提高喷煤燃烧率的试验研究

2021-04-09王金龙郭兰芬魏琼花

四川冶金 2021年1期

王金龙,郭兰芬,魏琼花

(河钢钢铁集团邯钢公司河北邯郸 056015)

提高喷煤比，提高煤焦置换比是高炉降低焦比的最有效手段，然而大量的理论研究和实践表明，煤粉在风口前燃烧，在有限的空间和时间内完全燃烧气化是很困难的，喷吹量越大，未燃煤粉量也相应增大，未燃煤粉在炉内少量被有效利用，大量的未燃煤粉给高炉冶炼带来了一定困难。因此，在增加喷煤量的同时，提高高炉喷吹煤粉的燃烧率，使进入高炉炉内的煤粉得到充分有效的利用，才能真正发挥喷煤的效益。河钢邯钢公司近年来喷煤比基本保持在120 kg/t·Fe左右，指标提升困难，瓦斯灰碳含量有时高达40%左右，严重影响了高炉炉况顺行和高炉喷煤置换比的提高，因此需从煤粉燃烧性能、煤种搭配、混煤粒度、富氧等多方面开展研究工作，优化高炉喷煤使用效果。

1 单品种煤粉燃烧率

煤粉燃烧率试验采用干式收尘法通过灰分平衡计算进行检测，各项试验参数见表1。

本次试验选取常用煤粉共10种，其中烟煤5种，无烟煤5种，分别进行了发热量、可磨指数、着火点、爆炸性以及燃烧率的测定，具体化学成分及测定结果见表2。

表1 煤粉燃烧率试验参数表

表2 邯钢常用喷吹煤粉基础性能表

邯钢喷吹用煤粉品种较多，烟煤挥发份均超过30%，无烟煤挥发份在10%左右，其中无烟煤A和无烟煤B煤化程度较高，挥发份含量在6.4%左右，同时无烟煤A和B在发热量、可磨性、燃烧率等方面也同样低于其它无烟煤；烟煤中烟煤D灰分较高、可磨指数低、燃烧率差，而烟煤A和烟煤B则燃烧率高、发热量大，是喷煤的优选煤种。

2 煤粉燃烧率影响因素

2.1 煤粉粒度

煤粉粒度组成对其燃烧率有很强的影响作用，但是当煤粉粒度过细时，其流动性变差，容易造成管路堵塞，喷吹深度变浅；而粒度过粗时，在风口相当短的时间内来不及燃烧，从而进入炉渣、软熔带等区域，对高炉冶炼不利，因此喷吹煤粉应该具有适宜的粒度组成。取高炉现场混合煤粉并进行筛分，如表3方案1和方案2所示，逐步增加-200目煤粉含量，考察煤粉粒度组成对燃烧率的影响，结果见表3。

表3 粒度组成对现场煤粉燃烧率影响表

由表3可见，随着煤粉中-200目粒级含量的增加，煤粉的燃烧率呈增加趋势，-200目比例提升至75%时，煤粉燃烧率提高2.18%，-200目比例提升至80%时，煤粉燃烧率提高3.82%，因此，提高煤粉细度有利于提高其燃烧性，但不易过细，应当从能耗、安全和整体运行等方面综合考虑。

2.2 挥发份含量

烟煤混喷可以降低成本，同时由于烟煤的含氢量高，可以促进高炉中心气流的发展，也可以提高煤粉的燃烧率，研究表明：混合煤粉的燃烧率高于各煤种单独燃烧率的加权平均值[1]，烟煤挥发份的快速逸出引导了无烟煤的提前燃烧，形成了煤种不同的促燃作用[2]。

取燃烧性能较好的烟煤B与燃烧性能较差的无烟煤B混合，考察烟煤对无烟煤的促燃作用，烟煤B比例分别为20%、40%、60%、80%，混合煤粉挥发份含量从12.27%提升至29.89%，测试挥发份含量对混合煤粉燃烧率的影响，结果见表4。

表4 混合煤粉燃烧率与挥发份含量关系表

烟煤配比较低时混合煤粉燃烧率实测值要明显高于计算值，说明在无烟煤中适量添加烟煤可以加速无烟煤的燃烧，效果较好，如果烟煤含量继续提高至60%以上则促燃作用显著降低。

2.3 富氧率

由于在高炉风口条件下，固定碳的燃烧速率主要受氧在碳颗粒表面传质速度的限制，因此，鼓风含氧量的增加有助于固定碳燃烧速率的显著增加，改善煤粉在高炉风口区的燃烧过程。对烟煤E和无烟煤E进行富氧喷吹试验，试验方案见表5。

随着富氧率的增加，煤粉的燃烧率呈稳步增加的趋势，当富氧率达到5%时，烟煤E燃烧率提高了6.6个百分点，平均富氧率提高1%燃烧率提高1.32%，无烟煤E提高了7.21个百分点，平均富氧率提高1%燃烧率提高1.44%，由此可见，增加鼓风含氧量可以使煤粉的燃烧率明显提高，尤其对无烟煤影响更大。

表5 富氧对煤粉燃烧率的影响

3 提高喷煤燃烧率的多因素正交试验

喷煤燃烧性能受到诸多因素的交互作用与影响,优选煤粉品种、细化粒度组成、提高混合煤挥发份含量、提高富氧水平等都可以提高喷煤燃烧率。那么在诸多因素中应优先选择哪些因素进行优化才能最大限度的提升喷煤使用效果？提高煤比至150 kg/t.Fe，进行了四因素三水平的正交试验，因素选择与水平设定见表6，其中混合煤中选择烟煤A为固定烟煤品种，无烟煤中选择燃烧性较差的无烟煤A和无烟煤B以及燃烧性能较优的无烟煤C，三个无烟煤品种分别与烟煤A混合；因素中的粒度为混合煤粉中-200目的粒级所占比例，试验结果汇总见表6。

对正交试验结果进行极差分析，结果见表7。

表6 正交设计及试验结果汇总表

表7 极差分析表

由表7可见，四因素的极差分别为：2.45、3.03、7.78、9.75，说明各因素对燃烧率的影响程度各不相同，影响喷煤燃烧率最大的因素是无烟煤品种，即燃烧性较差的无烟煤品种是限制混煤燃烧率提高的主要因素，在使用中应当加以区别和限制，优先选择燃烧性能较好的无烟煤品种使用；其次为混合煤粉挥发份含量控制，挥发份由20%提升至24%混煤燃烧率平均可提高7.78%，提升效果明显，因此在确保安全的前提下应尽可能地提升混煤挥发份含量的控制水平、富氧率和粒级，其对燃烧率影响程度在3%左右。