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高炉喷吹煤粉项目简介

西安天诺电子测控技术有限公司

西安交通大学系统化工程研究所

目前,在我国高炉炼铁技术中,大风、高温、精料、喷吹富氧等技术在高炉上普遍得到了应用并取得了较好的高产节能降耗效果。高炉喷吹技术在一些焦炭资源短缺的地方、小高炉上也得到了较好的推广应用。但在焦炭资源相对充足的地方，高炉喷吹一直没有得到重视和应用。随着焦煤资源日益短缺和焦炭价格不断上涨的趋势，高炉喷吹燃料技术已引起越来越多钢铁企业的重视。
一、喷吹燃料
从理论上讲，一切燃料都可以作为高炉的喷吹燃料，高炉可以喷吹的燃料分为三大类:液体燃料,如重油、焦油等；固体燃料，如无烟煤、烟煤、褐煤等；气体燃料，如天然气、焦炉煤气等。喷吹燃料的选择依赖于各国燃料资源的条件，并随资源条件的变化而改变。自20世纪60年代初喷吹技术在法国获得成功以后，美国、前苏联主要喷吹天然气，西欧、日本则自20世纪80年代初由喷吹重油转为喷吹煤粉。我国是开发喷煤技术较早的国家，自20世纪60年代初开始试验，至今已有40多年的历史，我国高炉曾经试用的喷吹用燃料有固体燃料（烟煤粉、无烟煤粉、半焦）、重油、天然气；目前广泛使用的是煤粉,由于重油和天然气资源相对紧张，且价格昂贵，本项目主要介绍喷吹煤粉。
高炉喷吹煤粉是我国近几十年来从无到有发展起来并获得良好的经济效果的一项新技术。我国喷吹煤粉一般有烟煤和无烟煤两种工艺，无烟煤因其含碳量比较高，挥发份低，着火温度高等原因而得到应用，烟煤则由于挥发份高，着火温度低，应用厂家必须具备氮气充压及降低系统氧浓度，并安装氧浓度分析仪、一氧化碳测试仪等监控仪器，也可以达到安全可靠运行的目的。但两者比较，后者一次性投资略大，但运行成本低。
二、高炉喷煤意义
高炉喷煤对现代高炉炼铁技术来说是一项重要的技术革命。所谓高炉喷煤，就是指从高炉风口炉内直接喷吹磨细了煤粉（无烟煤、烟煤或者两者的混合煤粉），以代替焦炭向高炉提供热量和还原剂。它的意义在于：
(1)以低价的煤代替了日趋贫乏且价格昂贵的冶金焦,降低了焦比,使高炉炼铁的成本大幅下降。
(2)高炉喷煤可以作为一种调剂炉况的手段。
(3)高炉喷煤可以改善炉缸工作状态，使高炉稳定顺行。
(4)为高炉提高风温和富氧鼓风创造条件。因为喷吹煤粉会使风口前理论燃烧温度降低，导致理论燃烧温度降低的主要原因有：
1)高炉喷吹煤粉后煤气量增加，加热煤气需要消耗热量；
2)喷吹煤粉带入的热量少，而焦炭进入风口区时被充分加热，温度高达1450～1500℃，而喷吹的煤粉温度不超过100℃；
3)煤粉中碳氢化合物分解需要吸热。
(5)喷吹煤粉中氢含量比焦炭带入的多，氢气提高了煤气的还原能力和穿透扩散能力，有利于矿石的还原和高炉操作指标的改善。
(6)喷吹煤粉代替了部分焦炭，不仅缓解了焦煤的供需紧张状况，也减少了对炼焦设施的投资和建设，更降低了炼焦生产到环境的污染。
三、高炉喷煤的冶炼特点
高炉喷吹煤粉后,与纯焦炭冶炼相比,主要有以下几个特点：
1.中心气流发展。高炉喷吹燃料后，高炉煤气分布普遍出现中心气流发展，其原因是：
(1).炉缸煤气量增加。根据焦炭、重油、煤粉成分计算，在风口前不完全燃烧的条件下鼓入干风，每燃烧1kg燃料所生成的炉缸煤气成分与体积见下表。

燃料

CO/m3

H2/m3
Σ还原气
/m3
还原气相对焦炭/%

N2/m3
Σ煤气/m3
风量/
m3·kg-1
CO+H2
/%当重油置换比为1.1、煤粉置换比为0.85时生成的Σ煤气/m3焦炭1.5530.0551.6081002.924.5283.68535.54.528重油1.6081.292.8981803.025.9183.81049.05.375煤粉1.4080.411.8181132.644.4583.33040.85.245从上表可知，每燃烧1kg燃料，在风口前生成的炉缸煤气体积是不一样的，其中重油最多，且煤气成分中还原气体所占比例也大，煤气还原能力强。煤粉与焦炭相差不多，但喷入的煤粉含有一定量H2，故煤气还原能力也较强。喷吹燃料后，炉缸煤气量有所增加，而且还原能力有所加强。由于炉缸煤气量增加和还原气体中H2量的增加，使到达炉缸中心的煤气量相应增加，促进煤气流向中心发展。
(2).鼓风动能显著增大。高炉鼓风所具有的机械能叫鼓风动能。鼓风动能有一定的质量，并且以很高的速度通过风口向高炉中心运动，因此，具有一定的动能。由于喷吹燃料中的一部分物质在直吹管和风口内与氧气汇合而发生燃烧反应，释放出热量，使温度升高，体积增大，因而使鼓风动能增大，促使煤气流向中心发展。
2.压差升高。喷吹燃料后，压差(煤气通过料层时的总压差)Δp普遍升高，并且随喷吹量的增加而