒性能要好，即著(zhù)火溫度低,反2高爐噴吹用煤的煤質(zhì)分析應性強,可以使噴入高爐的煤粉能在有限空間和時(shí)2.1高爐噴吹無(wú)煙煤品種間內盡可能多地氣化,少量未氣化的煤粉也因反應無(wú)煙煤具有固定碳高、熱值高、置換比高、安性好而與高爐煤氣中的CO2和H2O反應而氣化，全性好的優(yōu)點(diǎn)。從安全上考慮,我國高爐噴吹煤種不給高爐冶煉帶來(lái)負擔。另外,燃燒性能好的煤也在很長(cháng)時(shí)期內-直堅持以噴吹無(wú)煙煤為主?？梢阅サ么忠恍?即粒徑小于74 μm的煤粉所占我國主要的高爐噴吹無(wú)煙煤品種及煤質(zhì)特性分比例少一些,這可降低磨煤能耗和費用。析結果見(jiàn)表1。表1我國主 要的高爐噴吹無(wú)煙煤品種及煤質(zhì)特性工業(yè)分析/%哈氏可磨產(chǎn)品名稱(chēng)umAM，Varu( S.1)M]. kg-1性指數陽(yáng)泉1號噴吹煤0 ~2510.0~11.0≤8. 009.01 ~11.00≤0.6530. 87 ~30.4570~85陽(yáng)泉2號噴吹煤0~2511.0~12. 0≤0.8030.45~30.03陽(yáng)泉3號噴吹煤12.0~14.0≤8.009.01~11.00≤I. 0030.03 ~29.19晉城1號洗末煤<13≤11.006. 00-8.00≤0. 50>27.9375~90晉城2號洗末煤≤13. 006. 00~8.00≤0.50>26. 88 .晉城末煤13.01~18.006. 00 ~8.0026. 88 ~25.2075 ~9018.01-21.006.00 ~8.00≤1.0025.20~23.94邯鄲混末煤23. 00 ~26.105. 00~8. 00.4. 49~7.84<0.60.22. 30 ~23.10邯鄲洗末煤0~ 1514. 50~17.005.00~7.804.78 ~5.25<0.5023.73~25.20注: A為干基灰分; M,為全水分; V為干燥無(wú)灰基揮發(fā)分; Q.m ar為低位收到基發(fā)熱量;u( Sas )為干基全硫質(zhì)量分數。無(wú)煙煤具有著(zhù)火溫度高、燃燒性差、燃燒率低煙煤與無(wú)煙煤相比具有著(zhù)火溫度低、燃燒性好等缺點(diǎn)，且我國無(wú)煙煤儲量少,造成無(wú)煙煤供不應等優(yōu)點(diǎn)。1989 年鞍鋼進(jìn)行了大量基礎研究,并對求,價(jià)格持續升高。全噴無(wú)煙煤面臨著(zhù)煤源缺乏、噴煤工藝進(jìn)行了全面的技術(shù)改造, 解決了噴吹高揮可選擇性差以及燃燒率低、爐內末燃煤粉難消化的發(fā)性煙煤的安全問(wèn)題, 1991年寶鋼引進(jìn)日本噴吹難題?，F今我國噴吹無(wú)煙煤的高爐噴煤量少, 效益煙煤技術(shù),從此噴吹煙煤的鋼鐵企業(yè)逐漸增加。不高,影響了無(wú)煙煤作為高爐噴吹用煤。我國主要的高爐噴吹用煙煤品種及其煤質(zhì)特性2.2 高爐噴吹煙煤品種見(jiàn)表2。表2我國主要 的高爐噴吹煙煤品種及煤質(zhì)特性粒度/Qne ar/產(chǎn)品名稱(chēng).μmM,1J. kg-1大同大友I0~5010.00~ 14. 0010.00~13. 0025. 00~中國煤化工-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神府噴吹煙煤0-50.5.00-6.0011.0032. 00-37.000.50 .24.36 -25.2063第34卷第10期煤炭科學(xué)技術(shù)2006年10月高揮發(fā)性煙煤爆炸危險性大,安全設施投入(返回火焰長(cháng)度)為20 ~30 mm,屬于低揮發(fā)分、大,而且在噴槍頭及風(fēng)口管壁上易粘附結渣。高揮弱爆炸性煙煤。與無(wú)煙煤相比,這些煤種的燃燒性發(fā)性煙煤的揮發(fā)分、燃燒率都比無(wú)煙煤高,吸熱量能好、噴吹燃燒率高,有利于提高置換比。在噴吹和要求的熱補償量都比無(wú)煙煤多。國外高爐風(fēng)溫水過(guò)程中, 可以只在倉式泵、噴吹罐等高壓部分采用平高，并且都有-定程度的富氧,高爐提供熱補償氮氣，控制質(zhì)量分數為12%以?xún)鹊难鯘舛?。這樣的能力強,因此有條件噴吹高揮發(fā)分煙煤。我國高可以簡(jiǎn)化制粉、噴吹工藝, 降低設備投資。爐的原燃料質(zhì)量和提供熱補償能力這兩方面都不如(3 )灰分與灰熔融性。高爐噴吹要求煤的灰分國外,沒(méi)有條件完全噴吹高揮發(fā)分煙煤。越低越好,因為灰分高,理論燃燒溫度和燃燒效率2.3貧瘦 煤煤質(zhì)特性分析都將降低,并且對焦炭的置換比降低。-般來(lái)講 ,漳村、王莊、五陽(yáng)煤礦的貧瘦煤及常村煤礦的灰分增加1%,焦比增加為噴吹量的2%。五陽(yáng)、貧煤具體指標見(jiàn)表3。指標結果分析如下:漳村、王莊、常村煤樣的灰分為9.01% ~9. 62% ,( 1 )固定碳與發(fā)熱值。煤的固定碳是測定揮發(fā)達到9級和10級冶煉用煉焦精煤的水平,是低灰分后殘留下來(lái)的有機物質(zhì)的產(chǎn)率,在一定范圍內分的噴吹用煤。固定碳越高,發(fā)熱值越大,對噴煤越有利。因此，煤中灰分的熔融性對噴吹有重要的影響, 灰熔一般 要求噴吹用煤的固定碳在70% ~87%。研究點(diǎn)太低,容易導致風(fēng)口或噴槍前結渣,況且低灰熔表明，當固定碳大于87%時(shí),隨著(zhù)固定碳增加,點(diǎn)灰分常常會(huì )阻礙氧氣進(jìn)入尚未燃盡的煤粉顆粒內發(fā)熱值反而越低。而五陽(yáng)、漳村、王莊、常村煤的部,傳質(zhì)不暢,導致不完全燃燒。試驗所用煤樣的固定碳在76.82%~79.31%，低位發(fā)熱量達到變型溫度為1200~1340C,軟化溫度1410~28. 23 ~ 29.50 M.J/kg ,是適合高爐噴吹用的煤。1 4509C ,半球溫度大于1 420~1 450C ,流動(dòng)溫度大于1450C,屬于灰熔點(diǎn)較高的灰分,對噴吹是表3貧煤、 貧瘦煤品種及煤質(zhì)特性有利的。.煤種產(chǎn)地(4)含硫量。硫在煤中是-種極為有害的物分析項目五陽(yáng)漳村常村王莊質(zhì),因為硫燃燒后生成SO2和SO,能危害人體健康水分M.a/%1.42 1. 050. 450.43和造成大氣污染;在加熱爐中造成金屬的氧化和脫灰分A./%9.01 9.62 9.13 9. 19碳,在煉焦過(guò)程中硫化物侵蝕煉焦設備;焦炭噴吹揮發(fā)分Van/%14.85 15.01 12.72 14.30煤粉中的硫,會(huì )影響生鐵和鋼的質(zhì)量(鋼鐵中含固定碳/%77.4876.8279.3177.82硫質(zhì)量分數大于0.07% ,就會(huì )使之產(chǎn)生熱脆性而干基全硫質(zhì)量分數/%0.36 0.30 0.29 0. 30無(wú)法使用),進(jìn)入高爐的硫主要來(lái)自焦炭和噴吹Quen/MJ. kg - I29. 5028.23 29.44 29. 50物。為了脫去鋼鐵中的硫,就必須在高爐和煉鋼爐灰熔融性變形溫度/C1200121013401280中多加石灰石,可這又會(huì )使成本升高,生產(chǎn)能力降灰熔融性軟化溫度/C >1 450 >1 450 1410 1 450 .灰熔融性半球溫度/C>1450>14501420>1450低。所以,必須控制焦爐洗精煤和噴吹煤粉的含硫量。一般要求含硫質(zhì)量分數小于1.0%。五陽(yáng)、漳灰熔融性流動(dòng)溫度/C>1 450 >1 450 >1450 >1 450哈氏可磨性指數939286村、王莊、常村煤礦煤樣中全硫的質(zhì)量分數為真密度/g: cm-31.401.44 1.40 1.440. 29% ~0. 36% , 屬于低硫煤種,對高爐冶煉、生著(zhù)火點(diǎn)/C372367376373鐵質(zhì)量都是有利的。<74 um粒徑百分數/%100100100 10(5 )可磨性?？赡バ允菄姶涤妹旱闹匾笜酥骄?μm28.82 27.03 41. 8651. 1(- ,表示將煤磨成粉的難易程度,常用哈氏指數比表面積/m2. cm -32.723 2. 8782. 0741. 813( HGD)表示。噴吹用煤的哈氏指數越大越好。如燃燒率/%37.2032. 6635. 6933. 41果哈中國煤化工度大,會(huì )給制粉帶來(lái)返回火焰長(cháng)度/mm3(3020|YHCNMHG同時(shí),煤粉硬度大還會(huì )加快噴煤設備(特別是噴槍)的磨損,縮短其(2)揮發(fā)分與爆炸性。五陽(yáng)、漳村、王莊、常使用壽命。常村和王莊煤的哈氏指數為86和89,村煤樣的揮發(fā)分在12. 72% ~ 15.01% ,爆炸性而漳村、五陽(yáng)煤高達92和93,都是可磨性很好的64第34卷第10期煤炭科學(xué)技術(shù)2006年10月煤種。這對于降低制粉電耗、增加磨煤機產(chǎn)量和效煤中的貧瘦煤粉使整個(gè)煤粉的燃燒率提高,較多的率,增加噴煤量都是非常有利的。固定碳轉化為還原劑,提高了煤粉的利用率。同時(shí)煤氣中較高氫含量有利于爐內間接還原的提高,提3返回火焰長(cháng)度的測定高了煤氣的利用率,從而有利于降低焦比,提高煤煉鐵廠(chǎng)選擇用來(lái)噴吹的煤粉必須具有很高的安焦置換比61。全性,因為在制粉、輸送等工藝中,爆炸性強的煤種有可能發(fā)生爆炸,這就要求對煤粉的爆炸性進(jìn)行)結論檢測。--般認為,被測煤粉引爆形成的返回火焰長(cháng)(1 )所試驗的貧瘦煤為低揮發(fā)分、低灰分、度值大于600 mm,就可認定煤粉具有強爆炸性，煤灰熔融性高、 熱值高、特低硫的優(yōu)良煤種。固定在400~600 mm則煤粉具有中強度爆炸性,小于碳的質(zhì)量分數為70% ~87% , 發(fā)熱量值達到28. 33400mm則煤粉具有弱爆炸性,若僅在火源處出現~29.5MJ/kg。并且為弱爆炸性煤,在噴吹過(guò)程中稀少火星或無(wú)火星的屬于無(wú)爆炸性煤41?？梢灾辉诟邏翰糠?如倉式泵、噴吹罐等)采用該試驗采用長(cháng)管式煤粉爆炸性測試儀,每個(gè)煤氮氣,控制12%以?xún)鹊难鯘舛?。噴吹工藝?jiǎn)單,樣檢測20次,取20次火焰長(cháng)度的平均值作為該煤可節省設備投資。常村煤和王莊煤的可磨性指數為樣的平均返回火焰長(cháng)度值,其測定值為:常村貧煤86和89 ,漳村、五陽(yáng)煤高達92和93 ,都是可磨20mm,五陽(yáng)貧瘦煤為30mm,漳村貧瘦煤為35性很好的煤種。這對于降低制粉電耗、增加磨煤機mm,王莊貧瘦煤為30mm。返回火焰長(cháng)度是評價(jià)產(chǎn)量有重要意義。煤粉爆炸性能的一種標準 ,試驗中4種煤樣的返回(2)返回火焰長(cháng)度值是指粉塵引爆后向噴吹火焰長(cháng)度均在20~35 mm ,遠小于400 mm,均為端方向產(chǎn)生的火焰長(cháng)度,是評價(jià)煤粉爆炸性能的一弱爆炸性煤。種標準, 4種煤樣的返回火焰長(cháng)度值均在20 ~35mm.,遠遠小于400mm,4種煤樣均為弱爆炸性4噴吹貧 瘦煤的運行結果煤在武漢鋼鐵公司噴吹貧瘦煤的工業(yè)試驗中,2(3)武漢鋼鐵公司的實(shí)際運行情況說(shuō)明,貧種不同可磨性的原煤混合后進(jìn)入球磨機制粉,在制煤、貧瘦煤的可磨性好，可以降低磨煤的成本。另粉過(guò)程中未出現球磨機”滿(mǎn)煤”現象,這說(shuō)明2外,固定碳成分較高,較多的固定碳轉化為還原劑種可磨性相差較大的煤混合后利用球磨機制粉是可(CO),提高了煤粉的利用率,從而提高煤焦置換行的5。比。該次工業(yè)試驗期間,球磨機和排風(fēng)機的電機電參考文獻:流均有不同程度的下降,混合制粉使球磨機電耗下降。其原因是貧瘦煤的可磨性很好,與可磨性較差[1] 王國雄，王鐵.現代高爐粉煤噴吹[ M]北京:冶金工的無(wú)煙煤混合后,使混合煤的可磨性提高,煤在球業(yè)出版社, 1997磨機內停留的時(shí)間縮短,球磨機內的存煤量相對減. [2] 李東強.高爐噴吹煤粉的經(jīng)濟效益[ J]煉鐵，1994(1).[3] 章天華、現代鋼鐵工業(yè)技術(shù)[ M]北京:冶金工業(yè)出版少,運行動(dòng)力降低,從而使制粉能耗降低。社，1986.從工業(yè)試驗統計數據可知,在球磨機正常工作[4]兆衡陽(yáng). 氣體和粉塵爆炸原理[M]北京:北京理工大學(xué)的情況下，貧瘦煤加入量為20% ~30%，而球磨出版社, 1996.機的工作電流稍有下降,制粉、噴吹系統的維護費. [5] 陳達士.高爐噴吹煤粉技術(shù)[ M]北京:冶金工業(yè)出版用、人工費等均不變化,球磨機臺時(shí)產(chǎn)量提高量按[6] 湯清華,馬樹(shù)涵。高爐噴吹煤粉知識問(wèn)答[ M]北京:冶社, 1993.20%計算,則相應的制粉成本下降了20%。根據煉鐵廠(chǎng)統計,煤粉加工費為67.31元/t ,故通過(guò)提中國煤化工高球磨機產(chǎn)量帶來(lái)的年經(jīng)濟效益就有700多萬(wàn)元。HHCNMH G, 河北徐水人,副教授，博此外,武漢鋼鐵公司2座高爐噴吹混煤后,噴煤量士,從事安全工程及技術(shù)方面的研究。均有不同程度的提高,煤焦置換比得到提高,這主要是因為貧瘦煤在高爐內的燃燒率較無(wú)煙煤高,混收稿日期: 2006 -05-13 ;責任編輯:劉軍娥65