舞钢中加钢铁3#高炉煤粉预热对高炉煤比、燃料比影响的试验研究
公文亮 王磊
（舞钢中加钢铁有限公司）
摘要：对舞钢中加钢铁公司3#高炉煤粉预热到300℃时，高炉煤比、燃料比的变化进行了工业化试验与研究。结果表明，在高炉生产保持稳定顺行，原燃料条件基本不变的条件下，风温在1170℃，富氧量在1.45--2%之间，在没有使用喷煤预热器时，煤比在135--150Kg/吨铁之间是合适的，炉况顺行度较好。在使用煤粉预热器后，煤粉预热到300℃,湿焦负荷可以由4.0增至4.4--4.45吨/吨，降低焦比38--44Kg/吨铁；煤比可以从135--150Kg/吨铁增至160--170Kg/吨铁，煤比提升25--30Kg/吨铁；在煤比大幅提高的基础上，综合燃料比却从515--520Kg/吨铁降至500--505Kg/吨铁,降低15--20Kg/吨铁。
关键词：煤粉预热 节焦增煤 降低燃料比 高炉喷煤 炼铁技术进步
1 前言
（1） 我国高炉喷煤始于20世纪70年代，是世界上较早应用高炉喷煤技术的国家之一。[1]在高炉喷煤的初期采用无烟煤，且当时高炉热风温度在1100℃左右，绝大部分高炉没有采用富氧喷吹,高炉煤比在100 Kg/吨铁以内[2]。
随着高炉喷煤技术和设备不断的发展和完善，目前高炉基本上是采用烟煤和无烟煤的混合喷吹，高炉的热风温度达到1200℃以上，高炉的富氧率在1%—4%之间,高炉煤比140Kg/吨铁左右[3].
制约高炉煤比提高的因素按程度分析依次是风口前理论燃烧温度、煤粉燃烧率、焦炭的料柱骨架作用。当前国内炼铁厂普遍通过提高风温、富氧鼓风解决了风口前理论燃烧温度低的问题。提高煤粉的燃烧率成为制约高炉煤比提高、燃料比降低的重中之重。通过调整配煤比例、煤气分布来解决煤粉燃烧率手段有限、效果有限。而通过煤粉喷前预热、提高煤粉温度为解决煤粉燃烧率提供了新的思路.
（2） 高炉煤粉喷前预热技术是目前高炉喷吹领域的前沿技术。该技术是安全的利用原排入大气的热风炉废气的潜热，通过特殊的预热器由热媒传给煤粉，将喷入高炉的煤粉温度从40--70℃预热至250--350℃.
煤粉预热后进行喷吹可促进煤粉在风口前气化热解，减少了煤粉从室温加热到预热温度所需的热量和时间，使煤粉燃烧区域前移，煤粉在高温下反应速率更快，更有利于提高其燃烧率.[4]
（3） 舞钢中加钢铁公司3#高炉是国内首座成功应用此煤粉预热新技术的第一座高炉。为定性定量研究煤粉预热后对高炉煤比与综合燃料比的影响。于2017年1月10日到1月28日在高炉生产保持稳定顺行，原燃料条件基本不变的情况下，进行了煤粉预热对高炉煤比、综合燃料比影响的试验研究。试验共分三个阶段：煤粉预热器停用前，煤粉预热器停用后，煤粉预热器启用后。
2 试验过程
2.1
1月10日—19日喷煤预热器停用前，高炉炉况稳定顺行，炉缸热量充沛。
保持全风作业，风量1350 m3/min, 风温1170℃，透气性指数14.5左右，富氧量1500--2000m3/h，富氧率1.45%--2.0%之间，矿批15000kg，湿焦负荷(带焦丁，焦炭水份在10%左右，下同)连续一周保持在4.45吨/吨，料速均匀稳定在7批/h,小时喷煤量10000±300kg/h,煤比160kg/吨铁，综合燃料比控制在500 Kg/吨铁。
1月10日--19日煤粉预热器停用前高炉各项操作参数及经济技术指标如下：
|
日期
|
10日
|
11日
|
12日
|
13日
|
14日
|
15日
|
16日
|
17日
|
18日
|
19日
|
平均值
|
|
产量（吨）
|
1343
|
1496.21
|
1437
|
1634.72
|
1525.4
|
1408.6
|
1560
|
1500.34
|
1303
|
1428
|
1463.63
|
|
煤粉温度（℃）
|
311
|
312
|
318
|
312
|
315
|
312
|
310
|
312
|
310
|
298
|
311
|
|
综合燃料比（Kg/吨）
|
519
|
501
|
496
|
461
|
502
|
512
|
492
|
500
|
529
|
497
|
500.9
|
|
焦比（Kg/吨）
|
342
|
334
|
332
|
300
|
324
|
328
|
322
|
324
|
374
|
332
|
331.2
|
|
煤比（Kg/吨）
|
165
|
155
|
152
|
148
|
163
|
170
|
155
|
162
|
141
|
151
|
156.2
|
|
焦丁比（Kg/吨）
|
13
|
12
|
11
|
13
|
15
|
15
|
15
|
15
|
14
|
14
|
13.7
|
|
富氧量(m3/h)
|
2000
|
1950
|
2217
|
2304
|
1650
|
1988
|
1800
|
1496
|
800
|
1963
|
1816.8
|
|
CO利用率(%)
|
0.46
|
0.45
|
0.44
|
0.47
|
0.47
|
0.45
|
0.47
|
0.46
|
0.45
|
0.46
|
0.46
|
|
风温（℃）
|
1178
|
1171
|
1168
|
1189
|
1182
|
1160
|
1179
|
1156
|
1147
|
1137
|
1166.7
|
|
综合入炉品位(%)
|
56.92
|
57.5
|
57.4
|
56.29
|
56.03
|
56.3
|
56.59
|
56.38
|
56.84
|
56.45
|
56.67
|
|
生铁含硅量(%)
|
0.43
|
0.5
|
0.57
|
0.46
|
0.37
|
0.47
|
0.38
|
0.34
|
0.49
|
0.53
|
0.45
|
|
重力灰含碳量(%)
|
26.76
|
23.08
|
23.1
|
27.96
|
15.62
|
25.04
|
31.49
|
22.03
|
22.02
|
26.43
|
24.35
|
|
布袋灰含碳量(%)
|
14.58
|
16.2
|
21.11
|
16.64
|
14.64
|
19.15
|
19.38
|
15.17
|
19.48
|
18.02
|
17.44
|
|
焦炭灰分(%)
|
12.85
|
12.6
|
12.46
|
12.65
|
12.69
|
12.62
|
12.67
|
12.63
|
12.68
|
12.66
|
12.65
|
|
煤粉灰分(%)
|
10.03
|
9.79
|
10.32
|
9.42
|
10.51
|
10.43
|
10.85
|
10.08
|
10.9
|
10.11
|
10.24
|
其中13日与14日，因2#炉检修后恢复炉况，有部分铁水到3#炉合罐，3#炉实际铁水产量失准；18日因下道炼钢工序检修，处理不尽高炉铁水，高炉被迫减风，停氧，控制冶炼强度；同时减轻焦炭负荷，降低煤比。因此剔除13、14两日及18日后高炉各项操作参数及技术指标如下:
|
日期
|
10日
|
11日
|
12日
|
15日
|
16日
|
17日
|
19日
|
平均值
|
|
产量（吨）
|
1343
|
1496.21
|
1437
|
1408.6
|
1560
|
1500.34
|
1428
|
1453.31
|
|
煤粉温度（℃）
|
311
|
312
|
318
|
312
|
310
|
312
|
298
|
310.43
|
|
综合燃料比（Kg/吨）
|
519
|
501
|
496
|
512
|
492
|
500
|
497
|
502.43
|
|
焦比（Kg/吨）
|
342
|
334
|
332
|
328
|
322
|
324
|
332
|
330.57
|
|
煤比（Kg/吨）
|
165
|
155
|
152
|
170
|
155
|
162
|
151
|
158.57
|
|
焦丁比（Kg/吨）
|
13
|
12
|
11
|
15
|
15
|
15
|
14
|
13.57
|
|
富氧量(m3/h)
|
2000
|
1950
|
2217
|
1988
|
1800
|
1496
|
1963
|
1916.29
|
|
CO利用率(%)
|
0.46
|
0.45
|
0.44
|
0.45
|
0.47
|
0.46
|
0.46
|
0.46
|
|
风温（℃）
|
1178
|
1171
|
1168
|
1160
|
1179
|
1156
|
1137
|
1164.14
|
|
综合入炉品位(%)
|
56.92
|
57.5
|
57.4
|
56.3
|
56.59
|
56.38
|
56.45
|
56.79
|
|
生铁含硅量(%)
|
0.43
|
0.5
|
0.57
|
0.47
|
0.38
|
0.34
|
0.53
|
0.46
|
|
重力灰含碳量(%)
|
26.76
|
23.08
|
23.1
|
25.04
|
31.49
|
22.03
|
26.43
|
25.42
|
|
布袋灰含碳量(%)
|
14.58
|
16.2
|
21.11
|
19.15
|
19.38
|
15.17
|
18.02
|
17.66
|
|
焦炭灰分(%)
|
12.85
|
12.6
|
12.46
|
12.62
|
12.67
|
12.63
|
12.66
|
12.64
|
|
煤粉灰分(%)
|
10.03
|
9.79
|
10.32
|
10.43
|
10.85
|
10.08
|
10.11
|
10.23
|
2.2 1月20日8：00停用喷煤预热器，停喷煤预热器两小时后，风量1370 m3/min, 风温1170℃，透气性指数14.5左右，富氧量1500m3/h，富氧率1.45%，矿批15000kg，湿焦负荷4.45吨/吨，料速加快至7.2批/h,小时喷煤量逐步增加至11500kg/h,煤比达178kg/吨铁，综合燃料比控制在518Kg/吨铁。较停喷煤预热器前湿燃料比上升18Kg/吨。
21日夜班料速渐慢，风量出现萎缩至1330m3/min,1：10和6：10出现两次塌料（料线由1200mm下探至1800mm），料速6.8批/h，煤量10500kg/h，煤比平均达172 kg/吨铁，综合燃料比上升至512 kg/吨铁（煤比增加）,较停喷煤预热器前综合燃料比上升12 Kg/kg/吨铁。
21日白班因料柱透气性差，11：35减轻焦炭负荷，由4.45吨/吨退至4.3吨/吨，同时上部采取角度统一缩小一度（由角度为：J：27 24 21 18 27；K：25 23 21 19 23 改为J：26
23 20 17 26；K：24 22 20 18 22 ），（17：00风量恢复至1370m3/min）,下午16：00煤退至9500kg/h，煤比降至157
kg/吨铁。
22日夜班4：00塌料一次（料线深1800mm），减风30Kpa稳炉况，煤量9500kg/h，料速7批/h，平均煤比159kg/吨铁，综合燃料比513kg/吨铁（焦比增加），较停喷煤预热器前燃料比上升13 kg/吨铁。22日白班9：10、11：10出现两次滑尺（1600mm）,因风量偏大（1400m3/min）角度统一扩大一度（恢复为J:27 24 21 18 27; K:25 23 21 19 23），连续几次塌料分析为煤比高，煤粉燃烧不完全，未燃煤粉随煤气流上升堵塞煤气通道致使料柱透气性差，局部煤气流发展造成塌料。
22日白班15：00因憋风减风30Kpa后塌料，16：15进一步减轻负荷由4.3吨/吨退至4.0吨/吨 ，矿批缩至14100kg，20：00煤量退至8000kg/h，煤比137kg/吨铁（煤比由159kg/吨铁降至137 kg/吨铁），风压稳定在170Kpa，风量1350m3/min。
23日炉况运行平稳，无塌料，风量1350 m3/min, 风温1170℃，透气性指数14.5左右，富氧量1500m3/h，富氧率1.45%，矿批14400kg，湿焦负荷4.00吨/吨
，料速均匀稳定在7批/h,小时喷煤量8000±300kg/h,煤比137kg/吨铁，综合燃料比控制在517 kg/吨铁。较停喷煤预热器前煤比减少22kg/吨铁，综合燃料比上升17kg/吨铁。
1月 20日—23日煤粉预热器停用后高炉各项操作参数及经济技术指标如下：
|
日期
|
20日
|
21日
|
22日
|
23日
|
平均值
|
|
产量（吨）
|
1524
|
1461.22
|
1432.72
|
1395.44
|
1453.35
|
|
煤粉温度（℃）
|
136
|
47
|
46
|
57
|
71.5
|
|
综合燃料比（Kg/吨）
|
519
|
518
|
507
|
524
|
517.00
|
|
焦比（Kg/吨）
|
338
|
342
|
342
|
374
|
349.00
|
|
煤比（Kg/吨）
|
166
|
161
|
151
|
135
|
153.25
|
|
焦丁比（Kg/吨）
|
15
|
14
|
14
|
15
|
14.50
|
|
富氧量(m3/h)
|
1513
|
1650
|
1658
|
1938
|
1689.75
|
|
CO利用率(%)
|
0.45
|
0.46
|
0.45
|
0.47
|
0.46
|
|
风温（℃）
|
1184
|
1170
|
1191
|
1184
|
1182.25
|
|
综合入炉品位(%)
|
55.82
|
56.56
|
56.21
|
56.23
|
56.21
|
|
生铁含硅量(%)
|
0.33
|
0.42
|
0.44
|
0.42
|
0.40
|
|
重力灰含碳量(%)
|
21.54
|
24.55
|
34.09
|
34.12
|
28.58
|
|
布袋灰含碳量(%)
|
16.64
|
20.62
|
17.05
|
17.19
|
17.88
|
|
焦炭灰分(%)
|
12.46
|
12.37
|
12.65
|
12.61
|
12.52
|
|
煤粉灰分(%)
|
10.28
|
10.17
|
10.98
|
11.32
|
10.69
|
2.3 1月23日23：00喷煤预热器投入使用，0：00煤粉温度达300℃，0：10负荷由4.00吨/吨 调至4.17吨/吨 ，煤量8000kg/h,平均煤比143kg/吨铁, 综合燃料比控制在508kg/吨铁，较停用喷煤预热器时下降9kg/吨铁。
24日夜班6：10负荷4.17吨/吨调至4.3吨/吨，炉况顺行,风压190Kpa,风量1350m3/min，矿批14400kg,富氧量1500m3/h，富氧率1.45%，煤量8600kg/h,煤比147kg/吨铁，综合燃料比控制在502kg/吨铁，较停喷煤预热器时综合燃料比（湿）下降15kg/吨铁。
24日白班16：45，负荷4.3吨/吨调至4.43吨/吨，矿批14400kg调至14700kg，料速平均7.2批，风压190Kpa,风量1350m3/min，富氧量1500m3/h，富氧率1.45%，煤量10000kg/h,煤比161kg/吨铁,综合燃料比501kg/吨铁，较停喷煤预热器时燃料比下降16kg/吨铁。
25日夜班5：50负荷由4.43吨/吨调至4.5吨/吨，矿批14700kg调至15000kg。风压185Kpa,风量1370m3/min，料速7批/h，煤量10800kg/h，煤比平均177 kg/吨铁，综合燃料比507kg/吨铁，较调负荷前综合燃料比上升6kg/吨铁，20：30塌料一次（料线2000mm）减风30Kpa稳炉况，22：00负荷由4.5吨/吨退至4.39吨/吨，逐步退煤至10100kg/h,煤比降至164kg/吨铁，综合燃料比控制在500kg/吨铁.此后,炉况顺行,无塌料现象。
1月24日—28日喷煤预热器投入使用后高炉各项操作参数及经济技术指标如下：
|
日期
|
24日
|
25日
|
26日
|
27日
|
28日
|
平均值
|
|
产量（吨）
|
1382
|
1474.4
|
1448.66
|
1544
|
1415
|
1452.81
|
|
煤粉温度（℃）
|
308
|
313
|
310
|
313
|
312
|
311.20
|
|
综合燃料比（Kg/吨）
|
516
|
514
|
510
|
479
|
527
|
509.20
|
|
焦比（Kg/吨）
|
351
|
334
|
339
|
317
|
345
|
337.20
|
|
煤比（Kg/吨）
|
150
|
167
|
159
|
150
|
170
|
159.20
|
|
焦丁比（Kg/吨）
|
14
|
13
|
12
|
12
|
12
|
12.60
|
|
富氧量(m3/h)
|
1800
|
1550
|
1908
|
1671
|
1736
|
1733.00
|
|
CO利用率(%)
|
0.46
|
0.46
|
0.46
|
0.45
|
0.46
|
0.46
|
|
风温（℃）
|
1156
|
1185
|
1169
|
1175
|
1191
|
1175.20
|
|
综合入炉品位(%)
|
56.54
|
56.66
|
56.59
|
56.17
|
56.13
|
56.42
|
|
生铁含硅量(%)
|
0.4
|
0.33
|
0.44
|
0.39
|
0.31
|
0.37
|
|
重力灰含碳量(%)
|
25.53
|
24.48
|
30.84
|
26.79
|
38.56
|
29.24
|
|
布袋灰含碳量(%)
|
19.64
|
18.11
|
16.15
|
26.3
|
19.28
|
19.90
|
|
焦炭灰分(%)
|
12.54
|
12.84
|
12.6
|
12.54
|
13
|
12.70
|
|
煤粉灰分(%)
|
10.99
|
9.32
|
9.87
|
9.63
|
8.66
|
9.69
|
3 试验过程分析
1月10日--28日剔除外界因素影响的13、14及18日后高炉各项主要技术参数汇总分析：
|
日期
|
10日
|
11日
|
12日
|
15日
|
16日
|
17日
|
19日
|
20日
|
21日
|
22日
|
23日
|
24日
|
25日
|
26日
|
27日
|
28日
|
|
煤粉温度（℃）
|
311
|
312
|
318
|
312
|
310
|
312
|
298
|
136
|
47
|
46
|
57
|
308
|
313
|
310
|
313
|
312
|
|
综合燃料比（Kg/吨）
|
519
|
501
|
496
|
512
|
492
|
500
|
497
|
519
|
518
|
507
|
524
|
516
|
514
|
510
|
479
|
527
|
|
焦比（Kg/吨）
|
342
|
334
|
332
|
328
|
322
|
324
|
332
|
338
|
342
|
342
|
374
|
351
|
334
|
339
|
317
|
345
|
|
煤比（Kg/吨）
|
165
|
155
|
152
|
170
|
155
|
162
|
151
|
166
|
161
|
151
|
135
|
150
|
167
|
159
|
150
|
170
|
实验阶段各项主要技术指标分析折线图：
实验阶段各项主要技术指标百分比堆积折线图：
分析煤粉预热器停用前后高炉炉况. 通过上述实验研究结果可以看到在我司当前原燃料条件下,风温在1180℃，富氧量在1.45--2%之间，在没有使用喷煤预热器时，煤比在140--150Kg/吨铁之间是合适的，炉况顺行度较好。在使用煤粉预热器后，煤粉预热到300℃,湿焦负荷可以由4.0增至4.4--4.45吨/吨，降低焦比38--44Kg/吨铁；煤比可以从135--150Kg/吨铁增至160--170Kg/吨铁，煤比提升25--30Kg/吨铁；在煤比大幅提高的基础上，综合燃料比却从515--520Kg/吨铁降至500--505Kg/吨铁,降低15--20Kg/吨铁。
4 结语
（1) 我国高炉炼铁在当前的原燃料结构、富氧鼓风制度条件下，影响高炉煤比提高的因素按程度分析依次是风口前理论燃烧温度、煤粉燃烧率、焦炭的料柱骨架作用。当前国内炼铁厂普遍通过提高风温、富氧鼓风解决了风口前理论燃烧温度低的问题。提高煤粉的燃烧率成为制约高炉煤比提高、燃料比降低的重中之重。通过调整配煤比例、煤气分布来解决煤粉燃烧率手段有限、效果有限。通过煤粉喷前预热、提高煤粉温度成为解决煤粉燃烧率、提高煤比、降低燃料比行之有效的手段。是我国炼铁技术的又一重大进步。
（2) 当高炉煤比在140Kg/吨铁以上高煤比操作时,煤粉预热到300℃后,对煤粉燃烧率的提高功效显著.有效解决了高煤比操作时未燃煤粉堵塞煤气通道,高炉透气性变差,影响煤比进一步提高的制约因素.煤粉预热到300℃以上时,可以在大幅提升高炉煤比,降低焦比的基础上,综合燃料比亦可大幅降低。.
（3）当高炉煤比达到170Kg/吨铁以上时,
使用煤粉预热到300℃后,制约煤比进一步提高的因素由煤粉燃烧率转为焦碳的料柱骨架作用.如能改善焦碳强度,煤粉预热后,高炉煤比有望进一步提高。
5 参考文献
[1] 宋阳升.我国高炉喷煤技术的发展和展望[J].钢铁,1996,31(12):5—12.
[2] 王筱留.钢铁冶金学(炼铁部分)[ M].第2版.北京:冶金工业出版社,2008:16.
[3] 炼铁交流.2016年1—4月全国钢铁企业高炉炼铁主要技术经济指标.炼铁交流2016年第三期.55—64.
[4] 王宏强.高炉喷煤新技术--煤粉喷前预热技术及工业应用。
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