青钢6#高炉提高煤比分析与实践.pdf

第32卷 第3期 2010年6月 山东冶金 Shandong Metallurgy Vol.32 No.3 June 2010 1前言 高炉喷吹煤粉是国内外炼铁节能降耗的重要技 术措施， 焦化工序能耗大约为122 kg标准煤/t， 而喷 吹煤粉工序能耗仅为20～35 kg标准煤/t。喷吹1 t 煤粉可降低炼铁系统能耗约80～100 kg标准煤/t ［1］， 有效降低炼焦过程CO2及硫化物等的排放， 实现环 境友好； 缓解炼焦煤紧缺的现状， 有效降低炼铁成 本。近年来， 由于受市场的制约， 炼铁成本大幅上 升， 炼铁原料、 焦炭、 喷吹用煤的质量下降。因此， 探 讨提高煤比的措施、 方法成为炼铁系统降成本的当 务之急。青钢6高炉 （有效容积500 m3） 受各种条件 限制， 特别是富氧率偏低， 煤比一直维持在140 kg/t 左右， 因此， 提高煤比、 降低成本还有较大的余地。 2喷煤引起的炉况变化及制约因素分析 煤粉进入高炉后必然会因燃烧而增加炉腹的煤 气量， 鼓风动能增加， 燃烧带扩大。由于煤粉温度低 且煤粉中的碳氢化合物分解等原因能够降低风口的 燃烧温度， 加大煤量后料柱阻损增加， 压差升高。不 同煤比条件对高炉的影响情况是不相同的， 从分析 中可以找出制约喷煤量的因素。 2.1喷煤对煤气流的影响 煤粉作用根据煤量多少可分为3个阶段 一是 煤比较低， 喷煤后对煤气流的影响不足以打破原来 的煤气分布平衡， 煤粉燃烧充分， 置换比高； 二是煤 比到一定程度后， 煤粉在风口区的气化分解作用开 始明显， 大量煤粉急剧气化产生朝向中心的激射气 流， 导致中心气流发展； 第三阶段， 随着煤比进一步 提高， 喷入的煤粉不能完全燃烧， 未燃煤粉一部分随 煤气上升， 一部分吸附在中心料柱上， 恶化中心料柱 透气性， 减弱中心气流， 使边缘气流发展。这种情 况下煤粉再提高就必须采取一定措施， 否则可能引 起炉况不顺。 2.2喷煤对炉缸热状态的影响 由于煤粉从风口跟随热风直接入炉， 实践证明 煤粉每提高 10 kg/t， 风口理论燃烧温度降低 20～ 25 ℃， 而适宜的理论燃烧温度在2 100～2 300 ℃ ［2］， 一般不低于2 050 ℃， 所以提高风口区温度对提高煤 比有利。高风温、 富氧成为高煤比必须的辅助手段。 2.3喷煤对高炉操作的影响 提高煤比后高炉操作出现许多新特点， 主要表 现在高炉需要热补偿， 操作存在热滞后性。高炉喷 吹煤粉时， 它的挥发分加热分解致使理论燃烧温度 下降， 炉缸热量显得不足。为了保持良好的炉缸热 状态， 需要给予热补偿。在喷煤的实践中发现， 增加 喷煤量后， 炉缸出现先凉后热的现象， 这一过程所经 历的时间叫做 “热滞后” 时间。高炉操作惯性加大， 调剂不易扭转。 2.4制约提高煤比的因素 制约高炉提高煤比的主要因素是 1） 高煤比后 煤气分布变化， 可能引起中心煤气流不足， 边缘发 展； 2） 高煤比容易造成温度不足， 恶化炉缸工作状 态， 必须提高理论燃烧温度； 3） 高炉操作变化较大， 对高炉工长提出更高要求。 3提高煤比的措施 3.1改善原燃料条件 由于受市场等条件的限制， 青钢6高炉精料条 件有所下降。首先是入炉原料化学成分波动大， 机 烧近期进行配矿调整， 碱度调整大； 生矿比例不断提 高， 且矿种、 成分变化较大， 熟料率降低； 恶化喷煤最 严重的是炉品位降低， 渣量上升约40 kg/t， 2009年5 月吨铁渣量＞390 kg。这些变化对提高喷煤有不利 影响。为降低原料的不利影响， 对入炉原料加强筛 分， 控制粉末入炉， 提高高炉透气性， 入炉机烧粉末 摘要 制约高炉提高煤比的主要因素是 高煤比后煤气分布变化， 引起中心煤气流不足， 边缘发展； 高煤比容易造成温度 不足， 恶化炉缸工作状态； 高炉操作变化大。青钢6高炉采取改善并稳定原燃料条件， 加强操作与管理， 提高理论燃烧温 度， 合理改善煤气分布等措施， 煤比逐渐由140 kg/t提高到175 kg/t， 且煤比仍有进一步提高的能力。 关键词 高炉； 喷煤 煤比； 燃料比 中中图分类号号 TF538.63文献标识码 B文章编号 1004-4620 （2010） 03-0016-03 青钢6高炉提高煤比分析与实践 刘玉猛， 张建述， 徐安坡 （青岛钢铁控股集团有限责任公司， 山东 青岛 266043） 􀥂􀥂􀥂􀥂􀥂􀥂􀥂􀥂􀥂􀧂 􀥂􀧂 􀥂􀥂􀥂􀥂􀥂􀥂􀥂􀥂􀥂􀧂 􀥂􀧂 节能减排节能减排 收稿日期 2010-02-04 作者简介 刘玉猛， 男， 1975年生， 1998年毕业于东北大学钢铁冶 金专业。现为青钢6高炉副炉长、 工程师， 从事高炉炼铁生产工艺 技术工作。 16 率 （≤5） ≯3； 另外， 从改善燃料方面入手， 稳定 并提高焦炭及煤粉质量， 抵消了炉料结构调整的不 利影响。6高炉主要以兖州焦和本厂焦为骨干， 焦 炭质量得到较好的保障， 热风炉废气预热焦炭技术 的应用， 也使焦炭粉末入炉基本为0， 改善透气性， 减弱原料不利影响。为提高喷煤比， 煤粉质量也有 较大改善， 灰分降低约1， 硫含量降低约0.28， 为 煤比提高创造了良好条件。 3.2均匀并缩小风口发展中心气流 6高炉共16个风口， 由于各种原因风口调整不 均匀 （见表1） ， 整个北侧风口长度基本以120 mm为 主， 不但煤气流偏行， 且3风口上冷却壁损坏较为严 重。为此， 把3、 8、 9风口调小， 不但均匀了风口， 而 且风口面积从 0.175 m2降为 0.172 m2， 利于吹透中 心， 提高煤比后减弱边缘气流的发展。 序号 调整前 调整后 1 115 115 2 120 120 3 120 115 4 120 120 5 120 120 6 115 115 7 120 120 8 120 115 9 120 115 10 120 120 11 115 115 12 120 120 13 115 115 14 120 120 15 115 115 16 115 115 表16高炉风口小套调整前后长度 mm 3.3调整基本制度发展中心气流 增大煤量后， 为减弱炉腹煤气量的增加， 6高炉 操作参数进行了调整， 降低上限风压约5 kPa， 减小 风量， 控制炉腹煤气量， 保证炉况顺行。6高炉采取 大矿批定差料线一车一布料的装料制度， 利用矿批 的灵活性， 可以有效调剂炉内气流分布。针对目前 的生产实际， 配合风量、 风口的调整， 6高炉矿批重 从最初22 t不断缩小至现在的16 t， 以开放疏通上部 气流， 增加料柱透气性。调整结果表明， 合理缩小矿 批使中心气流得到发展， 改善了煤气利用， 抑制了边 缘气流， 达到了预期效果。 3.4提高理论燃烧温度 富氧、 高风温和喷吹煤粉对高炉冶炼过程大部 分参数的影响是相反的 （见表2） ， 互相结合可扬长 避短， 更好地发挥高炉富氧喷煤的效率。6高炉采 用卡鲁金顶燃式热风炉， 热效率较高， 风温平均在 1 160 ℃。在提高富氧水平后， 风温可以提至1 180 ℃， 这样有利于提高煤比； 富氧率由于受条件限制一 直不到1， 煤比达到150 kg/t时计算理论燃烧温度 低于2 030 ℃， 进一步提高煤比受到限制。2009年4 月中旬开始提高富氧率， 基本维持在1.5， 富氧率 约提高1。煤比从135 kg/t提高到165 kg/t， 计算理 论燃烧温度降低约80 ℃， 通过提高风温和富氧率完 全弥补了温度损失， 6高炉缸热状态得到保障， 为提 高煤比提供良好的热基础， 保证了炉况顺行。 表2富氧、 喷煤、 高风温对高炉影响对比 项目 喷煤 富氧 高风温 碳燃烧 加快 加快 理论燃 烧温度 降低 升高 升高 热量 收入 减少 减少 增加 燃烧1 kg碳 产生煤气量 增加 减少 不变 气体力 学因素 变差 变好 变差 焦比 降低 基本不变 降低 3.5加强高炉操作管理 1） 加强高炉操作， 减少炉温波动， 解决喷吹煤粉 热滞后性。提高煤比后， 在操作中发现高炉热滞后 性更加严重， 表现在提炉温时加煤不起作用或提炉 温很慢， 或是炉温正常后， 继续呈上升趋势， 这样操 作往往滞后， 调剂跟不上高炉走势， 出现质量问题。 观察发现喷煤后约2.4 h才能看到结果， 是煤粉热滞 后性所致。同时提炉温时一般物理热偏低， 这又使 煤粉燃烧率降低， 置换比降低， 使炉温提高困难； 反 之， 当炉况返热时， 降低煤比又使煤粉燃烧率升高， 短期内炉况显示更热。 针对这些特点， 6高炉主要采取稳定燃料比来 控制炉温。①规定正常情况下燃料比每2 h核算1 次， 前后2 h燃料比差距不超过5 kg。②当炉温偏 高或低时， 按计算降低 ［Si］ 水平 （ ［Si］ 每波动0.1， 调 5 kg燃料比） ， 减煤降低燃料比， 但超高或低的燃料 比不超过4 h。③炉温偏低时， 控料速降强度， 尽量 不减氧， 通过减低风量调剂； 当煤已经在极上限时， 加净焦提炉温。通过这些规定， 控制高炉高煤比后 因热滞后性带来的影响， 使炉温稳定性大大提高， 减 少因操作对喷煤带来的影响。 2） 制定非正常条件下喷煤应急预案。提高煤比 后炉内焦炭明显减少， 焦比下降约30 kg， 这样停煤、 减煤的作用更加明显， 一旦出现长时间停煤或无计 划休风， 必须做好应急预案， 防止炉凉等事故发生。 6高炉一般短时间停煤按50～70的加焦率补加 净焦， 超过4 h按60～90补加。停煤必须停氧减 风， 时间越长的停煤减风越大。轻负荷时必须考虑 煤粉灰分和炉温正常后撤风温的影响， 全焦冶炼燃 料比大约比喷煤时燃料比上升30 kg。从6高炉几 次休风来看， 恢复炉况所加焦炭一般不足， 所以可以 按上限附加净焦。 3.6分阶段逐步提高煤比 采取各项提煤比措施后， 6高炉具备了提高煤 比的条件。鉴于6高炉煤比长期维持在135 kg/t左 右， 制约因素主要是喷煤量增加后燃料比没有降低 且渣铁物理热低， 提炉温比较困难； 又因为炉料结构 的调整， 给煤比提高带来许多不确定因素。因此， 按 青钢6高炉提高煤比分析与实践刘玉猛等2010年第3期 17 山东冶金2010年6月第32卷 阶段逐步提高煤比。2009年3月开始煤比从135 kg/t 逐渐提至150 kg/t以上， 在145 kg/t时加富氧， 富氧率 约为0.7。从4月中旬煤比从150 kg/t又提至165 kg/t以上。在煤比逐渐提高的过程中， 富氧得以保 证， 从3月份的0.66提高到1.3， 同时， 提高煤比 对煤粉燃烧率及炉况没有明显的不良影响。从图1 的煤比-焦比变化趋势可以看出， 随着煤比逐渐提 高， 焦比呈明显下降趋势。这说明煤比提高后， 煤粉 的置换比并没有降低， 煤粉燃烧率情况良好。图2 是煤比-综合焦比变化趋势， 从图2可以看出， 在煤 比提高的过程中， 煤比在150 kg/t以下时， 综合焦比 呈缓慢下降趋势； 继续提高煤比， 综合焦比没有大的 波动， 基本维持在480 kg/t左右。这说明在6高炉生 产条件下， 150 kg/t以下煤比不但能置换焦炭， 而且 有利于气流穿透中心， 改善煤气利用； 当煤比提高到 150 kg/t以上时， 煤粉对改善煤气利用的作用减弱， 主要起到置换焦炭的作用。 焦比/ （kg t-1） 煤比/ （kg t-1） 180 160 140 120 100 400 380 360 340 320 300 1 6 11 16 21 26 31 5 10 15 20 25 30 5 10 15 日期 焦比 煤比 图12009年4、 5月6高炉煤比-焦比变化趋势 180 160 140 120 100 煤比/ （kg t-1） 520 480 440 400 综合焦比/ （kg t-1） 1 6 11 16 21 26 31 5 10 15 20 25 30 5 10 15 日期 综合焦比 煤比 图22009年3～5月6高炉煤比-综合焦比变化趋势 采取针对性的措施后， 6高炉煤比从135 kg/t提 高到166 kg/t。表3是6高炉提高煤比过程的相关参 数及指标。表 4 是 6高炉 2009 年燃料消耗情况。 从调整后各参数来看， 6高炉仍然还有提高煤比的 能力。 表32009年2～6月青钢6高炉各项相关指标 指标 风量/ （m3 min-1） 风温/℃ 理论燃烧温度/℃ 鼓风动能/ （J s-1） 煤气利用率/ 富氧率/ 煤比/ （kg t-1） 综合焦比/ （kg t-1） 2月 1 494 1 142 2 091 4 700 43.69 0.35 139 490 3月 1 435 1 143 2 083 4 540 43.80 0.45 145 480 4月 1 449 1 167 2 091 4 753 44.35 1.30 161 486 5月 1 456 1 177 2 103 4 914 44.67 1.70 166 479 6月 1 461 1 181 2 077 5 127 44.25 1.65 177 472 表42009年青钢6高炉燃料消耗 kg/t 燃料消耗 焦比 煤比 综合焦比 1月 344 134 491 2月 351 139 490 3月 350 145 480 4月 348 161 486 5月 336 166 479 6月 304 177 472 7月 324 158 484 8月 311 171 479 9月 327 151 480 10月 297 175 474 11月 296 175 472 12月 307 175 484 注 7月及9月喷煤系统出现故障。 4结语 炉料结构调整给提高煤比带来困难， 减少入炉 粉末， 提高高炉透气性， 焦炭、 煤粉质量保障是6高 炉能够提高煤比的3个最重要的基础。煤粉在高炉 中的作用可以分为3种情况， 分别反映了高炉喷吹 煤粉的水平， 6高炉煤比175 kg/t的水平下煤粉仍然 能有效置换焦炭， 在稳定现有水平的情况下， 可以进 一步提高煤比。高风温、 保证富氧是6高炉煤比上 升的重要保障， 进一步提高煤比必须保证富氧率， 以 提高风口燃烧温度， 提高煤粉燃烧率。提高煤比后， 高炉操作发生改变， 操作者必须更好地把握炉况走 势， 提前调剂， 对各种喷煤故障做好应急预案。 另外， 青岛地区冬夏季空气湿度差别较大， 理论 燃烧温度夏季要低于冬季水平， 所以煤比提高在夏 季必须考虑空气湿度影响； 高煤比下富氧作用明显， 但富氧不能作为调剂产量的手段， 必须总结停送氧 时高炉操作的变化， 有条件富氧率应不低于2。 参考文献 ［1］ 刘全兴.炼铁系统提高风温和喷煤特征及价值分析 ［J］ ， 炼铁 交流， 2008 （1） 21-25. ［2］ 杨天钧.高炉富氧煤粉喷吹 ［M］ .北京 冶金工业出版社， 1996. Analysis and the Practice of Increasing Coal Ratio of Qingdao Steel’ s No.6 BF LIU Yu-meng, ZHANG Jian-shu, XU An-po （Qingdao Iron and Steel Holding Group Co., Ltd., Qingdao 266043, China） AbstractAbstract The main factors that restrict the coal ratio increase were as follows after the coal ratio increased, the change of gas distribution caused deficient centre gas flow and expanding peripheral gas flow; easily causing not enough temperature and worsening operation state of the hearth; and large change of BF operation. Through taking a series of measures such as improving and stabilizing the conditions of raw materials and fuel, increasing theoretical combustion temperature and improving the gas distribution in reason, the coal ratio of Qingdao Steel’ s No.6 BF increased to 175 kg/t from 140 kg/t gradually, and the No.6 BF will suffice to increase the coal ratio to higher level. Key wordsKey words blast furnace; pulverized coal injection; coal ratio; fuel ratio 18