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高爐經濟噴煤量的研究與噴吹實踐

時間:2019-06-03 13:55來源:河南濟源鋼鐵 作者:周軍利 侯李平 點擊:
  • 摘  要  為了實現高爐的經濟噴吹,本文研究了經濟煤比的評價方法,定性地分析了影響高爐經濟噴吹的因素;同時根據濟鋼高爐的噴吹實踐,利用數據統計和回歸的方法,對不同煤比下的煤粉利用率、燃料比和噸鐵燃料成本進行分析,得出了在目前原燃料條件和操作水平下高爐的經濟噴煤量;同時,結合目前高爐的外圍生產條件,提出了進一步提高高爐經濟噴煤量的途徑。

    關鍵詞  經濟煤比  煤粉利用率  燃料比  燃料成本

    1  前言

    高爐燃料成本約占生鐵制造成本的20%-25%左右,研究和分析高爐的經濟噴吹量,實現低成本的燃料消耗顯得非常重要。高爐生產實踐證明,并不是噴吹量越大越好,過大的噴吹量,將會降低煤粉在高爐內的有效利用率,甚至會破壞高爐煤氣流的分布,影響高爐穩定順行,造成燃料成本增加,因此無論從高爐順行的角度,還是從經濟效益方面考慮,高爐煤比必須同自身的原燃料條件和操作水平相適應,只有在高爐穩定順行的基礎上,才能實現經濟煤比和低的燃料成本。如何實現經濟噴煤量和最低的燃料成本,國內許多廠家對此進行了相關工業實驗和研究[1-3]。

    2  經濟噴煤的評價理論和定性分析

    2.1  經濟煤比的評價方法

    從噴吹煤和焦炭存在價格差的角度看,高爐噸鐵噴煤的效益計算公式為:

      (1)式中: 為以煤代焦節約的費用,元/t; 為煤比,kg/t; 為煤焦置換比; 為焦炭價格,元/t; 為煤粉價格,元/t; 為煤焦價格比。

    以煤代焦效益最大化時對應的經濟噴煤比評價公式:

       (2)一定原燃料條件下,經濟噴煤比的評價公式:

      (3)式中: 為噸鐵最低燃料成本,元/t; 為焦比(包括焦丁),kg/t; 

    2.2  經濟煤比的定性分析

    通過對評價公式的推導和分析可以發現:

    (1)可以從以下兩個方面進行對經濟煤進行評價,一定原料條件下,以煤代焦效益最大化對應的噴煤量和最低燃料成本對應的噴煤量;

    (2)影響噴煤經濟性的因素有煤焦置換比、煤焦價格及煤焦價格比;

    (3)在煤粉加工費用一定的情況下,煤焦價格比 由噴吹煤和焦碳的市場價格所決定,從公式(1)可看出,只要煤粉和焦炭在爐內的利用置換比高于煤焦價格比,提高煤比就存在效益[4];

    (4)一定原料條件下,最低燃料比下的高爐煤比并不一定對應最低燃料成本下的經濟煤比;

    (5)在提高煤比的過程中,若能保持爐況穩定順行,隨煤焦價格比 的降低,經濟煤比升高。

    3  高爐煤比與煤粉在爐內的利用關系

    當高爐噴煤量增加到一定程度后,煤粉不能在風口回旋區狹小的空間內充分燃燒,除部分參與高爐內部還原反應和滲碳反應被消耗外,爐內剩余未燃煤粉增多,當未燃煤粉數量超過高爐能夠接受的極限水平時,給高爐爐況穩定順行帶來不利影響:(1)大量進入爐渣,以懸浮狀存在于爐渣中,導致爐渣粘度升高,嚴重時造成滴落帶渣流不順和爐缸堆積;(2)大量附著在爐料表面和空隙中,降低料柱的孔隙度,增加高爐料柱阻力,降低爐內透氣性和透液性,惡化煤氣上升過程中的流體力學條件,導致高爐壓差上升。

    相關研究和生產實踐表明[2,5],隨著煤比的升高,大量未燃煤粉被高速煤氣流帶出高爐,致使高爐噸鐵布袋灰量及布袋灰含碳量增多,布袋灰量及含碳量可以反映出煤粉在高爐內的利用率。圖1和圖2分別為2#高爐和全廠高爐煤比與布袋灰量及含碳量的關系。

    從煤的有效利用角度看,2#高爐煤比小于165kg/t可獲得較高的利用率,若要保證布袋灰C%小于35%,噸鐵布袋灰量<10kg/t,煤比應小于162kg/t。

    可以看出,全廠噸鐵布袋灰量及其含碳含量均低于2#高爐,說明小高爐的煤粉利用率高于2#高爐,同時可以看出全廠煤比在155~160kg/t可保證較高的利用率。

    4  高爐煤比同高爐燃料比的關系

    可看出,2#高爐煤比大于150kg/t后,燃料比隨著煤比的升高而升高,煤比大于160kg/t時,燃料比隨煤比的升高速度明顯加快。

    看出,全廠高爐煤比控制在120-130kg時,煤比126kg/t對應最低的燃料比;高爐煤比大于140kg/t時,煤比156kg/t對應最低的高爐燃料比;高爐煤比大于156kg/t,隨著煤比的升高,燃料比升高。

    5  高爐煤比同燃料成本的關系

    為了避開市場變動對燃料成本的影響,采用固定煤粉和焦炭價格的方法,進行統計煤比同燃料成本的關系,采用某月煤焦價格比為0.779。

    可看出,2#高爐煤比從142kg/t升高162kg/t的過程中,隨著煤比的升高,燃料成本呈下降趨勢;當煤比高于162kg/t,隨著煤比的升高,燃料成本開始升高,煤比大于166 kg/t,燃料成本隨著煤比的升高顯著升高,因此實現高爐最低燃料成本,煤比控制在162kg/t以下較合算。

    可以看出,燃料成本有兩個低谷,分別是煤比在120~130kg/t和150~158kg/t,其中煤比在120~130kg/t的階段是3月份南區磨機大修期間,正常生產條件下,高爐煤比大于140kg/t時,煤比控制在154kg/t,可取得最低的燃料成本,煤比大于156kg/t,燃料成本隨煤比的升高明顯升高。

    從燃料成本與高爐煤比的變化趨勢上可以看出:煤比升高,燃料比升高,但是燃料成本并一定升高,同時也驗證了,只要煤焦利用置換比大于煤焦價格比,提高煤比就有效益。

    6  進一步提高經濟噴煤量的措施

    高爐經濟噴煤量處于不斷變化之中,除受市場的變化外,還受原燃料條件、風溫、富氧率、品位(渣量)、噴煤工藝和高爐爐況等因素的影響。結合目前高爐的實際生產條件,從以下兩個方面著手,提高高爐的經濟噴煤量,進一步降低生鐵制造成本,提高公司產品的競爭力。

    6.1  改善原燃料條件

    提高焦炭質量,提高入爐礦品位,改善燒結礦質量等存在較大的難度。通過合理配煤,實現穩定煤粉質量。由于各種原因,公司噴吹用無煙煤品種多,進廠方式多樣化,在下站及堆放過程中,無煙煤和低揮發分煙煤混合,由于低揮發份潞安煤同永城煤、西楊村煤等無煙煤的揮發分相差3-4%,不同的煤種未合理搭配混合,造成配煤后煤粉揮發分波動2%左右,入爐煤粉質量的波動,影響煤粉在爐內的有效利用效率,進而影響高爐爐溫波動。若將無煙煤和低揮發份煙煤分開堆放,按比例混合,可穩定煤粉質量,提高煤粉在爐內的利用效率,進而提高高爐的經濟噴吹量。

    6.2  風口均勻噴吹

    隨著自動噴吹改造和調試的結束,噴吹的瞬時穩定性得到大幅提高,但并不代表風口的均勻噴吹。煤粉進入分配器后,經過各支管達到風口煤槍繼而噴入高爐,其均勻性直接影響到高爐爐缸熱狀態和煤粉的有效利用,良好的均勻性有利于提高經濟噴煤量。

    3#高爐采取的保證分配器均勻分配和支管等阻損解決風口均勻噴吹的技術應進行推廣。在輸煤主管末端進人分配器之前采用方形管道。由于煤粉和氣體兩相流在沿著一定長度的圓管運行后,會出現壓力場和速度場不均勻的現象,主要體現為其運行軌跡沿著管道中心線呈螺旋狀前進,這種不均勻性會造成管線內出現固態沉積,進入分配器后的煤粉不能均勻的被分配到各支管中,從而引起各支管的噴煤量差異。因此,在進入分配器入口,輸送管線豎直段的最后一段采用方形管,避免這種不均勻現象,以保證分配器均勻分配煤粉。在設計分配器至風口的支管道上,將分配器布置在高爐爐頂平臺,采用管道等阻損技術,保證各支管從分配器到風口的當量長度相等,實現各風口均勻性誤差控制在4%的范圍內。

    6.3  高爐操作制度的改進

    在原燃料條件變差和惡劣天氣條件下,如焦炭質量變差和入爐礦石品位降低時,需及時減輕焦炭負荷,避免采用增大噴煤量來保證高爐爐溫,料柱透氣性變差,高爐噸鐵布袋灰量及其C含量增加,煤粉利用率降低,燃料比升高,進而影響到高爐行程的穩定。

    7  結語

    在目前的原燃料條件下,文中推導的經濟煤比的評價方法和結論,與生產實際相符,可以定性的指導生產實踐,主要結論如下:

    (1)影響噴煤經濟性的因素有煤焦置換比、煤焦價格及煤焦價格比。

    (2)燃料比升高并不代表燃料成本升高,在煤焦利用置換比大于煤焦價格比時,提高煤比有利于降低燃料成本。

    (3)在爐況穩定順行條件下,經濟煤比隨煤焦價格比的降低而升高。

    (4)在目前的原燃料條件和操作水平下,2#高爐煤比小于162kg/t,全廠煤比控制在154-156kg/t,可實現低的燃料成本。

    (5)實現無煙煤和低揮發份煙煤分開堆放,按比例搭配混合,穩定入爐煤粉質量,可改善煤粉利用率,提高經濟煤比。

    (6)推廣等阻損等技術實現高爐風口均勻噴吹,可改善煤粉的有效利用率,提高經濟煤比。

    8  參考文獻

    [1]  徐萬仁等. 寶鋼1號高爐經濟噴煤比生產實踐[J]. 煉鐵,2010(1):29-31.

    [2]  張立國等. 鞍鋼高爐合理噴吹煤粉實踐[J].鋼鐵研究,2012(6):1-5.

    [3]  呂春風等. 天鐵高爐經濟噴煤量的試驗研究[J].煉鐵,1998(6):27-30.

    [4]  王小艾.宣鋼高爐提高煙煤比及煤比生產實踐[J].煉鐵,2010(2):34-36.

    [5]  徐萬仁,吳鏗.高爐大噴煤時煤粉利用率的研究[J].鋼鐵,2006(4):10-14.

    (責任編輯:zgltw)
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