提高噴煤燃燒率的試驗研究

王金龍,郭蘭芬,魏瓊花

(河鋼鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司 河北 邯鄲 056015)

提高噴煤比，提高煤焦置換比是高爐降低焦比的最有效手段，然而大量的理論研究和實踐表明，煤粉在風(fēng)口前燃燒，在有限的空間和時間內(nèi)完全燃燒氣化是很困難的，噴吹量越大，未燃煤粉量也相應(yīng)增大，未燃煤粉在爐內(nèi)少量被有效利用，大量的未燃煤粉給高爐冶煉帶來了一定困難。因此，在增加噴煤量的同時，提高高爐噴吹煤粉的燃燒率，使進(jìn)入高爐爐內(nèi)的煤粉得到充分有效的利用，才能真正發(fā)揮噴煤的效益。河鋼邯鋼公司近年來噴煤比基本保持在120 kg/t·Fe左右，指標(biāo)提升困難，瓦斯灰碳含量有時高達(dá)40%左右，嚴(yán)重影響了高爐爐況順行和高爐噴煤置換比的提高，因此需從煤粉燃燒性能、煤種搭配、混煤粒度、富氧等多方面開展研究工作，優(yōu)化高爐噴煤使用效果。

1 單品種煤粉燃燒率

煤粉燃燒率試驗采用干式收塵法通過灰分平衡計算進(jìn)行檢測，各項試驗參數(shù)見表1。

本次試驗選取常用煤粉共10種，其中煙煤5種，無煙煤5種，分別進(jìn)行了發(fā)熱量、可磨指數(shù)、著火點、爆炸性以及燃燒率的測定，具體化學(xué)成分及測定結(jié)果見表2。

表1 煤粉燃燒率試驗參數(shù)表

表2 邯鋼常用噴吹煤粉基礎(chǔ)性能表

邯鋼噴吹用煤粉品種較多，煙煤揮發(fā)份均超過30%，無煙煤揮發(fā)份在10%左右，其中無煙煤A和無煙煤B煤化程度較高，揮發(fā)份含量在6.4%左右，同時無煙煤A和B在發(fā)熱量、可磨性、燃燒率等方面也同樣低于其它無煙煤；煙煤中煙煤D灰分較高、可磨指數(shù)低、燃燒率差，而煙煤A和煙煤B則燃燒率高、發(fā)熱量大，是噴煤的優(yōu)選煤種。

2 煤粉燃燒率影響因素

2.1 煤粉粒度

煤粉粒度組成對其燃燒率有很強(qiáng)的影響作用，但是當(dāng)煤粉粒度過細(xì)時，其流動性變差，容易造成管路堵塞，噴吹深度變淺；而粒度過粗時，在風(fēng)口相當(dāng)短的時間內(nèi)來不及燃燒，從而進(jìn)入爐渣、軟熔帶等區(qū)域，對高爐冶煉不利，因此噴吹煤粉應(yīng)該具有適宜的粒度組成。取高爐現(xiàn)場混合煤粉并進(jìn)行篩分，如表3方案1和方案2所示，逐步增加-200目煤粉含量，考察煤粉粒度組成對燃燒率的影響，結(jié)果見表3。

表3 粒度組成對現(xiàn)場煤粉燃燒率影響表

由表3可見，隨著煤粉中-200目粒級含量的增加，煤粉的燃燒率呈增加趨勢，-200目比例提升至75%時，煤粉燃燒率提高2.18%，-200目比例提升至80%時，煤粉燃燒率提高3.82%，因此，提高煤粉細(xì)度有利于提高其燃燒性，但不易過細(xì)，應(yīng)當(dāng)從能耗、安全和整體運行等方面綜合考慮。

2.2 揮發(fā)份含量

煙煤混噴可以降低成本，同時由于煙煤的含氫量高，可以促進(jìn)高爐中心氣流的發(fā)展，也可以提高煤粉的燃燒率，研究表明：混合煤粉的燃燒率高于各煤種單獨燃燒率的加權(quán)平均值[1]，煙煤揮發(fā)份的快速逸出引導(dǎo)了無煙煤的提前燃燒，形成了煤種不同的促燃作用[2]。

取燃燒性能較好的煙煤B與燃燒性能較差的無煙煤B混合，考察煙煤對無煙煤的促燃作用，煙煤B比例分別為20%、40%、60%、80%，混合煤粉揮發(fā)份含量從12.27%提升至29.89%，測試揮發(fā)份含量對混合煤粉燃燒率的影響，結(jié)果見表4。

表4 混合煤粉燃燒率與揮發(fā)份含量關(guān)系表

煙煤配比較低時混合煤粉燃燒率實測值要明顯高于計算值，說明在無煙煤中適量添加煙煤可以加速無煙煤的燃燒，效果較好，如果煙煤含量繼續(xù)提高至60%以上則促燃作用顯著降低。

2.3 富氧率

由于在高爐風(fēng)口條件下，固定碳的燃燒速率主要受氧在碳顆粒表面?zhèn)髻|(zhì)速度的限制，因此，鼓風(fēng)含氧量的增加有助于固定碳燃燒速率的顯著增加，改善煤粉在高爐風(fēng)口區(qū)的燃燒過程。對煙煤E和無煙煤E進(jìn)行富氧噴吹試驗，試驗方案見表5。

隨著富氧率的增加，煤粉的燃燒率呈穩(wěn)步增加的趨勢，當(dāng)富氧率達(dá)到5%時，煙煤E燃燒率提高了6.6個百分點，平均富氧率提高1%燃燒率提高1.32%，無煙煤E提高了7.21個百分點，平均富氧率提高1%燃燒率提高1.44%，由此可見，增加鼓風(fēng)含氧量可以使煤粉的燃燒率明顯提高，尤其對無煙煤影響更大。

表5 富氧對煤粉燃燒率的影響

3 提高噴煤燃燒率的多因素正交試驗

噴煤燃燒性能受到諸多因素的交互作用與影響,優(yōu)選煤粉品種、細(xì)化粒度組成、提高混合煤揮發(fā)份含量、提高富氧水平等都可以提高噴煤燃燒率。那么在諸多因素中應(yīng)優(yōu)先選擇哪些因素進(jìn)行優(yōu)化才能最大限度的提升噴煤使用效果？提高煤比至150 kg/t.Fe，進(jìn)行了四因素三水平的正交試驗，因素選擇與水平設(shè)定見表6，其中混合煤中選擇煙煤A為固定煙煤品種，無煙煤中選擇燃燒性較差的無煙煤A和無煙煤B以及燃燒性能較優(yōu)的無煙煤C，三個無煙煤品種分別與煙煤A混合；因素中的粒度為混合煤粉中-200目的粒級所占比例，試驗結(jié)果匯總見表6。

對正交試驗結(jié)果進(jìn)行極差分析，結(jié)果見表7。

表6 正交設(shè)計及試驗結(jié)果匯總表

表7 極差分析表

由表7可見，四因素的極差分別為：2.45、3.03、7.78、9.75，說明各因素對燃燒率的影響程度各不相同，影響噴煤燃燒率最大的因素是無煙煤品種，即燃燒性較差的無煙煤品種是限制混煤燃燒率提高的主要因素，在使用中應(yīng)當(dāng)加以區(qū)別和限制，優(yōu)先選擇燃燒性能較好的無煙煤品種使用；其次為混合煤粉揮發(fā)份含量控制，揮發(fā)份由20%提升至24%混煤燃燒率平均可提高7.78%，提升效果明顯，因此在確保安全的前提下應(yīng)盡可能地提升混煤揮發(fā)份含量的控制水平、富氧率和粒級，其對燃燒率影響程度在3%左右。

4 結(jié)論

(1)提高煤粉細(xì)度有利于提高其燃燒性，但不易過細(xì)，應(yīng)當(dāng)從能耗、安全和整體運行等方面綜合考慮。

(2)煙煤對無煙煤有促燃作用，當(dāng)煙煤配比較低時促燃作用效果較好，煙煤含量繼續(xù)提高至60%以上則促燃作用顯著降低。

(3)增加鼓風(fēng)含氧量可以使煤粉的燃燒率明顯提高，尤其對無煙煤影響更大。

(4)富氧率、粒度組成、揮發(fā)份含量、無煙煤品種四因素中，影響噴煤燃燒率提高的最大因素是無煙煤品種選擇，其次為揮發(fā)份含量控制，富氧率和粒度組成影響最小。