煉鐵廠高爐噴煤實際置換比論證

1、煉鐵廠1#高爐噴煤實際置換比論證煉鐵廠噴煤項目于2010年10月26日投產(chǎn)。前期調(diào)試階段噴煤量并不穩(wěn)定，噴煤比沒有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，隨著噴煤設(shè)備運(yùn)行的逐步好轉(zhuǎn)，噴煤比逐漸提高到100kg/t·Fe，焦炭負(fù)荷明顯增加，由2.83增加到目前的3.39。噴煤項目投產(chǎn)后，使高爐調(diào)劑手段更加靈活，煤氣利用率提升，高爐爐缸工作狀態(tài)得到改善，綜合冶煉強(qiáng)度提高，高爐利用系數(shù)多次突破4.0，為降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，強(qiáng)化高爐冶煉創(chuàng)造了條件，緩解了焦炭采購的資金壓力。為了找出噴煤比的最佳冶煉點(diǎn)，也為高爐操作者提供理論依據(jù)，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)對噴煤實際置換比進(jìn)行了分析論證，主要內(nèi)容如下：一、影響噴煤置換比的因素

2、每噴吹單位重量煤粉所能代替的焦炭量叫煤粉置換比。影響置換比最直接的因素就是煤粉含碳量。顯然，含碳量越高，置換比也越高。但置換比不是獨(dú)立存在的，受原料條件、煤的燃燒率、氣化程度、爐頂壓力、風(fēng)溫、爐況等多種因素的影響。要明確置換比，就要考慮多方面的影響。目前煉鐵1#高爐的熱風(fēng)溫度基本維持在1050左右，理論燃燒溫度能夠滿足100kg/t·Fe的噴吹要求，如進(jìn)一步提高噴煤比，需采取富氧噴煤。1、原料條件。原料粒度不均勻直接影響塊狀帶料層的空隙度，惡化料柱透氣性。2、煤粉質(zhì)量。煤的成分直接影響置換比提高。煤粉在風(fēng)口前燃燒充分時，氣化程度好，置換比高；若燃燒不好，就會產(chǎn)生大量殘?zhí)?，還可能惡化爐

3、況，影響噴吹效果，置換比降低。因此提高煤粉燃燒率有利于提高置換比。3、爐頂壓力。爐頂壓力對置換比有一定的影響，爐頂壓力高，爐況順行好，煤氣利用率高，置換比高，維持高頂壓有利于提高置換比。4、熱風(fēng)溫度。熱風(fēng)溫度對置換比影響很大，因為風(fēng)溫高低影響煤粉的燃燒率，而燃燒率與置換比成正比例關(guān)系。5、高爐爐況。高爐爐況順行程度也直接影響置換比，爐況越順，置換比越高。二、有關(guān)置換比的計算公式1、現(xiàn)場計算置換比：現(xiàn)場計算置換比每批料減增焦炭量×小時上料批數(shù)/小時增減噴煤量2、理論置換比：在冶煉條件相對穩(wěn)定的前提下，以高溫區(qū)域為基礎(chǔ)，將噴吹煤粉和焦炭均換算成焦炭碳素的熱量，求兩者之比值。R理q焦/q煤

4、q焦9800×焦炭固定碳量2760×焦炭灰分含量20000×焦炭中的硫含量q煤9400×煤粉固定碳量2800×煤粉灰分含量20000×煤粉中的硫含量3、平均置換比：置換比式中：K0全焦冶煉焦比K1實時噴煤焦比G煤 比4、基準(zhǔn)期置換比：置換比式中：K1、K2分別為基準(zhǔn)期噴煤焦比、實時噴煤焦比K噴吹煤粉期間，除噴煤因素以外其他因素影響焦比數(shù)值的代數(shù)和G1、G2分別為增減噴吹煤粉各冶煉階段的煤比(注：由于公司噴煤系統(tǒng)投產(chǎn)以來，正處于磨合期間，日噴吹量并不穩(wěn)定，噴吹量調(diào)劑頻繁，不能保證噴吹均衡，無法確定基準(zhǔn)期，所以基準(zhǔn)期公式計算有待噴吹生產(chǎn)穩(wěn)

5、定后計算確認(rèn)。)三、置換比的計算過程由于影響置換比的因素較多，為分析噴煤實際置換比的影響因素，現(xiàn)將1月6日1月12日的生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計如下：（說明：表三中的實際置換比為理論置換比和平均置換比的平均值。因為理論置換比只考慮焦煤固定碳之間的置換，沒有考慮生產(chǎn)影響因素，而平均置換比包括全部對置換比的影響因素，但其影響因素并不能完全是由噴煤所致，所以取其平均值。）表一：高爐原料成分爐塵成分表日 期焦 炭固定碳，%煤 粉固定碳，%焦 炭灰 分，%煤 粉灰 分，%焦 炭硫含量，%煤 粉硫含量，%重力灰含碳量，%瓦斯灰含碳量，%1/684.7777.3413.4814.500.340.63724.2513.23

6、1/784.3477.3413.9214.500.3770.63726.3515.641/884.8373.9713.9415.060.350.5228.2118.81/984.8377.0313.9416.980.350.5222.8817.611/1082.4477.0315.9316.980.340.5224.4416.591/1184.2377.0314.1316.980.330.5244.9115.681/1285.2477.0313.0616.980.420.5231.9115.87表二：其他影響置換比指標(biāo)日 期日料批 風(fēng) 溫風(fēng) 壓爐頂壓力透氣指數(shù)小時噴煤量1/615210372.

7、58112.758.137.231/715710312.52111.928.207.231/816210472.46109.008.547.551/915210502.44109.138.387.061/1016110502.57111.637.967.611/1115910432.46112.048.217.541/1216110602.44110.758.087.57表三：生產(chǎn)指標(biāo)及置換比計算結(jié)果日 期產(chǎn) 量全焦冶煉焦比噴煤凈焦比焦丁比煤 比噴煤量理論置換比平均置換比實際置換比1/61595.80520.88393.41 24.59 108.67 173.610.8560.9470.902

8、1/71543.80520.88395.51 25.94 112.35 173.450.8630.8850.8741/81586.00520.88379.48 26.61 114.18 181.090.8181.0000.9091/91464.00520.88411.14 27.19 115.77 169.490.8480.7130.7811/101577.50520.88374.9426.31115.73182.570.8801.0340.9571/111458.60520.88403.9628.06124.06180.950.8540.7160.7851/121549.30520.8838

9、0.6526.39117.24181.640.8420.9710.907平 均1539.29520.88391.3026.44115.43177.540.8500.8950.874（注：全焦冶煉時焦比取2010年9月份平均焦比497.23kg/t計算，焦丁比26.28kg/t。）圖一：各置換比對比分析表四、通過爐塵灰含碳量驗證噴吹置換比煤粉燃燒率：是衡量煤粉性能優(yōu)劣和評價高爐風(fēng)口燃燒狀況好壞的一個重要指標(biāo)，強(qiáng)化煤粉在風(fēng)口前的燃燒是高爐進(jìn)行大噴煤的一個基本的前提。（注：無煙煤噴吹不利于提高煤粉燃燒率，高爐內(nèi)未燃煤粉的數(shù)量增加，未燃煤粉的活性降低，當(dāng)未燃煤粉的數(shù)量超過了高爐可以接受的范圍，就會給高

10、爐透氣性帶來十分不利的影響，從而限制了高爐噴煤量的提高。此外無煙煤的煤源與煤質(zhì)都難以長期保證。但無煙煤含碳量高，發(fā)熱值也高，從而煤焦置換比比較高。煤粉的粒度越細(xì)，其燃燒性能就越好，因為無煙煤的燃燒過程是由外到內(nèi)的層狀燃燒過程。在噴吹煤粉中200 目煤粉的比例達(dá)到 80%時，大部分煤粉在回旋區(qū)距風(fēng)口 0.8m 處就可以燃燒氣化。 煙煤的反應(yīng)性要優(yōu)于無煙煤。在混合煤粉的反應(yīng)性實驗中，煙煤含量為45%-50%，無煙煤為50%-55%的比例的混合煤粉反應(yīng)性指數(shù)比較高。國內(nèi)的研究實踐表明，煙煤加入無煙煤的混合效應(yīng)將視煤種以及混合比的不同而變化，同時考慮噴吹安全問題。）高爐噴吹煤粉大部分在風(fēng)口前燃燒，未燃

11、盡的殘?zhí)坎糠址e存在爐缸（死料柱表面）內(nèi)，參加非鐵元素還原等。其余的隨煤氣流上升，部分粘附在軟溶帶上，進(jìn)行FeO的直接還原和碳?xì)饣磻?yīng)，未燃煤粉在塊狀帶主要通過氣化反應(yīng)消耗，在爐內(nèi)沒有消耗利用掉的煤粉將隨爐頂逸出爐外進(jìn)入瓦斯灰中。如未燃煤粉過多時，將導(dǎo)致瓦斯灰中的含碳量上升。通過對煉鐵廠1#高爐爐塵取樣分析，爐塵中碳含量的變化幅度在噴煤比超過120kg/t·Fe以后波動很大。1月6日1月12日的噴煤比波動在108.67kg/t·Fe124.06kg/t·Fe區(qū)間時，一、二次灰比（一次灰比指重力除塵灰，二次灰比指瓦斯灰）的含碳量變化分別為22.88%44.91%、13

12、.23%18.80%之間，在噴煤比108.67kg/t·Fe時，瓦斯灰含碳量最低，在噴煤比124.06kg/t·Fe時，重力除塵灰的含碳量最高。一、二次灰比的含碳量隨著煤比的提高略有上升，說明噴煤比達(dá)到100kg/t·Fe以后，隨著噴吹量的增加，未燃煤粉數(shù)量上升，隨煤氣進(jìn)入爐塵中，導(dǎo)致爐塵含碳量升高,尤其在1月11日噴煤比達(dá)到124.06kg/t·Fe時,重力除塵灰中的固定碳含量急劇上升，達(dá)到44.91%，圖上曲線表現(xiàn)突出，并且當(dāng)天的凈焦比在一周的數(shù)據(jù)分析中也屬于較高范圍之內(nèi)。圖二：一、二次灰比波動曲線圖 通過對近一周的爐塵成分分析，在一定條件下，煤比與

13、爐塵含碳量成正比例關(guān)系，在目前沒有富氧的情況下，一味的追求高煤比會適得其反，給高爐順行帶來威脅。但從噴煤前期煤比小于100kg/t·Fe的數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)取值為2010年11月7日11月16日，一、二次灰比平均含碳量分別為：23.32%、37.80%。爐塵含碳量標(biāo)準(zhǔn)值在8%20%區(qū)間）分析時發(fā)現(xiàn)，其爐塵一、二灰比的含碳量反倒要高于目前的含碳量，說明噴煤初期高爐生產(chǎn)及噴煤系統(tǒng)的運(yùn)行處于非正常狀態(tài)，并且近一步驗證了影響置換比的因素并不僅僅是煤焦固定碳之間的置換，還包括高爐操作與爐況的順行等其他因素。從目前煉鐵廠1#高爐各項生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)統(tǒng)計分析來看，爐況順行較好，煤氣利用率高（2010年煤氣平均

14、利用率41.60%，與2010年相比近一周的煤氣利用率提升2.70%,有關(guān)數(shù)據(jù)詳見表四），含鐵原料吹出量減少，也與當(dāng)前凈焦比實現(xiàn)破四見三得到很好的印證，如果高爐冶煉盲目的追求高產(chǎn)，其經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)并不會很理想。表四：煤氣成分及煤氣利用率表日 期COCO2O2N2煤氣利用率1/623.818.30.357.643.47%1/722.518.50.658.445.12%1/823.418.50.158.044.15%1/1122.217.51.059.344.08%1/1222.918.50.158.544.69%平 均22.9618.260.4258.3644.30%五、提高噴吹置換比的措施1、保

15、證煤粉的質(zhì)量。主要是煤的灰分和硫含量應(yīng)與焦炭灰分和含量相當(dāng)或最好不低于焦炭的灰分和硫含量。一般煤粉灰分降低1%，置換比提高1.5%左右。2、盡可能提高煤粉在風(fēng)口前的燃燒率，減少未燃煤粉的數(shù)量，這就要求維持合理的細(xì)度，有足夠的氧過剩系數(shù)，保持一定的理論溫度和均勻噴吹。3、搞好精料工作，篩除粉末、整粒，降低燒結(jié)礦的低溫還原粉化率，以保持料柱有良好的透氣性和透液性。4、優(yōu)化高爐操作。隨著噴煤量的提高，高爐下部熱風(fēng)壓力增高，爐內(nèi)壓差增高，給高爐順行帶來威脅。此時，要遵守“上穩(wěn)下活，強(qiáng)化中心”的原則，要逐步摸索高壓差的操作，解決的關(guān)鍵是要打開中心氣流，使高爐中心氣流強(qiáng)而笮，促使?fàn)t缸活躍。(根據(jù)其他企業(yè)的

16、經(jīng)驗表明單環(huán)布料，中心焦在10%左右；多環(huán)布料，中心焦25%左右。邊緣煤氣中CO2%在15%18%，中心煤氣中CO2%在5%10%，爐況穩(wěn)定順行，煤氣利用率高，對爐墻損害最小。在爐役中后期中心CO2%值還可以適當(dāng)降低，邊緣CO2%值適當(dāng)提高，以保護(hù)爐墻，同時又能維持高爐順行。)    5、提高風(fēng)溫使用水平。實現(xiàn)大噴煤比，風(fēng)口前理論燃燒溫度大幅度降低，每增加煤比10kg/t，約降低理論燃燒溫度20-25，必須有足夠的熱補(bǔ)償，而提高風(fēng)溫可大幅度地降低焦比，熱風(fēng)溫度升高100可降低煉鐵焦比15kg/t。因此必須提高熱風(fēng)溫度，才有利于煤粉的燃燒。6、適當(dāng)富氧。富氧能夠提高

17、理論燃燒溫度，減少煤氣發(fā)生量，與噴煤相結(jié)合不僅降低燃料比，還有利于增加噴煤量。隨著煤比的提高，提高富氧率是高爐生產(chǎn)中的一個趨勢，不僅保持較高的置換比，還能收到大噴煤效益。六、高爐噴吹用煤的性能要求高爐噴吹用煤應(yīng)能滿足高爐冶煉工藝要求并對提高噴吹量和置換比有利，以代替更多的焦炭。高爐噴煤對煤的性能要求為：1、煤的灰分越低越好，一般要求小于15。2、硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低越好，一般要求小于1.0。3、膠質(zhì)層越薄越好，Y值應(yīng)小于10mm，以免在噴吹過程中結(jié)焦堵塞噴槍和風(fēng)口。4、煤的可磨性要好，HGI值應(yīng)大于50。5、燃燒性和反應(yīng)性要好。燃燒性和反應(yīng)性好的煤允許大量噴吹，并允許適當(dāng)放粗煤粉粒度，降低制粉能耗。 6、發(fā)熱值越高越好。噴入高爐的煤粉是以其放出熱量和形成還原劑(CO、H，)來代替焦炭。煤的發(fā)熱值越高，置換的焦炭越多。七、結(jié) 語通過對噴煤置換比的認(rèn)真研究，驗證了高爐冶煉過程中各因素對置換比的影響與并進(jìn)一步說明了強(qiáng)化系統(tǒng)管理、優(yōu)化工藝操作是保持高爐順行