邯钢高炉喷吹煤的性能评价分析

2017-10-10张红闯刘晓明魏琼花贾文君

河南冶金 2017年4期

关键词：邯钢爆炸性烟煤

张红闯刘晓明魏琼花贾文君

(河北钢铁集团邯郸公司)

邯钢高炉喷吹煤的性能评价分析

张红闯刘晓明魏琼花贾文君

(河北钢铁集团邯郸公司)

通过对邯钢高炉常用的6种喷吹煤种分别进行了可磨性、着火温度、爆炸性、工业分析和发热值等试验研究，对比分析了各煤种的性能，评价出无烟煤和烟煤的最优原料，为生产选择适宜的混喷煤种提供数据支持。

可磨性着火温度爆炸性工业分析发热值

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

高炉喷吹煤粉可以有效降低焦比，降低铁水成本，改善高炉操作，同时为高炉使用高风温和提高富氧率创造了条件。喷吹煤粉还可以扩大风口的回旋区，缩小呆滞区，增加煤气量，进而改善矿石的还原过程，提高煤气利用率，从而进一步改善各项技术经济指标，目前我国冶金企业多数高炉都采用喷吹煤粉工艺。然而，随着喷煤技术的飞速发展，一方面无烟煤的煤源与煤质难以长期保证，另一方面单独喷吹无烟煤不利于煤粉燃烧率提高，造成炉内未燃煤粉的数量增加，当数量超过高炉可接受的范围时，给高炉透气性带来十分不利的影响，限制了高炉喷煤量的提高，单纯的无烟煤喷吹已不是企业十分合理的选择。出于铁前降低生产成本的要求，考虑到煤粉价格等因素，国内外通常采用含碳量高和发热值高的无烟煤和挥发分高和燃烧性好的烟煤配合进行高炉混合喷吹工艺。更多的过去不能喷吹的煤粉，经过混煤之后得以喷吹，既充分利用了我国资源，又提高了煤粉燃烧率和置换比，取得了理想的效果。邯钢从2008年开始，所有高炉逐步由烟煤和无烟煤混喷取代了单一的无烟煤喷吹工艺。

笔者根据邯钢现有喷煤资源, 对比分析了6种常用喷吹煤的物理化学性能,为邯钢选择适宜的混煤喷吹煤种提供数据支持。

1 试验

试验所用6种煤全部为邯钢高炉常用喷吹煤种，其中1号、2号、3号为无烟煤，4号、5号、6号为烟煤。对煤的性能研究测试具体包括：工业分析、发热值、可磨性、着火温度和爆炸性等。

1.1 工业分析、发热值

按照国标要求分别对6种煤进行了工业分析和发热量的检测试验，测得了干基煤样的硫、发热值、水分、灰分、挥发分和固定碳，试验数据见表1，煤粉验收标准见表2。

表1 工业分析和发热量

表2 喷吹煤质量验收标准 / %

从表1可以看出，烟煤和无烟煤工业分析、发热值差异很明显，在硫(S)、发热值(Q)、灰分(Ad)、固定碳(C)方面无烟煤高于烟煤，而在水分(Mad)和挥发分(Vd)方面无烟煤小于烟煤。

1.2 可磨性、着火温度及爆炸性

煤的可磨性标志着煤研磨成粉的难易程度。煤的可磨性与煤阶、水分含量和煤的岩相组成，以及煤中矿物质的种类、数量和分布状态有关，煤种不同可磨性也不尽相同。煤的可磨性由可磨性指数HGI来表征，可磨性指数越大，表示煤硬度越小、越容易磨成粉，消耗的能量也越少。试验室采用美国的哈德格罗夫法测定煤粉的哈氏可磨指数。哈氏可磨性测定仪的结构如图1所示。试验按照GBT 2565-2014煤的可磨性指数测定方法规定原则测出6种煤粉的HGI。

煤释放出足够的挥发分与周围大气形成可燃混合物的最低着火温度叫做煤的燃点(也叫做着火点)，通俗的讲就是在氧气(空气)和煤共存的条件下，把煤加热到开始燃烧的温度，也叫着火温度。着火温度通常取决于煤质(灰分、挥发分)和喷吹条件。挥发分高，则着火温度低；灰分高，则着火温度高。其高低还与煤的变质程度有关，着火温度按照GB/T 18511—2001煤的着火温度测定方法，依据着火温度自动测定仪测得6组煤粉的着火温度。

煤粉的爆炸性试验上没有统一的标准。我国广泛采用长管式煤粉爆炸性测定仪。邯钢目前的试验设备为东北大学炼铁教研室设计制造的FBY-I型煤粉爆炸性测试仪如图2所示。主要用于检测煤粉引爆后产生的返回火焰长度来定性地探讨煤粉爆炸性强弱,该长度随煤粉爆炸性的强弱而变化。被测煤粉引爆形成的返回火焰长度大于600 mm就可认定煤粉具有强爆炸性,在400 mm～600 mm之间则煤粉具有中强度爆炸性,小于400 mm则煤粉具有弱爆炸性。

试验测得6种煤粉的哈氏可磨指数(HGI)、着火温度、爆炸性见表3。

图2 煤粉爆炸性测试仪

煤种HGI着火温度/℃爆炸性1号无烟煤64444弱2号无烟煤62372弱3号无烟煤57356弱4号烟煤68185强5号烟煤46269强6号烟煤47235强

从表3可以看出，烟煤和无烟煤在着火点、爆炸性上有着明显的区别，整体上无烟煤的着火温度要高于烟煤的着火温度，3种烟煤均为强爆炸性，3种无烟煤则均为弱爆炸性；哈氏可磨指数(HGI)烟煤和无烟煤区别不明显，HGI整体排序为4号烟煤﹥1号无烟煤﹥2号无烟煤﹥3号无烟煤﹥6号烟煤﹥5号烟煤。

2 分析讨论

由上述检测结果，分别对6种煤分别进行性能分析和综合得分计算，并最终相应得到了无烟煤和烟煤的综合排序。

2.1 性能分析

(1)从表1～3可以看出，1号无烟煤和3号无烟煤的硫分略高于喷吹煤质量验收标准，高出的不多，不影响煤粉质量，通常认为硫具有可加性[1]，煤的燃烧是全国SO2污染的主要排放源，其他指标在验收范围内。2号无烟煤、4号烟煤、5号烟煤和6号烟煤性能指标则全部在验收标准内，因此，总体上说这6种煤都符合质量验收标准；

(2)从表1和表3可以看出，无烟煤和烟煤的挥发分有着较大的差异，其中无烟煤Vd%在10%左右，烟煤为36%左右。对于烟煤来说，挥发分高，加热时挥发分大量的析出，当析出的挥发份达到一定浓度和温度时，着火燃烧并点燃煤粒，这是造成烟煤着火点低于无烟煤的主要原因，较低的着火点有利于煤粉的快速燃烧，因此，挥发分高，着火温度低，在一定范围内其燃烧性能越好。另外，燃烧性能好的煤制粉时还可以粒度粗一些，这也为降低能耗和费用提供了有利条件。一般而言，当煤的挥发分含量低于 10%时，煤粉基本无爆炸性；当煤粉的挥发分含量高于 10%时，煤粉就会有一定爆炸性；当煤粉的挥发分含量大于 25%时，煤粉具有很强的爆炸性；因此，6种煤样中烟煤挥发分均大于30%，具有很强的爆炸性，喷吹时存在爆炸的可能性比较大，对安全条件要求比较高，均不适合作为高炉单独喷吹用煤。

从表1可以看出，无烟煤的着火温度比烟煤的着火温度整体高出100 ℃以上，无烟煤的着火温度都在400 ℃左右，烟煤的却在270 ℃以下，差异明显，生产中可以通过混煤工艺利用烟煤着火温度低的特点提供热量点燃无烟煤煤粒，降低混和煤的着火温度，有利于煤粉在风口区的燃烧，同时也将降低混合煤的挥发分，提高喷煤的安全性。无烟煤的选取，在符合其他指标情况下可以优先考虑着火温度低的无烟煤种。

(3)从表3可以看出，HGI(可磨指数)无烟煤和烟煤之间并没有明显的分界线，这是因为影响煤粉可磨性的因素比较多，可磨性与煤阶、水分含量、煤的岩相组成以及煤中矿物质的种类、数量和分布状态都有关，可磨性指数越大，越易粉碎，一般来说，高炉喷吹用煤的可磨性指数应在 60～90，低于50 的煤很硬、难磨；高于 90 的煤虽然易磨，但往往是粘结性强的煤，可能给磨煤和煤粉输送造成困难。6种煤的可磨性普遍不高，而5号烟煤和6号烟煤在50以下，HGI小，表示煤硬度大，会给制粉工艺带来困难，动力消耗也会增加，喷枪的寿命也会降低，制粉能力的不足制约了喷煤量的继续提高。

高炉尽可能选择可磨性好的煤种作为喷吹用煤，对于HGI较差的煤，磨煤时一方面可以小幅度的加粗煤粉粒度，提高磨煤机的产出率，另一方面可以通过混合煤HGI加和性研究，选择一定的煤种和一定的配比可以提高混合煤的HGI，利用这一规律提高混合煤的HGI，进而提高煤的制粉率[2]。

2.2 综合得分排序

通过对喷吹煤的工业分析、发热值、可磨性、着火温度和爆炸性等性能指标，依据表2喷吹煤质量验收标准和喷煤工艺对煤粉HGI和发热值的要求，结合邯钢喷吹经验制定的喷吹煤评分标准(见表4)进行综合得分评价。

评分方法为：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；发热值每升高或降低100 cal，加或扣1分；可磨每升高或降低1，加或扣0.3分。

依据表4设计评价的各指标基准和分值，对6种煤进行了一个综合得分计算，喷吹煤综合得分见表5。