邯鋼高爐噴吹煤的性能評(píng)價(jià)分析

張紅闖 劉曉明 魏瓊花 賈文君

(河北鋼鐵集團(tuán)邯鄲公司)

邯鋼高爐噴吹煤的性能評(píng)價(jià)分析

張紅闖 劉曉明 魏瓊花 賈文君

(河北鋼鐵集團(tuán)邯鄲公司)

通過對(duì)邯鋼高爐常用的6種噴吹煤種分別進(jìn)行了可磨性、著火溫度、爆炸性、工業(yè)分析和發(fā)熱值等試驗(yàn)研究，對(duì)比分析了各煤種的性能，評(píng)價(jià)出無煙煤和煙煤的最優(yōu)原料，為生產(chǎn)選擇適宜的混噴煤種提供數(shù)據(jù)支持。

可磨性 著火溫度 爆炸性 工業(yè)分析 發(fā)熱值

AbstractGrindability, ignition temperature, explosiveness, industrial analysis and calorific value etc were experimentally studied of the 6 kinds of PCI which were often used in Hansteel’s Blast Furnace. The best anthracite and soft coal were evaluated through contradistinctively analyzing different kinds of capabilities. All above provided the data support for choosing the appropriate PCI.

KEYWORDSgrindability ignition temperature explosiveness industrial analysis calorific value

0 前言

高爐噴吹煤粉可以有效降低焦比，降低鐵水成本，改善高爐操作，同時(shí)為高爐使用高風(fēng)溫和提高富氧率創(chuàng)造了條件。噴吹煤粉還可以擴(kuò)大風(fēng)口的回旋區(qū)，縮小呆滯區(qū)，增加煤氣量，進(jìn)而改善礦石的還原過程，提高煤氣利用率，從而進(jìn)一步改善各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，目前我國冶金企業(yè)多數(shù)高爐都采用噴吹煤粉工藝。然而，隨著噴煤技術(shù)的飛速發(fā)展，一方面無煙煤的煤源與煤質(zhì)難以長期保證，另一方面單獨(dú)噴吹無煙煤不利于煤粉燃燒率提高，造成爐內(nèi)未燃煤粉的數(shù)量增加，當(dāng)數(shù)量超過高爐可接受的范圍時(shí)，給高爐透氣性帶來十分不利的影響，限制了高爐噴煤量的提高，單純的無煙煤噴吹已不是企業(yè)十分合理的選擇。出于鐵前降低生產(chǎn)成本的要求，考慮到煤粉價(jià)格等因素，國內(nèi)外通常采用含碳量高和發(fā)熱值高的無煙煤和揮發(fā)分高和燃燒性好的煙煤配合進(jìn)行高爐混合噴吹工藝。更多的過去不能噴吹的煤粉，經(jīng)過混煤之后得以噴吹，既充分利用了我國資源，又提高了煤粉燃燒率和置換比，取得了理想的效果。邯鋼從2008年開始，所有高爐逐步由煙煤和無煙煤混噴取代了單一的無煙煤噴吹工藝。

筆者根據(jù)邯鋼現(xiàn)有噴煤資源, 對(duì)比分析了6種常用噴吹煤的物理化學(xué)性能,為邯鋼選擇適宜的混煤噴吹煤種提供數(shù)據(jù)支持。

1 試驗(yàn)

試驗(yàn)所用6種煤全部為邯鋼高爐常用噴吹煤種，其中1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)為無煙煤，4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)為煙煤。對(duì)煤的性能研究測(cè)試具體包括：工業(yè)分析、發(fā)熱值、可磨性、著火溫度和爆炸性等。

1.1 工業(yè)分析、發(fā)熱值

按照國標(biāo)要求分別對(duì)6種煤進(jìn)行了工業(yè)分析和發(fā)熱量的檢測(cè)試驗(yàn)，測(cè)得了干基煤樣的硫、發(fā)熱值、水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1，煤粉驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表1 工業(yè)分析和發(fā)熱量

表2 噴吹煤質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn) / %

從表1可以看出，煙煤和無煙煤工業(yè)分析、發(fā)熱值差異很明顯，在硫(S)、發(fā)熱值(Q)、灰分(Ad)、固定碳(C)方面無煙煤高于煙煤，而在水分(Mad)和揮發(fā)分(Vd)方面無煙煤小于煙煤。

1.2 可磨性、著火溫度及爆炸性

煤的可磨性標(biāo)志著煤研磨成粉的難易程度。煤的可磨性與煤階、水分含量和煤的巖相組成，以及煤中礦物質(zhì)的種類、數(shù)量和分布狀態(tài)有關(guān)，煤種不同可磨性也不盡相同。煤的可磨性由可磨性指數(shù)HGI來表征，可磨性指數(shù)越大，表示煤硬度越小、越容易磨成粉，消耗的能量也越少。試驗(yàn)室采用美國的哈德格羅夫法測(cè)定煤粉的哈氏可磨指數(shù)。哈氏可磨性測(cè)定儀的結(jié)構(gòu)如圖1所示。試驗(yàn)按照GBT 2565-2014煤的可磨性指數(shù)測(cè)定方法規(guī)定原則測(cè)出6種煤粉的HGI。

煤釋放出足夠的揮發(fā)分與周圍大氣形成可燃混合物的最低著火溫度叫做煤的燃點(diǎn)(也叫做著火點(diǎn))，通俗的講就是在氧氣(空氣)和煤共存的條件下，把煤加熱到開始燃燒的溫度，也叫著火溫度。著火溫度通常取決于煤質(zhì)(灰分、揮發(fā)分)和噴吹條件。揮發(fā)分高，則著火溫度低；灰分高，則著火溫度高。其高低還與煤的變質(zhì)程度有關(guān)，著火溫度按照GB/T 18511—2001煤的著火溫度測(cè)定方法，依據(jù)著火溫度自動(dòng)測(cè)定儀測(cè)得6組煤粉的著火溫度。

煤粉的爆炸性試驗(yàn)上沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。我國廣泛采用長管式煤粉爆炸性測(cè)定儀。邯鋼目前的試驗(yàn)設(shè)備為東北大學(xué)煉鐵教研室設(shè)計(jì)制造的FBY-I型煤粉爆炸性測(cè)試儀如圖2所示。主要用于檢測(cè)煤粉引爆后產(chǎn)生的返回火焰長度來定性地探討煤粉爆炸性強(qiáng)弱,該長度隨煤粉爆炸性的強(qiáng)弱而變化。被測(cè)煤粉引爆形成的返回火焰長度大于600 mm就可認(rèn)定煤粉具有強(qiáng)爆炸性,在400 mm～600 mm之間則煤粉具有中強(qiáng)度爆炸性,小于400 mm則煤粉具有弱爆炸性。

試驗(yàn)測(cè)得6種煤粉的哈氏可磨指數(shù)(HGI)、著火溫度、爆炸性見表3。

圖2 煤粉爆炸性測(cè)試儀

煤種HGI著火溫度/℃爆炸性1號(hào)無煙煤64444弱2號(hào)無煙煤62372弱3號(hào)無煙煤57356弱4號(hào)煙煤68185強(qiáng)5號(hào)煙煤46269強(qiáng)6號(hào)煙煤47235強(qiáng)

從表3可以看出，煙煤和無煙煤在著火點(diǎn)、爆炸性上有著明顯的區(qū)別，整體上無煙煤的著火溫度要高于煙煤的著火溫度，3種煙煤均為強(qiáng)爆炸性，3種無煙煤則均為弱爆炸性；哈氏可磨指數(shù)(HGI)煙煤和無煙煤區(qū)別不明顯，HGI整體排序?yàn)?號(hào)煙煤﹥1號(hào)無煙煤﹥2號(hào)無煙煤﹥3號(hào)無煙煤﹥6號(hào)煙煤﹥5號(hào)煙煤。

2 分析討論

由上述檢測(cè)結(jié)果，分別對(duì)6種煤分別進(jìn)行性能分析和綜合得分計(jì)算，并最終相應(yīng)得到了無煙煤和煙煤的綜合排序。

2.1 性能分析

(1)從表1～3可以看出，1號(hào)無煙煤和3號(hào)無煙煤的硫分略高于噴吹煤質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，高出的不多，不影響煤粉質(zhì)量，通常認(rèn)為硫具有可加性[1]，煤的燃燒是全國SO2污染的主要排放源，其他指標(biāo)在驗(yàn)收范圍內(nèi)。2號(hào)無煙煤、4號(hào)煙煤、5號(hào)煙煤和6號(hào)煙煤性能指標(biāo)則全部在驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，因此，總體上說這6種煤都符合質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)；

(2)從表1和表3可以看出，無煙煤和煙煤的揮發(fā)分有著較大的差異，其中無煙煤Vd%在10%左右，煙煤為36%左右。對(duì)于煙煤來說，揮發(fā)分高，加熱時(shí)揮發(fā)分大量的析出，當(dāng)析出的揮發(fā)份達(dá)到一定濃度和溫度時(shí)，著火燃燒并點(diǎn)燃煤粒，這是造成煙煤著火點(diǎn)低于無煙煤的主要原因，較低的著火點(diǎn)有利于煤粉的快速燃燒，因此，揮發(fā)分高，著火溫度低，在一定范圍內(nèi)其燃燒性能越好。另外，燃燒性能好的煤制粉時(shí)還可以粒度粗一些，這也為降低能耗和費(fèi)用提供了有利條件。一般而言，當(dāng)煤的揮發(fā)分含量低于 10%時(shí)，煤粉基本無爆炸性；當(dāng)煤粉的揮發(fā)分含量高于 10%時(shí)，煤粉就會(huì)有一定爆炸性；當(dāng)煤粉的揮發(fā)分含量大于 25%時(shí)，煤粉具有很強(qiáng)的爆炸性；因此，6種煤樣中煙煤揮發(fā)分均大于30%，具有很強(qiáng)的爆炸性，噴吹時(shí)存在爆炸的可能性比較大，對(duì)安全條件要求比較高，均不適合作為高爐單獨(dú)噴吹用煤。

從表1可以看出，無煙煤的著火溫度比煙煤的著火溫度整體高出100 ℃以上，無煙煤的著火溫度都在400 ℃左右，煙煤的卻在270 ℃以下，差異明顯，生產(chǎn)中可以通過混煤工藝?yán)脽熋褐饻囟鹊偷奶攸c(diǎn)提供熱量點(diǎn)燃無煙煤煤粒，降低混和煤的著火溫度，有利于煤粉在風(fēng)口區(qū)的燃燒，同時(shí)也將降低混合煤的揮發(fā)分，提高噴煤的安全性。無煙煤的選取，在符合其他指標(biāo)情況下可以優(yōu)先考慮著火溫度低的無煙煤種。

(3)從表3可以看出，HGI(可磨指數(shù))無煙煤和煙煤之間并沒有明顯的分界線，這是因?yàn)橛绊懨悍劭赡バ缘囊蛩乇容^多，可磨性與煤階、水分含量、煤的巖相組成以及煤中礦物質(zhì)的種類、數(shù)量和分布狀態(tài)都有關(guān)，可磨性指數(shù)越大，越易粉碎，一般來說，高爐噴吹用煤的可磨性指數(shù)應(yīng)在 60～90，低于50 的煤很硬、難磨；高于 90 的煤雖然易磨，但往往是粘結(jié)性強(qiáng)的煤，可能給磨煤和煤粉輸送造成困難。6種煤的可磨性普遍不高，而5號(hào)煙煤和6號(hào)煙煤在50以下，HGI小，表示煤硬度大，會(huì)給制粉工藝帶來困難，動(dòng)力消耗也會(huì)增加，噴槍的壽命也會(huì)降低，制粉能力的不足制約了噴煤量的繼續(xù)提高。

高爐盡可能選擇可磨性好的煤種作為噴吹用煤，對(duì)于HGI較差的煤，磨煤時(shí)一方面可以小幅度的加粗煤粉粒度，提高磨煤機(jī)的產(chǎn)出率，另一方面可以通過混合煤HGI加和性研究，選擇一定的煤種和一定的配比可以提高混合煤的HGI，利用這一規(guī)律提高混合煤的HGI，進(jìn)而提高煤的制粉率[2]。

2.2 綜合得分排序

通過對(duì)噴吹煤的工業(yè)分析、發(fā)熱值、可磨性、著火溫度和爆炸性等性能指標(biāo)，依據(jù)表2噴吹煤質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和噴煤工藝對(duì)煤粉HGI和發(fā)熱值的要求，結(jié)合邯鋼噴吹經(jīng)驗(yàn)制定的噴吹煤評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(見表4)進(jìn)行綜合得分評(píng)價(jià)。

評(píng)分方法為：灰分每升高或降低1%，扣或加3分；硫分每升高或降低0.1%，扣或加3分；固定碳每升高或降低1%，加或扣0.2分；發(fā)熱值每升高或降低100 cal，加或扣1分；可磨每升高或降低1，加或扣0.3分。

依據(jù)表4設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的各指標(biāo)基準(zhǔn)和分值，對(duì)6種煤進(jìn)行了一個(gè)綜合得分計(jì)算，噴吹煤綜合得分見表5。

表4 噴吹煤評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表5 噴吹煤綜合得分表

從表5可以看出，噴吹煤綜合排序無煙煤為1號(hào)無煙煤>2號(hào)無煙煤>3號(hào)無煙煤，煙煤為4號(hào)煙煤>6號(hào)煙煤>5號(hào)煙煤。

以上分析可知，在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下試驗(yàn)所選 6 種煤樣單獨(dú)噴吹均存在一定的缺陷，而混合噴吹煤粉必須為煙煤和無煙煤配比，因此，在其他性能指標(biāo)相差不多的前提下，無煙煤1號(hào)是首選，煙煤則首選4號(hào)。筆者只是對(duì)6種煤進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)分析，生產(chǎn)采購時(shí)還需要考慮煤粉的噴煤成本、噴煤量、運(yùn)費(fèi)等因素。

3 結(jié)語

(1)6種煤粉HGI普遍不高，一方面小幅度的加粗煤粉粒度，提高磨煤機(jī)的產(chǎn)出率，另一方面可以通過混合煤HGI加和性研究，選擇一定的煤種和一定的配比提高混合煤的HGI，進(jìn)而提高混合煤的制粉率。

(2)通過對(duì)邯鋼高爐現(xiàn)用噴吹用煤的可磨性、著火溫度、爆炸性和工業(yè)分析及發(fā)熱值的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析，試驗(yàn)所選 6 種煤粉單獨(dú)噴吹均存在一定的缺陷。所以采用煙煤和無煙煤混煤噴吹的方法，可以降低混合煤的著火溫度，提高噴煤安全性，其中無煙煤首選1號(hào)無煙煤，4號(hào)煙煤為煙煤的首選原料。

(3)僅對(duì)常用6種煤的性能進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，生產(chǎn)與采購時(shí)還需要考慮煤粉的噴煤成本、噴煤量、運(yùn)費(fèi)等因素。

[1] 陳鵬.中國煤炭性質(zhì)、分類和利用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013：130.

[2] 張紅闖，魏瓊花，劉曉明.邯鋼噴吹煤哈氏可磨指數(shù)加和性規(guī)律的試驗(yàn)研究[J].河南冶金，2016,24(1)：4-6.

EVALUATIONANDANALYSISOFTHEPCICAPABILITYABOUTHANSTEEL'SBLASTFURNACE

Zhang Hongchuang Liu Xiaoming Wei Qionghua Jia Wenjun

(Handan Iron and Steel Company of HBIS Group)

聯(lián)系人：張紅闖，高級(jí)工程師，河北.邯鄲(056015)，河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼生產(chǎn)制造部； 投稿日期：2017—3—7