高炉极限喷煤.docx

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高炉极限喷煤

高炉喷吹煤

高炉喷吹煤粉技术在中国始于上世纪50-60年代之间，当时采用阳泉煤业集团（前身为阳泉矿务局）洗精无烟煤作为工业性试验对象，分别在北方鞍钢及首钢等地试验成功，其中阳泉煤业集团二矿洗煤厂即专门根据鞍钢对高炉喷吹煤产品的需求而设计的，煤炭洗选质量指标也一直沿袭了试验取得成功后由阳泉矿务局统一制定的系列产品标准（无烟煤）。

目录

1概述

2技术发展路径

3技术经济效应

7重大意义

8中国·国际·差距

9关键技术

10关键设备

高炉喷吹煤-概述

高炉喷吹煤

高炉喷吹煤产品在得到工业性、大面积推广应用的半个世纪以来，随着国内钢铁产能的日益增大及高炉煤粉喷吹关键技术的不断进步和完善，市场需求逐渐扩大，特别是随着中国优质炼焦煤资源的日渐匮乏，高炉喷吹煤在钢铁冶炼工艺环节的地位日益提高，在节约钢铁行业冶炼成本等方面，正在扮演着越来越重要的角色。

其实高炉喷吹煤作为冶金用途而问世的初衷即决定了这样的趋势：

以煤粉部分替代冶金焦炭，使高炉炼铁焦比降低，生铁成本下降；调剂炉况热制度及稳定运行；喷吹的煤粉在高炉风口前气化燃烧降低理论燃烧度，为维持T理，需要补偿，这就为高炉使用高风和富氧鼓风创造了条件；喷吹煤粉替代部分焦炭，一方面可节约焦化投资，少建焦炉，减少焦化引起的空气污染；另一方面可大大缓解炼焦煤供求紧张的状况。

高炉喷吹煤-技术发展路径

起初全部采用无烟煤做喷吹燃料，因为喷吹替代焦炭主要用到的是煤炭中的固定碳元素，100%采用无烟煤喷吹正好迎合了这样的需求和想法。

后来，由于无烟煤供给的有限性及其原煤储量不断减少，市场价格也逐渐攀升，采用更廉价、蕴藏更丰富的长焰煤与无烟煤混合喷吹成为钢铁企业进一步降低冶炼成本的追求目标。

经过许多研究和试验，在混合煤炭磨粉及喷吹过程中采用氮气惰化技术，从而为系统增加安全性、防止煤粉爆炸，是取得混合喷吹的关键技术。

氮气保护系统的试验成功使烟煤作为喷吹燃料进入实质阶段。

根据各厂系统运转的不同状况，北方多数钢厂已经将烟煤混合的比例提高到30%—50%之间，而且烟煤喷吹的加入可以活化高炉还原气氛，为高炉还原铁提供更多的氢元素。

再后来也就是最近两年，由于无烟煤资源的再度紧缺，贫瘦洗精煤也逐渐走入市场，南方武钢、马钢等将三种煤的混合比例一度稳定在1：

1：

1，且取得了较好的经济效应。

可以预见，未来作为节约成本的关键技术，采用三种煤炭资源混合喷吹是发展方向。

高炉喷吹煤煤比呈现逐年上升的趋势，并且逐渐成为钢铁企业不可缺少的炉料之一。

钢铁业经过最近几年的快速扩张，国内炼焦煤资源及冶金焦的供给正在成为“瓶颈”因素。

不象前些年，高炉喷吹煤资源不足，可以多用焦炭、少喷煤，而现在变得可调整的空间和余地越来越小。

按照钢铁工业协会最近几年的统计数据，国内重点大中型钢铁企业平均喷煤比2005年为114KG/吨，2006年达到126KG/吨，2007年可达130KG/吨以上，同时，入炉焦比呈逐年下降的趋势。

高炉喷吹煤-技术经济效应

高炉喷吹煤在生铁冶炼环节的主要作用是部分替代冶金焦，降低焦炭消耗量。

另外可提高高炉风，加大冶炼强度，提高生铁产量水平。

对高炉喷吹煤市场的分析应主要聚焦于对焦炭与高炉喷吹煤相互替代经济效应的判断。

以北方市场各种原料煤及焦炭的采购价格为依据，粗略推算一下喷1吨煤粉可节约冶炼成本的幅度：

计算基础取烟煤与无烟煤的混合比例考虑的上限7：

3，则一吨煤粉的混合采购成本750元/吨，再考虑15%的管道泄露煤粉损失，综合采购成本860元/吨，继续考虑喷吹煤置换焦炭的比例80%，同时考虑喷煤磨粉车间的人工及电力成本（150元/吨），把喷吹煤成本换算至与焦炭可比，则最终喷煤与焦炭可比价格为：

（860+150）/80%=1260元/吨。

最终喷1吨煤粉置换冶金焦的经济效益可达2150-1260=890元/吨。

与2006年期间相对稳定的喷吹煤与冶金焦的价格差200-300元/吨扩大了700元/吨之多。

高炉喷吹煤与冶金焦之间相互替代的功效及价格差距大幅度扩大，为高炉喷吹煤市场稳定上行提供了有力支撑。

高炉喷吹煤-重大意义

 1、减少炼焦过程对环境的污染。

高炉喷煤代替焦炭，就减少了高炉炼铁对焦炭的需求。

减少焦炭的需求，就可以使焦炉少生产焦炭。

焦炉少生产焦炭或少建焦炉，就可以减少对环境的污染。

2、缓解国内主焦煤的短缺，优化炼铁系统用能结构。

炼焦配煤一般需要配50％以上的主焦煤，以满足高炉炼铁对焦炭质量方面的要求。

喷吹煤粉的煤种广泛，可以不使用主焦煤。

这就缓解了国内主焦煤的短缺，同时也降低了炼铁系统的购煤成本。

3、高炉喷煤可以实现结构节能。

2006年中国重点钢铁企业焦化工序能耗为123.41kgce／t，喷煤的制粉和喷吹所需的能耗在20~35kgce／t。

高炉每喷吹1t煤粉，就可以产生炼铁系统用能结构节约lOOkgce／t的效果。

4、高炉喷煤可降低炼铁系统的投资。

据统计，国外建设喷煤车间的投资是焦化厂单位投资的25％~30％，转换为冶金焦的单位投资是30％~40％；中国喷煤车间的单位投资是焦化厂建设单位投资的12％~16％，为冶金焦部分投资的15％~20％。

所以，在新建和扩容高炉时，喷煤车间必须同步实施，这样会有较大的经济效益。

5、煤粉代替焦炭会有巨大的经济效益。

目前，焦炭和煤粉的每吨价差在400~500元。

一个年产400万t的炼铁企业，如果喷煤比在130kg／t，就可以年喷吹52万t煤粉，代替的等量的焦炭，可以产生年降低208~260万元的炼铁成本。

6、提高企业劳动生产率，降低生产运行费。

喷煤车间的员工人数和生产运行费用要比焦化厂少，这样就可以产生因高炉喷煤而提高钢铁企业劳动生产率、障低生产运行费用的效果。

高炉喷吹煤-中国·国际·差距

据统计，2006年中国大中型钢铁企业高炉喷煤比135kg／t，比上年度提高llkg／t，全年重点钢铁企业喷煤总量为4046万t，创出中国历史最好水平。

2006年全国有9个企业喷煤比超过150kg／t，他们是：

宝钢股份207、长治188、武钢179、石钢160、新兴铸管159、江阴兴澄155、邢台155、天铁154和韶关151。

中国炼铁企业喷煤技术发展不平衡，2006年在全国重点钢铁企业之中尚有一个企业没有喷煤，还有7个企业年平均喷煤比低于l00kgce／t。

中国高炉喷煤水平与国际先进水平尚有较大差距，国际领先的高炉喷煤比是266kg／t，宝钢也曾达到过260kg／t的水平。

国际先进水平的喷煤比为180~200kg／t。

《中国钢铁工业科学与技术发展指南2006~2020年》中提出了高炉喷煤指标：

2006~2010年全国重点钢铁企业喷煤量≥160kg／t，2011~2020年全国重点钢铁企业喷煤量≥180kg／t。

高炉喷吹煤-关键技术

高喷煤比的关键技术是：

保持炉缸热量充沛技术，提高煤粉燃烧率技术，提高炉料透气性技术和煤焦置换比高的相关技术。

保持炉缸热量充沛技术

 高炉炼铁正常生产需要炉缸有充沛的热量，以保证铁矿石还原，渣铁流动性好、易分离，炉渣脱硫率高和透气性好。

炉缸热量是用炉缸理论燃烧温度来表示。

炉缸热量充沛是要求炉缸的温度和热量要高。

理论燃烧温度在2200±50℃视为合理值。

煤粉喷进风口后需要吸收热量。

首先是煤粉被加热，然后是挥发分燃烧和碳素燃烧。

这样，每喷吹l0kg/t无烟煤会使炉缸温度下降15~20℃，l0kg/t烟煤会使炉缸温度下降20~25℃。

喷煤量大于l00kg／t会使炉缸温度下降150~250℃以上。

高喷煤比会使炉缸温度下降幅度更大。

为使炉缸温度保持在2200±50℃合理范围内，就需要采取保持炉缸温度的技术措施，具体办法是：

1、提高热风温度：

热风温度升高l00℃，可使炉缸理论燃烧温度升高60℃，允许多喷30~40kg／t煤粉。

2、进行富氧鼓风：

富氧率提高1％，炉缸理论燃烧温度升高40~50℃，允许多喷煤粉20~30kg／t。

3、进行脱湿鼓风：

鼓风湿度每降低1g／m3，理论燃烧温度升高6~7℃，允许多喷3~4kg／t煤粉。

提高煤粉燃烧率技术

煤粉在炉缸内的燃烧包括可燃气体煤粉受热分解而来的分解燃烧和固态碳煤粉分解后残留碳表面燃烧。

这些燃烧情况取决于温度、氧气含量和煤粉的比表面积和燃烧时间。

宝钢测定高炉喷煤比在170kg／t、205kg／t、203kg／t时，煤粉在风口回旋区的燃烧率分别为84.9％、72.0％和70.5％。

这说明还要有30％左右的煤粉要在风口回旋区以上的炉料中进行燃烧和气化。

高炉内未能燃烧的煤粉将会被高速的煤气流带出高炉，致使煤气除尘灰中的含碳量增多。

所以说，除尘灰中含碳量多少，是煤粉燃烧率高低的重要标志。

提高煤粉燃烧率的技术措施是：

1提高热风温度：

喷煤比在180~200kg／t需要有1200℃以上的热风温度。

2进行富氧鼓风：

既可提高炉缸温度，又提供了氧气助燃剂，喷煤比在180~200kg／t时需要富氧3％以上；在燃烧学理论上，要求要有1.15以上的空气过剩系数。

3提高煤粉的比表面积：

要求煤粉粒度-200网目要大于85％。

采用烟煤和无烟煤混合喷煤烟煤中的挥发分遇高温时要分解，致使煤粉爆裂，增加煤粉比表面积。

4进行脱湿鼓风：

可以产生提高炉缸温度和鼓风中氧气含量的效果。

将鼓风温度控制在6％左右。

5提高炉顶煤气压力，减小煤气流速，延长煤粉在炉内燃烧的时间，降低煤气压力差。

据测算，煤粉在炉缸的燃烧时间在0.01~004s内，其加热速度103~106k／s。

3提高料柱透气性技术

高炉正常操作要维持一个合理的煤气压差值，即热风压力减去炉顶压力的数值。

一些高炉工作者采用炉料透气性指数来操作高炉。

料柱透气性高低是由多方面因素所决定的，只有采取综合措施才能提高料柱的透气性。

1提高高炉入炉矿含铁品位，减少渣量。

高炉内煤气阻力最大的地方是软熔带。

特别是铁矿石刚开始熔化，还原成FeO和形成初渣，渣铁尚未分离，尚未滴落至炉缸。

如果高炉入炉品位在60％以上，吨铁渣量小于300kg，煤气的阻力会大大缩小，也会减少炉渣液泛现象。

2提高焦炭质量，特别是焦炭的热性能，会大大提高炉料柱透气性。

焦炭在高炉内是起骨架作用。

特别是在高喷煤比条件下，焦比低，焦炭的骨架的作用就更加重要了。

可以说，焦炭的质量好坏决定了高炉的容积大小和喷煤比水平的高低。

高喷煤比对焦炭质量的要求是：

M40在80％以上，M10小于7％，灰分小于12.5％，硫分小于0.65％，热强度CSR>60％，热反应性CRI<30％。

对于2000m3，以上容积的大高炉，喷煤比在160kg／t以上时，要求焦炭质量要更好一些：

M40≥85％，M10≤6.5％，灰份≤12．0％，硫份≤0.6％，CSR≥65％，CRI≤26％。

同时要求焦炭中K2O+Na2O的含量要<3.0kg／t。

3炉料成分、性能稳定、均匀

炉料成分稳定是指炼铁原料含铁及杂质和碱度波动范围小。

工业发国家要求烧结矿含铁波动范围是±0.05％，碱度波动0.03倍。

我国炼铁企业要求是铁份波动±0.5％，碱度波动±0.05倍。

因为含铁品位和碱度的波动会造成软熔带透气性的巨大变化高硅铁和高碱度渣熔化温度高，流动性差。

铁矿石的软化温度、软化温度区间、熔滴温度和熔滴温度区是铁矿石冶金性能的重要指标，对于炼铁技经指标和炉料透气性有重大影响。

所以要求炉料的冶金性能要稳定。

要求炉料粒度要均匀，就是减少炉料在炉内的填充作用。

如果炉料粒度大小不均且混装，就会使炉料空间减少。

如同4个苹果之间夹着乒乓球，造成空间减小。

我们希望炉料的空间有0．44，以利于煤气流的畅通。

要求炉料中5~10mm粒度的含量要小于30%，一定不要超过35％，否则会对炉料的透气性产生重大影响。

炼铁原料（烧结、球团、块矿）的转鼓强度高、热稳定性好、还原性能好、性能稳定等为高炉顺行创造良好条件，提高烧结矿（碱度在1.8~2.0倍）的碱变，会使转鼓强度高、冶金性能好的优点。

连篦机-回转窑生产的球团矿质量和工序能耗均比竖炉所生产的球团好。

入炉的块矿要求是含水分低、热爆裂性差、还原性能好、粒度偏小。

4优化高炉操作技术会有效地提高炉料透气性。

大高炉采用大矿批，使焦炭料层厚度在0.5~0.6m，在变动焦炭负荷时，也不要轻易变动焦炭的料层厚度。

使高炉内的焦炭起到透气窗的作用，对于保持和提高高炉炉料的透气性十分重要。

优化布料技术（料批、料线、布料方向等）和适宜的鼓风动能（调整风口径和风口长度），可以实现高炉内煤气流均匀分布，同时有增加炉料透气性的作用。

合理的鼓风动能使炉缸活跃，布料合理可以实现煤粉在炉料中充分燃烧，减少未燃煤产生量。

稳定高炉的热制度、送风制度、装料制度、造渣制度会给高炉的高产、优质、低耗、长寿、高喷煤比带来有利条件。

高炉生产需要稳定。

稳定操作会创造出炼铁的高效益。

减少人为因素，提高对高炉生产的现代化管理水平，会促进炼铁生产技术的发展。

4提高煤焦置换比技术

上述3个小节中所讲述的技术也均是提高煤焦置换比的技术。

本节从喷煤管理角度来分析提高煤焦置换比的因素。

1提高喷吹煤的质量。

因为喷吹煤粉的品种广泛，所以要求煤的质量应是好磨、含碳链高（要求煤粉的灰份一定要低于焦炭的灰分含量）、含硫低、流动性好等。

煤粉中含有K2O+Na2O总量要小于3.0kg/t.因为K、Na在高炉内会造成结瘤和焦炭易产生裂纹，致使焦炭强度下降。

2煤粉喷吹要均匀，高炉所有风口均要喷煤，流量要实现均匀、稳定。

高炉均匀喷吹煤粉，会使高炉每个风口的鼓风动能一致，并会使炉缸热量分配均匀，促使高炉生产顺行和喷煤量的提高，进而煤焦置换比得到提高。

为保证各风口喷煤量均匀，建议将煤粉分配器高位安置，使各单只管路尽量长短相近，不让煤粉走捷径个别风口多喷的现象出现。

3采用烟煤和无烟煤混喷有利于提高喷煤比和煤焦置换比。

烟煤挥发高，且含有一定水分，进入风口后会爆裂，促进分解燃烧和残碳燃烧，燃烧效率高。

建议烟煤配比在30%左右。

配比太高后管路的安全措施要加强，并且煤粉含碳量下降会造成煤焦置换比降低的现象。

4关于高炉喷煤比高低的衡量标准。

因各炼铁企业生产条件的不同，高炉极限的高喷煤比数值是不同的，但是，行业对于喷煤极限值的认识是一致的：

在增加喷煤量的同时，高炉燃料比没有升高，这是个最佳喷煤值。

验证的第二个方法就是：

高炉煤气除尘会中的含碳量没有升高，洗涤水中没有浮上一层如油一样的碳粉。

提高煤技术措施

1、提高热风温度：

喷煤比在180~200kg／t需要有1200℃以上的热风温度。

2、进行富氧鼓风：

既可提高炉缸温度，又提供了氧气助燃剂，喷煤比在180~200kg／t时需要富氧3％以上；在燃烧学理论上，要求要有1.15以上的空气过剩系数。

3、提高煤粉的比表面积：

要求煤粉粒度-200网目要大于85％。

采用烟煤和无烟煤混合喷煤烟煤中的挥发分遇高温时要分解，致使煤粉爆裂，增加煤粉比表面积。

4、进行脱湿鼓风：

可以产生提高炉缸温度和鼓风中氧气含量的效果。

将鼓风温度控制在6％左右。

5、提高炉顶煤气压力，减小煤气流速，延长煤粉在炉内燃烧的时间，降低煤气压力差。

据测算，煤粉在炉缸的燃烧时间在0.01~004s内，其加热速度103~106k／s。

提高料柱透气性技术

高炉正常操作要维持一个合理的煤气压差值，即热风压力减去炉顶压力的数值。

一些高炉工作者采用炉料透气性指数来操作高炉。

料柱透气性高低是由多方面因素所决定的，只有采取综合措施才能提高料柱的透气性。

1、提高高炉入炉矿含铁品位，减少渣量。

高炉内煤气阻力最大的地方是软熔带。

特别是铁矿石刚开始熔化，还原成FeO和形成初渣，渣铁尚未分离，尚未滴落至炉缸。

如果高炉入炉品位在60％以上，吨铁渣量小于300kg，煤气的阻力会大大缩小，也会减少炉渣液泛现象。

2、提高焦炭质量，特别是焦炭的热性能，会大大提高炉料柱透气性。

焦炭在高炉内是起骨架作用。

特别是在高喷煤比条件下，焦比低，焦炭的骨架的作用就更加重要了。

可以说，焦炭的质量好坏决定了高炉的容积大小和喷煤比水平的高低。

高喷煤比对焦炭质量的要求是：

M40在80％以上，M10小于7％，灰分小于12.5％，硫分小于0.65％，热强度CSR>60％，热反应性CRI<30％。

对于2000m3，以上容积的大高炉，喷煤比在160kg／t以上时，要求焦炭质量要更好一些：

M40≥85％，M10≤6.5％，灰份≤12．0％，硫份≤0.6％，CSR≥65％，CRI≤26％。

同时要求焦炭中K2O+Na2O的含量要<3.0kg／t。

3、炉料成分、性能稳定、均匀。

炉料成分稳定是指炼铁原料含铁及杂质和碱度波动范围小。

工业发国家要求烧结矿含铁波动范围是±0.05％，碱度波动0.03倍。

我国炼铁企业要求是铁份波动±0.5％，碱度波动±0.05倍。

因为含铁品位和碱度的波动会造成软熔带透气性的巨大变化高硅铁和高碱度渣熔化温度高，流动性差。

铁矿石的软化温度、软化温度区间、熔滴温度和熔滴温度区是铁矿石冶金性能的重要指标，对于炼铁技经指标和炉料透气性有重大影响。

所以要求炉料的冶金性能要稳定。

要求炉料粒度要均匀，就是减少炉料在炉内的填充作用。

如果炉料粒度大小不均且混装，就会使炉料空间减少。

如同4个苹果之间夹着乒乓球，造成空间减小。

我们希望炉料的空间有0．44，以利于煤气流的畅通。

要求炉料中5~10mm粒度的含量要小于30%，一定不要超过35％，否则会对炉料的透气性产生重大影响。

炼铁原料（烧结、球团、块矿）的转鼓强度高、热稳定性好、还原性能好、性能稳定等为高炉顺行创造良好条件，提高烧结矿（碱度在1.8~2.0倍）的碱变，会使转鼓强度高、冶金性能好的优点。

连篦机-回转窑生产的球团矿质量和工序能耗均比竖炉所生产的球团好。

入炉的块矿要求是含水分低、热爆裂性差、还原性能好、粒度偏小。

4、优化高炉操作技术会有效地提高炉料透气性。

大高炉采用大矿批，使焦炭料层厚度在0.5~0.6m，在变动焦炭负荷时，也不要轻易变动焦炭的料层厚度。

使高炉内的焦炭起到透气窗的作用，对于保持和提高高炉炉料的透气性十分重要。

优化布料技术（料批、料线、布料方向等）和适宜的鼓风动能（调整风口径和风口长度），可以实现高炉内煤气流均匀分布，同时有增加炉料透气性的作用。

合理的鼓风动能使炉缸活跃，布料合理可以实现煤粉在炉料中充分燃烧，减少未燃煤产生量。

稳定高炉的热制度、送风制度、装料制度、造渣制度会给高炉的高产、优质、低耗、长寿、高喷煤比带来有利条件。

高炉生产需要稳定。

稳定操作会创造出炼铁的高效益。

减少人为因素，提高对高炉生产的现代化管理水平，会促进炼铁生产技术的发展。

提高煤焦置换比技术 

1、提高喷吹煤的质量。

因为喷吹煤粉的品种广泛，所以要求煤的质量应是好磨、含碳链高（要求煤粉的灰份一定要低于焦炭的灰分含量）、含硫低、流动性好等。

煤粉中含有K2O+Na2O总量要小于3.0kg/t.因为K、Na在高炉内会造成结瘤和焦炭易产生裂纹，致使焦炭强度下降。

2、煤粉喷吹要均匀，高炉所有风口均要喷煤，流量要实现均匀、稳定。

高炉均匀喷吹煤粉，会使高炉每个风口的鼓风动能一致，并会使炉缸热量分配均匀，促使高炉生产顺行和喷煤量的提高，进而煤焦置换比得到提高。

为保证各风口喷煤量均匀，建议将煤粉分配器高位安置，使各单只管路尽量长短相近，不让煤粉走捷径个别风口多喷的现象出现。

3、采用烟煤和无烟煤混喷有利于提高喷煤比和煤焦置换比。

烟煤挥发高，且含有一定水分，进入风口后会爆裂，促进分解燃烧和残碳燃烧，燃烧效率高。

建议烟煤配比在30%左右。

配比太高后管路的安全措施要加强，并且煤粉含碳量下降会造成煤焦置换比降低的现象。

4、关于高炉喷煤比高低的衡量标准。

因各炼铁企业生产条件的不同，高炉极限的高喷煤比数值是不同的，但是，行业对于喷煤极限值的认识是一致的：

在增加喷煤量的同时，高炉燃料比没有升高，这是个最佳喷煤值。

验证的第二个方法就是：

高炉煤气除尘会中的含碳量没有升高，洗涤水中没有浮上一层如油一样的碳粉。

高炉喷吹煤-关键设备

为了提高提高煤粉的比表面积：

要求煤粉粒度-200网目要大于85％，而要达到这一细度，就要将原煤进行粉磨，其关键设备就是中速磨煤机，该种设备设计结构紧凑，工作效率高，有效地缩短了工艺流程，同时所产煤粉由于比表面积的增大燃烧充分，有利于冶炼需求。