高炉喷吹

2024-08-18

高炉喷吹（共5篇）

高炉喷吹篇1

随着高炉喷吹煤技术的发展,喷吹煤作为焦炭的部分替代能源,在高炉中的燃烧行为直接影响到煤焦置换比,进而影响生铁成本。因此,喷吹煤的燃烧特性对工业生产有着至关重要的影响。在高炉炼铁条件下,喷入炉中的煤粉,在有限的空间和短暂的时间内如果不能充分燃烧,必然有部分燃料无法完全进行燃烧而被带出炉膛,造成不完全燃烧热损失,甚至对高炉顺行产生不利的影响。对高炉喷吹煤燃烧性能的充分认识有利于提高其利用率,从而提高煤焦置换比。

有研究[1,2,3]报道,科技人员曾研究了不同升温速率对动力煤、生物与煤的混合物、水煤浆的燃烧特征温度的影响,但并未见针对高炉喷吹煤燃烧特征温度的实验研究。本文采用程序升温法在WCT-2C型微机差热天平上对高炉喷吹煤粉燃烧特性进行了研究,确定钢厂的三个喷吹煤的燃烧特性、燃烧特征温度,为实际生产提供理论参考和依据。

1实验部分

1.1 原料

本实验采用的涟钢煤粉、莱钢粒煤、长钢用煤均是钢厂炼铁高炉的喷吹用煤。工业分析见表1。

1.2 实验方法和装置

实验装置采用北京光学仪器厂生产的WCT-2C型微机差热天平;采用Al2O3坩埚;样品量15～16mg。

实验之前称取一定量样品平铺在Al2O3坩埚底部,将坩埚置放在TG支架上,密闭于加热炉中,并预先进行基线漂移,确保仪器处于最佳状态。实验中,采用氮气作为保护气体,压缩空气作为反应气体。实验1:设定空气流量为60mL/min,升温速率分别为10℃/min、15℃/min、20℃/min;实验2:设定升温速率为20℃/min,空气流量分别为25mL/min 、40mL/min、60mL/min,实验的终止温度均为1000℃。实验过程由计算机自动采集数据和绘制失重曲线。

2结果和影响

2.1 不同升温速率对失重率的影响

煤样的燃烧反应从室温加热到1000℃,升温速率分别为10℃/min、15℃/min、20℃/min,在空气流量为60mL/min条件下进行钢厂喷吹煤的静态燃烧实验,得到三个喷吹煤的失重率随升温速率变化的情况,结果如图1～3所示。

从图1～3中可以看出,在相同温度情况下,反应初期三个喷吹煤的失重率随着升温速率的变化不明显;但当煤样达到着火点温度后,三个喷吹煤的失重率随着升温速率的增大而降低;失重结束的温度随着升温速率增大而升高。这表明,在相同温度情况下,升温速率的增大,使煤粉的燃烧时间变短,失重率降低。

2.2 不同空气流量对失重率的影响

以升温速率为20℃/min从室温加热到1000℃,空气流量分别为25mL/min、40mL/min、60mL/min,进行高炉喷吹煤粉的静态燃烧实验,得到三个喷吹煤的失重率随空气流量变化的情况,结果如图4～6所示。

从图4～6中可以看出,在相同温度情况下,在较低温度时三个喷吹煤的失重率随着空气流量的增大没有明显差别;涟钢煤粉在520℃左右、莱钢粒煤在625℃左右、长钢煤粉在480℃左右,三个喷吹煤的失重率随着空气流量的增大而升高;失重结束的温度随着空气流量的增大而降低。这表明,在相同温度情况下,空气流量的增大,使煤样与氧分子碰撞的几率增加,使失重率有所增加。

2.3 反应条件对特征温度的影响

煤燃烧过程中几个主要特征温度为[4]:

(1)着火点温度是开始燃烧反应时的温度,在热重曲线上表现为开始失重时的温度,它的高低反映出煤种开始燃烧反应的难易程度。

(2)最大反应速率温度为反应过程中反应速度最快时对应的温度,在热重曲线上表现为DTG曲线峰值温度,它反映出煤种的燃烧性能。

(3)50%有机质燃烬时间为煤燃烧过程中失重为总失重50%时的温度,它是煤燃烧过程中燃烧特性的重要度量。

(4)燃烬温度为煤燃烧反应结束时所对应的温度,从TG曲线上反映为试样恒重不变的温度,它与着火点相对应,为反应过程进行的两个端点之一。

2.3.1 升温速率对特征温度的影响

从热重曲线中可以得到三个喷吹煤在不同升温速率下燃烧过程的特征温度,见图7～10。

从图7～10可以看出,所选择的三个喷吹煤着火点温度随着升温速率的增加而升高,但升高的幅度不大,特别是升温速率从15℃/min增加到 20℃/min,最大增加了5℃;其他三个特征温度随着升温速率增大都有不同程度增大。原因是升温速率小的时候,升至同一个温度条件时所需的时间更长,使煤粉得以更好的参与燃烧反应,结果同各煤样失重率与升温速率的关系相符。总之,三个喷吹煤的燃烧特征温度随升温速率增大而升高。这个结论与郭琴琴等[3]研究不同升温速率对褐煤燃烧特征温度的影响得出的结论相似。

2.3.2 空气流量对特征温度的影响

从热重曲线中可以得到,三个喷吹煤在不同空气流量下燃烧过程的特征温度,结果如图11～14所示。

从图11～14可以看出,所选择的三个喷吹煤着火点温度随空气流量的增加几乎没有变化;其他三个特征温度随空气流量的增大而降低,原因是空气流量的增加,使煤样在燃烧时与氧原子碰撞的几率增加,从而加快了反应,引起特征温度降低。总之,空气流量的增加,除着火点外,其他三个特征温度都有不同程度降低。

2.4 燃烧性能对高炉喷吹煤的影响本实验所研究的三个喷吹用煤中,长钢用煤

属于高挥发分烟煤,虽然其四个特征温度都比较低,对在高炉中的燃烧比较有利,但目前钢厂对单独喷吹高挥发分煤粉的安全关键技术还不成熟;研究[5]表明,高挥发性烟煤爆炸危险性大,安全设施投入大,而且在喷枪头及风口管壁上易粘附结渣。高挥发性烟煤的挥发分、燃烧效率都比无烟煤高,吸热量和要求的热补偿量都比无烟煤多。国外高炉风温水平高,并且都有一定程度的富氧,高炉提供热补偿的能力强,因此,有条件喷吹高挥发分烟煤。我国高炉的原燃料质量和提供热补偿能力这两方面与国外有差距,没有条件完全喷吹高挥发分烟煤。

由图7～14可以看出,莱钢粒煤与涟钢煤粉相比虽然着火高,但其燃烬温度低于涟钢煤粉,在相同条件下燃烬时间较短,因此,在高炉有限的空间和时间内的燃烧更有优势,另外莱钢粒煤还具有灰分较低、发热量较高等有利于高炉喷吹的优点。莱钢粒煤即潞安贫煤、贫瘦煤,无论是与高挥发分烟煤相比,还是与无烟煤相比,都具备有利于高炉喷吹使用的独特优点,是目前高炉理想的喷吹用煤。

3结语

(1)失重率随升温速率的增大而降低,失重结束时温度升高;失重率随空气流量的增大而升高,失重结束时温度降低。

(2)燃烧特征温度随升温速率的增大均有不同程度升高。着火点温度随空气流量的增大无明显变化,其余特征温度随空气流量增大而降低。

(3)与涟钢煤粉和长钢用煤比较,莱钢粒煤(潞安喷吹煤)具备有利于高炉喷吹使用的独特优点,是高炉理想的喷吹用煤。

摘要：介绍了利用差热分析天平,采用程序升温法对高炉喷吹煤在不同升温速率和空气流量下的燃烧性能进行的实验,分析了升温速率和空气流量对失重率和燃烧特征温度的影响。实验结果表明:失重率随升温速率的增大而降低,随空气流量的增大而升高。燃烧特征温度随着升温速率的增大而升高,随着空气流量的增大而降低。

关键词：喷吹煤,失重率,空气流量,升温速率,特征温度

参考文献

[1]徐朝芬,等.用TG-DTG-DSC研究生物质的燃烧特性[J].华中科技大学学报,2007(3):126-128.

[2]王辉,等.不同升温速率下水煤浆的燃烧特性分析[J].化学工程,2006(2):25-28.

[3]郭琴琴,等.锡林浩特褐煤燃烧特性试验研究[J].锅炉技术,2008(2):45-57.

[4]谢克昌.煤的结构与反应性[M].北京:科学出版社,2002.

[5]张俊燕,金龙哲,王丽颖,金岩辉.贫煤、贫瘦煤用作高炉喷吹煤的可行性研究[J].煤炭科学技术,2006,34(10):62～65.

高炉喷吹兰炭末工业试验研究篇2

1 高炉喷吹兰炭末实验研究分析

1.1 煤粉理化性能分析

从表1看出: (1) 兰炭末挥发分高于无烟煤, 有利于提高混合煤的燃烧性, 提高喷煤比。 (2) 兰炭末灰分高于无烟煤和烟煤, 发热量低于无烟煤和烟煤, 将导致燃料比升高, 但兰炭末价格便宜, 燃料成本将下降。

1.2 煤粉可磨性、爆炸性、着火点测试

高炉喷煤必须保证安全, 因此测试了煤粉的爆炸性。兰炭末的爆炸性由长管式煤粉爆炸性测试仪测定。兰炭末的可磨性要符合要求, 因此测试了煤粉的可磨性。

从表2看出: (1) 兰炭末的可磨性指数较低, 说明兰炭末比较难磨, 但达到高炉喷吹用煤技术条件 (GB/T18817) 对其他烟煤的要求 (>50-70) 。 (2) 兰炭末挥发分含量低, 因此其返回火焰长度短, 爆炸性较微弱, 因此用兰炭末替代高炉喷吹用煤有助于提高喷煤安全性。 (3) 说明兰炭末的着火点较低, 但有利于提高高炉喷煤的安全性。

1.3 兰炭末灰熔融性特性

高炉喷吹煤粉的灰熔点太低易导致风口或喷枪前结渣, 也会包裹煤粉影响燃烧率, 太高会影响高脱硫及炉渣的排放[2]。

从表3看出:兰炭末灰熔融性特性温度较低, 但不会对高炉喷吹造成不利影响。

1.4 兰炭末灰分成分

高炉喷煤过程中, 煤粉的灰分对高炉渣的流动性及脱硫性的影响较大。

从表4看出, 兰炭末灰分中Ca O含量较高, 有利于高炉脱硫, Al2O3含量较高, 降低高炉渣的流动性。

1.5 兰炭末对二氧化碳化学反应性

反应性强的煤在气化和燃烧过程中, 反应速度快, 效率高。高炉喷吹反应性强的煤, 不仅可提高煤粉燃烧率, 扩大喷吹量, 而且风口回旋区未燃烧的煤粉在高炉的其他部位参加了与CO2的气化反应, 减少焦炭的气化反应, 在某种程度上对焦炭强度起到保护作用[3]。

从表5看出, 兰炭末反应性较强, 能满足高炉喷吹的要求。

1.6 兰炭末高炉喷吹燃料的综合评价

兰炭具有“三高四低”的特点, 兰炭末用于高炉喷吹时主要缺点为:灰分较高、着火点低, 可磨性较差。因此, 最好将兰炭末和无烟煤、烟煤搭配使用, 以保证高炉安全稳定顺行。

2 高炉喷吹兰炭末工业试验研究分析

为了解高炉喷吹兰炭末后高炉生产指标、技术经济指标、铁水成分和渣成分的变化, 对高炉在基准期及工业试验期的参数作了归纳, 加以对比分析, 并以此来说明配加兰炭末的试验效果。

从表6看出, 试验前后高炉生产指标的变化基本没有变化, 说明喷吹兰炭末后高炉保持稳定顺行。

从表7看出, 高炉喷吹兰炭后炉渣成分变化不大, 其中Ca O和Mg O含量略有下降, 因此炉渣碱度从1.14下降到1.13, 同时渣中Al2O3略有增加, 因此粘度升高, 渣流动性将减弱。

从表8看出, 高炉喷吹兰炭后铁水成分变化不大, 其中铁水中磷含量升高, 硅含量略有升高。

从表9看出, 高炉喷吹兰炭末后重力灰和二次除尘灰中碳含量增多。可能导致煤粉置换比降低, 喷煤比提高, 燃料比上升, 吨铁燃料成本增加。

从表10看出, 焦炭质量、风温和平均硅对焦比的影响很小, 说明焦比变化主要是煤粉的影响。

按照2013年12月份焦炭1100元/吨, 煤粉750元/吨, 兰炭末515元/吨计算。

从表11看出, 兰炭末配比在20%时, 综合燃料上升4.54kg/t, 焦比降低2.19kg/t, 煤比上升6.73kg/t, 但燃料价格下降4.51元/t, 降低了生产成本, 表明陕钢集团采用兰炭末作为高炉喷吹燃料是可行的。

3 结论

3.1陕钢集团高炉喷吹兰炭末获得成功。高炉喷吹10-20%兰炭末时, 生产指标、技术经济指标、铁水成分、渣成分等基本没有变化;综合燃料上升, 焦比降低, 煤比上升, 但燃料价格下降, 有利于降低生产成本。因此, 兰炭末作为高炉喷吹燃料是可行的。

3.2陕钢集团距离兰炭主产区陕西省神木县较近, 运输费用低, 且兰炭末有明显的价格优势, 这有利于陕钢集团降低生产成本。

3.3从生产技术性和经济性两方面考虑, 陕钢集团高炉喷吹兰炭末是可行的。

摘要：为降低生铁成本, 陕钢集团在1800m3高炉开展了高炉喷吹兰炭末工业试验研究, 结果表明兰炭末配比在20%时, 高炉稳定顺行, 综合燃料上升4.54kg/t, 焦比降低2.19kg/t, 煤比上升6.73kg/t, 但燃料价格下降4.51元/t, 降低了生产成本, 表明陕钢集团采用兰炭末作为高炉喷吹燃料是可行的。

关键词：高炉喷吹,兰炭末,工业试验,生铁成本

参考文献

高炉喷吹篇3

高炉瓦斯灰是生产时随高炉煤气从炉顶排出, 经各级除尘器收集的粉尘, 根据除尘设备的不同主要分为重力灰、旋风灰和布袋灰, 其化学成分和粒度高炉炉容、原燃料条件等密切相关, 但其主要成分是铁和碳, 除此之外还含有少量硅、钙、铝等其它元素的氧化物, 具有较高的回收价值[1]。虽然高炉除尘灰在作为烧结、球团生产配料、提取有价值元素等方面得到了一定程度的应用, 但普遍还存在问题, 如充分利用问题 (约60%~70%的粉尘在系统中循环) [2]、烧结矿成分偏析问题[3]等。鉴于高炉除尘灰粒度细、密度小、数量较多[4], 以及国外高炉混喷的成功的工业试验[5,6], 将其直接配加到煤粉中喷入高炉, 能简单高效地回收大量的铁碳元素, 有效降低生产成本, 为我国钢铁企业节能减排、保护环境、发展循环经济开辟一条新的途径[7,8]。

1 高炉喷吹重力灰

重力灰是经由重力除尘器利用重力收集的粉尘, 粒度相对较大。重力除尘器可除去粒度大于150μm的颗粒, 除尘效率达到50%~80%, 出口煤气含尘量可降到8~12g/m3。首秦1200m3高炉日平均重力灰量41t左右, 约占总尘量的59%, 主要成分为:TFe:52.77%, C:12.60%, Si O2:8.93%, Ca O:2.27%, Al2O3:3.66%, Na2O:1.16%, K2O:0.17%, Zn O:0.40%[9]。

李燕江等利用两段式煤粉燃烧炉, 模拟高炉的燃烧条件, 分析了邯宝公司3200m3高炉的重力灰 (TFe:28.7%, C:42.65%, Si O2:5.8%, Ca O:4.51%, Al2O3:2.87%, Mg O:1.27%, Na2O:0.11%, K2O:0.22%) 和混合煤粉 (烟煤:无烟煤=4:6, 小于0.074mm占70%) 的燃烧性能。该高炉重力灰中的碳含量较高, 达到了42.65%, 经过对其进行煤岩显微组分分析, 发现63.76%来源于焦炭, 36.24%来源于煤粉。其着火点、爆炸性与混合煤粉相差不大, 可磨性、喷流性能明显优于煤粉, 但是其燃烧率只有26.46%, 远远低于煤粉 (煤粉的燃烧率:60.36%) 。通过按以上条件对邯宝公司喷吹重力灰 (日产60t) 的经济效益进行估算, 每年可增加铁量6199t, 节约成本1000多万元[10]。

2 高炉喷吹旋风灰

旋风灰是经由旋风除尘器利用离心力收集的粉尘, 粒度小于重力灰。新建高炉多采用旋风除尘器代替重力除尘器, 或在已有重力除尘器后增加旋风除尘器以提高除尘效率, PW公司开发的轴流旋风除尘器旋风灰粒度绝大部分超过25μm。首秦公司1200m3高炉日平均旋风灰量22t左右, 约占总尘量的32%。主要成分为:TFe:44.04%, C:22.60%, Si O2:8.64%, Ca O:2.37%, Al2O3:3.73%, Na2O:0.97%, K2O:0.20%, Zn O:0.47%[9]。

邵腾飞等在实验室对首秦煤粉添加旋风灰后的燃烧性能进行了实验, 分析了富氧3%气氛下配加0、3%、6%和9%的旋风灰 (TFe:31.94, C:35.62, Si O2:5.14, Ca O:3.26, Al2O3:3.16, Na2O:1.17, K2O:0.43) 后的煤粉试样的燃烧情况。实验研究结果表明, 富氧3%的条件下, 配加6%旋风灰时, 煤粉的燃烧率分别达到最大值60.1%;继续增加旋风灰配入量, 煤粉的燃烧率明显降低, 此时对理论燃烧温度的影响不大。这可能和铁氧化物、碱金属氧化物和氧化钙的助燃催化作用有关[11]。此外, 吴小辉等测得空气气氛下添加相同比例的旋风灰后, 试样的燃烧率变化趋势和富氧3%时一致, 在配加6%旋风灰时, 煤粉的燃烧率达到最大值56%, 比富氧3%时略低[12]。首秦1号高炉现场喷吹的实践结果证实, 在煤粉中添加3%以下旋风灰, 高炉各项操作制度、炉况与未添加时没有明显变化, 也没有增加后续炼铁工序的碱负荷。

丁汝才等在实验室进行添加2%、4%、6%和8%旋风灰和不同富氧率对煤粉燃烧率影响的研究。采用首秦旋风灰, 在成分和条件与邵腾飞和吴小辉等所做研究相似的情况下, 得出了类似的结论:空气条件下, 配加4%的旋风灰, 燃烧率最大, 为40.42%;富氧3%时, 最大燃烧率也基本保持在配加4%旋风灰的情况。工业试验证明每年可节省煤粉1500t, 回收600~800t铁, 经济意义和社会意义重大[4]。

3 高炉喷吹布袋灰

布袋除尘是一项比较成熟的技术, 该除尘器置于重力除尘器或旋风除尘器之后, 各种高孔隙率的织布或滤毡, 对粒度较小的粉尘进行收集, 除尘效率在99%以上。大型高炉的布袋除尘器后净煤气的含尘量一般小于5mg/m3。首秦公司1200m3高炉日平均布袋灰量6t左右, 约占总尘量的9%。主要成分为:TFe:26.04%, C:19.2%, Si O2:11.88%, Ca O:5.07%, Al2O3:7.87%, Na2O:1.72%, K2O:1.52%, Zn O:1.54%。铅锌在炉内极易还原, 凝结物大部分集中在极细粉尘中, 因此布袋灰中含量较高。为防止其在炉内循环累计, 破坏炉衬或在炉身上部和炉顶煤气管结瘤, 应严格控制入炉量[9]。

刘仁生等将长钢9号1080m3高炉布袋除尘灰 (FC:61.08%, Ad:31.75%, Vdaf:10.51%, S:0.99%, 发热量:22.14MJ/kg) 和煤粉混合后, 进行了热重分析和高炉喷煤燃烧模拟试验。该布袋灰灰分和硫分都很高, 但是其含碳量高, 具有较高的发热量。其在600℃时的燃烧率为40.75%, 将其配入屯留煤粉中, 20%布袋灰是试样燃烧率最高的合适比例, 燃烧率达到51.82%, 说明此时布袋灰中氧化铁等金属氧化物的释放会加快屯留煤样的燃烧过程, 缩短燃烧时间, 从而利于增加喷煤量, 降低焦比。当布袋灰、府谷煤和屯留煤混合时, 三者的比例为1:1:8时的煤样的燃烧率最高 (600℃) , 达到69.86%, 最利于高炉喷吹。喷煤的模拟试验结果证实了同样的趋势, 但是由于气氛和温度条件的不同, 导致燃烧率的数值有所不同[13]。

韩庆等通过对高炉喷吹煤粉中添加2~8%的布袋灰 (C:约20%) 的研究, 发现在富氧率小于3%时, 宜添加4%左右的布袋灰, 以充分利用布袋灰中的碳和铁氧化物的催化作用, 提高煤粉的燃烧率;富氧率大于3%, 布袋灰的添加量可以达到8%。在高炉风温高于1150℃时, 布袋灰配入比例每增加2%, 富氧率需增大1%, 风口前的理论燃烧温度下降3.1℃。在1200m3高炉进行喷吹煤粉与布袋灰混合喷吹, 风压0.3MPa、风量2800m3/min、富氧率2.0%, 压力0.7MPa, 风温1180℃, 焦比350kg/t, 产量3000t/d, 渣量280kg/t, 配入4%的布袋灰, 保持煤粉和灰的混合物在150kg/t, 生铁合格率100%, 高炉的生产参数保持不变。按煤粉价格630元/t, 喷煤量150kg/t, 吨铁添加布袋灰6.0kg, 在年产105万吨生铁的情况下, 每年喷吹6300吨的布袋灰, 代替部分煤粉和含铁炉料, 直接经济效益362万元[14]。

4 结论

瓦斯灰是钢铁企业主要固体排放物之一, 不但含有大量的铁碳资源, 还含有少量的有害杂质, 在节能环保要求的不断提高的今天, 实现固废循环利用成为高炉固废清洁生产的目标。本文通过对高炉喷吹重力灰、旋风灰和布袋灰的探讨分析, 发现瓦斯灰完全可以作为辅助燃料, 代替煤粉。相比较之下, 这三种灰中, 重力灰粒度较粗, 铁碳含量较高, 布袋灰的粒度最细, 含有的有害元素也最多, 因此, 必须根据这些元素的含量决定是否直接利用。

摘要：有效回收利用瓦斯灰资源以谋求环境、经济效益的最大化, 是冶金行业普遍面临的问题。本文阐述了高炉喷吹重力灰、旋风灰和布袋灰的研究现状和实践应用。在不影响高炉顺行的前提下, 完全可以通过控制瓦斯灰的配入比例, 替代部分煤粉, 实现节煤降耗的目的, 为冶金行业低碳生产、节能减排开辟一条有效途径。

高炉喷吹篇4

为保证高炉喷煤的连续稳定性,提高喷吹煤比,高炉喷煤的自动化水平也逐渐受到钢铁行业的重视。目前宝钢、鞍钢、首钢等国内大高炉喷煤中的自动喷吹系统均为国外引进,江苏大峘集团有限公司(以下简称“大峘公司”)在江阴兴澄特种钢铁有限公司(以下简称“兴澄公司”)大高炉喷煤中自主完成了大高炉喷煤全自动喷吹系统,经过几个月运行中对喷吹系统参数的分析,系统已经达到或者超过了国外引进的水平。高炉喷煤喷吹管路的全自动控制是提高喷吹系统的连续稳定性的一项重要技术,本文主要阐述大高炉喷煤的喷吹管路全自动控制方法。

1 大高炉喷吹管路全自动控制的特点

高炉喷煤大多采用单管道单混合器的方式进行煤粉喷吹,煤粉进入喷吹管道后至高炉喷枪口的设备基本为手动控制。在发生煤粉管道或喷吹支管堵塞时,工人需要立即向高炉发出停煤报告,由炉前看水工将喷枪煤粉阀一一关闭并依次开启吹扫阀向高炉送气,防止喷枪的回火事故发生。高炉则需要通过一系列的炉料调整来最大限度降低因突然停煤造成的热量损失。在喷吹管道清堵时,由于管道通常都为架空设计,管道或管道平台由于长时间的闲置而存在大量积灰,喷吹支管通常为围绕高炉炉壁敷设,弯曲较多且管道较细,导致人工清堵的劳动强度和安全隐患都比较大,如果突发煤粉管道或支管堵塞情况,将会导致长时间停煤,造成较大的损失。在兴澄公司大高炉喷煤中,大峘公司采用了双管道单混合器的方式进行煤粉喷吹,在线喷煤主管道堵塞情况发生后,可立即投入另一管道继续向高炉喷吹。突发某一或某几支管堵塞情况时,该支管上安装的测堵装置会传输堵塞信号给PLC系统,由PLC系统进行参数分析,自动关闭喷枪,打开吹扫阀进行支管清堵。这样,基本可以消除由于管道或支管堵塞造成的停煤事故。因而,大高炉喷煤的喷吹管路全自动控制非常重要。

2 大高炉喷吹管路全自动控制的方法

2.1 大高炉切换喷吹管道的控制

在兴澄公司大高炉喷煤系统中,煤粉与压缩空气、氮气的混合物进入煤粉管道后,分A或B管线进入补气装置,同时在相应管路的补气装置补入压缩空气,充分混合后进入煤粉混合器,进而通过喷吹支管向高炉喷吹。A,B管线上的所有阀门根据喷吹工艺有互锁关系,当PLC系统检测到某一管路数据发生变化,如喷吹管道压力接近输送气体压力、喷吹管道压力降低接近高炉热风压力,喷吹罐压力与喷吹管道压力值相差过大等情况时发出声光报警信号。若高炉风口没有煤流时,可断定为管道堵塞。操作工通过简单的操作,即可停止当前喷吹管路,投入备用管路,避免由于单一管路清堵造成的长时间断煤(见图1)。管道清堵采用集中控制的方式,由操作人员在HMI画面上完成。

2.2 喷吹管道自动反吹的控制

在喷吹主管道中配置了压力及流量测量系统,根据系统对测量数据的分析,在喷吹主管道发现堵煤现象时,系统会发出声光报警,在切换到备用管路进行喷吹后,可通过鼠标操作在HMI实现管道的自动反吹,大大节约了故障处理时间,消除了高空手动清堵的安全隐患。

2.3 大高炉喷煤煤粉量及空气补气量的控制

在大高炉喷煤系统中还配置了煤粉流量调节阀和空气流量调节阀,辅助喷吹控制系统的煤粉量。根据高炉需要的煤粉量,适当的调节煤粉和空气量,达到匀速、稳定喷吹的效果。

2.4 大高炉风口自动分布喷枪的控制

煤粉经煤粉分配器通过喷枪向32个风口进行喷吹,在喷吹时,可以方便地监视当前的喷吹状态,如正在喷吹的喷枪总数及每支喷枪的工作状态等。大峘公司采用了分组预选喷枪的方式,按照均匀分布的关系,对喷枪进行分组,使任何一组喷枪打开时均能平均分配在高炉分口,确保煤粉充分均匀地在炉内燃烧。喷枪操作有自动、手动两种方式可供选择,手动状态时,将高炉允许喷吹的喷枪投入可喷状态,然后依次启动需要喷吹的喷枪;自动状态时,喷枪投入可喷状态后,选择需要喷吹的喷枪,一键启动一组喷枪(见图2)。

2.5 大高炉喷吹支管自动清堵的控制

大峘公司在每个向高炉喷吹的支管上都配置了高性能的测堵装置,当出现支管测堵信号后,PLC系统首先对采集的堵塞、压力等信号进行分析,辨明该信号的真假,如果分析的结果为真,则程序立即执行自动清堵。在高炉喷吹上位机画面上,设置了“该喷枪主阀未打开”、“该喷枪主阀打开,喷吹正常”、“该喷枪主阀打开,喷枪堵塞”等信号,使操作人员对多达32支喷枪的运行状态一目了然。经过投产后的经验,自动清堵程序能够极大地提高了喷煤系统的连续稳定性,降低了操作人员的工作强度(见图3)。

2.6 大高炉喷煤故障状态时的自动控制

为了减少操作人员的误操作,在高炉喷吹管道控制中,对相应设备的启停控制做了完善的连锁控制。

(1)压缩空气、高压氮气、低压氮气低于设定值时停止下煤、送风;

(2)分配器进、出口压差大于或小于设定值时停止下煤、送风;

(3)A,B管线作为完全独立的两条管线,可同时送风,不可同时输煤;

(4)喷枪的主阀和清扫阀必须有互锁关系;

(5)支管自动清堵装置必须在少于3根喷枪同时堵塞时使用。

3 软、硬件设计

兴澄公司大高炉喷煤采用了以ControlLogix控制器为核心的PLC控制系统,设备控制采用DeviceNet总线(见图4)。在高炉管道及喷枪控制部分采用了远程I/O平台,通过ControlNet链路与之相连。应用LOGIX5000 V17.00软件编程,HMI上的监控画面采用FTView 5.0软件组态,应用光纤网与喷煤交换机相连,可以在高炉喷煤主控室本地监控或在高炉主控室远程监控。PLC控制系统将控制、通讯、计算机、与现场仪表有机地结合起来,完成数据采集、集中与分散控制、报警记录、数据归档、生产报表等任务。为生产提供了强有力的保证。

4 数据分析

表1给出了兴澄公司大高炉喷煤中某一班12 h的喷吹量统计表,该班平均喷吹量为53 t/h左右,偏差量最大出现在7点至8点段,为-0.090 t,即与需要喷吹的54 t煤粉量偏小90 kg,偏差率仅为0.167%;偏差量最小出现在12点至1点段,为-0.004 t,即与需要喷吹的53 t煤粉量偏小4 kg,偏差量仅为0.008%;当班12 h总计偏差量为-0.203 t,即与需要喷吹的636 t煤粉量偏小203 kg,偏差量仅为0.032%。由此可见,喷吹量的控制非常精确,最大偏差量0.167%远远超过了国外公司5%的精确度。

表2给出了兴澄公司大高炉喷煤中另一班12 h的喷吹量统计表,该班平均喷吹量为58 t/h左右,最大偏差率为0.262%,最小偏差率为0.027%。

5 大高炉喷吹管路全自动控制的效果

兴澄公司大高炉喷煤系统投产几个月以来,各项控制功能运行正常,系统运行连续稳定,目前喷煤煤比维持在180 kg/t·Fe以上,高炉喷煤的全自动控制为实现更高的目标给予了可靠的保证。

6 结束语

高炉喷吹篇5

鉴于安全考虑, 从投产以来南京钢铁联合有限公司 (简称南钢) 三座2000 m3高炉高挥发分烟煤 (简称烟煤) 混喷比例维持在18%左右, 其混合煤粉挥发分Vdaf稳定控制在15%~18%。由于烟煤与无烟煤相比, 具有一定的价格优势, 提高烟煤混喷比例可降低高炉生产成本、提高经济效益。

就如何提高烟煤混喷比例, 南钢从理论研究到系统优化如提高风温、富氧、工艺参数优化等多方面进行了攻关, 实现高炉安全大比例混喷高挥发分烟煤。

1 高挥发分烟煤基本性质

1.1 烟煤的工业分析、元素分析和发热值

1.2 烟煤灰成分分析

从表1和2可看出, 该烟煤具有低灰、低硫、高挥发分、含H量高、有害杂质少等特点, 用作高炉喷吹煤可以降低煤粉的灰分。

2 高挥发分烟煤作为高炉喷吹用煤的工

评价高炉喷吹煤的好坏, 除了要求它含碳、氢高, 含灰分和有害杂质少之外, 还有一系列工艺性质, 对工艺生产过程极其重要, 其中爆炸性等尤为重要。本文通过实验测定, 其结果见表3。

2.1 煤的可磨性

采用哈德格罗夫方法测定其可磨性指数-HGI。

2.2 煤粉的着火点、燃烧率

2.2.1 煤粉的着火点

将粒度<0.2 mm的分析煤样与固体亚硝酸钠均匀混合干燥后装入玻璃试管, 将试管插入加热器中, 以一定速度加热, 引起煤样爆燃, 即为原煤着火点。其着火点见表3。

2.2.2 煤粉的燃烧率

本实验采用静态层状燃烧法测定煤的燃烧率, 与高炉实际有很大的差别, 但能够相对比较各种煤的燃烧趋势;实验表明, 该煤燃烧率高。

2.3 煤粉的爆炸性研究

2.3.1 高挥发分烟煤单独使用时的爆炸性

煤粉的爆炸性与挥发分含量有直接的关系, 随挥发分含量增加, 其爆炸性也增大, 挥发分越高, 爆炸性越强。一般认为[1]干燥无灰基挥发分 (Vdaf) <10%的煤基本没有爆炸性, Vdaf>10%为有爆炸性煤, Vdaf>25%为强爆炸性煤。

本实验采用长管式测定装置测定煤粉返回火焰长度, 视其返回火焰长度来判断它的爆炸性。将1克烘干、磨细到0.074 mm的煤粉喷到1 050℃的火源上, 测定其返回火焰长度。一般认为[2], 仅在火源处出现稀少的火星或无火星, 属于无爆炸性煤;若产生火焰并返回喷入一端, 其火焰长度<400 mm为易燃而有爆炸性煤;若返回火焰长度>400 mm者为强爆炸性煤。实验结果见表3, 表明该烟煤属于强爆炸性煤。因此在实际喷煤过程中, 提高混喷比例, 须先解决煤粉爆炸性问题。

2.3.2 不同粒度烟煤对燃烧性、爆炸性的影响

为进一步研究提高烟煤混喷比例的优势和解决煤粉爆炸性问题, 对烟煤不同粒度的喷吹工艺性能影响进行试验。

(1) 试样制备及试验方法

不同粒度组成的烟煤按国标BG474—1996进行制样。用于不同粒度级别烟煤煤样制备, 将大样全部破碎至3 mm以下, 再用标准套筛, 筛出各粒度级别的煤样。各粒度级别为0~0.074 mm、0.074~0.125 mm、0.125~0.250 mm、0.250~0.500 mm、0.500~1.000 mm、1.000~2.000 mm和2.000~3.000 mm。

爆炸性实验方法同2.3煤粉的爆炸性, 燃烧性实验方法同2.2煤粉的燃烧率。

(2) 试验结果分析

表4和表5是将烟煤煤样按不同粒度组成和不同粒度级别进行燃烧性和爆炸性试验结果。表4结果表明, 燃烧率随粒度的变粗而降低, 爆炸性也随着粒度变粗, 变为弱爆炸或无爆炸性, 返回火焰长度急剧变小;表5不同粒度级别的各煤样中, 各粒级的燃烧性也随粒度的变粗, 燃烧率降低。爆炸性只有0~0.074 mm粒级显示为强爆炸性, 其它各粒级则为弱爆炸或无爆炸性。表5中不同粒度级别的煤样仅用于研究对比时特殊制备而得到, 实际生产中是无法制备成如此粒级的。

以上实验表明, 该烟煤经过放宽粒度后, 其燃烧性变化不大。粒度粗到1.0 mm~3.0mm时, 其燃烧性仍比许多无烟煤的燃烧性要好, 爆炸性大幅度变弱。表5表明, 粒径放宽到0.25 mm以上时, 则无爆炸性。说明高挥发分烟煤用作高炉喷煤, 在煤粉制备时, 适当放宽粒度, 就可达到高炉喷煤安全性的工艺要求。

3 无烟煤与烟煤及其混合煤种的喷吹煤粉工艺性质对比研究

为测试本厂所用无烟煤与高挥发分烟煤混合煤粉的工艺性能, 选取南钢使用的两个主要品种“无烟煤1”和“无烟煤2”为代表与高挥发分烟煤分别细磨到0.074 mm以下, 以不同比例混合, 测试混合煤粉的工艺性能。其结果见表6和7。

试验结果表明: (1) 该烟煤与无烟煤相比, 具有较高的燃烧率、着火点低等优势, 有助于喷吹煤粉在高炉的燃烧和煤粉利用率的提高; (2) 火焰返回长度与混煤Vdaf有直接关系, Vdaf越高爆炸性越强; (3) 该烟煤爆炸性极强, 当其与无烟煤混合后, 比例>60%时具有强爆炸性;当其比例≤50%时爆炸性大大减弱;说明将高挥发分的烟煤与低挥发分的无烟煤进行混合配煤后, 可降低高炉喷吹煤粉的爆炸性。且将高挥发分煤的配比限制在一定范围, 就可以控制混合煤的爆炸性, 实现安全喷吹; (4) 两种无烟煤均无爆炸性, 在无烟煤混入该烟煤后具有明显的抑爆作用; (5) 该烟煤混入无烟煤后, 煤粉燃烧性提高; (6) 表4和表5与表6和表7相比较, 粒径放宽到<1.000mm时, 该烟煤的燃烧率明显高于无烟煤粉。只是最大平均粒径烟煤, 其燃烧率略差无烟煤粉, 但在实际生产过程中, 喷吹煤粉粒径>50目的占比就非常少, 因此可认为粒径在1.000~3.000 mm范围的占比微乎其微, 可忽略该部分粒度对混合煤粉燃烧率的影响。

4 优化工艺和操作制度

根据高挥发分烟煤的特点, 制定了严格的控制参数和操作制度, 以确保混喷安全。对喷煤系统、高炉控制参数加以调整, 使高挥发分烟煤混喷比例达45%时, 混合煤粉挥发份控制在<25%。

4.1 原燃料质量把关

4.1.1 从采购源头抓起, 保证高炉喷吹用煤的稳定, 保障喷吹煤质量。

4.1.2 严格执行喷吹煤配比, 建立检查、反馈制度, 保障配比执行到位。

4.2 优化系统参数

4.2.1 加强系统设备维护, 降低制粉系统漏风率。

4.2.2 控制煤粉仓氧含量≤8%。

4.2.3 控制系统操作参数优化:磨机入口温度进行控制≤250℃, 磨机出口温度≤80℃, 煤粉仓CO含量值≤200 ppm。

4.2.4 修改和完善相关规程、制度, 并严格执行确保配煤精度。

4.2.5工艺参数的优化, 混合煤粉挥发份<25%, 磨机入口氧含量≤8%, 煤粉收集器出口氧含量上限≤12%, 煤粉仓氧含量上限≤12%。

4.2.6高炉操作优化:提高风温、富氧水平, 促进煤粉在风口前的燃烧。风温水平由去年的1 180℃提高到1 195℃, 富氧率由去年的2.2%提高到2.8%, 确保理论燃烧温度控制在2 150℃左右。