淺談煤粉粒度對高爐的影響

付爭爭

高爐噴吹煤粉工藝是煉鐵過程中非常大的技術(shù)創(chuàng)新和進步，高爐噴煤可以有效的提高高爐煉鐵過程中的收益，而且起到調(diào)劑爐況促進穩(wěn)定順行等作用。為了最大程度的達到高產(chǎn)低耗，近幾年來高爐都在尋求探索更高煤比的途徑。為提高噴煤比，均采用了對應的創(chuàng)新技術(shù)，比如富氧鼓風、提高熱風溫度、脫濕鼓風等一系列優(yōu)化手段。但是煤粉的成分帶來的影響也很大。不同種類的原煤的化學成分也不盡相同。通過選擇合適的原煤，調(diào)整好磨機分離器的角度，得到合適成分和粒度的煤粉進入爐內(nèi)，既保證了燃燒的效果，又能最大程度降低的制粉作業(yè)過程中噸煤消耗，使冶煉效果得到高產(chǎn)，穩(wěn)產(chǎn)的同時，降低的制粉工藝的生產(chǎn)成本。

近年來，隨著整個行業(yè)加大煤比噴吹發(fā)展趨勢，導致煤粉在高爐風口內(nèi)燃盡率下降，而大量未燃煤粉在高爐內(nèi)部積累將會降低料柱的透氣性以及煤氣的分布，噴煤系統(tǒng)煤粉粒度根據(jù)煤種的不同也存在很大的差異。參照某國企單位自主研發(fā)的燃燒試驗儀器設施，分析了煤粉成分和粒度對冶煉過程的影響，結(jié)果表明：，灰分增加燃燒率降低。揮發(fā)分升高會導致燃盡性變好;所以煤粉的成分對冶煉過程的影響也很大。，煤粉的平均粒度越小，其化學燃燒速率就會越快，雖然煤粉完全燃燒所用的時間最短的粒度為0.071mm，但是和0.071～0.10mm和0.10～0.20mm粒度之間的差距級別不是非常大，粒度大于0.20mm時燃燒完成所用時間明顯延長許多，0.20mm是過程中的臨界點。得出結(jié)論，煤粉的粒度對冶煉性能也有著比較大影響，煤粉的粒度還會有影響風口燃燒帶的長短。從高爐角度出發(fā)，一般認為煤粉越細越好，但是如果煤粉太細，會影響磨機出力，增加磨煤機的運行時間，提高煤粉成本。另外，對于煙煤，不一定是這樣。所以，需要綜合考慮，選擇一個合理的煤粉粒度范圍。不同煤種的燃燒特性也對冶煉過程中燃燒率有重要影響

控制煤粉粒度的主要是為了加大煤粉在風口前的快速燃燒，保證燃燒率。

一般情況下，無煙煤煤粉粒度要求控制-200目達到70%以上。煙煤和混合煤的煤粉粒度根據(jù)煤粉揮發(fā)分的不同，可以考慮適當粗一些。

煤粉的粒度不同，對燃盡速度的影響很大，根據(jù)相關(guān)資料顯示，當無煙煤粉粒度為100 mm的煤粉顆粒，當熱風溫度達到一千攝氏度時，在40毫秒以內(nèi)就能燃燒率能達到70%左右。煤粉在回旋區(qū)的停留時間一般為100ms左右，不同的容積高爐根據(jù)風速和回旋區(qū)不同也會有很大差異。

煤粉的雜物過多粒度太粗還會引起高爐賭煤槍。比較小的高爐對噴煤堵槍反應不敏感，應為首先單槍噴煤量小，一般在200～400kg/h噴煤量。堵槍幾率小，風壓低，排槍容易。比如100m3～300m3高爐，這種噴煤系統(tǒng)對煤粉中雜物的清理設計也比較簡單。

大型的高爐對堵槍反應比較敏感，對于2000m3以上的高爐 ，單槍噴煤量在1.2～2.4t/h，這是煤粉中的雜物對噴槍影響比較大，一旦堵塞，由于風壓比較高，噴槍很難在線排通所以，越是大高爐噴煤，越要講究科學和數(shù)據(jù)。小噴煤重經(jīng)驗，大噴煤重數(shù)據(jù)。

煤粉噴槍由于受到現(xiàn)場風口直吹管條件的限制，內(nèi)徑不可能太大，當然，為了保證和噴煤管道的匹配性以及輸送谷氣比，也不可能太大。但是也要根據(jù)單槍噴煤量適當擴大口徑。

總之，氣固兩相流本身就比較復雜。有很多現(xiàn)象和我們想想的有偏差。由于高爐噴煤煤粉噴槍口徑都比較細（12mm～18mm），為了防止雜物堵塞噴槍，制粉系統(tǒng)需要設計煤粉篩分設備。有的系統(tǒng)煤粉過濾液設計到噴煤管道上。

煤粉篩有分為滾軸曬、旋轉(zhuǎn)雞毛篩、振動篩等，從清除雜物能力來說，其中振動篩篩分能力比較大，管道上的過濾器篩分能力最小。

振動篩的篩機篩分面積一般按照3～4t/h/m2設計，煤粉篩孔按照4mm×4mm效果比較好，太小了容易堵，太大了效果有限。具體設計需要根據(jù)煤種和現(xiàn)場條件設計。

根據(jù)相關(guān)資料，煙煤和無煙煤煤粉燃燒的機理有些區(qū)別。大部分無煙煤煤粉特點是層狀燃燒，當燃燼時間與初始粒徑的平方成正比時，煤粉顆粒會處于擴散性燃燒，。此時，粒徑減少對加快燃燒速度的效果較明顯。根據(jù)以上理論，認為粒徑越細，反應的比表面積越大，燃燒速度越快。除了粒度外，氧氣濃度和環(huán)境溫度對燃燒速度影響也比較明顯。

煙煤的燃燒以內(nèi)孔燃燒為主，但是在整個燃燒過程中，有機質(zhì)的燃燒反應起了關(guān)鍵的作用，是反應氣體擴散出入顆粒內(nèi)部的主要通道。高揮發(fā)份煤粉的粒度對煤粉的影響有限。這也就是有些高爐噴吹粒煤仍然能夠保證燃燒效果的原因。

目前煙煤無煙煤混合噴吹的相比較于全部無煙煤噴吹，燃燒效果也有明顯的改善。

上圖是一個高爐不同粒度煤粉對生產(chǎn)指標的影響，風溫相同，噴煤比相同、富氧率相同，隨著煤粉粒度的變化，高爐焦比帶來的變化。當噴煤比大于140kg/t時，主要因為氧量低，煤粉變粗后燃燒速度慢、利用率差，所以從曲線來看趨于平滑。在煤比于130kg/t在O2 為1.5 %的條件下，噴煤比小于140 kg/t時，煤粉粒度粗有利于焦比降低，后期在O2 大于2 %時，煤粉粒度變粗以后燃燒效果反而會增加，更進一步降低了高爐焦比。

更多相關(guān)數(shù)據(jù)可以根據(jù)生產(chǎn)實踐總結(jié)。燃燒率可以參考除塵灰內(nèi)的未燃煤粉含量確定（通過專業(yè)手段測量）。

從定性角度來說，當煤粉粒度逐漸增加時，會導致煤粉的燃燒率成下降趨勢。無煙煤燃燒時，粒徑越細，燃燒率越大，因為無煙煤是以層狀方式燃燒。反之，粒徑逐漸變小時，燃燒率會逐漸增加，但是增加幅度不會太大，粒徑小于40 μm，燃燒率增加速度逐漸變慢。，煙煤的揮發(fā)份比無煙煤的揮發(fā)份高很多，而且煙煤的燃燒主要是以內(nèi)孔燃燒為主。在溫度快速提高的基礎上，水分和揮發(fā)份的析出使煤?！氨肌倍炎兂筛蛹毿?，所以粒度對燃燒率的影響比較小。要確定煤粒度的大小應綜合考慮傳熱、流動以及化學反應的對整個過程的要求。對無煙煤粒度一般小于300 μm，對煙煤粒度盡量不大于1000 μm為好。在風口水平線上700 mm處，粒徑大于1000 μm 時，燃燒率 < 60 %。當然以上已不是絕對的，還要考慮風溫、富氧條件以及煤粉水分的影響。在當前煉鐵工藝中，無煙煤和煙煤的混合噴吹已經(jīng)是主流趨勢了。另外，有些鋼廠引進煤粉預熱技術(shù)對風口回旋區(qū)的燃燒有了很大的改善。