凌鋼高比例褐煤噴吹工藝技術探析論文
原標題：凌鋼2300m3高爐褐煤噴吹工藝及實踐
摘要：為了降低凌鋼煉鐵成本，對凌鋼2 300 m3高爐噴吹褐煤的工藝進行探討，找出合理的配煤比例以及其爆炸性控制、著火點、揮發分和系統氧含量等關鍵技術參數。對凌鋼2 300 m3高爐噴吹褐煤工藝進行改進，褐煤噴吹比例逐步穩定在30 %,達到降低煉鐵成本的目的。
關鍵詞：高爐；噴吹褐煤；配煤比例
凌鋼高爐原設計采用的噴煤結構為無煙煤與煙煤混合噴吹模式，以期達到煤粉燃燒率高，充分發揮無煙煤與煙煤的相互促燃作用。隨著降成本壓力的增強，結合本地低品質褐煤資源較豐富，相對于常用的無煙煤和煙煤具有很大的價格優勢，2015年凌鋼第二煉鐵廠決定優化噴煤結構，提高褐煤的噴吹比例，進一步降低煉鐵成本。凌鋼第二煉鐵廠聯合北京科技大學進行了噴吹高比例褐煤工藝技術的研究，并在凌鋼第二煉鋼廠進行實踐，形成了1套經濟安全的高比例褐煤噴吹工藝，最終實現了褐煤混合噴吹的目標。
1噴吹煤種的選擇
高爐噴煤要綜合考慮噴吹效果和經濟效果。通過合理的配煤技術，實現對不同煤種的性能和成分優化，從而擴大噴煤的品種選擇，更加有效地進行成本控制[1,2].
褐煤的煤化程度低，同焦煤和其他優質煤種相比，在含水量、熱值、抗風化能力以及自燃特性方面具有相對的劣勢，不利于工業長途運輸和存儲[3].但褐煤的`優勢在于價格低，因此在化工、動力和燃料使用方面具有廣泛的應用。凌鋼周邊的褐煤資源豐富，含硫量比較低，噴煤中添加褐煤對于目前的冶煉成本控制具有關鍵的影響。
2煤粉的工業分析及性能分析
通過對各煤種取樣化驗，出具了相關煤粉工業分析（ 見表1） 及性能分析（ 見表2）。
2. 1煤粉性能
高爐噴煤對煤粉的成分和性能要求較高，如高出粉率、高置換比、高燃燒率及高反應性等方面。高爐噴吹高反應性的煤粉，能夠顯著提高煤粉燃燒率，提高噴吹量，減少焦炭在爐內的氣化反應，從而在一定程度上降低焦炭的消耗。電精煤揮發分較低，無爆炸性，固定碳含量較高，但著火點較高，燃燒率、反應性較低，單位熱值最高，置換比低約為0. 75; 褐煤揮發分高，爆炸性強，固定碳含量較低，但著火點低，各溫度下的燃燒率及反應性較高，在噴吹氣化燃燒過程中，反應速度快、效率高。同其它的煤種相比，褐煤發熱值最低，置換比較低約為0. 6,但是褐煤市場價較低，因此應用較廣。
2. 2混合煤粉性能
煤粉的揮發分含量越高，煤粉爆炸性越強，如可燃基揮發分大于25 %的煤，具有強烈爆炸性能； 可燃基揮發分小于10 %的煤，沒有爆炸性能。在噴吹褐煤時控制混煤揮發分質量分數必須小于25 % .由表1可知，80 %電精煤加20 %褐煤、70 %電精煤加30 %褐煤混合煤粉的揮發分均小于25 % .另外，粒度越小，煤粉的比表面積就越大，煤和空氣的接觸面積越大，爆炸性能越強。實驗室研究中小于0. 074 mm的粒度比率少于40 %時，爆炸性能大大降低。
從電精煤與褐煤的混合性能來看，隨著褐煤比例的增加，混煤著火點逐漸降低，且2種比例的配煤均無爆炸性。顯而易見，在80 %電精煤加20 %褐煤、70 %電精煤加30 %褐煤配比下，混合煤粉各項參數能夠得到較好的優化。
2. 3安全參數
研究發現，界限氧體積分數測定為22 %,25 %,28 %的3種混合煤種的爆炸壓力（Pmax） 隨著氧體積分數的降低都有不同程度的降低。當氧體積分數降至10 %時，爆炸壓力減少了50 %; 當氧體積分數大于10 %時，爆炸壓力隨揮發分的升高而升高； 當氧體積分數小于10 %時，3種揮發分的混合煤樣爆炸壓力趨于一致； 當氧體積分數降至6 %時，3種揮發分的混合煤樣都不具備爆炸性，見圖1.理論上只要氧體積分數小于6 %,不會發生爆炸。在煤粉爆炸的三要素中，控制制粉系統的含氧量和著火溫度是關鍵。
3凌鋼2 300 m3高爐噴吹褐煤工藝的設計特點
褐煤是在所有煤種中爆炸性最強的煤種。揮發分高造成煤粉爆炸性強，水分高會限制磨煤機的出煤能力和煤粉的輸送。
采用目前普遍采用的方法，利用熱風爐煙道廢氣作為磨機的干燥劑同時又作為抑制爆炸的保護性氣體。當含氧體積分數低于6 %時，可以起到完全抑制爆炸的作用。凌鋼第二煉鐵廠對熱風爐煙道廢氣進行實測的結果表明，廢氣氧體積分數的波動范圍在0. 6 % ~ 2. 5 %,平均φ（O2）1. 5 % ~ 2. 1 % .采用中速磨煤機制粉單罐并列高壓噴吹，磨機入口干燥劑設計溫度小于300 ℃。熱風爐煙道廢氣的低氧特性，對褐煤的易燃、易爆起到顯著的抑制作用。
4凌鋼2 300 m3高爐褐煤混合噴吹效果
試噴期間，高爐運行平穩，爐溫穩定，煤氣利用合理，各項指標完成較好，對高爐爐況未產生影響，煤粉結構優化，降低了燃料成本。表3列出了噴吹褐煤前后高爐技術經濟指標對比情況。
5結語
1） 高爐噴煤技術的目的在于通過合理的配煤，達到優化噴吹煤粉性能，降低高爐燃料成本，達到進一步降低煉鐵工藝成本的目的，在目前嚴峻的鋼鐵市場形勢下，配煤技術研究就顯得尤為關鍵。
2） 凌鋼對自身的噴煤技術進行了優化，尤其是提高了褐煤的使用水平，褐煤最高使用比例達到30 %以上，在保證高爐順行穩定的前提下，顯著降低了高爐燃料成本。
3） 以高爐順行穩定為前提，不斷提高褐煤的使用比例，同時保證整個噴煤系統的安全，才能不斷體現降低煉鐵成本的優勢。
參考文獻：
[1] 邢本策，王再義，王相力，等。高爐噴吹褐煤的可行性研究[J].鞍鋼技術，2006（6） :21-24.
[2] 李曉芳。高爐噴吹煙煤中添加褐煤的可行性研究[J].金屬材料與冶金工程，2010,38（4） :35-37.
[3] 邵俊杰。褐煤提質技術現狀及我國褐煤提質技術發展趨勢初探[J].神華科技，2009,7（2） :17-22.
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