強(qiáng)化煤粉燃燒的添加劑研究

1、.：.；強(qiáng)化煤粉熄滅的添加劑研討周明石歐陽(yáng)德剛張奇光肖坤偉(武漢鋼鐵(集團(tuán))公司)陸曉華李如松劉漢珍(華中理工大學(xué))摘要在武鋼高爐噴吹的無(wú)煙煤粉中摻入相當(dāng)于煤粉量2 %的由幾種資料組成的添加劑以改善煤粉熄滅性能。經(jīng)差熱分析儀的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)和滴管熄滅爐、臥式熄滅爐的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出強(qiáng)化煤粉熄滅的添加劑。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)證明：優(yōu)選的添加劑在實(shí)驗(yàn)室條件下，使煤粉著火溫度降低2030 ，熄滅速度提高近一倍，熄滅效率提高6 %，充分改善了煤粉的熄滅性能。關(guān)鍵詞熄滅性能強(qiáng)化熄滅添加劑A NEW ADDITIVES TO ENHANCE COAL POWDER COMBUSTIONZHOU MingshiOUYANG

2、 DegangZHANG QiguangXIAO Kunwei(Wuhan Iron & Steel(Group) Co.)LU XiaohuaLI Rusong LIU Hanzhen(Huazhong University of Science and Technology)ABSTRACTAbout 2 % additives composed of several materials is added in the anthracite powder to improve the combustion properties of coal powder in BFs operation

3、 at WISCO.The composition of additives is optimized through the static experiment on heat balance and dynamic experiment on dropper combustion furnace and horizontal combustion furnace.Under the experiment conditions the following results have been obtained; the ignition temperature decreased by 203

4、0 ，the combustion rate increased nearly by 100 %,the combustion efficiency increased by 6 % and the combustion properties improved obviously.KEY WORDScombustion property,intensified combustion enhanced，additives1前言隨著焦炭供應(yīng)的日趨緊張和煉鐵燃料本錢的不斷提高，高爐噴吹煤粉的效果越來越引起冶金任務(wù)者的注重。影響煤粉噴吹量和置換比的要素很多，如高爐入爐風(fēng)溫、原料條件、設(shè)備情況、操作程度

5、及煤粉本身性能、質(zhì)量等。筆者以為，煤粉的熄滅性能參數(shù)，即煤粉的著火點(diǎn)、熄滅速度及熄滅效率等對(duì)煤粉噴吹的數(shù)量和質(zhì)量影響甚大。就煤粉的熄滅而言，噴入高爐內(nèi)的煤粉應(yīng)在較短的時(shí)間內(nèi)完成熄滅。假設(shè)煤粉在一定的時(shí)間內(nèi)不能完全熄滅，那么未完全熄滅的碳粒同灰分熔渣混在一同，將能夠附集在風(fēng)口熄滅區(qū)的焦炭上。這樣，一方面減少了空氣與焦炭的接觸面積，影響焦炭的熄滅速度；另一方面混有碳粒的灰分熔渣的粘度大，流動(dòng)性差，堵塞焦炭的能夠性增大，而影響焦炭的透氣性，導(dǎo)致高爐消費(fèi)過程的壓差升高，最終又影響噴煤量的提高和噴煤效果。降低煤粉的著火點(diǎn)、提高熄滅速度及熄滅效率都有利于煤粉在短時(shí)間內(nèi)完全熄滅。為了提高煤粉本身熄滅性能，在

6、煤粉中摻入適量的添加劑，以降低煤粉入爐的著火溫度，提高熄滅速度和熄滅效率。2實(shí)驗(yàn)研討的機(jī)理分析煤粉中摻入改善其熄滅性能的添加劑，提高煤粉熄滅效率從實(shí)際上分析是可行的。進(jìn)一步分析摻入添加劑改善熄滅效率的機(jī)理，從而尋求強(qiáng)化煤粉熄滅的添加劑的配方。根據(jù)目前所采用的煤粉熄滅技術(shù)以為：煤粉的熄滅是其在受壓空氣作用下，流經(jīng)煤粉管道，再經(jīng)過煤粉熄滅器，然后噴入熄滅室進(jìn)展的。在進(jìn)展中有三個(gè)根本過程，即煤粉的加熱、著火和熄滅。經(jīng)過改善這三個(gè)根本過程來改善煤粉的熄滅特性。煤種及其微觀組成對(duì)煤粉熄滅的影響研討闡明，活性體粒子具有較強(qiáng)的熱變種性，活性體粒子的破泡和膨脹，根本依賴于塑性開展速率和揮發(fā)分氣體釋放速率的平衡

7、。在活性體粒子的熄滅過程中，熄滅不僅發(fā)生在固體外表，并且由于其孔性而發(fā)生在顆粒內(nèi)部，從而有效地提高了其熄滅特性。由灰分對(duì)煤粉熄滅的影響研討可知，灰分中各種礦物對(duì)煤熄滅的潛在影響包括以下幾個(gè)方面：熱力影響；輻射特性影響；顆粒破裂特性影響；催化熄滅；妨礙熄滅。從煤粉熄滅飛灰的構(gòu)成過程看，熄滅前，原煤粉的揮發(fā)分、碳和灰本身已有一定裂紋，加熱后揮發(fā)分逸出，碳開場(chǎng)熄滅而被耗費(fèi)，灰分開場(chǎng)熔融。裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展和加深。繼續(xù)熄滅，那么灰分出現(xiàn)凝聚景象，熱熔化的灰分雜質(zhì)熔在一同，在燃盡的末期，隨著裂紋的進(jìn)一步加深，變?nèi)醯奶紭?gòu)造發(fā)生破裂，碎片將完全熄滅而留下灰分，生成碎片的數(shù)目取決于每個(gè)原始煤粒所能構(gòu)成的飛灰顆粒的

8、數(shù)目。對(duì)于灰分的催化作用，許多研討結(jié)果闡明，一些堿性物質(zhì)曾經(jīng)表現(xiàn)出可添加焦炭的反響性，特別是在低溫時(shí)，這種作用更加明顯。根據(jù)上述熄滅機(jī)理，改善煤粉熄滅特性，提高活性粒子濃度和煤粉破裂性能，前人的閱歷是參與堿性物質(zhì)，有利于原始煤粉裂紋的擴(kuò)展加深，提高飛灰熔體凝聚性能，有望提高煤粉破裂的性能。另外從活性粒子的熄滅來看，低溫時(shí)，熔體的構(gòu)成有利于煤粒的變形和煤粒的外表熄滅，到達(dá)提高活性粒子的數(shù)目。為此根據(jù)有關(guān)資料的性能，按照上述催化熄滅的機(jī)理，選定了10余種資料作為添加劑配方實(shí)驗(yàn)的原資料。3實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)過程分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩步。靜態(tài)實(shí)驗(yàn)在差熱分析儀上進(jìn)展，以確定添加劑的根本配方。動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)在滴管

9、熄滅爐和臥式熄滅爐上進(jìn)展，以驗(yàn)證添加劑對(duì)改善煤粉熄滅性能的作用及效果。3.1靜態(tài)實(shí)驗(yàn)3.1.1添加劑選用資料的催化性能實(shí)驗(yàn)根據(jù)原資料的化學(xué)性能，先將多種不同的對(duì)高爐消費(fèi)無(wú)不利影響的單組分資料分為兩批，經(jīng)過正交設(shè)計(jì)，用差熱分析儀實(shí)驗(yàn)。做資料的催化性能實(shí)驗(yàn)時(shí)，添加劑所用資料的量在煤粉量的0.5 %6.0 %范圍內(nèi)選擇。在差熱分析儀上，將摻有添加劑的煤粉與原煤粉在同等條件下進(jìn)展對(duì)比實(shí)驗(yàn)，測(cè)定煤粉的著火溫度和熄滅速度。從首批試樣的結(jié)果分析，選用的資料組成的添加劑大部分能改善煤粉熄滅性能，著火溫度由399 降低到365 ，熄滅速度由1.01 mg/min提高到2.42 mg/min。但是有的資料組合成的

10、添加劑沒有催化熄滅的效果，反而有妨礙熄滅的負(fù)作用。定性實(shí)驗(yàn)闡明，適宜的資料種類和數(shù)量的組合是添加劑能否改善煤粉熄滅性能的關(guān)鍵。在上述實(shí)驗(yàn)的根底上，為了擴(kuò)展添加劑選材的范圍和尋求更佳更穩(wěn)定的催化效果，除了添加新的實(shí)驗(yàn)資料外，還調(diào)整了添加劑資料的用量，使資料的用量控制在煤粉量的0.01 %3.0 %的范圍。淘汰了有負(fù)作用的資料和配方，保管催化效果明顯的組分。再次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果闡明，調(diào)整后的添加劑使煤粉的熄滅性能普遍改善，其中著火溫度最高可降低34 ，熄滅速度最高可提高100 %以上。分析闡明：E資料不論是對(duì)煤粉著火溫度的影響，還是對(duì)熄滅速度的提高都是最明顯的，因此E資料是煤粉添加劑的首選資料。3.1.

11、2添加劑配方的選定經(jīng)過催化性能實(shí)驗(yàn)及正交設(shè)計(jì)計(jì)算分析，E資料的催化熄滅的效果十清楚顯。配合H、J兩種資料共同運(yùn)用，添加劑對(duì)煤粉催化熄滅的效果更佳。將三種資料組合的添加劑催化實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表1。表 1為差熱分析儀反復(fù)實(shí)驗(yàn)的平均結(jié)果，其數(shù)聽闡明，1號(hào)、2號(hào)添加劑由E、H、J三種資料組成，占煤粉量2.1 %，充分改善了煤粉熄滅性能。其中著火溫度降低2129 ，熄滅速度提高近一倍。3.2滴管熄滅爐實(shí)驗(yàn)滴管熄滅爐是實(shí)驗(yàn)室進(jìn)展動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)的主要設(shè)備之一(圖 1)。表 1添加劑不同配方的催化效果Table 1Catalylic effect of different additive composition序號(hào)添

12、加劑資料代號(hào)及用量(占煤粉量)/%著火溫度/熄滅速度/mg*min-1EHJK10.052.00.054252.6120.052.00.034332.3530.050.054280.7740.050.034671.0550.050.050.054371.9060.050.054401.79原煤4541.24圖 1滴管熄滅爐流程表示圖Fig.1Schematic diagram of dropper combustion furnace滴管熄滅爐的煤粉熄滅實(shí)驗(yàn)是在爐內(nèi)溫度，一次、二次風(fēng)量，給煤速度等條件一樣的情況下，摻有添加劑的煤粉同原煤進(jìn)展對(duì)比實(shí)驗(yàn)。添加劑運(yùn)用表1中的1號(hào)、2號(hào)配方，另外兩個(gè)試

13、樣的添加劑資料作了適量調(diào)整，對(duì)比實(shí)驗(yàn)的結(jié)果列于表2。表 2滴管熄滅爐實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2Experimental results in dropper combustion furnace配方編號(hào)原煤1234熄滅效率/%27.4561.0936.9041.2343.19CO/%0.040.0140.0350.0250.03CO2/%1.55.03.04.01.5滴管熄滅爐的熄滅效率實(shí)驗(yàn)是在900 的溫度下進(jìn)展的，從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果看，在一樣的熄滅條件下，摻有添加劑的煤粉與原煤相比，熄滅率有明顯提高，煙氣中的CO含量普遍降低，CO2含量升高。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，原煤在熄滅過程中僅有火星閃爍，而摻有

14、添加劑的煤粉在熄滅時(shí)有較亮堂的火焰。3.3臥式熄滅爐實(shí)驗(yàn)經(jīng)過滴管爐熄滅實(shí)驗(yàn)后將添加劑配方挑選調(diào)整，在臥式熄滅爐上進(jìn)一步進(jìn)展熄滅效率實(shí)驗(yàn)。臥式爐的總長(zhǎng)度為4 m，橫截面為0.35 m0.5 m，熄滅室設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為3 344 kJ/h，截面熱負(fù)荷為1.91 GJ/(m2*h)。熄滅室兩側(cè)墻沿程開有測(cè)孔，可進(jìn)展溫度丈量，并可察看爐內(nèi)熄滅火焰。灰渣樣那么采用等速取樣系統(tǒng)在尾部察看孔獲得。臥式熄滅爐流程圖見圖2。圖 2臥式熄滅爐流程表示圖Fig.2Schematic diagram of horizontal combustion furnace1鼓風(fēng)機(jī)；2空氣加熱器；3風(fēng)管；4二次風(fēng)分配器；5煤粉倉(cāng)；

15、6給粉機(jī)；7一次風(fēng)調(diào)理閥；8直流電機(jī)；9二次風(fēng)調(diào)理閥；10察看孔；11熄滅室本體；12丈量孔；13旋風(fēng)分配器臥式熄滅爐的實(shí)驗(yàn)參數(shù)在對(duì)比實(shí)驗(yàn)期間根本堅(jiān)持不變。臥式熄滅爐的實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果闡明，摻有添加劑的1號(hào)、2號(hào)煤粉樣的熄滅效率不論在何種形狀下均高于原煤。兩種不同的添加劑摻入煤粉中，在穩(wěn)定熄滅的情況下其熄滅效率是接近的。而2號(hào)煤粉樣更易到達(dá)穩(wěn)定情況，且熄滅溫度高。表 3臥式熄滅爐實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3Experimental results in horizontal combustion furnace煤樣編號(hào)穩(wěn)定情況時(shí)熄滅效率/%停油15 min燃燒效率/%原煤84.0280.8189.982.8290.789.43.4添加劑對(duì)不同煤粉粒度的影響由差熱分析儀的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)及滴管爐、臥式爐的熄滅實(shí)驗(yàn)闡明，1號(hào)添加劑的配方對(duì)改善煤粉熄滅性能的綜合效果最為明顯。為了明確添加劑對(duì)不同粒度煤粉的影響，以表1的1號(hào)添加劑配方為根底，對(duì)不同粒度組成的煤粉進(jìn)展對(duì)比實(shí)驗(yàn)。添加劑對(duì)煤粉熄滅性能的影響示于圖3。在現(xiàn)場(chǎng)消費(fèi)所要求的粒度下，添加劑對(duì)煤粉熄滅性能的改善效果更為明顯。 4結(jié)語(yǔ)(1) 經(jīng)過差熱分析儀實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用研制的煤粉添加劑，使武鋼現(xiàn)場(chǎng)用無(wú)煙煤粉在實(shí)驗(yàn)室條件下，著火溫度降低2030 ，熄滅速度提高近一倍。(2