高爐噴煤概論

1、§1 高爐噴煤概論長期以來，開發(fā)擺脫或降低對焦炭依賴的煉鐵技術(shù)一直在走著兩條并行的路線。一條是開發(fā)新的煉鐵工藝，從根本上改變能源結(jié)構(gòu)，完全不用焦炭，如熔融還原、直接還原工藝等。另一條就是在不根本改變高爐工藝的前提下，采用某種技術(shù)措施用其它燃料替代部分焦炭，如噴煤、噴油、噴吹天然氣等。8高爐應(yīng)少用焦炭，因此，高爐噴煤工藝因需而生。所謂高爐噴煤，就是指從高爐風(fēng)口向爐內(nèi)噴吹磨細(xì)了的煤粉（無煙煤、煙煤或無煙煤、煙煤混合物以及褐煤），以代替焦炭向高爐提供熱量和還原劑。1.1 高爐噴吹煤粉技術(shù)發(fā)展的必要性（1）高爐噴吹煤粉技術(shù)的發(fā)展背景1）冶金煤炭資源的經(jīng)濟(jì)合理地利用，客觀上對高爐噴煤技術(shù)的開發(fā)

2、與應(yīng)用提出了最為迫切的要求。2）冶金焦炭供需緊張。3）資源、價(jià)格因素：煤與重油價(jià)格變化的對比來看，煤的價(jià)格相對低且平穩(wěn)，這是高爐噴煤技術(shù)得以發(fā)展的一個(gè)重要原因。4）高爐操作調(diào)劑及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，也促進(jìn)了噴煤技術(shù)的發(fā)展。5）追求經(jīng)濟(jì)利益、降低生鐵成本，是高爐噴煤技術(shù)發(fā)展的另一個(gè)重要原因。6）在考察高爐噴煤技術(shù)發(fā)展背景時(shí)，還必須注意到環(huán)境保護(hù)方面的因素。（2）高爐噴煤的意義1）以低價(jià)的煤代替了日趨貧乏且價(jià)格昂貴的冶金焦，降低了焦比，使高爐煉鐵的成本大幅下降。2）高爐噴煤可以作為一種調(diào)劑爐況的手段。3）高爐噴煤可以改善爐缸工作狀態(tài)，使高爐穩(wěn)定順行。4）為高爐提高風(fēng)溫和富氧鼓風(fēng)創(chuàng)造條件。因?yàn)閲姶得悍?/p>

3、會(huì)使風(fēng)口前理論燃燒溫度降低，導(dǎo)致理論燃燒溫度降低的原因主要有：n 高爐噴吹煤粉后煤氣量增加，加熱煤氣需要消耗熱量；n 高爐煤粉帶入的熱量少，而焦炭進(jìn)入到風(fēng)口區(qū)時(shí)已加熱到14501500，而噴吹煤粉的溫度不超過100；n 煤粉中碳?xì)浠衔锓纸馕鼰帷?）噴吹煤粉中的氫含量比焦炭帶入的多，氫氣提高了煤氣的還原能力和穿透擴(kuò)散能力，有利于礦石的還原和高爐操作指標(biāo)的改善。6）噴吹煤粉代替了部分焦炭，不僅緩解了焦煤的供需緊張狀況，也減少了對煉焦設(shè)施的投資和建設(shè)，降低了煉焦生產(chǎn)對環(huán)境的污染。1.2 高爐噴吹煤粉技術(shù)發(fā)展歷程（1）高爐噴吹煤粉技術(shù)發(fā)展與評價(jià)指標(biāo)衡量高爐噴煤技術(shù)發(fā)展水平，除了要看噴煤設(shè)施及檢測、控

4、制等硬件的水平外，通常還主要采用下述兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，即：1）煤比(或稱噴煤量)Gm，是指生產(chǎn)單位生鐵所噴吹的煤粉量，單位為kg/t ；2）噴煤率qm，是指煤粉在生產(chǎn)單位生鐵所消耗的燃料(煤粉加焦炭)中所占的比例。為考察不同國家相地區(qū)高爐噴煤技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，一般還采用普及率m這一參數(shù)，它是指噴煤高爐占全部運(yùn)行高爐的百分?jǐn)?shù)。 （2）高爐噴吹煤粉技術(shù)的新進(jìn)展1）富氧噴煤技術(shù)得到普遍應(yīng)用2）氧煤噴吹技術(shù)日趨成熟3）噴煤工藝簡化，便于監(jiān)控4）粒煤噴吹和配煤混合噴吹技術(shù)事實(shí)上，隨著噴煤技術(shù)的不斷發(fā)展，許多相關(guān)的或與噴煤并用的技術(shù)都取得了重大進(jìn)展。這些技術(shù)涉及到了諸如煤粉的濃相輸送技術(shù)、煤粉在高爐內(nèi)氣化燃

5、燒及爐況調(diào)節(jié)等的基礎(chǔ)研究、噴煤高爐數(shù)學(xué)模型及計(jì)算機(jī)控制等。 1.3 高爐噴煤工藝流程原煤貯運(yùn)系統(tǒng)干燥氣體制備系統(tǒng)供氣系統(tǒng)（空氣、氮?dú)狻嚎s空氣）煤粉制備系統(tǒng)煤粉輸送系統(tǒng)高爐煤粉噴吹系統(tǒng)高爐噴吹煤粉工藝系統(tǒng)主要有：原煤貯運(yùn)、煤粉制備、煤粉輸送、煤粉噴吹、干燥氣體制備和動(dòng)力系統(tǒng)。圖4 高爐噴煤系統(tǒng)工藝流程§2 高爐噴吹用煤2.1 煤的分類及化學(xué)成分（1）煤的分類煤在形成過程中經(jīng)歷了植物殘骸轉(zhuǎn)變?yōu)槟嗵康哪嗵炕A段和泥炭轉(zhuǎn)變?yōu)楹置?、煙煤、無煙煤的煤化階段。根據(jù)成煤物質(zhì)和成煤條件不同，將煤分成三大類：腐植煤、殘質(zhì)煤和腐泥煤。腐植煤在自然界分布最廣，蘊(yùn)藏量最大，是人類使用最多的煤。腐植煤按煤化程

6、度又可分為泥煤、褐煤、煙煤和無煙煤四大類。（2）煤的組成煤的化學(xué)成分包括碳(C)、氫(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)以及灰分(A)和水分(W)，其中，氧、氮、硫與碳和氫一起構(gòu)成了可燃性化合物，它們稱為煤的可燃質(zhì)；而灰分和水分則稱為煤的惰性質(zhì)。1）可燃成分碳：65%95%，以碳?xì)浠衔锖吞佳趸衔镄螒B(tài)存在，是煤中主要的可燃成分，含碳量愈高，煤的發(fā)熱量愈高。氫：2%7%，大多以碳?xì)浠衔餇顟B(tài)存在，也是煤中主要的可燃元素，發(fā)熱量為碳的三倍。氫存在于揮發(fā)分中，炭化程度愈高的煤，氫含量愈少。氧：3%5%，大多數(shù)以氧化物的形態(tài)存在，與碳、氫結(jié)合成氧化物后，煤中的可燃碳和可燃?xì)浜繙p少，降低煤的發(fā)熱量。

7、部分游離氧可以助燃。一般來說，隨著煤的炭化程度的提高，煤中含氧量減少。氮：1%2%，煤中的惰性元素，在燃燒的高溫?zé)煔庵信c氧化合成NOx，造成大氣污染，是有害元素。硫：1.0%，以有機(jī)硫、黃鐵礦硫（硫化物硫）和硫酸鹽三種形態(tài)存在，前兩種硫燃燒時(shí)放出熱量，以及硫酸鹽分解，產(chǎn)生SO2、SO3，污染環(huán)境，有害元素。2）灰分灰分是指煤中所含的礦物雜質(zhì)在燃燒過程中，經(jīng)過高溫分解和氧化作用后所生成的一些固體殘留物，主要包括SiO240%60%，A12O315%35%；Fe2O3 5%25%，CaO1% 15%，MgO0.5%8%，Na2O十K2O1%4%?；曳质敲褐械闹饕s質(zhì)成分，煤的灰分越高，煤的發(fā)熱量就

8、越低，其燃燒性能亦越差?；曳衷黾樱瑢⒃黾釉?，熔劑消耗，并使燃料比升高。3）水分煤中的水分按其結(jié)合狀態(tài)可分為游離水和結(jié)合水。游離水是以物理吸附或吸著方式存在于煤的毛細(xì)管中與煤結(jié)合的水分；化合水是以化合方式同煤中的礦物質(zhì)結(jié)合的結(jié)晶水，是礦物晶格的一部分。煤的工業(yè)分析中只測定游離水，游離水份降低煤的發(fā)熱值，并增加煤粉磨制過程中干燥劑的消耗，降低磨煤機(jī)的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量?；纤谳^高溫度（200以上，甚至500以上）下才會(huì)析出，相當(dāng)于部分加濕鼓風(fēng)。煤中水分含量（W）：>15%為高水分煤，5%為低水分煤，5%15%為中水分煤。（3）煤的分析及換算為了實(shí)際應(yīng)用和理論研究的不同需要通常把煤分為應(yīng)用基、分析基

9、、干燥基和可燃基四種狀態(tài)進(jìn)行成分分析。1）應(yīng)用基：以實(shí)際使用的煤為基礎(chǔ)分析出來的成分，y元素分析：Cy%Hy%Oy%Ny%Sy%Ay%My%=100%工業(yè)分析：My%Ay%Vy%FCy% = 100%2）分析基：分析基成分是以在試驗(yàn)室里分析時(shí)用的煤為基礎(chǔ)分析出的成分。這種煤一般為氣干狀態(tài)，與應(yīng)用基比較它已失去了表面水分。f元素分析：C f %H f %O f %N f %S f %A f %M f %=100%工業(yè)分析：M f %A f %V f %FC f % = 100%3）干燥基：是指失去了全水分的煤成分，g元素分析：C g %H g %O g %N g %S g %A g %=100%

10、工業(yè)分析： A g %V g %FC g % = 100%4）可燃基：是指除去水分和灰分后的煤成分，r元素分析：C r %H r %O r %N r %S r %=100%工業(yè)分析： V r %FC r % = 100%2.2 煤的物理性質(zhì)（1）孔隙率孔隙率反映了煤的反應(yīng)性和強(qiáng)度性質(zhì)?？紫堵蚀蟮拿浩浔砻娣e大，反應(yīng)性好，但強(qiáng)度較小。煤的視（相對）密度：指20煤（包括煤的空隙）的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之比，表示符號ARD。表示煤的物理特性的一項(xiàng)指標(biāo)，在貯煤倉的設(shè)計(jì)，煤的運(yùn)輸、磨碎和燃燒等計(jì)算過程中需要該項(xiàng)指標(biāo)。煤的真（相對）密度：指20煤（不包括煤的空隙）的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之比，表示符號TRD。

11、是表征煤的性質(zhì)和計(jì)算煤層平均質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它的大小與煤的變質(zhì)程度、煤的巖相組成、煤的成因、煤中礦物質(zhì)有關(guān)。（2）煤的可磨性煤的可磨性是指煤研磨成粉的難易程度，與煤的變質(zhì)程度有關(guān)。一般來說，焦煤、肥煤易磨，無煙煤、褐煤難磨。此外，煤的可磨性還隨煤中的水分和灰分的增加而降低。工業(yè)上常根據(jù)煤的可磨性來設(shè)計(jì)磨煤機(jī)，估算磨煤機(jī)的產(chǎn)率和能耗，或根據(jù)煤的可磨性來選擇適合某種特定型號磨煤機(jī)的煤中和煤源。煤的可磨性指數(shù)國標(biāo)采用哈氏可磨性指數(shù)，KH。（3）煤的比表面積煤的比表面積是指單位重量的煤粒的表面積的總和，稱為這種煤在該粒度范圍內(nèi)的比表面積，單位為mm2/g。煤的比表面積是煤的重要性質(zhì)，對研究煤的破碎

12、、著火、燃燒反應(yīng)等性能均有重要意義。煤粉比表面積的測定是用透氣式比表面積測定儀測定的，測定原理是根據(jù)氣流通過一定厚度的煤粉層受到阻力而產(chǎn)生壓力降來測定的。（4）煤的黏結(jié)性（5）煤的結(jié)焦性煤的黏結(jié)性、煤的結(jié)焦性是評價(jià)煉焦用煤的主要指標(biāo)。2.3 煤的工藝性能（1）煤的著火溫度煤的著火溫度是指在氧化劑（空氣、氧氣）和煤共存的條件下，把煤加熱到開始燃燒的溫度，也叫煤的燃點(diǎn)。換句話說，煤釋放出足夠的揮發(fā)分與大氣形成可燃混合物的最低著火溫度，又叫煤的著火點(diǎn)。自燃是指煤中的碳、氧等元素在常溫下與氧反應(yīng)，生成可燃物CO、CH4及其他物質(zhì)。煤被空氣中的氧氣氧化是煤自燃的根本原因。煤的著火點(diǎn)愈低，就愈易自燃，煤的

13、自燃是造成煤粉制備、輸送、噴吹過程中爆炸等事故的主要原因。（2）煤灰熔融性煤灰熔融性是指在規(guī)定條件下，隨加熱溫度的變化，煤的灰分的變形、軟化和流動(dòng)特征的物理狀態(tài)。煤的灰分沒有固定的熔點(diǎn)，加熱時(shí)是逐漸熔化過程，煤灰試樣發(fā)生變形、軟化和流動(dòng)，以這三種狀態(tài)相應(yīng)的溫度來表征煤的熔融性。煤灰熔融性是動(dòng)力用煤和氣化用煤的重要質(zhì)量指標(biāo)。（3）煤粉的流動(dòng)性煤粉具有較好的流動(dòng)性，是因?yàn)樾履ニ榈拿悍勰軌蛭綒怏w（如空氣），使氣體在煤粒表面形成氣膜，使煤粉顆粒之間的摩擦阻力變??；另外煤粒均為帶電體，且都帶有電荷，同性電荷具有相斥作用，所以煤粉具有流動(dòng)性。在一定速度的載體中，煤粉能夠隨載體一起流動(dòng)，這就是煤粉能被氣力

14、輸送的原理。但隨煤粉存放時(shí)間的延長，流動(dòng)性變差，所以要求煤粉的貯存時(shí)間應(yīng)小于8h。（4）煤粉的細(xì)度（粒度）煤粉的細(xì)度（粒度）是煤粉顆粒群粗細(xì)程度的反映，它對磨煤制粉的能耗和噴吹煤粉的燃燒速度以及不完全燃燒的熱損失都具有決定性的意義。（5）煤粉的爆炸性煤粉的爆炸性決定著噴煤系統(tǒng)安全措施的采用?？扇挤蹓m爆炸的必要條件有：1）可燃粉塵濃度處于爆炸上下限的爆炸空間；2）有足夠的氧化劑支持；3）有足夠能量的點(diǎn)火源點(diǎn)燃粉塵；4）分散懸浮的粉塵處于定容的空間。隨揮發(fā)分含量增加爆炸性增大。一般認(rèn)為：可燃基揮發(fā)分小于10%為基本無爆炸性煤；大于10%為有爆炸性煤；大于25%為強(qiáng)爆炸性煤。而且，煤粉愈細(xì)，愈易于爆

15、炸。控制系統(tǒng)內(nèi)部適宜的含氧濃度是防止煤粉著火爆炸的關(guān)鍵，若系統(tǒng)含氧量低于一定濃度（<14%）就可以避免著火爆炸。（6）煤對CO2的反應(yīng)性煤對CO2的反應(yīng)性是指在一定溫度下，煤中的碳與CO2進(jìn)行還原反應(yīng)的反應(yīng)能力。反應(yīng)式為：C + CO2 = CO?；蛘哒f，煤將CO2還原成CO的能力。以被還原成CO的CO2量占參加反應(yīng)的CO2總量的百分?jǐn)?shù)來表示。在一定溫度下，該反應(yīng)速度越大，表明煤粉的可燃性越好。高爐噴吹反應(yīng)性強(qiáng)的煤，不僅可以提高煤粉的燃燒率，擴(kuò)大噴煤量，而且，風(fēng)口區(qū)未燃燒的煤粉在高爐其它部位參加了與CO2的氣化反應(yīng)，減少了焦炭的氣化反應(yīng)，這就在某種程度上對焦炭的強(qiáng)度起到了保護(hù)作用，有利于

16、提高爐料的透氣性。煤的反應(yīng)性與煤的揮發(fā)分含量有關(guān)，揮發(fā)分含量高的煤反應(yīng)性強(qiáng)。2.4 高爐噴吹對煤的性能要求（1）對原煤性能的要求1）灰分要少，一般要求小于15%；2）硫含量要低，要求小于1.0%；3）膠質(zhì)層要薄，以減少或避免結(jié)焦堵塞噴槍和風(fēng)口；4）可磨性要好；5）燃燒性要好；6）發(fā)熱值要高。（2）對磨制的煤粉的質(zhì)量要求1）粒度：適宜煤粉應(yīng)考慮到制粉能耗、輸送性能、燃燒率等多方面因素。一般認(rèn)為，噴吹無煙煤時(shí)粒度應(yīng)小些，200網(wǎng)目的應(yīng)達(dá)到70%80%；噴吹煙煤時(shí)，粒度可以大些，200網(wǎng)目的達(dá)到60%65%即可。2）溫度：應(yīng)控制在7080，以避免煤粉載體煙氣中飽和水蒸氣結(jié)露，影響輸送。3）水分：一般

17、煤粉中水分控制在2.0%以下，以便于輸送。§3 煤粉的制備與輸送3.1 原煤的貯運(yùn)（1）原煤的貯存原煤場一般不設(shè)在高爐周圍。因煤場占地面積較大，而且還要考慮便于原煤的貯存、裝卸及轉(zhuǎn)運(yùn)，故各煉鐵廠應(yīng)根據(jù)自己的具體情況確定煤場的位置。煤場一般應(yīng)設(shè)置在制粉車間的主廠房附近。原煤的貯存量應(yīng)根據(jù)煤源距廠區(qū)的遠(yuǎn)近、運(yùn)輸條件、氣候及環(huán)境條件等來定。若煤源分散、運(yùn)輸條件較差，雨雪天氣多，則煤場貯煤應(yīng)適當(dāng)多些，反之則可少些。原煤場又分露天煤場、煤棚及綜合煤場等。（2）原煤的運(yùn)輸原煤經(jīng)汽車、火車等運(yùn)到煤場。在煤場由抓斗或裝載機(jī)送入漏斗。原煤經(jīng)由給料機(jī)、皮帶秤、除鐵器、篩分破碎裝置及皮帶運(yùn)輸機(jī)被送到主廠房

18、的原煤倉中。3.2 煤粉制備工藝與設(shè)備一般噴吹用的煤粉要求粒度較細(xì)，以便于煤粉在風(fēng)口前能迅速而完全燃燒。煤粉制備的任務(wù)是把原煤安全地加工成粒度為200網(wǎng)目占70%以上，水分含量低于2%的符合噴吹要求的粉煤，并將制備好的粉煤輸送到煤粉倉。制粉系統(tǒng)包括原煤裝卸、貯運(yùn)、磨煤、干燥和煤粉收集等設(shè)施。（1）煤粉制備工藝1）球磨機(jī)制粉工藝2）中速磨制粉工藝（2）煤粉制備主要設(shè)備1）干燥氣系統(tǒng)干燥氣系統(tǒng)是為磨煤機(jī)提供干燥劑和輸送介質(zhì)的加熱裝置，作用是向磨煤設(shè)施提供300左右的熱煙氣。制粉干燥氣分為燃燒爐干燥氣、熱風(fēng)爐煙氣和混合干燥氣三種。要求是：給制粉系統(tǒng)提供足夠的熱量用于降低煤粉中的水分；具備一定的運(yùn)動(dòng)速

19、度以攜帶煤粉進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)和分離；能降低煤粉制備系統(tǒng)的含氧濃度。·燃燒爐干燥氣：使用燃料（一般為高爐煤氣）引入燃燒爐內(nèi)燃燒，在兌入一定量的冷空氣，經(jīng)磨煤機(jī)入口的負(fù)壓，抽入磨煤機(jī)中干燥煤粉。特點(diǎn)是溫度和流量易于控制，但含氧量高，適合于無煙煤制粉系統(tǒng)。·熱風(fēng)爐煙氣干燥氣：高爐熱風(fēng)爐燒爐時(shí)的煙氣，可利用余熱并惰化制粉系統(tǒng)的氣氛，實(shí)現(xiàn)煙煤制粉系統(tǒng)安全；缺點(diǎn)是溫度偏低，波動(dòng)大，較少單獨(dú)使用。·混合干燥氣：將熱風(fēng)爐煙氣由引風(fēng)機(jī)抽到燃燒爐中，與燃燒爐高溫?zé)煔饣旌?。是制粉系統(tǒng)常用的干燥氣，適合于磨制各種煤，特別是煙煤。2）磨煤設(shè)備按其結(jié)構(gòu)和工作原理可分為低速磨、中速磨和高速磨，目前主要

20、采用低速筒式鋼球球磨機(jī)（球磨機(jī)）和中速磨煤機(jī)。3）煤粉收集設(shè)備分為分離設(shè)備和收集設(shè)備。將輸送載氣帶出的粒度大于規(guī)定的煤粉分離出來，并送回磨煤機(jī)繼續(xù)磨制；將合格煤粉被載體帶離磨煤機(jī)進(jìn)行分離。先進(jìn)入粗粉分離器后進(jìn)入旋風(fēng)或布袋分離設(shè)備進(jìn)行與粉的分離。（3）煤粉的貯存煤粉被磨制好后，必須貯存起來。煤粉經(jīng)旋風(fēng)分離器和布袋精收集器后，由鎖氣器進(jìn)入煤粉倉貯存。對煤粉倉在設(shè)計(jì)與建造時(shí)應(yīng)考慮如下因素：煤粉倉要求完全密封，否則干燥的煤粉容易因吸收大氣中的水分而受潮，同時(shí)細(xì)煤粉容易外溢到大氣中，造成環(huán)境污染。密封的煤粉倉體積以能保證高爐正常噴吹24h為宜。很細(xì)的煤粉存放時(shí)間過長，易使煤粉的流動(dòng)性變差，這會(huì)給輸煤與噴

21、煤增加困難。從防爆角度考慮，煤粉倉的形狀通常選為長方體形。煤粉出口漏斗的傾角定為70°。煤粉倉應(yīng)避免煤粉溫度迅速降低，以免煤粉析出水分，使其流動(dòng)性降低。故煤粉倉的外表應(yīng)包裹一層保溫材料，同時(shí)還應(yīng)設(shè)置吸濕管。 從安全角度考慮，應(yīng)設(shè)置氮?dú)饣蛩魵鈱?dǎo)入口。氮或水蒸氣導(dǎo)入方向的確定應(yīng)以盡量減少倉內(nèi)煤粉攪動(dòng)為原則。3.3 煤粉的輸送（1）煤粉的輸送方式如何合理地輸送煤粉，將直接影響高爐噴吹煤粉的經(jīng)濟(jì)性、安全可靠性及環(huán)境保護(hù)。生產(chǎn)實(shí)際中，煤粉的輸送通?？刹捎妹悍酃捃囕斔秃蜌饬斔蛢煞N方式。罐車輸送的特點(diǎn)是輸煤設(shè)備簡單，運(yùn)輸距離不受限制，但輸粉能力小，作業(yè)不連續(xù)，不經(jīng)濟(jì)，易造成環(huán)境污染。氣力輸送雖

22、然工藝設(shè)備復(fù)雜，但具有輸粉能力大，能耗低，作業(yè)連續(xù)性好，運(yùn)行安全可靠，便于進(jìn)行煤粉的連續(xù)檢測與控制等優(yōu)點(diǎn)。由于氣力輸送具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因而已成為高爐噴煤中應(yīng)用最廣泛的煤粉輸送方式。借助管道將煤粉送入氣流中，并使其成懸浮狀態(tài)而輸送的方法稱為煤粉的氣力輸送。若往輸煤管道內(nèi)送入高壓空氣，即使輸煤管道內(nèi)壓力高于大氣壓力，則此時(shí)的氣力輸送稱為壓送式氣力輸送；而當(dāng)輸送管內(nèi)的壓力低于大氣壓力時(shí)，氣力輸送稱為(真空)吸入式氣力輸送。壓送式氣力輸送要求輸煤系統(tǒng)密封性可靠，否則易造成管道冒粉，從而污染環(huán)境。這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于輸煤的安全性好，特別是在系統(tǒng)密封效果欠佳時(shí)用于輸送煙煤，可以避免空氣的吸入造成系統(tǒng)氧濃

23、度超限而引起安全事故發(fā)生。吸入式氣力輸送可以保證煤粉不向外泄漏，但其漏風(fēng)系數(shù)大，輸送的安全性相對差些。（2）高爐噴吹對煤粉的輸送要求高爐噴吹對煤粉輸送的要求主要是：1）系統(tǒng)中運(yùn)輸量、管道風(fēng)速和運(yùn)輸風(fēng)壓三個(gè)參數(shù)大小要合適，以便將規(guī)定粒度和數(shù)量的煤粉輸送到要求的距離；2）合適的初始風(fēng)速，應(yīng)保證煤粉在輸送過程中不沉積下來；3）管道運(yùn)輸應(yīng)少用閥門和減少彎道，彎道應(yīng)平緩，以便減少阻力損失和磨損；4）輸送煙煤時(shí)，要控制輸送系統(tǒng)的含氧量、溫度和火源，要有相應(yīng)的安全措施。 （3）工藝流程工藝流程：煤粉倉的煤粉裝入倉式泵后，用壓縮空氣或氮?dú)饬骰▏姶蹈邠]發(fā)分煙煤）后進(jìn)入混合器，再用壓縮空氣輸送，經(jīng)輸煤閥送煤粉管

24、網(wǎng)到噴吹系統(tǒng)的收粉罐。當(dāng)收粉罐充滿后，停止送煤并用壓縮空氣將管道內(nèi)集存煤粉吹掃干凈等待下一次輸送煤粉。輸送風(fēng)在輸送管道內(nèi)應(yīng)具有一定速度：煤粉輸送應(yīng)使煤粉顆粒在管道內(nèi)處于懸浮狀態(tài)。因?yàn)槊悍垲w粒受重力作用而沉降，當(dāng)輸送介質(zhì)在輸送管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生推力而使其前進(jìn)，而且輸送介質(zhì)速度越高，煤粉顆粒越易懸浮，反之則易沉降。當(dāng)輸送介質(zhì)速度達(dá)到一定值時(shí)，煤粒就不會(huì)沉降而處于懸浮狀態(tài)，此時(shí)的流速稱為懸浮速度或叫沉降速度。煤粉懸浮速度與煤粉直徑、真密度和輸送介質(zhì)有關(guān)，一般輸送介質(zhì)的流速應(yīng)控制在5m/s以上。（4）煤粉的輸送特性煤粉氣力輸送的本質(zhì)是氣體與固體煤粉混合的兩相流動(dòng)。煤粉氣力輸送技術(shù)常涉及到煤粉固有的某些

25、輸運(yùn)特性參數(shù)，如煤粉輸運(yùn)的物理特性、幾何特性和流動(dòng)特性。 1）煤粉的密度：煤粉在密實(shí)狀態(tài)下單位體積所具有的質(zhì)量。2）顆粒大小： 粒徑是表示顆粒大小的物理量，它不僅直接代表顆粒的粗細(xì)程度，而且還與氣固兩相流動(dòng)狀態(tài)有密切關(guān)系。常采用等價(jià)直徑的概念來描述，即：把顆?？闯衫硐氲恼襟w、圓柱體、球體等，用它們的一個(gè)邊長或直徑作為顆粒的直徑。如：按球體的等體積考慮，煤粉顆粒的等體積粒徑為： dp=(6V/)1/33） 顆粒形狀：煤粉顆粒的形狀千差萬別，因而在輸運(yùn)過程中所具有的特性也各不相同。為了了解顆粒的真實(shí)形狀及其差異程度，通常以形狀最為規(guī)整的球體作標(biāo)準(zhǔn)，采用形狀系數(shù)的概念。如： 表面積形狀系數(shù)=（球體

26、表面積/顆粒表面積）體積相等4）平均粒徑：如算術(shù)平均值、幾何平均值等。5）粒度分布：常采用標(biāo)準(zhǔn)篩篩分分析，用各篩間煤粉質(zhì)量在總質(zhì)量中所占的份額表示。 （5）煤粉在管道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)1）運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對煤粉在管道流體中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通常用煤粉運(yùn)動(dòng)的慣性力與粘性力的比值。即雷諾數(shù)來描述。 Re=ud/v式中：u為顆粒的運(yùn)動(dòng)速度； d為顆粒的特征直徑； v為流體的運(yùn)動(dòng)粘度。一般當(dāng)Re<1時(shí)，流體處于層流狀態(tài)；Re500時(shí)，流體處于紊流狀態(tài)，1Re500時(shí)，流體所處的狀態(tài)可以認(rèn)為是過渡狀態(tài)。2）狀態(tài)參數(shù)煤粉在管道中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與煤粉的輸送狀態(tài)密不可分。煤粉的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)通常會(huì)因煤粉與空氣混合比例的不同而呈顯著變化。

27、混合比例可用單位時(shí)間內(nèi)的輸送質(zhì)量比(或容積比)來表示，也可以采用輸送管內(nèi)的單位管長的輸送質(zhì)量比表示方法。一般將單位時(shí)間內(nèi)煤粉與空氣的輸送質(zhì)量比定義為混合比，而將單位時(shí)間內(nèi)輸送的煤粉質(zhì)量與空氣體積流量之比稱為輸送濃度，并以此作為表征煤粉輸送狀態(tài)的特征參數(shù)?；旌媳仁菤饬斔瓦^程的重要參數(shù)之一，它的選擇將直接影響到工藝參數(shù)選擇的合理性及設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性?；旌媳仍酱螅瑒t通過輸送管道的空氣量就越小，因而所需的輸煤管徑也就越小。所以采用高混合比，可以節(jié)約投資，節(jié)省能源。但另一方面，不合適地增大混合比有可能使氣力輸送系統(tǒng)中的能量損失增加，嚴(yán)重時(shí)還可能造成管道堵塞，降低設(shè)備工作的可靠性。混合比的選擇與工藝條件

28、相關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)一般要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)或通過試驗(yàn)加以確定。3）煤粉顆粒的沉降與懸浮關(guān)于顆粒的沉降與懸浮速度的理論，是煤粉氣力輸送的重要理論基礎(chǔ)之一。為了弄清顆粒沉降與懸浮過程，首先要討論球形顆粒在靜止流體中的沉降，即自由沉降問題。在自由沉降過程中，顆粒同時(shí)受兩種力的作用：一種是顆粒在流體中的有效重力，它是顆粒的重力與浮力的差值，只取決于顆粒的密度與流體的重力，而與顆粒的運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)。另一種是因煤粒在空氣中沉降而產(chǎn)生的阻力，它可根據(jù)氣固兩相流中顆粒的一般阻力公式表述。在自由沉降條件下，煤粒的運(yùn)動(dòng)速度與流體阻力的關(guān)系可由煤粒在靜止空氣中的運(yùn)動(dòng)方程求得。球形煤粒的沉降加速度是由它在流體中的重力加速度與阻力加速度

29、之差決定的。煤粒開始下降的一瞬間，煤粒的運(yùn)動(dòng)速度為零，阻力加速度亦為零，也就是阻力為零。此時(shí)煤粒運(yùn)動(dòng)的加速度最大，即為煤粒在流體中的重力加速度。當(dāng)煤粒沉降速度增加時(shí)，阻力加速度也隨之增加，而煤粒運(yùn)動(dòng)的加速度逐漸減小。當(dāng)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過一定時(shí)間后，煤粒的阻力加速度與煤粒在氣流中的重力加速度相等，這時(shí)作用在煤粒上的外力處于平衡狀態(tài)，從而使煤粒作等速沉降。通常把煤粒等速沉降的速度定義為煤粒的沉降末速。沉降末速的大小主要受煤粉顆粒的流動(dòng)狀態(tài)及其物理形狀的影響。球形顆粒的懸浮過程：球形顆粒在氣體中自由下降到一定程度時(shí)，將呈現(xiàn)出顆粒在氣流中的重力與其阻力平衡的狀態(tài)，顆粒將以等速沉降。一般將顆粒處于懸浮狀態(tài)時(shí)所對應(yīng)

30、的氣流速度定義為顆粒的懸浮速度。懸浮速度在數(shù)值上與顆粒的沉降末速相同，所以，只有當(dāng)輸送管道中氣流速度大于顆粒的沉降速度時(shí)，顆粒才會(huì)為氣流所帶動(dòng)。顆粒在水平氣流中的沉降運(yùn)動(dòng)，是由以自由沉降末速所作的向下沉降，和以等于氣流速度的速度所作的水平移動(dòng)所構(gòu)成的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。因此，在水平管道內(nèi)，顆粒因受氣流的推動(dòng)作用而前進(jìn)，同時(shí)又受重力的作用而下降。當(dāng)輸送氣流速度提高到一定程度時(shí)，由于顆粒形狀、流動(dòng)狀態(tài)以及管道壁面效應(yīng)的影響，氣流與顆粒間將產(chǎn)生速度差，從而使氣流對顆粒產(chǎn)生揚(yáng)力，該力大小同氣流軸向流速與顆粒速度間的差值的平方成正比。因此，氣流軸向流速越高，氣流與顆粒的速度差越大，產(chǎn)生的揚(yáng)力亦越大，顆粒越易浮游。

31、此外，顆粒的沉降末速或懸浮速度還受顆粒形態(tài)、管壁形貌、顆粒徑與管道內(nèi)徑的比值以及混合比等諸多因素的影響，影響的結(jié)果是均使理論計(jì)算的沉降速度比實(shí)際值要小，而選取輸送氣流速度時(shí)均需大于沉降速度。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，可先按理論沉降末速進(jìn)行計(jì)算，然后再選取恰當(dāng)?shù)南禂?shù)來確定輸送介質(zhì)速度v沉。 s：煤粉真密度； a：輸送介質(zhì)密度； d：煤粉顆粒直徑。（6）煤粉輸送的最佳氣流速度在煤粉輸送過程中，理想的氣流速度，應(yīng)該是在保證煤粉穩(wěn)定輸送的同時(shí)，既不能因過低而導(dǎo)致煤粉在管底沉積從而造成管道堵塞，又不能因過大而過分增加能量消耗和管道磨損的流速。因此，最佳的煤粉輸送氣流速度是高爐噴煤的一個(gè)重要工藝參數(shù)。從理論上講，當(dāng)

32、氣粉混合比一定時(shí)，使輸料管阻力損失最小的輸送氣流速度即可滿足上述對最佳氣流速度的要求。這是因?yàn)樵诖藯l件下，管道的摩擦阻力與氣流速度平方成正比，而顆粒的懸浮阻力與氣流速度成反比，對應(yīng)最小阻力損失的氣流速度增加或降低，都會(huì)造成輸料管阻力的增大。這一氣流速度稱為臨界氣流速度。 類似的道理也可以從對顆粒的沉降與懸浮過程分析中得到：只有當(dāng)輸料管中氣流速度大于顆粒的沉降速度時(shí)顆粒才會(huì)被氣流帶動(dòng)而不致于沉積下來。因此，顆粒的懸浮速度也可作為初步確定輸料管內(nèi)氣流速度的理論依據(jù)。但是，實(shí)際上在選取輸送系統(tǒng)的最佳氣流速度時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合理論研究以及在生產(chǎn)實(shí)際中所獲得的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)等綜合考慮來選取。一般來說，實(shí)

33、際所需的輸送氣流速度要比顆粒的懸浮速度或臨界氣流速度高得多。（7）煤粉的流態(tài)化煤粉的流態(tài)化是一種借助氣體使煤粉微粒轉(zhuǎn)變成類似流體狀態(tài)的操作。整個(gè)流態(tài)化過程涉及固定床、流化床、顆粒自由懸浮三個(gè)基本階段(或稱狀態(tài))。煤粉進(jìn)入粉倉或噴吹罐后，由于沒有氣流或流經(jīng)的氣流速度很小，煤粉顆粒之間保持相互接觸狀態(tài)，此狀態(tài)便稱為固定床狀態(tài)。隨著輸送或噴吹氣體的引入，氣流速度加大，床層開始膨脹和變松，床層也開始增高，每一單個(gè)顆粒因流體的作用而浮起，因而離開原來的位置而作一定程度的移動(dòng)，這時(shí)便進(jìn)入流化床階段。此時(shí)，床層中的粉氣比最大。當(dāng)流體速度繼續(xù)增大到一定極限后，流化床狀態(tài)便轉(zhuǎn)變?yōu)閼腋顟B(tài)。 流態(tài)化技術(shù)是現(xiàn)代高爐

34、噴煤工藝中一種不可缺少的技術(shù)，為了保證快速均勻地輸送和噴吹，在制粉車間的粉倉和噴吹站的噴吹罐下錐體或下粉管處絕大多數(shù)都裝有流化裝置。流化裝置一般采用流化噴嘴和流化板兩種形式。流化噴嘴結(jié)構(gòu)簡單，但流化均勻性差；而流化板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但流化效果較好。因而，后者在現(xiàn)場應(yīng)用更廣泛。 在煤粉流化過程中，流化速度與流化床層的壓力損失對出料的均勻性與穩(wěn)定性至關(guān)重要，是流態(tài)化裝置設(shè)計(jì)與操作的兩個(gè)重要工藝參數(shù)。實(shí)際的流態(tài)化操作速度往往以臨界流化速度為依據(jù)，并且合適的流化操作條件要在大于流化速度和小于懸浮速度的范圍內(nèi)確定。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，煤粉經(jīng)流化后可以獲得較理想的氣固混合狀態(tài)，控制和調(diào)節(jié)流化速度可以達(dá)到穩(wěn)定出料、調(diào)節(jié)混合

35、比的目的。為了方便操作，流化速度的調(diào)節(jié)一般都是通過調(diào)節(jié)流化風(fēng)量(調(diào)節(jié)流化氣路閥門開度)來實(shí)現(xiàn).（8）煤粉的濃相輸送高爐噴煤采用氣力輸送，按單位氣體運(yùn)載煤粉量的多少，可以分為稀相輸送和濃相輸送。氣力輸送過程中，一般稀相輸送的速度在20m/s以上，煤粉濃度在530kg/m3范圍內(nèi)。而濃相輸送的速度則小于10m/s以上，煤粉濃度大于40kg/m3。濃相輸送一般是指固氣比超過50kg/kg的氣力輸送。目前，國內(nèi)高爐噴煤工藝中，管道輸送的粉氣混合比通常都小于2030kg/kg，這樣不僅輸煤管道壓損大，能耗高，而且大多無法適應(yīng)進(jìn)一步增加噴吹量和進(jìn)行煙煤安全噴吹的要求。因此，研究和開發(fā)煤粉穩(wěn)定的高濃度管道輸

36、送和均勻分配技術(shù)，對推動(dòng)噴煤技術(shù)的發(fā)展及對現(xiàn)有噴煤工藝的合理改造，具有十分重要的意義。 1）濃相輸送的工藝特點(diǎn)從系統(tǒng)配制形式上看，濃相輸送與常規(guī)的稀相輸送相差無幾，但由于二者氣力輸送參數(shù)的調(diào)節(jié)與控制方式不同，濃相輸送就有了許多稀相輸送技術(shù)所不具備的特點(diǎn)。首先，濃相輸送所需的載氣量小，煤粉輸送的速度低，因此它既節(jié)省能源，又減少了輸粉管道設(shè)備的磨損。其次，濃相輸送的物氣比高，通?？删S持在稀相輸送時(shí)的2倍以上，所以在噴吹量相同的情況下，采用濃相輸送既可減少鼓入高爐的冷空氣量，又顯著地提高了系統(tǒng)的噴吹能力。此外，由于濃相輸送主要是在煤粉流態(tài)化后進(jìn)行的，所以煤粉料流順暢，輸送穩(wěn)定均勻，脈動(dòng)現(xiàn)象明顯減弱，

37、這有助于煤粉的完全燃燒和高爐的噴吹效果的改善。2）濃相輸送工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)§4煤粉噴吹4.1 煤粉噴吹裝置的主要功能煤粉噴吹裝置包括集煤罐、貯煤罐、噴吹罐、輸送管道、煤粉分配器和噴槍。根據(jù)高爐生產(chǎn)需要的不同，高爐噴吹大體上可分為常壓噴吹和高壓噴吹。煤粉噴吹裝置應(yīng)具備的主要功能是：1）安全、可靠、連續(xù)不斷地把符合高爐要求的煤粉噴入高爐內(nèi)；2）具有完備的煤粉計(jì)量手段，并能按照高爐要求隨時(shí)調(diào)節(jié)噴入高爐的煤粉量；3）能實(shí)現(xiàn)高爐圓周均勻噴吹和使煤粉在風(fēng)口區(qū)域內(nèi)充分燃燒。4.2 噴煤工藝流程（1）工藝流程倉式泵或煤粉倉的煤粉被輸送到噴吹系統(tǒng)的集煤罐或直接輸送到貯煤罐（中間罐），經(jīng)倒罐后進(jìn)入噴煤罐，

38、噴煤罐用壓縮空氣或氮?dú)饧訅汉?，?jīng)混合器（或給煤器），通過管道或者煤粉分配器到高爐各風(fēng)口的噴煤槍噴入高爐。（2）噴煤工藝流程的分類和特點(diǎn)1）高爐噴吹設(shè)施的布置方式：直接噴吹和間接噴吹2）高爐噴吹罐的布置形式：串罐式和并罐式3）高爐噴吹罐的出粉方式：單管路噴吹和多管路噴吹4.3 噴吹系統(tǒng)主要設(shè)備（1）混合器混合器是將壓縮空氣與煤粉混合并使煤粉啟動(dòng)的設(shè)備，混合器的結(jié)構(gòu)由殼體和噴嘴組成。混合器的工作原理是利用從噴嘴噴射出的高速氣流所產(chǎn)生的相對負(fù)壓將煤粉吸附混勻和啟動(dòng)的?；旌掀骺煞譃閲娚浠旌掀?、流化混合器、流化罐混合器、沸騰式混合器幾種。（2）分配器隨著噴煤量的不斷提高，高爐作業(yè)對各風(fēng)口煤粉分配與調(diào)節(jié)的

39、要求越來越高。這是因?yàn)楦郀t噴煤是高爐下部調(diào)劑的重要手段之一。由于實(shí)際高爐各風(fēng)口的工作狀況不可能完全一致，所以，均勻分配給各風(fēng)口的煤粉，有時(shí)并不能同時(shí)滿足不同風(fēng)口的實(shí)際需要。為此，均勻分配與靈活調(diào)節(jié)同樣重要。單管加分配器方式效率高，體積小，分配器設(shè)置在高爐風(fēng)口平臺(tái)上，1臺(tái)分配器可供1224個(gè)甚至更多風(fēng)口的噴吹。單管路噴吹必須設(shè)置分配器。煤粉由設(shè)在噴吹罐下部的混合器供給。經(jīng)噴吹總管送入分配器，在分配器四周均勻布置了若干個(gè)噴吹支管，噴吹支管數(shù)目與高爐風(fēng)口數(shù)相同，煤粉經(jīng)噴吹支管和噴槍噴入高爐。在分配器的研究中，壽命和精度是最重要的內(nèi)容。而壽命取決于分配器的抗磨特性，精度取決于其結(jié)構(gòu)。1）分配器結(jié)構(gòu)形式

40、目前使用效果較好的分配器有瓶式、環(huán)式、盤式、鼓式、錐形和球形分配器幾種。但常用的有瓶式、盤式和錐形等幾種。 一般分配器都采用由載氣攜帶煤粉從其下部垂直引入，再設(shè)法從側(cè)壁均勻引出的分配方式。粉氣混合物垂直進(jìn)入可以避免因重力的影響產(chǎn)生偏析。煤粉在分配器橫斷面上的分布主要受氣流速度的影響，如果設(shè)計(jì)制造時(shí)能保證橫斷面上的等速線是同心圓，則相同扇形面積內(nèi)的煤粉量也應(yīng)相等。為了保證各風(fēng)口煤粉的均勻分配，除了應(yīng)合理設(shè)計(jì)、精確制造外，噴吹管線的選擇布置也非常重要，因?yàn)樵谝欢ǖ墓ぷ鳁l件下，分配器各分流噴嘴的煤粉分配量與其前方的阻損有關(guān)，阻損大的噴煤量小，阻損小的噴煤量大。而分配器后煤粉各支管直徑比主管直徑小得多

41、，且距各風(fēng)口的距離相差較大。高爐操作要求煤粉分配器要分配均勻，分配精度小于3。具體要求是：一座高爐使用兩個(gè)分配器比使用一個(gè)分配器好，使用兩個(gè)分配器，除了工藝布置靈活外，分配精度也可以提高；兩個(gè)分配器應(yīng)對稱分布在高爐兩側(cè)，這樣可以保證分配器后的噴吹支管長度大致相等，從而使噴吹支管的壓力損失相似；噴吹主管在進(jìn)入分配器前應(yīng)有大于3.5m的垂直段，以減少加速段不均勻流的影響，保證適當(dāng)?shù)臍夥鬯俣燃霸诔浞职l(fā)展段煤粉沿徑向均勻分布 ；評估分配器的性能、只從壽命及精度來評估是不全面的，應(yīng)從對環(huán)境的適應(yīng)性（如噴槍堵塞時(shí)的性能）來評估分配器的性能。 為了達(dá)到均勻分配和調(diào)節(jié)的目的，通常可選擇采用如下幾種方法；1)將

42、分配器設(shè)置在爐頂平臺(tái)上，從而保證各風(fēng)口的噴煤裝置具有等量的管線長度。2)在分配器出口處引入二次風(fēng)，即在分配器后安裝合流管，二次風(fēng)經(jīng)合流管引入，通過調(diào)節(jié)二次風(fēng)量便可實(shí)現(xiàn)各風(fēng)口煤粉量的調(diào)節(jié)，并在某根支管不噴煤時(shí)，采用二次風(fēng)直接冷卻噴槍從而避免拔槍作業(yè)。3)在分配器后備支管上裝壓損管，以便調(diào)節(jié)各支管的壓損，使壓損大致相等，或?qū)δ持Ч苋霝樵O(shè)置阻損，從而根據(jù)高爐作業(yè)需要實(shí)現(xiàn)不均勻分配調(diào)節(jié)。（3）噴煤槍噴煤槍是高爐噴煤系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，它由直徑為1525mm的耐熱無縫鋼管制成。根據(jù)噴吹介質(zhì)的不同分為：u 普通型噴煤槍（噴煤介質(zhì)為壓縮空氣）；u 氧煤槍（介質(zhì)為氧氣）。 §5 噴煤與高爐冶煉

43、67;5.1 噴吹煤粉在風(fēng)口前的燃燒5.1 噴吹煤粉在風(fēng)口前的燃燒（1）燃燒過程煤粉的燃燒與其他固體燃料的燃燒一樣，屬于表面燃燒，在一定氧濃度和環(huán)境溫度達(dá)到煤粉著火溫度以上時(shí)，煤粉才能燃燒。進(jìn)行表面燃燒時(shí)，氧氣等氧化性氣體向固體表面或小孔內(nèi)部擴(kuò)散，在煤粉的表面與碳發(fā)生反應(yīng)，生成的CO或CO2氣體從表面向外界擴(kuò)散。噴吹煤粉在風(fēng)口前燃燒過程可分為四個(gè)階段：1）煤粉快速升溫并放出揮發(fā)分；2）揮發(fā)分燃燒：揮發(fā)分?jǐn)U散并與氧氣反應(yīng)生成CO、CO2；3）揮發(fā)分燃燒后，固定碳預(yù)熱和著火；4）殘留碳燃燒至結(jié)束。（2）燃燒特點(diǎn)1）有限空間的煤粉燃燒：對燃燒而言，燃燒過程、燃燒空間和燃燒時(shí)間是很重要的條件，燃燒空間

44、和燃燒時(shí)間不足將導(dǎo)致燃料的不完全燃燒。煤粉從風(fēng)口進(jìn)入到高爐內(nèi)，燃燒空間很小，而且煤粉停留時(shí)間很短。直吹管內(nèi)正常熱風(fēng)速度達(dá)100200Nm/s，爐內(nèi)停留時(shí)間一般認(rèn)為只有20ms左右。2）高加熱速率及高溫環(huán)境中的煤粉燃燒：煤粉從冷態(tài)到9001250左右的熱風(fēng)中，加熱速率很高，可達(dá)103106K/s，燃燒溫度高達(dá)2000，接近爆炸火焰的溫度。3）交織進(jìn)行的物理化學(xué)反應(yīng)：煤粉處于很高的加熱速率下，煤粉燃燒的預(yù)熱、干燥、揮發(fā)、著火、揮發(fā)分的燃燒以及殘?zhí)既紵冗^程，幾乎是同時(shí)交叉進(jìn)行。4）高爐噴煤是在加壓下分解燃燒：煤粉進(jìn)入直吹管內(nèi)，進(jìn)行碳的氣化、燃燒反應(yīng)，均是在一定壓力下進(jìn)行，壓力對反應(yīng)前后有體積變化的

45、化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生影響，體積膨脹的反應(yīng)受到抑制，有利于體積縮小的反應(yīng)。（3）影響煤粉燃燒的因素影響或控制煤粉燃燒率或燃燒速率的因素是：溫度、煤粉顆粒尺寸、氧濃度、鼓風(fēng)流股與煤粉之間的相對運(yùn)動(dòng)速度和混合程度以及煤粉本身結(jié)構(gòu)等。1）溫度：提高溫度能加快煤粉揮發(fā)分揮發(fā)速度、燃燒速度，因此，提高風(fēng)溫，有利于提高煤粉的燃燒和氣化。2）煤粉顆粒：煤粉的比表面積越大，活性也越大，燃燒速率越高。3）氧濃度：碳的氣化速度與氣相中氧的濃度成正比，提高氧濃度和加快氧向碳表面?zhèn)鬟f速度是加快煤燃燒的重要因素，這也是采用富氧鼓風(fēng)以提高噴煤量的重要依據(jù)。4）氣體-煤粉兩相流動(dòng)：氣體-煤粒流動(dòng)牽涉到煤粉的燃燒速度，研究結(jié)果影響到高

46、爐噴煤中兩個(gè)帶有方向性的問題，即煤粉顆粒大小和富氧方式。5）碳黑微粒的形成影響燃燒：碳黑微粒有很高的抗表面氧化反應(yīng)的能力，碳黑微粒的氧化比生成要慢得多，這是阻礙噴吹量提高的重要因素之一。6）煤粉的性質(zhì)（煤種）：高揮發(fā)分、低灰分的煤種有利于燃燒的進(jìn)行。此外，還包括噴煤量、噴槍位置等。5.2 高爐噴煤冶煉（1）噴煤對高爐冶煉的影響1）風(fēng)口前燃料燃燒的熱值降低焦炭燃燒C的氧化過程煤粉燃燒脫氣結(jié)焦C的氧化過程：耗熱H/C愈高，耗熱量愈大，燃燒熱值焦炭可基本全部被燃燒煤粉在燃燒區(qū)停留時(shí)間短部分未燃煤粉隨氣流上升 2）擴(kuò)大燃燒帶 高爐噴煤后，由于部分煤粉在風(fēng)口前氣化燃燒，鼓風(fēng)動(dòng)能增大，使風(fēng)口回旋區(qū)擴(kuò)大，噴

47、煤后爐缸煤氣量增加，氣流穿透能力增強(qiáng)，氧化帶明顯延長，爐缸中心氣流更為充足。首鋼噴煤生產(chǎn)實(shí)踐表明，噴煤率每增加10%，氧化帶增加5%8%。此外，爐缸煤氣中的H2含量增加，使煤氣黏度下降，更有利于爐缸煤氣流均勻分布。當(dāng)噴煤量高時(shí)，隨噴煤量增加，焦比下降，并常采用富氧鼓風(fēng)、煤粉噴槍靠近風(fēng)口前端等措施，因此，煤氣的穿透能力會(huì)減弱，再加上焦比降低，礦焦比增加，致使部分不能完全燃燒的煤粉形成半焦沉積在死料柱周圍，使在料柱焦炭塊度下降，結(jié)果爐缸中心難以吹透，中心氣流顯得不足，而邊緣氣流得到發(fā)展。爐缸煤氣量(以焦炭為1時(shí)，煤粉為1.13)部分煤粉在直吹管和風(fēng)口內(nèi)燃燒，在管路內(nèi)形成高溫(高于鼓風(fēng)溫度400-8

48、00)， 促使中心氣流發(fā)展（鼓風(fēng)動(dòng)能）3）風(fēng)口前理論燃燒溫度 作為噴吹物的煤粉是冷態(tài)的煤粉的熱分解需要消耗熱量燃燒產(chǎn)物量用于加熱產(chǎn)物到燃燒溫度的熱量消耗 4）直接還原度 還原性組分（COH2）濃度，絕對量(煤氣量所致)爐下部溫度碳熔損反應(yīng)受到抑制，焦比 焦炭與CO2反應(yīng)的表面積 焦比單位生鐵的爐料容積礦石在爐內(nèi)停留時(shí)間5）煤氣阻力損失（P） 焦炭量 料柱透氣性煤氣量 煤氣流速增大6）爐內(nèi)溫度場變化 高溫區(qū)上移 爐身溫度 略有上升 W氣/W料所致 爐頂溫度爐缸溫度趨于均勻 爐缸邊緣溫度 風(fēng)口理論燃燒溫度下降所致 爐缸中心溫度 煤氣穿透能力增強(qiáng)所致7）存在熱滯后現(xiàn)象 燃料噴入高爐后，對爐溫的影響要

49、經(jīng)過一段時(shí)間才能完全顯示出來，這段時(shí)間稱為熱滯后時(shí)間，這種現(xiàn)象就是熱滯后現(xiàn)象。原因是：增加煤粉噴吹時(shí)，煤粉在爐缸分解吸熱，初期使?fàn)t缸溫度降低，直到噴入的煤粉裂解、燃燒后，使?fàn)t缸的煤氣量和還原氣體的濃度增加，從而改善礦石的加熱和還原。礦石下到爐缸后，爐缸溫度才開始升高。噴吹量減少時(shí)與增加時(shí)相反。所以可以用噴吹量來調(diào)節(jié)爐況，但不如風(fēng)溫來得迅速直接。熱滯后時(shí)間與噴吹燃料的種類、爐容、爐內(nèi)溫度分布、煤焦置換比等因素有關(guān)。煤中含氫量愈多，風(fēng)口分解耗熱愈多，熱滯后時(shí)間愈長。熱滯后時(shí)間一般為24小時(shí)。8）冶煉周期延長爐料在爐內(nèi)停留時(shí)間稱為冶煉周期，換言之爐料從爐頂達(dá)到風(fēng)口的時(shí)間稱為冶煉周期。考慮噴煤情況下的

50、高爐冶煉周期計(jì)算公式為：式中：高爐工作容積（料線到風(fēng)口），m3；高爐有效容積（料線到鐵口），m3；爐料在爐內(nèi)的平均體積壓縮率，一般在84 %88 %；：焦炭堆比重，t/m3（干：0.45 t/m3，濕:0.5 t/m3）；：礦石堆比重，t/m3（1.8 t/m3）；：綜合冶煉強(qiáng)度（焦炭+煤粉），t/(m3·d)，取1.026 t/(m3·d)；：噴煤率 = 噴煤量/（噴煤量+焦比），%；噸鐵焦比300kg/tHM，噴煤比200kg/tHM，則噴煤率為40%；：每噸生鐵的礦焦比，t/t，取5.2。（2）煤粉噴入高爐后的去向與未燃煤粉1）去向：煤粉在爐內(nèi)參加風(fēng)口前燃燒，未燃燒的

51、煤粉參加碳的氣化反應(yīng)和鐵水滲碳，這部分為有效利用?；煸谠校ㄓ绊?zhàn)ざ燃傲鲃?dòng)性）、沉積在軟熔帶和料柱中（惡化透氣性）和隨著煤氣逸出爐外的則是未利用的部分。一般混入渣中而排出爐外的很少，因此可以從爐頂煤氣除塵灰和煤氣除塵泥中的含量來了解煤粉在爐內(nèi)有效利用率。2）未燃煤粉的形成：煤粉燃燒特點(diǎn)是時(shí)間短，空間有限。未燃煤粉的形成主要是未及時(shí)燃燒和未完全燃燒。未及時(shí)燃燒是指噴吹煤粉的粒度很細(xì)，煤粉在風(fēng)口高速氣流的作用下，以極快的射流速度通過風(fēng)口回旋區(qū)而被煤氣流攜帶進(jìn)入爐心焦炭柱或上部塊狀帶。未完全燃燒是指高爐正常鼓風(fēng)作業(yè)條件下，風(fēng)口噴入煤粉量增加使風(fēng)口前煤粉燃燒動(dòng)力學(xué)條件下惡化，煤粉的著火滯后時(shí)間延長，最

52、終導(dǎo)致未能完成其完全燃燒而進(jìn)入焦炭柱或塊狀帶。3）未燃煤粉的行為：未燃煤粉形成后會(huì)很快進(jìn)入到料柱孔隙或間隙中，在高溫、高速煤氣流作用下，將發(fā)生一系列物理化學(xué)變化。主要的物理特征是未燃煤粉吸附在軟化和熔融的礦石層上，在焦炭/礦石的孔隙中沉積下來?；瘜W(xué)行為：滯留在礦石表面或孔隙內(nèi)的未燃煤粉，在700900下，與FeO發(fā)生直接還原，使未燃煤粉在高爐中部消耗速率增加，也有效的改善了礦石的高溫冶金性能。未燃煤粉優(yōu)先于焦炭氣化，從而抑制焦炭的氣化速度，使高爐下部焦炭的強(qiáng)度提高。噴吹反應(yīng)性好的煙煤更有利于抑制焦炭的碳素溶損反應(yīng)。（3）噴吹燃料的置換比噴吹單位重量或單位體積的燃料所能代替的焦炭量稱為置換比。是

53、衡量噴吹燃料效果的重要指標(biāo)，置換比越高，說明噴吹煤粉的利用效果越好，降低的焦比越多。1）噴吹燃料降低焦比的原因：為高爐提供熱量和還原劑；改善間接還原，直接還原度降低；渣量減少；提高風(fēng)溫補(bǔ)償熱量使有效熱量增加。2）影響煤粉置換比的因素：主要有煤的質(zhì)量、煤的燃燒好壞、氣化程度、高爐操作、風(fēng)溫、富氧、高爐壓力、直接還原度等。煤粉中碳、氫含量高而灰分含量低置換比高；燃燒充分，氣化程度好，置換比高；等等。3）提高煤粉置換比的措施：煤粉含灰分要低；含硫量要低；粒度要細(xì)；要有足夠的空氣過剩系數(shù)；要保持一定的理論燃燒溫度；高爐操作上要防止邊緣氣流過分發(fā)展。5.3 高爐富氧噴煤（1）富氧鼓風(fēng)對高爐冶煉的影響高爐

54、富氧鼓風(fēng)是指往高爐鼓風(fēng)中加入工業(yè)氧（一般含氧99.5%），使鼓風(fēng)中的含氧超過大氣中的含氧量。高爐富氧鼓風(fēng)的目的：提高冶煉強(qiáng)度；增加產(chǎn)量；強(qiáng)化噴吹燃料在風(fēng)口前的燃燒。富氧鼓風(fēng)的加氧方式：1）氧氣廠高壓氧氣減壓后，加入冷風(fēng)管道；2）低壓制氧機(jī)的氧氣（或低純度氧氣）送到鼓風(fēng)機(jī)吸入口混合，經(jīng)風(fēng)機(jī)加壓后送至高爐；3）利用氧煤槍或氧煤燃燒器，將氧直接加入高爐風(fēng)口。富氧鼓風(fēng)對高爐冶煉的影響主要有：1）提高了冶煉強(qiáng)度；2）有利于高爐順行：單位生鐵煤氣量減少，固定風(fēng)量時(shí)，壓差降低，高爐順行；3）提高了理論燃燒溫度；4）增加了煤氣中CO含量，有利于間接還原；5）降低了爐頂煤氣溫度。（2）高爐富氧噴煤的冶煉特征高爐

55、富氧鼓風(fēng)使理論燃燒溫度升高，鼓風(fēng)熱焓變小，煤氣量減少，高溫區(qū)下移，爐頂溫度降低，冶煉行程加快，爐料在爐內(nèi)停留時(shí)間縮短；而噴吹煤粉使理論燃燒溫度降低，鼓風(fēng)熱焓增大，煤氣量增加，中心氣流發(fā)展?fàn)t缸溫度均勻，高中溫區(qū)擴(kuò)大，爐頂溫度升高，爐料在爐內(nèi)停留時(shí)間增長。可見，富氧和噴煤對高爐冶煉的影響是相反的，兩者結(jié)合可以揚(yáng)長避短，更好的發(fā)揮高爐效率。高爐富氧噴煤的冶煉特征是：1）增加焦炭燃燒強(qiáng)度，大幅度增產(chǎn)；2）促使噴入爐缸的煤粉氣化燃燒，以及不降低理論燃燒溫度而擴(kuò)大噴煤量，從而進(jìn)一步降低焦比；3）兩者有機(jī)結(jié)合可改善高爐順行。（3）高爐富氧噴煤的操作維持適宜的理論燃燒溫度；運(yùn)用上下部調(diào)劑手段控制合理煤氣流分布

56、；維持一定的氧過剩系數(shù)；提高煤粉燃燒率。（4）富氧噴煤技術(shù)的實(shí)施1）以精料為基礎(chǔ)，運(yùn)用爐料綜合分析控制技術(shù)，特別是焦炭質(zhì)量；2）建立穩(wěn)定的制氧、供氧及儲(chǔ)氧系統(tǒng)；3）采用合理的煤粉制備和噴吹工藝；4）控制適宜的工藝參數(shù)：理論燃燒溫度、氧的過剩系數(shù)等是高爐富氧噴吹操作與調(diào)劑的重要參數(shù)，也是獲得最大噴煤量和最佳噴吹效果的重要影響參數(shù)。5.4 高煤比關(guān)鍵技術(shù)與噴煤極限（1）影響高爐接受煤粉噴吹量的因素 1）高爐精料水平（爐內(nèi)透氣性）2）爐缸熱量水平（爐內(nèi)熱補(bǔ)償）3）煤粉理化特性（爐內(nèi)燃燒率）4）噴煤的均勻性（噴吹設(shè)備）（2）高噴煤比的關(guān)鍵技術(shù)1）保持爐缸熱量充沛技術(shù)高爐煉鐵正常生產(chǎn)需要爐缸有充沛的熱量，以保證鐵礦石還原，渣鐵流動(dòng)性好、易分離，爐渣脫硫率高和透氣性好。爐缸熱量是用爐缸理論燃燒溫度來表示。爐缸熱量充沛是要求爐缸的溫度和熱量要高。理論燃燒溫度在2200±50視為合理值。煤粉噴進(jìn)風(fēng)口后需要吸收熱量。首先是煤粉被加熱，然后是揮發(fā)分燃燒和碳素燃燒。這樣，每噴吹10kg/t無煙煤會(huì)使?fàn)t缸溫度下降1520，10kg/t煙煤會(huì)使?fàn)t缸溫度下降2025。噴煤量大于100kg/t會(huì)使?fàn)t缸溫度下降150250以上。高噴煤比會(huì)使?fàn)t缸溫度下降幅度更大。為使?fàn)t缸溫度保持在2200±50合理范圍內(nèi)，就需要采取保持爐缸溫度的技術(shù)措施，具體辦法是：Ø 提