炼铁厂高炉喷煤实际置换比论证

-1-炼铁厂1#高炉喷煤实际置换比论证炼铁厂喷煤项目于2010年10月26日投产。前期调试阶段喷煤量并不稳定，喷煤比没有达到预期目标，随着喷煤设备运行的逐步好转，喷煤比逐渐提高到100kg/t·Fe，焦炭负荷明显增加，由2.83增加到目前的3.39。喷煤项目投产后，使高炉调剂手段更加灵活，煤气利用率提升，高炉炉缸工作状态得到改善，综合冶炼强度提高，高炉利用系数多次突破4.0，为降低生产成本，提高经济效益，强化高炉冶炼创造了条件，缓解了焦炭采购的资金压力。为了找出喷煤比的最佳冶炼点，也为高炉操作者提供理论依据，根据相关数据对喷煤实际置换比进行了分析论证，主要内容如下：一、影响喷煤置换比的因素每喷吹单位重量煤粉所能代替的焦炭量叫煤粉置换比。影响置换比最直接的因素就是煤粉含碳量。显然，含碳量越高，置换比也越高。但置换比不是独立存在的，受原料条件、煤的燃烧率、气化程度、炉顶压力、风温、炉况等多种因素的影响。要明确置换比，就要考虑多方面的影响。目前炼铁1#高炉的热风温度基本维持在1050℃左右，理论燃烧温度能够满足100kg/t·Fe的喷吹要求，如进一步提高喷煤比，需采取富氧喷煤。1、原料条件。原料粒度不均匀直接影响块状带料层的空隙度，恶化料柱透气性。2、煤粉质量。煤的成分直接影响置换比提高。煤粉在风口前燃烧充分时，气化程度好，置换比高；若燃烧不好，就会产生大量残碳，还可能恶化炉况，影响喷吹效果，置换比降低。因此提高煤粉燃烧率有利于提高置换比。3、炉顶压力。炉顶压力对置换比有一定的影响，炉顶压力高，炉况顺行好，煤气利用率高，置换比高，维持高顶压有利于提高置换比。4、热风温度。热风温度对置换比影响很大，因为风温高低影响煤粉的燃烧率，而燃烧率与置换比成正比例关系。5、高炉炉况。高炉炉况顺行程度也直接影响置换比，炉况越顺，置换比越高。-2-二、有关置换比的计算公式1、现场计算置换比：现场计算置换比＝每批料减增焦炭量×小时上料批数/小时增减喷煤量2、理论置换比：在冶炼条件相对稳定的前提下，以高温区域为基础，将喷吹煤粉和焦炭均换算成焦炭碳素的热量，求两者之比值。R理＝q焦/q煤q焦＝9800×焦炭固定碳量－2760×焦炭灰分含量－20000×焦炭中的硫含量q煤＝9400×煤粉固定碳量－2800×煤粉灰分含量－20000×煤粉中的硫含量3、平均置换比：置换比＝GKK10式中：K0——全焦冶炼焦比K1——实时喷煤焦比G——煤比4、基准期置换比：置换比＝1221GGKKK式中：K1、K2——分别为基准期喷煤焦比、实时喷煤焦比ΣΔK——喷吹煤粉期间，除喷煤因素以外其他因素影响焦比数值的代数和G1、G2——分别为增减喷吹煤粉各冶炼阶段的煤比(注：由于公司喷煤系统投产以来，正处于磨合期间，日喷吹量并不稳定，喷吹量调剂频繁，不能保证喷吹均衡，无法确定基准期，所以基准期公式计算有待喷吹生产稳定后计算确认。)三、置换比的计算过程由于影响置换比的因素较多，为分析喷煤实际置换比的影响因素，现将1月6日～1月12日的生产数据统计如下：（说明：表三中的实际置换比为理论置换比和平均置换比的平均值。因为理论置换比只考虑焦煤固定碳之间的置换，没有考虑生产影响因素，而平均置换比包括全部对置换比的影响因素，但其影响因素并不能完全是由喷煤所致，所以取其平均值。）-3-表一：高炉原料成分炉尘成分表日期焦炭固定碳，%煤粉固定碳，%焦炭灰分，%煤粉灰分，%焦炭硫含量，%煤粉硫含量，%重力灰含碳量，%瓦斯灰含碳量，%1/684.7777.3413.4814.500.340.63724.2513.231/784.3477.3413.9214.500.3770.63726.3515.641/884.8373.9713.9415.060.350.5228.2118.81/984.8377.0313.9416.980.350.5222.8817.611/1082.4477.0315.9316.980.340.5224.4416.591/1184.2377.0314.1316.980.330.5244.9115.681/1285.2477.0313.0616.980.420.5231.9115.87表二：其他影响置换比指标日期日料批风温风压炉顶压力透气指数小时喷煤量1/615210372.58112.758.137.231/715710312.52111.928.207.231/816210472.46109.008.547.551/915210502.44109.138.387.061/1016110502.57111.637.967.611/1115910432.46112.048.217.541/1216110602.44110.758.087.57表三：生产指标及置换比计算结果日期产量全焦冶炼焦比喷煤净焦比焦丁比煤比喷煤量理论置换比平均置换比实际置换比1/61595.80520.88393.4124.59108.67173.610.8560.9470.9021/71543.80520.88395.5125.94112.35173.450.8630.8850.8741/81586.00520.88379.4826.61114.18181.090.8181.0000.9091/91464.00520.88411.1427.19115.77169.490.8480.7130.7811/101577.50520.88374.9426.31115.73182.570.8801.0340.9571/111458.60520.88403.9628.06124.06180.950.8540.7160.7851/121549.30520.88380.6526.39117.24181.640.8420.9710.907平均1539.29520.88391.3026.44115.43177.540.8500.8950.874（注：全焦冶炼时焦比取2010年9月份平均焦比497.23kg/t计算，焦丁比26.28kg/t。）-4-图一：各置换比对比分析表四、通过炉尘灰含碳量验证喷吹置换比煤粉燃烧率：是衡量煤粉性能优劣和评价高炉风口燃烧状况好坏的一个重要指标，强化煤粉在风口前的燃烧是高炉进行大喷煤的一个基本的前提。（注：无烟煤喷吹不利于提高煤粉燃烧率，高炉内未燃煤粉的数量增加，未燃煤粉的活性降低，当未燃煤粉的数量超过了高炉可以接受的范围，就会给高炉透气性带来十分不利的影响，从而限制了高炉喷煤量的提高。此外无烟煤的煤源与煤质都难以长期保证。但无烟煤含碳量高，发热值也高，从而煤焦置换比比较高。煤粉的粒度越细，其燃烧性能就越好，因为无烟煤的燃烧过程是由外到内的层状燃烧过程。在喷吹煤粉中－200目煤粉的比例达到80%时，大部分煤粉在回旋区距风口0.8m处就可以燃烧气化。烟煤的反应性要优于无烟煤。在混合煤粉的反应性实验中，烟煤含量为45%-50%，无烟煤为50%-55%的比例的混合煤粉反应性指数比较高。国内的研究实践表明，烟煤加入无烟煤的混合效应将视煤种以及混合比的不同而变化，同时考虑喷吹安全问题。）高炉喷吹煤粉大部分在风口前燃烧，未燃尽的残炭部分积存在炉缸（死料柱表面）内，参加非铁元素还原等。其余的随煤气流上升，部分粘附在软溶带上，进行FeO的直接还原和碳气化反应，未燃煤粉在块状带主要通过气化反应消耗，在炉内没有消耗利用掉的煤粉将随炉顶逸出炉外进入瓦斯灰中。如未燃煤粉过多时，将导致瓦斯灰中的含碳量上升。通过对炼铁厂1#高炉炉尘取样分析，炉尘中碳含量的变化幅度在喷煤比超过120kg/t·Fe以后波动很大。1月6日～1月12日的喷煤比波动在108.67kg/t·Fe～124.06kg/t·Fe区间时，一、二次灰比（一次灰比指重力除尘灰，二次灰比指瓦斯灰）的含碳量变化分别为00.10.20.30.40.50.60.70.80.911.12011年1月6日2011年1月8日2011年1月10日2011年1月12日理论置换比平均置换比实际置换比-5-22.88%～44.91%、13.23%～18.80%之间，在喷煤比108.67kg/t·Fe时，瓦斯灰含碳量最低，在喷煤比124.06kg/t·Fe时，重力除尘灰的含碳量最高。一、二次灰比的含碳量随着煤比的提高略有上升，说明喷煤比达到100kg/t·Fe以后，随着喷吹量的增加，未燃煤粉数量上升，随煤气进入炉尘中，导致炉尘含碳量升高,尤其在1月11日喷煤比达到124.06kg/t·Fe时,重力除尘灰中的固定碳含量急剧上升，达到44.91%，图上曲线表现突出，并且当天的净焦比在一周的数据分析中也属于较高范围之内。图二：一、二次灰比波动曲线图05101520253035404550108.67112.35114.18115.77115.73124.06117.24重力除尘布袋除尘通过对近一周的炉尘成分分析，在一定条件下，煤比与炉尘含碳量成正比例关系，在目前没有富氧的情况下，一味的追求高煤比会适得其反，给高炉顺行带来威胁。但从喷煤前期煤比小于100kg/t·Fe的数据（数据取值为2010年11月7日～11月16日，一、二次灰比平均含碳量分别为：23.32%、37.80%。炉尘含碳量标准值在8%～20%区间）分析时发现，其炉尘一、二灰比的含碳量反倒要高于目前的含碳量，说明喷煤初期高炉生产及喷煤系统的运行处于非正常状态，并且近一步验证了影响置换比的因素并不仅仅是煤焦固定碳之间的置换，还包括高炉操作与炉况的顺行等其他因素。从目前炼铁厂1#高炉各项生产技术指标统计分析来看，炉况顺行较好，煤气利用率高（2010年煤气平均利用率41.60%，与2010年相比近一周的煤气利用率提升2.70%,有关数据详见表四），含铁原料吹出量减少，也与当前净焦比-6-实现破四见三得到很好的印证，如果高炉冶炼盲目的追求高产，其经济效益指标并不会很理想。表四：煤气成分及煤气利用率表日期COCO2O2N2煤气利用率1/623.818.30.357.643.47%1/722.518.50.658.445.12%1/823.418.50.158.044.15%1/1122.217.51.059.344.08%1/1222.918.50.158.544.69%平均22.9618.260.4258.3644.30%五、提高喷吹置换比的措施1、保证煤粉的质量。主要是煤的灰分和硫含量应与焦炭灰分和含量相当或最好不低于焦炭的灰分和硫含量。一般煤粉灰分降低1%，置换比提高1.5%左右。2、尽可能提高煤粉在风口前的燃烧率，减少未燃煤粉的数量，这就要求维持合理的细度，有足够的氧过剩系数，保持一定的理论温度和均匀喷吹。3、搞好精料工作，筛除粉末、整粒，降低烧结矿的低温还原粉化率，以保持料柱有良好的透气性和透液性。4、优化高炉操作。随着喷煤量的提高，高炉下部热风压力增高，炉内压差增高，给高炉顺行带来威胁。此时，要遵守“上稳下活，强化中心”的原则，要逐步摸索高压差的操作，解决的关键是要打开中心气流，使高炉中心气流强而笮，促使炉缸活跃。(根据其他企业的经验表明单环布料，中心焦在10%左右；多环布料，中心焦25%左右。边缘煤气中CO2%在15%～18%，中心煤气中CO2%在5%～10%，炉况稳定顺行，煤气利用率高，对炉墙损害最小。在炉役中后期中心CO2%值还可以适当降低，边缘CO2%值适当提高，以保护炉墙，同时又能维持高炉顺行。)5、提高风温使用水平。实现大喷煤比，风口前理论燃烧温度大幅度降低，每增加煤比10kg/t，约降低理论燃烧温度20-25℃，必须有足够的热补偿，而提高风温可大幅度地降低焦比，热风温度升高100℃可降低炼铁焦比15kg/t。因此必须提高热风温度，才有利于煤粉的燃烧。-7-6、适当富氧。富氧能够提高理论燃烧温度，减少煤气发生量，与喷煤相结合不仅降低燃料比，还有利于增加喷煤量。随着煤比的提高，提高富氧率是高炉生产中的一个趋势，不仅保持较高的置换比，还能收到大喷煤效益。六、高炉喷吹用煤的性能要求高炉喷吹用煤应能满足高