關(guān)于高原地區(qū)高爐高比例煙煤噴吹實踐問題的思考

李宏賓，蔣元祿，李萬順，裴承斌，毛連周

（西寧特殊鋼股份有限公司，青海 西寧 810005）

隨著我國鋼鐵冶煉及原材料市場的全面飽和，鋼鐵產(chǎn)能過剩，鋼鐵企業(yè)經(jīng)濟效益日趨低迷，虧損日益嚴重，高爐煉鐵減產(chǎn)停產(chǎn)現(xiàn)象持續(xù)發(fā)生，使得各鋼鐵企業(yè)去產(chǎn)能、降成本、減虧損的任務(wù)更加繁重，壓力更大。如何實行精細化操作管理，進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)制造成本成為實現(xiàn)創(chuàng)新增效的主要任務(wù)。針對當前嚴峻的社會形勢與生存挑戰(zhàn)，本世紀高爐煉鐵技術(shù)要實現(xiàn)健康穩(wěn)定發(fā)展，必須要在節(jié)能減排、循環(huán)利用、低碳冶金、清潔環(huán)保等方面取得巨大突破升級，通過不斷提高高爐風(fēng)溫、降低高爐燃料比，才能提升高爐煉鐵技術(shù)與市場競爭力。

2015年9月份西寧特鋼從熱水地區(qū)發(fā)現(xiàn)宏昌煙煤并使用后，逐步將煙煤混噴比例提高，取得了較好的效果，有效降低了燃料成本，并且滿足了高爐爐溫要求。但由于西寧特鋼地處高原地區(qū)，大氣壓強與空氣含氧量均與國內(nèi)華北及沿海地區(qū)的鋼鐵企業(yè)存在一定的偏差（青藏地區(qū)氧含量僅為15%~20%），因此，在揮發(fā)分較高條件下可能會對高爐噴煤系統(tǒng)的安全生產(chǎn)造成一定影響。從整個制粉系統(tǒng)的安全性來考量，爆炸極限壓力提高，更有利于高比例煙煤噴吹實踐，但西寧特鋼將煙煤計劃比例提高到70%以后沒有再進一步提高。為此，通過分析國內(nèi)其他廠家的寶貴實踐經(jīng)驗及相關(guān)資料后認為西寧特鋼完全有條件繼續(xù)推進提高煙煤混噴實踐。

1 西寧特鋼近年來煤粉噴吹現(xiàn)狀

高爐噴吹煤粉中兩種原煤的化學(xué)成分及發(fā)熱值情況如表1所示。

表1 原煤的化學(xué)成分及發(fā)熱值

近年來西寧特鋼高爐噴吹煤粉各原煤混合比例情況如圖1所示。

圖1 原煤混合比例情況圖

近年來高爐噴吹煤粉固定碳及發(fā)熱值的情況如圖2和圖3所示。

圖2 噴吹混合煤粉固定碳含量變化圖

圖3 噴吹混合煤粉發(fā)熱值變化情況圖

可以看出，西寧特鋼高爐噴吹煤粉中煙煤比例提高的空間還很大。從近年來高爐的噴吹效果可以看出，只要混噴煤粉的固定碳＞70%，發(fā)熱值＞29 000 kJ/kg，即可滿足高爐噴吹要求，為高爐提供保證爐缸活躍狀態(tài)所需的熱量。由于煙煤的燃燒性能比無煙煤要好，會使混噴煤粉在風(fēng)口區(qū)的燃燒率大大提高，且煙煤的可磨性較好，在制粉過程中對磨機設(shè)備也是有益的，因此完全可以在目前工裝設(shè)備條件下進一步提高煙煤混噴比例，優(yōu)化燃料結(jié)構(gòu)。

2 高比例煙煤噴吹的限制因素

通過具體實踐研究表明，高比例噴煤導(dǎo)致煤氣量增加、初渣黏度升高、焦炭料層空隙度降低，從而促使液泛的產(chǎn)生。無煙煤和煙煤的化學(xué)成分及發(fā)熱值差異很大，高比例噴煤對爐況的影響因煤種的不同而不同，而宏昌煙煤的物化指標要遠遠好于前期所使用的煙煤，故提高噴煤量后對高爐順行狀況的影響也相對較小。

《高爐噴煤用煤煤質(zhì)性能研究》有以下結(jié)論：通過界限氧濃度測定Vdaf22%、Vdaf25%、Vdaf28%三種混合煤樣的爆炸壓力Pmax發(fā)現(xiàn)，當氧濃度降低時，其Pmax也會隨之出現(xiàn)不同程度的減小。當氧濃度降至10%時，Pmax減小了50%；當氧濃度小于10%時，三種揮發(fā)分的混合煤樣的Pmax基本一致；當氧濃度降至6%時，三種揮發(fā)分的混合煤樣都不具爆炸性。故而，從理論上來說，當氧濃度≤6%時，混合煤樣是安全的。

八鋼通過一系列的生產(chǎn)試驗也得出這樣的結(jié)果，高爐噴吹所用噴煤的揮發(fā)分超過28%，在制粉系統(tǒng)中的氧濃度≤6%的條件下，煤粉的Pmax爆炸壓力就能無限接近于零。制粉系統(tǒng)中的氧濃度和著火溫度是煤粉爆炸三要素中切實可控的兩個因素。通過上述試驗可得知：當噴煤系統(tǒng)的磨機入口溫度≤300℃、布袋出中的口氧濃度6%時，即可實現(xiàn)全煙煤噴吹安全生產(chǎn)。

高爐噴煤量存在的極限條件是：①噴煤量的增加也同步增加了煤粉吹出量，換句話說，勢必會增加煤粉隨荒煤氣進入布袋損失部分；②噴煤量的增加會降低風(fēng)口回旋區(qū)煤粉的燃燒，進入料柱的未燃物增多，導(dǎo)致爐內(nèi)透氣性變差，高爐運行不順，此時的噴煤量稱為極限噴煤量，它的本質(zhì)就是進入料柱的未燃物有極限值。根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，當噴煤比低于200 kg/t時，噴煤量的增加對料柱透氣性帶來的影響可以忽略。隨著噴煤技術(shù)的提高，焦炭的粒度降解有逐漸增加的趨勢，即風(fēng)口焦與入爐焦粒度差逐漸增加，使高爐料柱透氣性降低，導(dǎo)致爐況不順。因此，保證入爐焦炭合適的冷熱強度和適當?shù)牧６仁顷P(guān)鍵。

3 結(jié)語

（1）只要保證高爐噴吹煤粉的揮發(fā)分＜25%，制粉系統(tǒng)磨機的入口溫度≤300℃，布袋出口中的氧濃度≤6%，可以實現(xiàn)在目前工裝設(shè)備條件下進一步提高煙煤混噴比例，優(yōu)化燃料結(jié)構(gòu)的目標。

（2）通過優(yōu)化爐內(nèi)操作，保證入爐焦炭具有較好的冷、熱態(tài)強度和較好的粒度組成，實現(xiàn)高比例煙煤均勻混噴可以改善風(fēng)口區(qū)煤粉的燃燒性能、抑制焦炭反應(yīng)性，提高煤氣利用率，有利于高爐冶煉低硅生鐵。

（3）西寧特鋼高爐噴吹煤粉中煙煤比例提高的空間還很大，且由于無煙煤與煙煤之間存在著較大的價格差，推進高比例煙煤混噴工藝可以創(chuàng)造較大的經(jīng)濟效益，對目前鋼鐵行業(yè)困難局面下降低煉鐵成本具有重要意義。

（4）應(yīng)加強對煤粉在爐內(nèi)行為的研究，推動煉鐵噴煤工藝進步。