表5-4噴吹參數(shù)
|
爐號 |
煤量（t/h） |
煤比（kg/t） |
煤粉粒度 （<200目比例） |
輸煤粉氣固比 |
煤粉出噴煤槍流速 |
煤粉出槍溫度 |
|
1 |
12～13 |
139.4 |
>70% |
60kg/kg |
10m/s |
30℃ |
|
2 |
14～15 |
160.3 |
>70% |
60kg/kg |
10m/s |
30℃ |
表5-5風(fēng)口部位相關(guān)參數(shù)
|
爐號 |
風(fēng)口內(nèi)徑（mm） |
煤槍內(nèi)徑（mm） |
直吹管內(nèi)徑（mm） |
插槍角度（°） |
|
|
內(nèi)徑 |
外徑 |
||||
|
1 |
Φ120×3 |
Φ16 |
Φ160 |
Φ235 |
12 |
|
2 |
Φ110×13 |
Φ16 |
Φ160 |
Φ235 |
12 |
表5-6 實(shí)際測得的煤粉燃燒率
|
高爐 日期 |
1BF （富氧） |
2BF （富氧） |
|
2006年2月16日 |
73.33 |
74.86 |
|
2006年2月17日 |
75.62 |
73.28 |
|
2006年2月18日 |
71.44 |
74.52 |
|
2006年2月19日 |
73.97 |
70.31 |
|
2006年2月20日 |
72.75 |
73.90 |
將天津鐵廠1號高爐和2號高爐的各項(xiàng)參數(shù)以及所用煤粉的各項(xiàng)參數(shù)輸入到所應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型中，從而計(jì)算出理論煤粉燃燒率，其結(jié)果見圖5-1和圖5-2。
想\AppData\Local\Temp\ksohtml17008\wps20.png)
圖5-1 天津鐵廠1號高爐富氧條件下的煤粉燃燒率
想\AppData\Local\Temp\ksohtml17008\wps21.png)
圖5-2 天津鐵廠2號高爐富氧條件下的煤粉燃燒率
由圖可知利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算所得出的煤粉在高爐內(nèi)的理論燃燒率和實(shí)際測量的煤粉燃燒率非常接近，這說明所建立的數(shù)學(xué)模型比較符合實(shí)際，在此數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上計(jì)算出來的理論值具有工程應(yīng)用的指導(dǎo)意義。
6）燃燒模型的計(jì)算結(jié)果與分析
根據(jù)上面給出的模型及邊界條件，對三種煤在不同風(fēng)溫、不同煤比、不同富氧率、不同顆粒、不同灰分的條件下進(jìn)行了計(jì)算，然后分別對一種無煙煤和一種煙煤進(jìn)行了計(jì)算，如表6-1所示，共計(jì)計(jì)算了116個(gè)工況。得到了速度場，溫度云圖、煤粉軌跡、CO濃度云圖以及燃燒率等結(jié)果。典型的計(jì)算結(jié)果示于圖6-1至圖6-9。
|
煤種 |
煤比（kg/t） |
風(fēng)溫（℃） |
富氧率（%） |
粒度（μm） |
灰分（%） |
|
常村煤 五陽煤 漳村煤 |
100 |
900 |
— |
|
|
|
1100 |
|||||
|
1250 |
|||||
|
150 |
900 |
— |
|
|
|
|
1100 |
|||||
|
1250 |
|||||
|
200 |
900 |
1 |
|
|
|
|
1100 |
3 |
||||
|
1250 |
5 |
||||
|
無煙煤 |
150 |
1100 |
|
|
|
|
煙煤（大友煤） |
150 |
1100 |
|
|
|
|
常村煤 |
150 |
1100 |
|
106 |
|
|
75 |
|||||
|
250 |
|||||
|
常村煤 |
150 |
1100 |
|
|
9 |
|
10 |
|||||
|
11 |
想\AppData\Local\Temp\ksohtml17008\wps22.jpg)
想\AppData\Local\Temp\ksohtml17008\wps23.jpg)
圖6-1 1250℃風(fēng)溫時(shí)速度場 圖6-2 900℃風(fēng)溫時(shí)煤粉軌跡
想\AppData\Local\Temp\ksohtml17008\wps24.jpg)
想\AppData\Local\Temp\ksohtml17008\wps25.jpg)
圖6-3 900℃風(fēng)溫時(shí)溫度云圖 圖6-4 1250℃風(fēng)溫時(shí)CO濃度場
想\AppData\Local\Temp\ksohtml17008\wps26.png)
想\AppData\Local\Temp\ksohtml17008\wps27.png)
圖6-5 不同煤比下溫度對燃燒率的影響 圖6-6 不同風(fēng)溫下富氧率對燃燒率的影響（煤比為200kg/t鐵）
想\AppData\Local\Temp\ksohtml17008\wps28.png)
圖6-7 煙煤和無煙煤燃燒率對比
想\AppData\Local\Temp\ksohtml17008\wps29.png)
想\AppData\Local\Temp\ksohtml17008\wps30.png)
圖6-8 不同粒度的燃燒率 圖6-9 灰分對燃燒率的影響
通過計(jì)算得到以下結(jié)論：
a.三種煤。五陽煤燃燒率最高，其次是漳村煤，常村煤比漳村煤燃燒率低一點(diǎn)，但是差距很小。這種燃燒率的差距主要原因是揮發(fā)分及灰分的影響。
b.煤比。煤比越高燃燒率越低；在富氧1%的情況下，煤比為150kg/t鐵時(shí)，理論燃燒溫度最高；主要是因?yàn)楫?dāng)煤比太大，而富氧率不高時(shí)，煤粉揮發(fā)分析出要吸收熱量，導(dǎo)致風(fēng)口熱量不足；煤比越高回旋區(qū)內(nèi)CO濃度越大。
c.富氧。富氧率越高，燃燒率越高，對應(yīng)的理論然燃燒溫度也越高。富氧率提高，回旋區(qū)內(nèi)CO濃度成降低趨勢。
d.風(fēng)溫。風(fēng)溫提高，燃燒率升高；理論燃燒溫度也隨風(fēng)溫的提高而顯著升高，而且提高的幅度較大；風(fēng)溫提高，CO濃度有所增加，但是增加的幅度不是很大。
e.高煤比，高風(fēng)溫配合高富氧率使回旋區(qū)內(nèi)理論燃燒溫度最高，燃燒率也是最高的。
f.煙煤和無煙煤。煙煤的燃燒率遠(yuǎn)大于無煙煤的燃燒率，主要是因?yàn)闊熋旱膿]發(fā)分比無煙煤大很多；噴吹煙煤時(shí)回旋區(qū)內(nèi)CO濃度，比噴吹無煙煤大很多。
g.粒度。粒度越大燃燒率越低，理論燃燒溫度越低，CO濃度越低，煤粉越不容易擴(kuò)散；但是當(dāng)粒度減小到一定程度時(shí)，燃燒率變化趨于平緩。
h.灰分?；曳衷礁撸紵试降?，理論燃燒溫度也越低。
i.揮發(fā)分和灰分比較?；曳謱θ紵实挠绊懸笥趽]發(fā)分的影響；也就是灰分增加一定百分比對燃燒率造成的負(fù)影響，要大于揮發(fā)分增加相同百分比對燃燒率的正面影響。
j.通過計(jì)算給出了溫度場，濃度場，速度場和煤粉的軌跡；給出了一組比較直觀的圖片。
7）貧煤、貧瘦煤燃燒促進(jìn)劑研究開發(fā)
<1> 煤粉燃燒促進(jìn)劑的要求
為提高煤粉燃燒性能，添加燃燒促進(jìn)劑是一種有效手段。煤粉燃燒促進(jìn)劑是通過一定的方法混合在煤粉中能夠強(qiáng)化煤粉燃燒，提高燃燒率的單一物質(zhì)或混合物質(zhì)。作為高爐噴吹燃燒促進(jìn)劑應(yīng)達(dá)到以下要求：
a.具有破壞煤的大分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)性質(zhì)。煤結(jié)構(gòu)研究表明，煤分子結(jié)構(gòu)屬于復(fù)雜的大分子結(jié)構(gòu)類型。燃燒過程是其大分子結(jié)構(gòu)單元之間的橋鍵斷裂的化學(xué)過程。因此，燃燒促進(jìn)劑應(yīng)對煤的大分子結(jié)構(gòu)有破壞作用，從而促進(jìn)煤的燃燒。
b.提供活性氧。煤粉燃燒過程首先是揮發(fā)分的燃燒，以后才是殘?zhí)康娜紵?。揮發(fā)性氣體在燃燒過程中消耗了氧，煤粉周圍氧含量降低不利于殘?zhí)康娜紵Ｒ虼?，燃燒促進(jìn)劑應(yīng)能在一定程度上提供活性氧以補(bǔ)充氧的消耗。
c.燃燒促進(jìn)劑的熱分解溫度要盡可能與煤粉著火溫度相一致。如果熱分解溫度太高，不能起到促進(jìn)作用；反之，在較低溫度下就分解，其促燃作用得不到充分發(fā)揮。
d.一般情況下化學(xué)物質(zhì)的熱分解具有吸熱效應(yīng)，燃燒促進(jìn)劑在熱分解的過程中同樣需要吸熱，為保證煤粉燃燒釋放出的熱量能夠充分被利用，要求促進(jìn)劑熱分解時(shí)吸熱作用要小，以免過量的熱被促進(jìn)劑消耗。
e.本試驗(yàn)研究的燃燒促進(jìn)劑主要是應(yīng)用于高爐噴吹用煤，因此必須考慮其對高爐的影響。一些對高爐不利的元素，例如鉀，鈉等元素應(yīng)被排除在外。
f.添加方便。促進(jìn)劑要均勻添加到噴吹煤粉之中。 如何結(jié)合高爐噴煤制粉、輸送、噴吹等工藝過程，將促進(jìn)劑加進(jìn)去是促進(jìn)劑使用過程中要解決的重要問題。選擇促進(jìn)劑必須考慮其添加使用的便利性。
g.安全。高爐噴煤工藝對煤粉的爆炸性是有嚴(yán)格要求的，而且煤粉制備形成、輸送、噴吹設(shè)備內(nèi)氧含量和溫度都要進(jìn)行檢測控制。煤粉燃燒促進(jìn)劑在這些過程中不能導(dǎo)致形成爆炸的因素，如釋放氧氣，提高溫度，產(chǎn)生火花等。
<2> 試驗(yàn)用的促進(jìn)劑
促進(jìn)劑種類繁多，它包括堿金屬、堿土金屬和過渡元素的氧化物、氫氧化物及其鹽類，其中應(yīng)用最多的是堿金屬、堿土金屬的鹽類。
選用促進(jìn)劑應(yīng)盡量做到廢物利用。不少工農(nóng)業(yè)廢物可能是性能優(yōu)良的促進(jìn)劑，例如含有大量Ca（OH）2的造紙黑液 、用完廢棄的電石、含有NaOH的石灰水、農(nóng)家廢棄的草木灰等等，甚至鍋爐渣和水分除渣的廢水，都可用做促進(jìn)劑，就地取材，因地制宜，設(shè)計(jì)適合局部地區(qū)使用的促進(jìn)劑配方是非常重要的。對于高爐噴吹用煤燃燒促進(jìn)劑，應(yīng)首先能促進(jìn)氣相燃燒，加快揮發(fā)分燃燒，迅速補(bǔ)充熱解溫度，提高燃燒溫度。
此次試驗(yàn)研究選取了一號促進(jìn)劑,、二號促進(jìn)劑，三號促進(jìn)劑，四號促進(jìn)劑，五號促進(jìn)劑進(jìn)行研究，其中靜態(tài)燃燒促進(jìn)劑為一號促進(jìn)劑、二號促進(jìn)劑和三號促進(jìn)劑；噴吹燃燒促進(jìn)劑為一號促進(jìn)劑、 二號促進(jìn)劑、三號促進(jìn)劑和四號促進(jìn)劑；爆炸性能試驗(yàn)用促進(jìn)劑為一號促進(jìn)劑、 二號促進(jìn)劑、三號促進(jìn)劑、五號促進(jìn)劑。
<3> 促進(jìn)劑對煤粉靜態(tài)燃燒性能的影響
將煤粉放入馬弗爐中靜態(tài)燃燒，然后用灰分失重法計(jì)算出煤粉在馬弗爐中的燃燒率。一號促進(jìn)劑，二號促進(jìn)劑，三號促進(jìn)劑三種物質(zhì)的不同添加比例用于常村煤的燃燒率示于表7-1。
在試驗(yàn)范圍內(nèi)，常村煤煤粉的燃燒率與一號促進(jìn)劑添加量幾乎成線性增加關(guān)系。當(dāng)添加量達(dá)到6%時(shí)，燃燒率可提高10%以上。添加量較低時(shí)，二號促進(jìn)劑的促燃效果不夠明顯，而當(dāng)其添加量超過2%時(shí)，其促燃作用增強(qiáng)。三號促進(jìn)劑含量較低時(shí)，對煤粉燃燒有一定的促進(jìn)作用，然后，隨著含量的增加，煤粉的燃燒率迅速降低。對于所試驗(yàn)的三種促進(jìn)劑來講一號促進(jìn)劑助燃效果最好，其次是二號促進(jìn)劑，三號促進(jìn)劑效果最差。
表7-1 靜態(tài)燃燒試驗(yàn)的燃燒率結(jié)果
|
促進(jìn)劑 |
百分含量 （%） |
燃燒率 |
|
無 |
|
35.04 |
|
一號促進(jìn)劑 |
1 |
36.07 |
|
一號促進(jìn)劑 |
2 |
36.68 |
|
一號促進(jìn)劑 |
4 |
39.21 |
|
一號促進(jìn)劑 |
6 |
40.38 |
|
二號促進(jìn)劑 |
1 |
35.73 |
|
二號促進(jìn)劑 |
2 |
35.84 |
|
二號促進(jìn)劑 |
4 |
39.21 |
|
二號促進(jìn)劑 |
6 |
40.13 |
|
三號促進(jìn)劑 |
1 |
35.65 |
|
三號促進(jìn)劑 |
2 |
35.45 |
|
三號促進(jìn)劑 |
4 |
33.08 |
|
三號促進(jìn)劑 |
6 |
31.67 |
<4> 促進(jìn)劑對煤粉噴吹燃燒性能的影響
噴吹燃燒試驗(yàn)是在如圖7-1所示煤粉燃燒性測試裝置上進(jìn)行的。 試驗(yàn)所用的煤為常村煤，試驗(yàn)內(nèi)容示于表7-2，其中每個(gè)試驗(yàn)工況試驗(yàn)2次。
想\AppData\Local\Temp\ksohtml17008\wps31.png)
圖7-1 燃燒裝置示意圖
表7-2 噴吹燃燒試驗(yàn)工況
|
試驗(yàn) 序號 |
促進(jìn)劑 |
百分含量（%） |
|
試驗(yàn) 序號 |
促進(jìn)劑 |
百分含量（%） |
|
0 |
無 |
|
9 |
一號促進(jìn)劑 |
1 |
|
|
1 |
四號促進(jìn)劑 |
1 |
10 |
一號促進(jìn)劑 |
2 |
|
|
2 |
四號促進(jìn)劑 |
2 |
11 |
一號促進(jìn)劑 |
3 |
|
|
3 |
四號促進(jìn)劑 |
3 |
12 |
一號促進(jìn)劑 |
5 |
|
|
4 |
四號促進(jìn)劑 |
5 |
13 |
三號促進(jìn)劑 |
1 |
|
|
5 |
二號促進(jìn)劑 |
1 |
14 |
三號促進(jìn)劑 |
2 |
|
|
6 |
二號促進(jìn)劑 |
2 |
15 |
三號促進(jìn)劑 |
3 |
|
|
7 |
二號促進(jìn)劑 |
3 |
16 |
三號促進(jìn)劑 |
5 |
|
|
8 |
二號促進(jìn)劑 |
5 |
|
|
|
噴吹燃燒試驗(yàn)的數(shù)據(jù)見表7-3。煤粉的噴吹燃燒率隨一號促進(jìn)劑添加量增加而增加，但當(dāng)一號促進(jìn)劑添加量較低（＜2%）時(shí)，燃燒率增加較緩慢，而當(dāng)其添加量繼續(xù)增加時(shí)，煤粉燃燒率可以顯著提高，加入5%的一號促進(jìn)劑可使燃燒率提高大約25%。與靜態(tài)燃燒相比，煤粉噴吹燃燒所對應(yīng)的燃燒率較高。
二號促進(jìn)劑對常村煤粉燃燒有促進(jìn)效應(yīng)，且燃燒率隨著二號促進(jìn)劑添加量增加而增加，當(dāng)二號促進(jìn)劑添加量達(dá)到5%時(shí)，煤粉燃燒率可增加12%。從表7－3可知二號促進(jìn)劑添加量在2%左右時(shí)，其促燃效果最差。
加入1%的三號促進(jìn)劑時(shí)燃燒率能提高6%左右，當(dāng)增加三號促進(jìn)劑的添加量時(shí)燃燒率明顯下降。
四號促進(jìn)劑對煤的燃燒促進(jìn)作用不明顯，并且加入過多四號促進(jìn)劑使煤的灰分增加，不利于煤粉燃燒，燃燒率也相應(yīng)下降。其變化趨勢與靜態(tài)燃燒率的變化趨勢基本相同。
表7-3 噴吹燃燒試驗(yàn)結(jié)果
|
試驗(yàn) 序號 |
促進(jìn)劑 |
百分含量（%） |
燃燒率（%） |
|
試驗(yàn) 序號 |
促進(jìn)劑 |
百分含量（%） |
燃燒率（%） |
|
0 |
無 |
|
60.07 |
|
|
|
|
|
|
1 |
四號促進(jìn)劑 |
1 |
63.13 |
9 |
一號促進(jìn)劑 |
1 |
62.04 |
|
|
2 |
四號促進(jìn)劑 |
2 |
59.56 |
10 |
一號促進(jìn)劑 |
2 |
63.07 |
|
|
3 |
四號促進(jìn)劑 |
3 |
54.12 |
11 |
一號促進(jìn)劑 |
3 |
68.55 |
|
|
4 |
四號促進(jìn)劑 |
5 |
53.89 |
12 |
一號促進(jìn)劑 |
5 |
72.66 |
|
|
5 |
二號促進(jìn)劑 |
1 |
64.32 |
13 |
三號促進(jìn)劑 |
1 |
64.24 |
|
|
6 |
二號促進(jìn)劑 |
2 |
64.56 |
14 |
三號促進(jìn)劑 |
2 |
61.34 |
|
|
7 |
二號促進(jìn)劑 |
3 |
64.88 |
15 |
三號促進(jìn)劑 |
3 |
58.12 |
|
|
8 |
二號促進(jìn)劑 |
5 |
68.42 |
16 |
三號促進(jìn)劑 |
5 |
55.98 |
無論是靜態(tài)燃燒試驗(yàn)還是噴吹燃燒試驗(yàn)，四種促進(jìn)劑中一號促進(jìn)劑的效果最好，在半工業(yè)試驗(yàn)中加入3%、5%的一號促進(jìn)劑使常村煤的燃燒率分別提高14%、25%。這主要是由于一號促進(jìn)劑中的陽離子的促燃作用和促進(jìn)劑熱分解出活性氧兩者共同作用起到了提高燃燒率的作用。
二號促進(jìn)劑對常村煤的促燃效果也較好，在半工業(yè)試驗(yàn)中最多使常村煤的燃燒率提高了10%左右。其原因主要是二號促進(jìn)劑中的陽離子的促燃作用，因而提高了煤粉燃燒率。
三號促進(jìn)劑和四號促進(jìn)劑都有一定的促燃作用，并且都表現(xiàn)在添加量小于2%的情況下，當(dāng)添加過量時(shí)都使得燃燒率下降。這主要是兩方面的原因造成的：第一，三號促進(jìn)劑和四號促進(jìn)劑的促燃作用主要是由于其離子交換造成的，并不是靠釋放出活性氧來提高煤粉燃燒率的。這兩種促進(jìn)劑在高溫下分解量有限，因此添加過量時(shí)加重了煤樣的灰分，最終表現(xiàn)為燃燒率下降。第二，由于本次試驗(yàn)均采用直接添加促進(jìn)劑的方法，機(jī)械混合的分散性很差，以至于這兩種物質(zhì)促燃效果不明顯，如果采用浸漬加入的方法三、四號促進(jìn)劑的促燃效果應(yīng)該要比目前的機(jī)械混合好。
<5> 促進(jìn)劑對煤粉爆炸性能影響的試驗(yàn)研究
本課題對常村煤粉加入一號促進(jìn)劑，二號促進(jìn)劑，三號促進(jìn)劑，五號促進(jìn)劑后的爆炸性能在返回火焰測量儀進(jìn)行試驗(yàn)，為煤粉燃燒促進(jìn)劑的工業(yè)應(yīng)用提供安全性能依據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于表7-4。返回火焰長度由光電轉(zhuǎn)換器測得后直接將數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)記錄并打印出結(jié)果，其結(jié)果顯示原煤返回火焰長度為零，不具爆炸性。由于此次試驗(yàn)采用的常村煤揮發(fā)分較低，原煤的返回火焰長度為零；加了一號促進(jìn)劑，二號促進(jìn)劑和三號促進(jìn)劑的煤粉存在返回火焰現(xiàn)象，但最長的火焰長度也不超過10mm，說明不具有明顯的爆炸性，可以保證高爐噴吹的安全可行。
表7-4 添加促進(jìn)劑后返回火焰長度
|
促進(jìn)劑 添加量 |
一號 |
二號 |
三號 |
五號 |
|
0% |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
2% |
5 |
5 |
5 |
0 |
|
3% |
10 |
5 |
10 |
0 |
|
4% |
10 |
10 |
10 |
0 |
|
5% |
10 |
10 |
10 |
0 |
8）貧瘦煤用于高爐噴吹的工業(yè)性試驗(yàn)研究
從1999年開始先后在鄂城鋼鐵公司、天鐵冶金集團(tuán)公司、武漢鋼鐵公司、唐山鋼鐵公司、首鋼集團(tuán)等鋼鐵公司的煉鐵廠近二十座高爐上進(jìn)行了長期的工業(yè)試驗(yàn)。高爐容積有大有小，代表性強(qiáng)，煤比都達(dá)到100kg/t鐵以上，高的大于200kg/t鐵。
<1> 天鐵集團(tuán)煉鐵廠貧煤、貧瘦煤單噴工業(yè)試驗(yàn)
天鐵集團(tuán)煉鐵廠共有爐容300立方米到743立方米高爐5座，總?cè)莘e2600立方米，年生產(chǎn)鐵約250萬噸。從1999年開始高爐噴吹貧煤、貧瘦煤。采取的工藝為原煤從煤場通過原料槽和給煤機(jī)送到球磨機(jī)粉碎，然后由粗粉分離器和細(xì)粉分離器分離將粒度合格的煤粉收集到粉煤倉，再通過倉式泵將煤粉通過輸粉總管道以及煤粉分配器送到各高爐的風(fēng)口，經(jīng)噴槍噴入高爐風(fēng)口回旋區(qū)。
工業(yè)試驗(yàn)首先在300立方米高爐上進(jìn)行低比例添加貧煤、貧瘦煤的噴吹試驗(yàn)，然后逐漸提高添加比例，直至全部采用貧煤、貧瘦煤噴吹，最后擴(kuò)展至5座高爐全部噴吹貧煤、貧瘦煤。期間配合貧煤、貧瘦煤工業(yè)試驗(yàn)，結(jié)合天鐵高爐噴煤系統(tǒng)的具體情況研發(fā)了高壓容器的充壓和流化均使用氮?dú)狻⒖刂浦品巯到y(tǒng)氧氣含量、全負(fù)壓制粉等適應(yīng)的噴吹安全技術(shù)。
5座高爐全部噴吹貧煤、貧瘦煤后，在熱風(fēng)平均富氧1%～2%；平均煤比150kg/t鐵，最高到180 kg/t鐵，置換比為0.9以上；高爐日利用系數(shù)達(dá)到2.5。
<2> 鄂城鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司貧煤、貧瘦煤單噴工業(yè)試驗(yàn)
鄂城鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司是湖北省最大的建筑鋼材基地，高爐總?cè)莘e為1544立方米，1999年開始高爐貧煤、貧瘦煤噴吹試驗(yàn)。制粉系統(tǒng)采用“風(fēng)掃磨”流程。噴吹工藝為采用單罐并列、總管加分配器。
鄂鋼煉鐵廠在高爐噴吹過程中，對單噴貧煤、貧瘦煤、單噴無煙煤、噴混合煤等方式的噴吹效果進(jìn)行了對比試驗(yàn)與分析。試驗(yàn)結(jié)果表明：單噴吹貧煤、貧瘦煤比其他兩種方式的噴吹效果更為顯著，經(jīng)濟(jì)上更為合理。因此從2001年開始，鄂鋼煉鐵廠高爐噴煤全部采用貧煤、貧瘦煤，年噴煤總量達(dá)到30多萬噸。置換比達(dá)到0.85，利用系數(shù)達(dá)到2.4至2.66。
<3> 武鋼煉鐵廠貧瘦煤與無煙煤混合噴吹工業(yè)試驗(yàn)
武鋼煉鐵廠有高爐5座，總?cè)莘e為10949立方米。噴吹工藝流程原為無煙末煤場通過原料槽和給煤機(jī)送到球磨機(jī)粉碎，然后由粗粉分離器和細(xì)粉分離器分離將粒度合適的煤粉收集到粉煤倉，再通過倉式泵將煤粉通過輸粉管道以及煤粉分配器送到各高爐的風(fēng)口，經(jīng)噴槍噴入高爐風(fēng)口回旋區(qū)。
武鋼技術(shù)中心根據(jù)貧煤、貧瘦煤的燃燒特性和安全特性，確定了貧瘦煤配煤比例按10％、20％、30％逐步提高，最高為40％，混合煤粉的揮發(fā)分不大于12％，進(jìn)行了一系列的工業(yè)性試驗(yàn)。
混合煤噴吹工業(yè)試驗(yàn)是將混合煤粉制備好后，送到高爐噴吹站進(jìn)行噴吹。混合煤粉由制粉間的倉式泵送到高爐噴吹站的過程中沒有出現(xiàn)輸送困難或管道堵塞及輸粉管道壓力大幅波動(dòng)的異?，F(xiàn)象。這說明混合煤粉的輸送性能比較好。
高爐噴吹站在試驗(yàn)期間，噴吹壓力穩(wěn)定，噴吹罐出煤速度穩(wěn)定，噴煤槍噴煤順暢，混煤噴吹試驗(yàn)期間未出現(xiàn)噴煤槍堵塞，燒毀的故障，同樣反映出混合煤粉良好的流動(dòng)性。
試驗(yàn)期間將考察選取的煤樣進(jìn)行了顯微結(jié)構(gòu)分析和工業(yè)成分分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了不同貧瘦煤配比混煤的哈氏可磨性試驗(yàn)、不同配比混合煤粉的爆炸性試驗(yàn)、不同配比混合煤粉的最低著火溫度試驗(yàn)等。通過考察噴吹貧瘦煤過程中的工況、主要的技術(shù)指標(biāo)以及經(jīng)濟(jì)效益的計(jì)算與分析，可以得出貧瘦煤適用于高爐噴吹，是一種優(yōu)良的煤種。通過以上試驗(yàn)可得出如下結(jié)論：
a.從煤質(zhì)分析可以看出潞安貧瘦煤和鶴壁貧瘦煤都是低揮發(fā)分、低灰分、低硫的優(yōu)質(zhì)貧瘦煤，焦作無煙煤是一種低灰分、低硫的無煙煤，將此兩種煤粉混合噴吹是可行的。
b.隨著貧瘦煤在混煤比例中的增加，可磨性逐漸變好，在貧瘦煤不同的配比時(shí)，各種貧瘦煤對混合煤的可磨性的提高能力是不一樣的。
c.焦作無煙煤無爆炸性，潞安常村貧煤、漳村貧瘦煤、鶴壁四礦貧瘦煤、鶴壁六礦貧瘦煤都為弱爆炸性的貧瘦煤。隨著貧瘦煤配比的增加，混合煤的爆炸性逐漸有所升高，若貧瘦煤的混合比例不超過40%，其混合煤在制粉和噴吹過程中是不會(huì)出現(xiàn)爆炸性的。
d.以最低著火溫度為393℃的焦作無煙煤為基礎(chǔ)，隨著貧瘦煤的配比增加，最低著火溫度逐漸降低。
e.混煤噴吹有利于提高球磨機(jī)的生產(chǎn)能力，降低制粉能耗，此次試驗(yàn)在嚴(yán)格限制球磨機(jī)產(chǎn)量的情況下，球磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量最高增加了15%，在正常生產(chǎn)情況下，當(dāng)貧瘦煤混合比為30%時(shí)，球磨機(jī)產(chǎn)量可提高20%～30%；混煤粉在輸送和噴吹過程中性能優(yōu)良，說明該混合煤粉具有較好的流動(dòng)性；混煤噴吹較原無煙煤噴吹更有利于提高噴煤量，降低焦比，提高置換比，4#高爐和5#高爐焦比分別下降了17.23kg/t鐵和8.44kg/t鐵，噴煤置換比分別提高了5%和7%。
（3）特點(diǎn)：與當(dāng)前國內(nèi)外同類技術(shù)主要參數(shù)、效益、市場競爭力的比較
我國高爐過去常噴吹無煙煤。對無煙煤的噴吹性能進(jìn)行研究表明，無煙煤具有固定碳高、熱值高、置換比高、安全性好等優(yōu)點(diǎn)以及著火溫度高、燃燒性較差、燃燒率相對低等缺點(diǎn)，且我國無煙煤儲(chǔ)量少，造成無煙煤供不應(yīng)求，價(jià)格持續(xù)升高。因此，全噴無煙煤將面臨著煤源缺乏、可選擇性差、燃燒率低以及爐內(nèi)未燃煤粉難消化等難題。目前我國噴吹無煙煤的高爐噴煤量少，效益不高，從而影響了無煙煤作為高爐噴吹用煤的效果與前景。貧煤、貧瘦煤與無煙煤相比具有著火溫度低、燃燒性好、可磨性（HGI）高、硫分低、發(fā)熱量高等優(yōu)點(diǎn)，由于其揮發(fā)分、燃燒率都比無煙煤高，所以吸熱量和要求的熱補(bǔ)償量比無煙煤多。如表1和圖1所示。
表1 無煙煤與貧煤、貧瘦煤的各項(xiàng)噴吹性能比較
|
|
無煙煤 |
貧煤、貧瘦煤 |
|
可磨性HGI |
50~70 |
86~93 |
|
揮發(fā)分 |
4.49%~11.00% |
12.72%~15.01% |
|
置換比 |
0.8~0.9 |
大于0.9 |
|
硫分 |
0.60%~2.90% |
0.30%~0.50% |
|
著火點(diǎn) |
360~420℃ |
350~360℃ |
|
發(fā)熱量 |
25000kj/kg~32500kj/kg |
6000kj/kg~6300kj/kg |
|
固定碳 |
80%左右 |
76.8%~79.2% |
|
灰分 |
12.46% |
11%~13% |
想\AppData\Local\Temp\ksohtml17008\wps32.png)
圖1 無煙煤和高爐噴吹貧煤貧瘦煤的相關(guān)技術(shù)參數(shù)比較圖
1989年鞍鋼進(jìn)行了大量基礎(chǔ)研究，并對噴煤工藝進(jìn)行了全面的技術(shù)改造，解決了噴吹高揮發(fā)性煙煤的安全技術(shù)問題。1991年寶鋼引進(jìn)日本噴吹煙煤技術(shù)，從此噴吹煙煤的鋼鐵企業(yè)逐漸增加。研究和應(yīng)用實(shí)踐表明高揮發(fā)分煙煤爆炸危險(xiǎn)性大，安全設(shè)施投入大，而且在噴槍頭及風(fēng)口管壁上易粘附結(jié)渣。因此，我國發(fā)展噴吹煙煤和無煙煤的混合煤。由于混煤比例和性質(zhì)是各個(gè)鋼鐵廠根據(jù)自己的高爐技術(shù)條件和原料條件確定的，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，無法逐一比較。
國外高爐風(fēng)溫水平高，并且均具備一定程度的富氧，高爐提供熱補(bǔ)償?shù)哪芰?qiáng)，因此有條件噴吹高揮發(fā)分煙煤。其研究方向主要針對如何提高煙煤的利用效率。我國高爐的原燃料質(zhì)量和提供熱補(bǔ)償能力這兩方面均低于國外，沒有條件完全噴吹高揮發(fā)分煙煤。在研究開發(fā)方面，國內(nèi)外關(guān)于高爐噴煤的理論與技術(shù)研究主要集中在對無煙煤和高揮發(fā)分煙煤的性能研究領(lǐng)域。在已公開發(fā)表的文獻(xiàn)和專利中有噴吹粉煤和細(xì)鐵礦石的貧煤、貧瘦煤燃燒性能以及噴吹合理粒徑、噴吹過程常規(guī)燃燒和富氧燃燒研究成果、高爐回旋區(qū)狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型；噴吹粉煤和細(xì)鐵礦石的高爐回旋區(qū)狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型；高爐回旋區(qū)粉煤燃燒的理論分析；基于多相流概念的煉鐵高爐瞬時(shí)數(shù)學(xué)模型；模擬高爐回旋區(qū)噴吹粉煤流和粉煤燃燒的三維數(shù)值模擬；在熱空氣流中添加化學(xué)燃燒助劑對粉煤的熱解影響；高爐噴吹單粉煤燃燒效率的改進(jìn)及燃燒機(jī)理，以及采用氧擴(kuò)散控制燃燒率等問題；在試驗(yàn)高爐上進(jìn)行風(fēng)口富氧和800～1000℃情況下粉煤噴吹燃燒試驗(yàn)，以獲取粉煤的燃燒效率等等方面的研究。
而在噴吹貧煤、貧瘦煤的研究方面，目前的研究主要集中在對貧煤、貧瘦煤的煤質(zhì)特性分析和市場前景分析兩方面，尚無針對高爐噴吹貧煤、貧瘦煤的系統(tǒng)研究。
本項(xiàng)目系統(tǒng)地研究了貧煤、貧瘦煤的顯微結(jié)構(gòu)、燃燒性能、輸送性能、安全性能，創(chuàng)建了高爐噴吹貧煤、貧瘦煤的系列集成技術(shù)，為高爐噴吹貧煤、貧瘦煤提供了完善的基礎(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)，填補(bǔ)了高爐噴吹貧煤、貧瘦煤煤種中基礎(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)方面的空白。系統(tǒng)地研究了貧煤、貧瘦煤噴吹安全行為研究，開發(fā)了高爐噴吹貧煤、貧瘦煤安全監(jiān)控系統(tǒng)，解決了高爐噴吹貧煤、貧瘦煤的安全瓶頸問題。創(chuàng)建了高爐噴吹貧煤、貧瘦煤風(fēng)口回旋區(qū)燃燒數(shù)學(xué)模型，可以系統(tǒng)地預(yù)測回旋區(qū)速度、溫度、一氧化碳濃度以及煤粉燃燒率，并在高爐上得到了實(shí)際應(yīng)用，可廣泛用于不同高爐噴吹貧煤、貧瘦煤確定噴煤指標(biāo)、優(yōu)化噴煤操作工藝，大量節(jié)省高昂的工業(yè)試驗(yàn)費(fèi)用。開發(fā)成功了高爐噴吹貧煤、貧瘦煤的專用燃燒促進(jìn)劑?？萍疾樾卤砻?，以上研究國內(nèi)外尚無類同報(bào)導(dǎo)。
過去，在煤炭與冶金行業(yè)貧煤、貧瘦煤被認(rèn)為只宜用作動(dòng)力煤，價(jià)格低廉。經(jīng)過本項(xiàng)目基礎(chǔ)研究開發(fā)，發(fā)現(xiàn)其是一種優(yōu)質(zhì)的高爐噴吹煤種，并且形成了完善的噴吹工藝和安全控制系統(tǒng)，因此得到冶金行業(yè)的廣泛歡迎。煤炭行業(yè)也由此得到了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。2006年僅潞安集團(tuán)生產(chǎn)貧煤、貧瘦煤590萬噸，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益11.1億元。由于貧煤、貧瘦煤的可磨性好，燃燒性好，爆炸性弱，制粉成本低，置換比高，安全設(shè)施投入少，因此冶金行業(yè)噴吹貧煤、貧瘦煤的效益優(yōu)于噴吹無煙煤與混合煤。自2003年以來潞安生產(chǎn)的噴吹煤共為冶金行業(yè)增加了50億元的效益。（圖2顯示了近三年武鋼、天鐵和鄂鋼采用貧煤、貧瘦煤高爐噴吹后新增經(jīng)濟(jì)效益情況。）
我國約有1500億噸的貧煤、貧瘦煤資源，冶金行業(yè)每年的噴吹煤需求量在6000萬噸以上，因此貧煤、貧瘦煤擁有巨大的市場競爭力。
想\AppData\Local\Temp\ksohtml17008\wps33.png)
圖2 武鋼、天鐵和鄂鋼采用貧煤、貧瘦煤后新增經(jīng)濟(jì)效益
（4）應(yīng)用情況
潞安礦業(yè)集團(tuán)1997年開始研究開發(fā)高爐噴吹貧煤、貧瘦煤技術(shù)以來，先后在鄂鋼、天津鐵廠、唐鋼、武鋼等企業(yè)進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)取得成功后，目前已在全國20余家鋼鐵公司大面積推廣應(yīng)用，并銷售到日本、韓國等國外的一些鋼鐵公司。
潞安貧煤、貧瘦煤儲(chǔ)量大，質(zhì)量穩(wěn)定，2006年生產(chǎn)煤炭3000余萬噸，可為高爐噴吹用煤提供穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。2002年——2006年潞安銷售噴吹煤產(chǎn)品1279.45萬噸，應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，晉東南地區(qū)的郭莊煤礦、襄垣煤礦等地方煤炭企業(yè)也生產(chǎn)銷售貧煤、貧瘦煤產(chǎn)品。將低價(jià)位的煤變成了高附加值的產(chǎn)品，為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
鋼鐵企業(yè)推廣應(yīng)用高爐噴吹貧煤、貧瘦煤技術(shù)，大大降低了制粉能耗，有利于提高噴煤量，降低焦比，從而降低煉鐵成本。據(jù)測算，2006年全國高爐噴吹貧煤、貧瘦煤1156萬噸，每噸鐵節(jié)約成本70.95元，取得經(jīng)濟(jì)效益50余億元。通過高爐噴吹貧煤、貧瘦煤實(shí)踐表明，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足高爐噴吹的要求，并有利于控制環(huán)境污染，是一種理想的高爐噴吹用煤。
我國是煉鐵大國，年噴煤量持續(xù)快速增長，預(yù)計(jì)將達(dá)到每年6000萬噸。同時(shí)我國有約1500億噸的貧煤、貧瘦煤儲(chǔ)量，貧煤、貧瘦煤高爐噴吹技術(shù)產(chǎn)品的開發(fā)成功，為資源豐富的低價(jià)值煤帶來高附加值的巨大市場空間，通過技術(shù)的轉(zhuǎn)讓和輻射，對于我國節(jié)約焦煤戰(zhàn)略資源，實(shí)現(xiàn)煉鐵工業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高鋼鐵質(zhì)量，節(jié)能降耗具有重大的促進(jìn)作用。因此，該成果具有非常廣闊的推廣應(yīng)用前景。
發(fā)現(xiàn)、發(fā)明及創(chuàng)新點(diǎn)：（1）第一次對貧煤和貧瘦煤的理化性能、顯微結(jié)構(gòu)、噴吹性能以及輸送性能進(jìn)行全面的研究與分析，豐富了高爐噴吹用煤的技術(shù)數(shù)據(jù)；成功地將貧煤、貧瘦煤開發(fā)成為優(yōu)質(zhì)噴吹煤。
（2）首次系統(tǒng)地確定了貧煤、貧瘦煤爆炸行為參數(shù)，研究了煤比、富氧、風(fēng)溫等噴煤工藝因素對貧煤、貧瘦煤爆炸行為的關(guān)系，揭示了貧煤、貧瘦煤噴吹安全行為特征，開發(fā)了貧煤、貧瘦煤噴吹安全監(jiān)控平臺(tái)，形成了系統(tǒng)的貧煤、貧瘦煤噴吹安全控制技術(shù)。
（3）采用紅外熱像等先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段，對貧煤、貧瘦煤在高爐內(nèi)的燃燒方式、常規(guī)燃燒以及富氧燃燒進(jìn)行了系統(tǒng)研究，首次揭示了貧煤、貧瘦煤噴吹燃燒特性。
（4）首次建立了高爐噴吹貧煤、貧瘦煤煤粉在風(fēng)口回旋區(qū)的燃燒數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了對不同成分、不同粒徑的貧煤、貧瘦煤煤粉在不同風(fēng)溫、煤比、富氧率條件下風(fēng)口回旋區(qū)的軌跡、速度場、溫度場、CO濃度場以及燃燒率進(jìn)行定量預(yù)測，為指導(dǎo)冶煉行業(yè)各種高爐噴吹貧煤、貧瘦煤操作和工藝優(yōu)化提供了技術(shù)手段。
（5）首次研制成功了提高貧煤、貧瘦煤煤粉燃燒效果的五種促進(jìn)劑，并在不同添加比例條件下對貧煤、貧瘦煤煤粉進(jìn)行了靜態(tài)燃燒、噴吹燃燒試驗(yàn)以及爆炸性試驗(yàn)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
應(yīng)用情況：潞安礦業(yè)集團(tuán)1997年開始研究開發(fā)高爐噴吹貧煤、貧瘦煤技術(shù)以來，先后在鄂鋼、天津鐵廠、唐鋼、武鋼等企業(yè)進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)取得成功后，目前已在全國20余家鋼鐵公司大面積推廣應(yīng)用，并銷售到日本、韓國等國外的一些鋼鐵公司。
潞安貧煤、貧瘦煤儲(chǔ)量大，質(zhì)量穩(wěn)定，2006年生產(chǎn)煤炭3000余萬噸，可為高爐噴吹用煤提供穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。2002年——2006年潞安銷售噴吹煤產(chǎn)品1279.45萬噸，應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，晉東南地區(qū)的郭莊煤礦、襄垣煤礦等地方煤炭企業(yè)也生產(chǎn)銷售貧煤、貧瘦煤產(chǎn)品。將低價(jià)位的煤變成了高附加值的產(chǎn)品，為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
鋼鐵企業(yè)推廣應(yīng)用高爐噴吹貧煤、貧瘦煤技術(shù)，大大降低了制粉能耗，有利于提高噴煤量，降低焦比，從而降低煉鐵成本。據(jù)測算，2006年全國高爐噴吹貧煤、貧瘦煤1156萬噸，每噸鐵節(jié)約成本70.95元，取得經(jīng)濟(jì)效益50余億元。通過高爐噴吹貧煤、貧瘦煤實(shí)踐表明，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足高爐噴吹的要求，并有利于控制環(huán)境污染，是一種理想的高爐噴吹用煤。
我國是煉鐵大國，年噴煤量持續(xù)快速增長，預(yù)計(jì)將達(dá)到每年6000萬噸。同時(shí)我國有約1500億噸的貧煤、貧瘦煤儲(chǔ)量，貧煤、貧瘦煤高爐噴吹技術(shù)產(chǎn)品的開發(fā)成功，為資源豐富的低價(jià)值煤帶來高附加值的巨大市場空間，通過技術(shù)的轉(zhuǎn)讓和輻射，對于我國節(jié)約焦煤戰(zhàn)略資源，實(shí)現(xiàn)煉鐵工業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高鋼鐵質(zhì)量，節(jié)能降耗具有重大的促進(jìn)作用。因此，該成果具有非常廣闊的推廣應(yīng)用前景。
|
經(jīng)濟(jì)效益： 單位：萬元人民幣 |
||||
|
項(xiàng)目總投資額 |
280.00 |
回收期（年） |
1.00 |
|
|
年 份 |
噴吹煤總銷量 |
平均單價(jià) |
取得經(jīng)濟(jì)效益 |
其他 |
|
2004 |
239.54萬噸 |
299.76元/噸 |
24903.42萬元 |
|
|
2005 |
285.11萬噸 |
380.63元/噸 |
35885.88萬元 |
|
|
2006 |
590.60萬噸 |
423.35元/噸 |
111304.12萬元 |
|
|
2007 |
700.8萬噸 |
485.58元/噸 |
117821.01萬元 |
|
|
2008 |
695.4萬噸 |
824.73元/噸 |
301569.4萬元 |
|
|
累 計(jì) |
2511.45萬噸 |
|
591483.83萬元 |
|
社會(huì)效益：貧煤、貧瘦煤高爐噴吹技術(shù)的研究成果對貧煤、貧瘦煤在高爐上的推廣應(yīng)用起到了巨大的促進(jìn)作用，為科學(xué)合理利用國家資源、提高煤炭企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和冶金企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，促進(jìn)了煤炭行業(yè)和冶金行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。研究成果對于我國開發(fā)利用煤炭資源、調(diào)整煤炭產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，開拓煤炭應(yīng)用市場、穩(wěn)定高爐噴吹煤源、提高噴煤效益、降低焦炭消耗、減小環(huán)境污染，具有巨大的社會(huì)效益和環(huán)境效益。
獎(jiǎng)勵(lì)情況：
|
獲獎(jiǎng)時(shí)間 |
獲項(xiàng)名稱 |
獲獎(jiǎng)等級 |
授獎(jiǎng)部門（單位） |
|
2004.3 |
貧瘦煤用于 高爐噴吹技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用 |
煤炭工業(yè)十大 科學(xué)技術(shù)成果獎(jiǎng) |
中國煤炭工業(yè) 技術(shù)委員會(huì) |
|
2004.12 |
潞安煤用于 高爐噴吹技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用 |
特等獎(jiǎng) |
中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì) 中國煤炭學(xué)會(huì) |
|
2005.02 |
潞安煤用于 高爐噴吹技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用 |
一等獎(jiǎng) |
山西省科技廳 |
|
2006.11 |
高爐噴吹貧煤、貧瘦煤 燃燒技術(shù)研究 |
一等獎(jiǎng) |
中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì) 中國煤炭學(xué)會(huì) |
|
2006.12 |
高爐噴吹貧煤、貧瘦煤 安全行為研究及其應(yīng)用 |
一等獎(jiǎng) |
國家安全監(jiān)督管理總局 |
|
2007.12 |
貧煤、貧瘦煤 高爐噴吹技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用 |
二等獎(jiǎng) |
國家科學(xué)技術(shù)部 |
專利情況：“用于高爐噴吹的貧瘦煤的優(yōu)化處理方法”項(xiàng)目成功獲得國家專利號（中國 ZL200410030866.3）
