第34卷第10期煤炭科學(xué)技術(shù)2006年10月貧煤、貧瘦煤用作高爐噴吹煤的可行性研究張俊燕，金龍哲,王麗穎,金巖輝(北京科技大學(xué)金屬礦山高效開采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京10083 )摘要:介紹了 我國(guó)高爐噴吹煤的發(fā)展現(xiàn)狀,根據(jù)對(duì)高爐噴吹煤粉煤炭質(zhì)量的要求,分析了幾種貧煤、貧瘦煤的煤質(zhì)特性,測(cè)定了煤粉的返回火焰長(zhǎng)度,并結(jié)合鋼鐵企業(yè)實(shí)際應(yīng)用貧煤、貧瘦煤的高爐運(yùn)行情況及經(jīng)濟(jì)效益分析,得出4種貧煤、貧瘦煤具備生產(chǎn)高爐噴吹煤的條件和優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞:高爐噴吹;貧瘦煤;煤質(zhì)特性;返回火焰長(zhǎng)度中圖分類號(hào): TF538. 63文獻(xiàn)標(biāo)志碼: B文章編號(hào):0253-2336 ( 2006 ) 10 -0062 -04.Feasibility study on blast furnace blowing with meagrecoal and meagre lean coalZHANG Jun-yan ,JIN Long-zhe , WANG Li-ying ,JIN Yan-hui( Key Laboratory of Metal Mine High Eficient Mining and Safety of National Ministry of Education ,University of Science and Technology Bejing , Beijing 100083 , China )高爐噴吹輔助燃料是現(xiàn)代高爐煉鐵生產(chǎn)廣泛采煤、貧瘦煤被越來越多的機(jī)構(gòu)重視開發(fā)成為高爐噴用的新技術(shù),同時(shí)它還是現(xiàn)代高爐爐況調(diào)節(jié)所不可吹煤2。本文以山西潞安礦區(qū)漳村、王莊及五陽缺少的重要手段之一。高爐噴吹燃料意義在于降低煤礦的貧瘦煤、常村煤礦的貧煤為例進(jìn)行煤質(zhì)特性焦比,降低生鐵成本,改善高爐冶煉過程,并為應(yīng)分析,并結(jié)合鋼鐵企業(yè)噴吹貧瘦煤的高爐運(yùn)行指標(biāo).用高風(fēng)溫和富氧鼓風(fēng)創(chuàng)造條件, 從而進(jìn)一步改 善高和成本分析,得出貧瘦煤作為高爐噴吹煤種,從技爐各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。我國(guó)煤炭資源豐富,分布廣術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益方面是可行的。泛,按煤化程度不同,從褐煤到無煙煤分為14個(gè)1高爐噴吹用煤的性能要求大類和17個(gè)小類,其中可供高爐噴吹用的煤選擇余地很大,可以因地制宜、就近取煤、合理利用煤高爐噴吹用煤應(yīng)能滿足高爐冶煉工藝要求和對(duì)炭資源，這對(duì)進(jìn)一步擴(kuò)大噴煤量、提高高爐置換比提高噴吹量和置換比有利,以便替代更多的焦炭。和改善高爐冶煉過程具有重要意義中。其主要性能要求如下[31:我國(guó)高爐噴吹主要用的無煙煤資源有限,價(jià)格(1 )煤的干基灰分越低越好,應(yīng)與使用的焦過高,無煙煤不能滿足高爐噴煤技術(shù)及現(xiàn)實(shí)發(fā)展的炭灰分相同, -般要求干基灰分小于15%。需要。煙煤與無煙煤相比具有著火溫度低、燃燒性(2)干基全硫含量越低越好,煤的含硫質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn),但是煙煤爆炸危險(xiǎn)性大,安全設(shè)施投入分?jǐn)?shù)應(yīng)與使用的焦炭含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同,--般要求大。貧煤、貧瘦煤具有基本無結(jié)焦核,揮發(fā)分比無干基全硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1. 0%。煙煤略高,燃燒性和反應(yīng)性比無煙煤好等特點(diǎn)，貧(3 )膠質(zhì)層越薄越好(小于10 mm),以免在功率確定的借鑒。[J]煤礦機(jī)械, 1994(1).參考文獻(xiàn):中國(guó)煤化工馬,遼寧義縣人,高級(jí)工程師，7機(jī)研究所從事掘進(jìn)機(jī)及元部[1]黃日恒、懸臂式掘進(jìn)機(jī)[ M]徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版件設(shè)計(jì)THCN M H G37.E- mail :agolongi社, 1996.[2]王韶蓓，掘進(jìn)機(jī)星輪裝載機(jī)構(gòu)參數(shù)的試驗(yàn)研究[J]煤炭@ tyccri. com科學(xué)技術(shù), 2005 (9).叢培建.用于大型掘進(jìn)機(jī)及連續(xù)采煤機(jī)的新型裝載機(jī)構(gòu)收稿日期: 2006 -05-10;責(zé)任編輯:王宗禹62第34卷第10期煤炭科學(xué)技術(shù)2006年10月噴吹過程中結(jié)焦,堵塞噴槍和風(fēng)口,影響噴吹和高(6)煤的發(fā)熱值越高越好,噴入高爐的煤粉爐正常生產(chǎn)。是以其放出的熱量和形成的CO和H2來替代焦炭(4)煤的可磨性要好,高爐噴吹用煤需要將在高爐內(nèi)提供熱源和還原劑。因此,煤的發(fā)熱值越煤磨到一定細(xì)度,例如小于74 μm的煤粉占到高,在高爐內(nèi)放出的熱量越多, 替代的焦炭量也就65% ~85% ,可磨性好,則制粉消耗的電能就少,越多?？山档蛧姶蒂M(fèi)用。(5)煤的燃燒性能要好，即著火溫度低,反2高爐噴吹用煤的煤質(zhì)分析應(yīng)性強(qiáng),可以使噴入高爐的煤粉能在有限空間和時(shí)2.1高爐噴吹無煙煤品種間內(nèi)盡可能多地氣化,少量未氣化的煤粉也因反應(yīng)無煙煤具有固定碳高、熱值高、置換比高、安性好而與高爐煤氣中的CO2和H2O反應(yīng)而氣化，全性好的優(yōu)點(diǎn)。從安全上考慮,我國(guó)高爐噴吹煤種不給高爐冶煉帶來負(fù)擔(dān)。另外,燃燒性能好的煤也在很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)-直堅(jiān)持以噴吹無煙煤為主?？梢阅サ么忠恍?即粒徑小于74 μm的煤粉所占我國(guó)主要的高爐噴吹無煙煤品種及煤質(zhì)特性分比例少一些,這可降低磨煤能耗和費(fèi)用。析結(jié)果見表1。表1我國(guó)主 要的高爐噴吹無煙煤品種及煤質(zhì)特性工業(yè)分析/%哈氏可磨產(chǎn)品名稱umAM，Varu( S.1)M]. kg-1性指數(shù)陽泉1號(hào)噴吹煤0 ~2510.0~11.0≤8. 009.01 ~11.00≤0.6530. 87 ~30.4570~85陽泉2號(hào)噴吹煤0~2511.0~12. 0≤0.8030.45~30.03陽泉3號(hào)噴吹煤12.0~14.0≤8.009.01~11.00≤I. 0030.03 ~29.19晉城1號(hào)洗末煤<13≤11.006. 00-8.00≤0. 50>27.9375~90晉城2號(hào)洗末煤≤13. 006. 00~8.00≤0.50>26. 88 .晉城末煤13.01~18.006. 00 ~8.0026. 88 ~25.2075 ~9018.01-21.006.00 ~8.00≤1.0025.20~23.94邯鄲混末煤23. 00 ~26.105. 00~8. 00.4. 49~7.84<0.60.22. 30 ~23.10邯鄲洗末煤0~ 1514. 50~17.005.00~7.804.78 ~5.25<0.5023.73~25.20注: A為干基灰分; M,為全水分; V為干燥無灰基揮發(fā)分; Q.m ar為低位收到基發(fā)熱量;u( Sas )為干基全硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)。無煙煤具有著火溫度高、燃燒性差、燃燒率低煙煤與無煙煤相比具有著火溫度低、燃燒性好等缺點(diǎn)，且我國(guó)無煙煤儲(chǔ)量少,造成無煙煤供不應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。1989 年鞍鋼進(jìn)行了大量基礎(chǔ)研究,并對(duì)求,價(jià)格持續(xù)升高。全噴無煙煤面臨著煤源缺乏、噴煤工藝進(jìn)行了全面的技術(shù)改造, 解決了噴吹高揮可選擇性差以及燃燒率低、爐內(nèi)末燃煤粉難消化的發(fā)性煙煤的安全問題, 1991年寶鋼引進(jìn)日本噴吹難題?，F(xiàn)今我國(guó)噴吹無煙煤的高爐噴煤量少, 效益煙煤技術(shù),從此噴吹煙煤的鋼鐵企業(yè)逐漸增加。不高,影響了無煙煤作為高爐噴吹用煤。我國(guó)主要的高爐噴吹用煙煤品種及其煤質(zhì)特性2.2 高爐噴吹煙煤品種見表2。表2我國(guó)主要 的高爐噴吹煙煤品種及煤質(zhì)特性粒度/Qne ar/產(chǎn)品名稱.μmM,1J. kg-1大同大友I0~5010.00~ 14. 0010.00~13. 0025. 00~中國(guó)煤化工-25. 625(大同大友II16. 00~ 18. 009. 00~12.0025. 00 ~28:MYHCNM H G-23.94大同洗末煤7. 00~9.0011. 00~13.0026.00~28.000. 50~0.8025.62~26.26大同大末9. 00~12.00.10. 00~12.000.60~1.0024. 36 ~29.82神府噴吹煙煤0-50.5.00-6.0011.0032. 00-37.000.50 .24.36 -25.2063第34卷第10期煤炭科學(xué)技術(shù)2006年10月高揮發(fā)性煙煤爆炸危險(xiǎn)性大,安全設(shè)施投入(返回火焰長(zhǎng)度)為20 ~30 mm,屬于低揮發(fā)分、大,而且在噴槍頭及風(fēng)口管壁上易粘附結(jié)渣。高揮弱爆炸性煙煤。與無煙煤相比,這些煤種的燃燒性發(fā)性煙煤的揮發(fā)分、燃燒率都比無煙煤高,吸熱量能好、噴吹燃燒率高,有利于提高置換比。在噴吹和要求的熱補(bǔ)償量都比無煙煤多。國(guó)外高爐風(fēng)溫水過程中, 可以只在倉(cāng)式泵、噴吹罐等高壓部分采用平高，并且都有-定程度的富氧,高爐提供熱補(bǔ)償?shù)獨(dú)?，控制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%以內(nèi)的氧濃度。這樣的能力強(qiáng),因此有條件噴吹高揮發(fā)分煙煤。我國(guó)高可以簡(jiǎn)化制粉、噴吹工藝, 降低設(shè)備投資。爐的原燃料質(zhì)量和提供熱補(bǔ)償能力這兩方面都不如(3 )灰分與灰熔融性。高爐噴吹要求煤的灰分國(guó)外,沒有條件完全噴吹高揮發(fā)分煙煤。越低越好,因?yàn)榛曳指?理論燃燒溫度和燃燒效率2.3貧瘦 煤煤質(zhì)特性分析都將降低,并且對(duì)焦炭的置換比降低。-般來講 ,漳村、王莊、五陽煤礦的貧瘦煤及常村煤礦的灰分增加1%,焦比增加為噴吹量的2%。五陽、貧煤具體指標(biāo)見表3。指標(biāo)結(jié)果分析如下:漳村、王莊、常村煤樣的灰分為9.01% ~9. 62% ,( 1 )固定碳與發(fā)熱值。煤的固定碳是測(cè)定揮發(fā)達(dá)到9級(jí)和10級(jí)冶煉用煉焦精煤的水平,是低灰分后殘留下來的有機(jī)物質(zhì)的產(chǎn)率,在一定范圍內(nèi)分的噴吹用煤。固定碳越高,發(fā)熱值越大,對(duì)噴煤越有利。因此，煤中灰分的熔融性對(duì)噴吹有重要的影響, 灰熔一般 要求噴吹用煤的固定碳在70% ~87%。研究點(diǎn)太低,容易導(dǎo)致風(fēng)口或噴槍前結(jié)渣,況且低灰熔表明，當(dāng)固定碳大于87%時(shí),隨著固定碳增加,點(diǎn)灰分常常會(huì)阻礙氧氣進(jìn)入尚未燃盡的煤粉顆粒內(nèi)發(fā)熱值反而越低。而五陽、漳村、王莊、常村煤的部,傳質(zhì)不暢,導(dǎo)致不完全燃燒。試驗(yàn)所用煤樣的固定碳在76.82%~79.31%，低位發(fā)熱量達(dá)到變型溫度為1200~1340C,軟化溫度1410~28. 23 ~ 29.50 M.J/kg ,是適合高爐噴吹用的煤。1 4509C ,半球溫度大于1 420~1 450C ,流動(dòng)溫度大于1450C,屬于灰熔點(diǎn)較高的灰分,對(duì)噴吹是表3貧煤、 貧瘦煤品種及煤質(zhì)特性有利的。.煤種產(chǎn)地(4)含硫量。硫在煤中是-種極為有害的物分析項(xiàng)目五陽漳村常村王莊質(zhì),因?yàn)榱蛉紵笊蒘O2和SO,能危害人體健康水分M.a/%1.42 1. 050. 450.43和造成大氣污染;在加熱爐中造成金屬的氧化和脫灰分A./%9.01 9.62 9.13 9. 19碳,在煉焦過程中硫化物侵蝕煉焦設(shè)備;焦炭噴吹揮發(fā)分Van/%14.85 15.01 12.72 14.30煤粉中的硫,會(huì)影響生鐵和鋼的質(zhì)量(鋼鐵中含固定碳/%77.4876.8279.3177.82硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.07% ,就會(huì)使之產(chǎn)生熱脆性而干基全硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%0.36 0.30 0.29 0. 30無法使用),進(jìn)入高爐的硫主要來自焦炭和噴吹Quen/MJ. kg - I29. 5028.23 29.44 29. 50物。為了脫去鋼鐵中的硫,就必須在高爐和煉鋼爐灰熔融性變形溫度/C1200121013401280中多加石灰石,可這又會(huì)使成本升高,生產(chǎn)能力降灰熔融性軟化溫度/C >1 450 >1 450 1410 1 450 .灰熔融性半球溫度/C>1450>14501420>1450低。所以,必須控制焦?fàn)t洗精煤和噴吹煤粉的含硫量。一般要求含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.0%。五陽、漳灰熔融性流動(dòng)溫度/C>1 450 >1 450 >1450 >1 450哈氏可磨性指數(shù)939286村、王莊、常村煤礦煤樣中全硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為真密度/g: cm-31.401.44 1.40 1.440. 29% ~0. 36% , 屬于低硫煤種,對(duì)高爐冶煉、生著火點(diǎn)/C372367376373鐵質(zhì)量都是有利的。<74 um粒徑百分?jǐn)?shù)/%100100100 10(5 )可磨性?？赡バ允菄姶涤妹旱闹匾笜?biāo)之平均粒徑/μm28.82 27.03 41. 8651. 1(- ,表示將煤磨成粉的難易程度,常用哈氏指數(shù)比表面積/m2. cm -32.723 2. 8782. 0741. 813( HGD)表示。噴吹用煤的哈氏指數(shù)越大越好。如燃燒率/%37.2032. 6635. 6933. 41果哈中國(guó)煤化工度大,會(huì)給制粉帶來返回火焰長(zhǎng)度/mm3(3020|YHCNMHG同時(shí),煤粉硬度大還會(huì)加快噴煤設(shè)備(特別是噴槍)的磨損,縮短其(2)揮發(fā)分與爆炸性。五陽、漳村、王莊、常使用壽命。常村和王莊煤的哈氏指數(shù)為86和89,村煤樣的揮發(fā)分在12. 72% ~ 15.01% ,爆炸性而漳村、五陽煤高達(dá)92和93,都是可磨性很好的64第34卷第10期煤炭科學(xué)技術(shù)2006年10月煤種。這對(duì)于降低制粉電耗、增加磨煤機(jī)產(chǎn)量和效煤中的貧瘦煤粉使整個(gè)煤粉的燃燒率提高,較多的率,增加噴煤量都是非常有利的。固定碳轉(zhuǎn)化為還原劑,提高了煤粉的利用率。同時(shí)煤氣中較高氫含量有利于爐內(nèi)間接還原的提高,提3返回火焰長(zhǎng)度的測(cè)定高了煤氣的利用率,從而有利于降低焦比,提高煤煉鐵廠選擇用來噴吹的煤粉必須具有很高的安焦置換比61。全性,因?yàn)樵谥品?、輸送等工藝?爆炸性強(qiáng)的煤種有可能發(fā)生爆炸,這就要求對(duì)煤粉的爆炸性進(jìn)行)結(jié)論檢測(cè)。--般認(rèn)為,被測(cè)煤粉引爆形成的返回火焰長(zhǎng)(1 )所試驗(yàn)的貧瘦煤為低揮發(fā)分、低灰分、度值大于600 mm,就可認(rèn)定煤粉具有強(qiáng)爆炸性，煤灰熔融性高、 熱值高、特低硫的優(yōu)良煤種。固定在400~600 mm則煤粉具有中強(qiáng)度爆炸性,小于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70% ~87% , 發(fā)熱量值達(dá)到28. 33400mm則煤粉具有弱爆炸性,若僅在火源處出現(xiàn)~29.5MJ/kg。并且為弱爆炸性煤,在噴吹過程中稀少火星或無火星的屬于無爆炸性煤41?？梢灾辉诟邏翰糠?如倉(cāng)式泵、噴吹罐等)采用該試驗(yàn)采用長(zhǎng)管式煤粉爆炸性測(cè)試儀,每個(gè)煤氮?dú)?控制12%以內(nèi)的氧濃度。噴吹工藝簡(jiǎn)單,樣檢測(cè)20次,取20次火焰長(zhǎng)度的平均值作為該煤可節(jié)省設(shè)備投資。常村煤和王莊煤的可磨性指數(shù)為樣的平均返回火焰長(zhǎng)度值,其測(cè)定值為:常村貧煤86和89 ,漳村、五陽煤高達(dá)92和93 ,都是可磨20mm,五陽貧瘦煤為30mm,漳村貧瘦煤為35性很好的煤種。這對(duì)于降低制粉電耗、增加磨煤機(jī)mm,王莊貧瘦煤為30mm。返回火焰長(zhǎng)度是評(píng)價(jià)產(chǎn)量有重要意義。煤粉爆炸性能的一種標(biāo)準(zhǔn) ,試驗(yàn)中4種煤樣的返回(2)返回火焰長(zhǎng)度值是指粉塵引爆后向噴吹火焰長(zhǎng)度均在20~35 mm ,遠(yuǎn)小于400 mm,均為端方向產(chǎn)生的火焰長(zhǎng)度,是評(píng)價(jià)煤粉爆炸性能的一弱爆炸性煤。種標(biāo)準(zhǔn), 4種煤樣的返回火焰長(zhǎng)度值均在20 ~35mm.,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于400mm,4種煤樣均為弱爆炸性4噴吹貧 瘦煤的運(yùn)行結(jié)果煤在武漢鋼鐵公司噴吹貧瘦煤的工業(yè)試驗(yàn)中,2(3)武漢鋼鐵公司的實(shí)際運(yùn)行情況說明,貧種不同可磨性的原煤混合后進(jìn)入球磨機(jī)制粉,在制煤、貧瘦煤的可磨性好，可以降低磨煤的成本。另粉過程中未出現(xiàn)球磨機(jī)”滿煤”現(xiàn)象,這說明2外,固定碳成分較高,較多的固定碳轉(zhuǎn)化為還原劑種可磨性相差較大的煤混合后利用球磨機(jī)制粉是可(CO),提高了煤粉的利用率,從而提高煤焦置換行的5。比。該次工業(yè)試驗(yàn)期間,球磨機(jī)和排風(fēng)機(jī)的電機(jī)電參考文獻(xiàn):流均有不同程度的下降,混合制粉使球磨機(jī)電耗下降。其原因是貧瘦煤的可磨性很好,與可磨性較差[1] 王國(guó)雄，王鐵.現(xiàn)代高爐粉煤噴吹[ M]北京:冶金工的無煙煤混合后,使混合煤的可磨性提高,煤在球業(yè)出版社, 1997磨機(jī)內(nèi)停留的時(shí)間縮短,球磨機(jī)內(nèi)的存煤量相對(duì)減. [2] 李東強(qiáng).高爐噴吹煤粉的經(jīng)濟(jì)效益[ J]煉鐵，1994(1).[3] 章天華、現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)技術(shù)[ M]北京:冶金工業(yè)出版少,運(yùn)行動(dòng)力降低,從而使制粉能耗降低。社，1986.從工業(yè)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知,在球磨機(jī)正常工作[4]兆衡陽. 氣體和粉塵爆炸原理[M]北京:北京理工大學(xué)的情況下，貧瘦煤加入量為20% ~30%，而球磨出版社, 1996.機(jī)的工作電流稍有下降,制粉、噴吹系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi). [5] 陳達(dá)士.高爐噴吹煤粉技術(shù)[ M]北京:冶金工業(yè)出版用、人工費(fèi)等均不變化,球磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量提高量按[6] 湯清華,馬樹涵。高爐噴吹煤粉知識(shí)問答[ M]北京:冶社, 1993.20%計(jì)算,則相應(yīng)的制粉成本下降了20%。根據(jù)煉鐵廠統(tǒng)計(jì),煤粉加工費(fèi)為67.31元/t ,故通過提中國(guó)煤化工高球磨機(jī)產(chǎn)量帶來的年經(jīng)濟(jì)效益就有700多萬元。HHCNMH G, 河北徐水人,副教授，博此外,武漢鋼鐵公司2座高爐噴吹混煤后,噴煤量士,從事安全工程及技術(shù)方面的研究。均有不同程度的提高,煤焦置換比得到提高,這主要是因?yàn)樨毷菝涸诟郀t內(nèi)的燃燒率較無煙煤高,混收稿日期: 2006 -05-13 ;責(zé)任編輯:劉軍娥65