炼铁原理与工艺13(喷煤操作).ppt

13.高炉喷煤,高炉喷煤系统与喷煤工艺概述,13.1喷煤概述,高炉喷煤的意义 喷吹煤粉不仅能大幅度降低焦比，而且还使其它技术经济指标大为改善。喷吹煤粉带动了整个炼铁技术的发展。,13.1喷煤概述,高炉对原煤的质量要求煤的灰分和灰熔点温度:灰分要小于15%,灰熔点温度主要取决于灰份中Al2O3的含量。当其含量超过40时，熔点都会超过1500。煤的硫分 一般要求低于0.8%，最高不超过1.0%胶质层:用Y表示厚度,G表示粘结指数.,13.1喷煤概述,煤的燃烧性和反应性煤的可磨性:用哈式可磨指数表示,HGI.煤的发热量:有弹入射筒发热量,Q高高位发热量,Q低低位发热量.每kg煤粉风口燃烧放出的热量只有980010000kJ，比Q高,Q低低很多.(煤粉在大气中为38000kJ/kgC),13.1喷煤概述,高炉对喷吹煤粉的质量要求粒度:无烟煤-200目的应达到80-85%；烟煤-200目的达到50-65%.温度:应控制在70-80，水分:煤粉的水分应控制在1.0%左右，能够最高不超过2.0%，影响煤粉的输送，加剧t理的下降。,13.1喷煤概述,喷吹烟煤与无烟煤的区别烟煤含挥发分高，着火点低，易于燃烧，可磨性比无烟煤好，密度较无烟煤小，输煤时可以增大浓度，因而输送速度较快。烟煤的结焦性比无烟煤强，两种煤对置换比的影响不完全一样，定置换比高低的主要因素是固定炭.无烟煤的特点和烟煤相反.一般以V挥来区分两者.无烟煤V挥小于10%.,13.1喷煤概述,高炉喷煤系统主要由原煤贮运、煤粉制备、煤粉喷吹、热烟气和供气等几部分组成，可归为制煤系统和喷吹系统.,1.高温风机 2.干燥炉 3.原煤仓 4.给煤机 5.中速磨 6.布袋收粉器7.主排风机8.仓顶除尘器 9.煤粉仓 10.喷吹罐 11.分配器 12.高炉太钢4350m3高炉喷煤系统工艺流程图,13.1喷煤概述,13.2高炉制煤系统,制粉工艺概述煤粉制备是通过磨煤机将原煤加工成粒度和含水量均符合高炉喷吹需要的煤粉。将原煤经过磨碎和干燥制成煤粉，再将煤粉从干燥气中分离出来存入煤粉仓内。在烟煤制粉中，还必须设置相应的惰化、防爆、抑爆及监测控制装置。现代高炉煤粉制备系统的工艺流程为：原煤仓给煤机磨煤机（通入干燥气）布袋収粉器（排粉风机）煤粉仓,13.2高炉制煤系统,制煤系统 制粉系统包括原煤上料系统、干燥剂供应、及煤粉制备系统。原煤上料 工艺设施主要由干煤棚、配煤槽、转运站及胶带输送系统组成。干燥剂供应 热风炉废气和干燥炉高温烟气组成。干燥气正常温度250，最高温度不超过300。,去原煤仓,13.2高炉制煤系统,煤粉制备 煤粉制备是通过磨煤机将原煤加工成粒度和含水量均符合高炉喷吹需要的煤粉。将原煤经过磨碎和干燥制成煤粉，再将煤粉从干燥气中分离出来存入煤粉仓内。流程为：原煤仓给煤机磨煤机（通入干燥气）布袋收粉器（排粉风机）煤粉仓,13.2高炉制煤系统,煤粉制备主要设备有：原煤仓，给煤机，磨煤机，袋式收粉器，主排风机，煤粉振动筛，仓顶除尘器。粗粉分离器：粗粉分离器的任务是把经过磨制的过粗煤粉分离出来，送回磨煤机再磨，在磨煤机顶部。细粉分离器：一、二级旋风除尘器。锁气器是装在旋风分离器下部的卸粉装置。,制粉设备,埋刮板给煤机结构示意图l一进料口；2一壳体；3一刮板；4一星轮；5一出料口,图4-9 锁气器 图4-10 简易布袋除尘器示意图 1一煤粉管道；2活门；3一外壳；l一进气管；2一集灰箱；3一布袋室；4一布袋；4一杠杆；5一重锤；6一支点；7一手孔 5一风帽；6一出灰管；7一振打装置,制粉设备,平盘磨结构示意图1-原煤入口；2-气粉出口；3-弹簧；4-辊子；5-挡环；6-干燥气通道；7-气室；8-干燥气人口；9-减速箱；10一转盘,图4-6 碗磨结构示意图1-气粉出口；2-耳轴，3-调整螺丝；4-弹簧，5-干燥气入口；6-刮板；7-杂物排放口；8-转动轴；9-钢碗；10-衬圈，11-辊子；12-原煤入口,制粉设备,图4-9 锁气器 图4-10 简易布袋除尘器示意图 1一煤粉管道；2活门；3一外壳；l一进气管；2一集灰箱；3一布袋室；4一布袋；4一杠杆；5一重锤；6一支点；7一手孔 5一风帽；6一出灰管；7一振打装置,制粉设备,13.2高炉制煤系统,制粉操作见课本规程.,13.3高炉喷吹系统,喷吹工艺按喷吹方式分为直接喷吹和间接喷吹。直接喷吹就是高炉附近设有喷吹站，制好的煤粉直接入煤粉仓，通过喷吹罐喷入高炉风口。间接喷吹是把制好的煤粉经输送管道送入高炉附近的喷吹站，再由喷吹站将煤粉喷入高炉风口。,13.3高炉喷吹系统,按喷吹罐布置形式分为并列罐喷吹和串罐式喷吹，通过倒罐来实现不间断喷煤。并列式占地大，但罐称量简单，常用于小高炉直接喷吹。串罐式则正好相反。适用于大高炉喷吹，串罐有单系列和多系列。,13.3高炉喷吹系统,图4-16 并罐喷煤系统l一塞头阀；2一煤粉仓；3一煤粉仓电子秤；4一软连接；5一喷吹罐；6一喷吹罐电子秤；7一流化器；8一下煤阀；9一混合器；10一安全阀；ll一切断阀；12一分配器；13一充压阀；14一放散阀,图4-17 串罐喷吹工艺l一塞头阀；2一煤粉仓电子秤；3一煤粉仓；4一软连接；5一放散阀；6一上钟阀；7一中间罐充压阀；8一中间罐电子秤；9一均压阀；10一中间罐；11一中间罐流化阀；12一中钟阀；13软连接；14下钟阀；15一喷吹罐充压阀；16一喷吹罐电子秤；17一喷吹罐；18一流化器；19一给煤球阀；20一混合器,13.3高炉喷吹系统,按管路形式分为多管式喷吹和单管加分配器方式喷吹。多管就是喷吹罐和风口数目相同的喷吹管相连起来形成一个喷吹系统。单管加分配器喷吹就是煤粉从喷吹罐由一根管把煤粉送到高炉附近再用分配器把煤粉分配到各个风口这样一个系统,单管路喷吹工艺,单管路喷吹工艺a下出料b上出料，1.喷煤罐;2.下煤阀;3.压缩空气阀.4.混合器;5.自动切断阀;6.吹扫阀;7.分配器;8.送煤阀;9.煤枪;10.吹管;11.流化室;12.二次风;13.流化装置.,多管路喷吹工艺,多管路喷吹工艺a下出料b上出料，1.喷煤罐;2.下煤阀;3.压缩空气阀.4.混合器;5.三通阀;6.吹扫阀;7.喷枪;8.吹管;9.流化板;10.煤粉导出管;11.流化风管;12.合流管;13.二次风调节阀;14.二次风,13.3高炉喷吹系统,喷吹系统设备 喷吹系统由一个煤粉仓、喷吹罐、分配器、喷吹管线、阀门、喷枪等设备组成。每个喷吹罐下部装设流化装置，氮气经过流化板将煤粉送入喷吹主管。,13.3高炉喷吹系统,螺旋泵 混合器:混合器是将压缩空气与煤粉混合并使煤粉启动的设备，由壳体和喷嘴组成.分配器:把煤粉均匀分配到各风口。目前使用效果较好的分配器有瓶式、盘式和锥形分配器等几种。喷煤枪,13.3高炉喷吹系统,仓式泵贮煤罐、喷吹罐、输送系统 喷吹烟煤的防火、防爆设施：氧浓度监测仪，氮气或蒸汽灭火装置，煤粉温度监测，防爆孔 等,混合器,分配器,图4-11 沸腾式混合器l一压缩空气阀门；2气室；3一壳体；4一喷嘴；5一调节帽,图4-12 分配器结构示意图a一瓶式；b一盘式；c一锥形1一分配器外壳；2一中央锥体；3一煤粉分配刀；4一中间法兰；5一喷煤支管；6喷煤主管,喷枪,仓式泵(间接喷吹输煤),图4-13 喷煤枪a-斜插式；b-直插式；c-风口固定式,图4-15 上出料仓式泵1-煤粉仓；2-给煤阀；3-充压阀；4-喷出口；5-沸腾板；6-沸腾阀；7-气室；8-补气阀,13.3高炉喷吹系统,高炉喷吹操作总体要求：高炉喷煤应做到安全、连续、均匀、稳定。高炉生产的需要，也是检验喷吹操作水平的重要依据。防止高炉热风倒灌，这就需要防止喷吹系统低压。喷吹操作见课本规程,13.4高炉喷吹操作,喷吹操作注意事项罐压控制：刚倒完罐的粉位高，料层厚；压力传递较难，这就需要较高的罐压。缩短补气的时间间隔。罐内料面不断下移，料层减薄，这时的罐压应当低些，补气时间间隔可适当延长。停喷时应把罐内压缩空气放掉，把罐压卸到零。利用喷吹罐锥体部位的流态化装置进行补气，不仅可起到松动煤粉和增强煤粉流动性的作用，而且还可以实现恒定罐压操作，故尽量少用或不用罐顶补气的办法控制罐压。,13.4高炉喷吹操作,混合器调节：混合器的喷嘴位置除在试车时进行调节外，在正常生产时，还要根据不同煤种和不同喷吹量做适当的改变。对于使用带流化床的混合器，进入流化床气室的空气流量与喷吹流量的比例需要精心调节。进入气室的空气量过大，将会使粉气的混合比下降，喷吹量减少；空气过小，则起不到流态化的作用。煤粉中的夹杂物可能会沉积在混合器内，所以除了定期清罐外，还应经常清理混合器。,13.4高炉喷吹操作,烟煤喷吹的主要控制点 系统气氛的控制。煤粉制备的干燥剂一般都是采用高炉热风炉废气或者是烟气炉废气的混合气等。布袋的脉冲气源一般都是采用氮气，氮气用量应根据需要进行控制。在制粉系统启动前。各部位的气体含氧量几乎都与大气相同，需先通入惰性气体或先透人热风炉废气，经数分钟后转入正常生产。,13.4高炉喷吹操作,煤粉温度的控制首先要控制好各点的温度。磨煤机出口干燥剂温度和煤粉温度不得超过规定值，且无升温趋势，否则要引入冷废气、氮气或尽快将煤粉喷空。煤粉升温严重时应采取“灭火”或排放煤粉的措施。另外要防止静电火花。在检修管道阀门、软连接时，动火前必须用惰性气体吹扫。喷吹罐下面的混合器应全部投入运行，在高炉不允许全部运行的情况下应轮换使用，以防积粉自燃。,13.4高炉喷吹操作,喷煤系统正常工作的标志 喷吹系统的运行操作应掌握装煤、喷煤、倒罐、停喷等环节。喷吹介质高于高炉热风压力0.15MPa。罐内煤粉温度烟煤小于70，无烟煤小于80。罐内氧浓度烟煤小于8%，无烟煤小于12%。,13.4高炉喷吹操作,煤粉喷吹均匀，无脉动现象。全系统无漏煤、无漏风现象。煤粉喷出在风口中心，不磨风口。电气极限信号反应正确。安全自动连锁装置良好、可靠。计量仪表信号指示正确。,13.4高炉喷吹操作,喷煤量的调节方法 对于喷射型混合器，通常调节煤量有3种方法：喷枪数量，喷枪数量越多，喷煤量越大。喷煤罐罐压。喷煤罐内压力越高，则喷煤量越大。而且罐内煤量越少，在相同罐压下喷煤量越大。混合器内喷嘴位置及喷嘴大小。喷嘴位置可以前后调节，其效果极为明显。喷嘴直径适当缩小，可提高气(空气)煤混合比，增加喷吹量，但过小则相反。但一般不动。,13.4高炉喷吹操作,对于流化床混合器,可通过3种方法调节喷煤量 调节流化床气室流化风量，风量过大将使气(空气)煤混合比减少，喷吹量降低；但是风量过小，不起流化作用，影响喷吹量。因此应选择适宜的流化风量。调节煤量开度，通过手动或自动调节下煤阀开度大小来调节喷煤量。调节罐压，通过喷煤罐的压力来调节煤量。对于流化罐混合器，这种混合器可实观浓相输送。,13.5高炉喷煤后冶炼特点,高炉喷吹煤粉对冶炼的影响对高炉料柱透气性的影响对炉内还原的影响对理论燃烧温度的影响对炉内气流与温度分布的影响未燃煤粉对高炉冶炼的影响；对燃料比的影响（喷吹量与置换比）。,13.5高炉喷煤后冶炼特点,高炉喷吹煤粉的冶炼特征 喷煤后炉缸煤气量和鼓风动能增加,13.5高炉喷煤后冶炼特点,煤比提高对上部调剂的操作要求 无论煤比高低均要适当放松边沿气流煤比提高对下部调剂的操作要求 低煤比时风口面积要比全焦冶炼时大；在煤比提高到一定水平时由于料柱透气性（未燃煤粉增加和回旋区外焦炭粒度变小以及O/C比增加）下降要缩小风口面积。,13.5高炉喷煤后冶炼特点,间接还原反应改善，直接还原反应速度降低煤气还原性成分(CO、H2)增加，N2含量降低。特别是氢浓度增加，煤气黏度减小，扩散速度和反应速度加快，将会促进间接还原反应发展。喷吹燃料后单位生铁炉料容积减少，使炉料在炉内停留时间增长，增加了煤气和矿反应面积，也改善了间接还原反应。焦比降低，减少了焦炭与CO2的反应面积，也降低了直接还原反应速度。,13.5高炉喷煤后冶炼特点,理论燃烧温度降低煤气量增多，用于加热燃烧产物所需的热量相应增加。喷吹物气化时因碳氢化合裂化耗热，使燃烧放出的热值降低。焦炭到达风口燃烧带时已被上升煤气加热到约1500左右，可为燃烧带来部分物理热，而喷吹燃料温度一般为100左右，减少了热收入。操作上要求富氧，提高风温,13.5高炉喷煤后冶炼特点,对炉内温度的影响炉顶温度与单位生铁的煤气量有关，煤气量大，炉顶温度升高。而煤气量和燃烧比有关。所以顶温增加是一般情况，燃烧比降低时顶温不会增加。,13.5高炉喷煤后冶炼特点,喷煤后炉缸温度在热补偿不足时会下降，如果喷煤后有富氧，风温提高，还原改善，炉缸温度会升高。热滞后现象 燃料喷入高炉后，对炉温的影响要经过一段时间才能完全显示出来，这种现象称为“热滞后现象”。只有被CO和H2含量高的还原性煤气加热和充分还原的上部矿石下降到炉缸后，由于直接还原消耗的热量减少，炉缸温度才开始提高。,13.5高炉喷煤后冶炼特点,热滞后计算：热滞后时间，h；V总H2参加还原反应区起点平面（炉身温度11001200）至风口平面之间的容积，m3；V批每批料的体积，m3；n每小时的下料批数，批/h。,13.5高炉喷煤后冶炼特点,料柱阻损增加，压差升高 O/C比增加。炉内未燃煤粉增加，恶化炉料和软熔带透气性。煤气量增加，流速加快，阻力也要加大。要求提高原燃烧质量水平。,13.5高炉喷煤后冶炼特点,生铁质量的作用 喷吹后适于冶炼低Si、低S生铁 炉缸活跃，炉缸中心温度提高，炉缸内温度趋于均匀，渣、铁水的物理温度有所提高，这些均有助于提高炉渣的脱硫能力。喷煤时其含S低于焦炭，降低了硫负荷。还原情况改善，减轻了炉缸工作负荷，渣中(FeO)比较低，有利Ls的提高。焦比降低，降低了风口前理论燃烧温度，因此减少了SiO2的来源和抑制了硅的还原。又由于高炉稳定性好，生铁成分波动小，Si可以控制在下限水平。,13.5高炉喷煤后冶炼特点,喷吹量与置换比 喷煤后1kg煤粉能代替的焦炭量。置换比与喷吹燃料的种类、数量、质量、煤粉粒度、重油雾化、天然气裂化程度、风温水平以及鼓风含氧等有关，并随着冶炼条件和喷吹制度的变化而有不同。据统计，通常喷吹燃料置换比煤粉0.71.0kgkg，重油1.01.35kgkg，天然气0.50.7kgm3，焦炉煤气0.40.5kgm3。太钢4350高炉经验公式K 18.730.1868 X 0.000484 X20.01227(BT1250)0.008534(SR290)0.02011(OR5.64)0.02331(PCC71.75),13.5高炉喷煤后冶炼特点,限制喷吹量的环节：风口前喷吹燃料的燃烧速率是目前限制喷吹量的薄弱环节。流体力学因素也能成为限制喷吹量的环节。它表现为上部料柱透气性变坏，下部软熔带急剧上升和滴落带出现局部液泛征兆。置换比降低是限制喷吹量的一因素。前两个可归为对高炉顺行的限制。所以限制喷吹量的环节就是：顺行和置换比的高低。,13.5高炉喷煤后冶炼特点,限制置换比的因素有：煤粉燃烧性（煤粉的本身结构和粒度；）。煤粉的含碳量。渣比（吨铁渣量）。风温和富氧。,置换比与煤粉炭量,置换比与渣比,图1：煤粉粒度和燃烧率的关系(V20%),图2：煤粉粒度和燃烧率的关系(25%V40%),图3：煤粉粒度和燃烧率的关系(V40%),煤粉粒度和燃烧率关系,13.5高炉喷煤后冶炼特点,提高煤比的有效措施：加强原料整粒工作，改善原料条件，降低渣量，保证炉况顺行。搞好上下部调剂，保持合理的煤气流分布，稳定炉况。提高煤粉质量。煤粉要合适，无烟煤细磨，烟煤则不必，相反要粒度大些（一方面是输煤要求，一方面燃烧率好），提高喷吹燃料的燃烧速率。,13.5高炉喷煤后冶炼特点,采用多风口均匀喷吹，减少每个风口的喷吹量，配合富氧鼓风，也可改善燃烧状况。提高风温，保证一定的燃烧温度，可以扩大喷吹量。配合高压操作，改善料柱透气性。改进喷枪结构、插入位置和夹角，也可以改善混合效果等。,13.5高炉喷煤后冶炼特点,未燃煤粉的利用和对高炉冶炼的影响 煤粉进入高炉后的去向可划分为两部分，一部分燃烧，一部分未燃。未燃烧的去向：少量的煤粉和碳黑在上升过程中，有可能被冶炼过程所吸收或进一步气化。（没有不良影响）喷吹煤粉中大量不能气化的随煤气进入料柱会有许多不利作用，影响高炉行程。,13.5高炉喷煤后冶炼特点,进入炉渣超过还原要求的量，增加了炉渣的粘度。大量附着在炉料表面和空隙中会降低料柱的孔隙度，降低了料柱的透气性，同时也影响了煤气流在炉内的分布，影响炉况的顺行。大量未燃煤粉和碳黑滞留在软熔带，降低了软熔带透液性和透气性。,13.5高炉喷煤后冶炼特点,未燃煤粉一部分参加C的气化反应和铁水的渗C，这是为有效利用。在正常高炉生产条件下，未燃煤粉量的吹出率和原燃料质量、喷粉量的大小、煤粉燃烧和利用程度、炉顶压力和炉况稳定性有关系。,：焦粉量：未燃煤粉量(a)：2#高炉(b)：3#高炉,煤粉在高炉内的去向和消耗,13.5高炉喷煤后冶炼特点,高炉综合喷煤冶炼操作的特点高炉综合喷煤冶炼就是将高风温、富氧和喷煤结合在一起的高炉冶炼。综合喷煤冶炼的特征：增加燃烧强度，大幅度增产；促使喷吹煤粉快速燃烧气化，并且不降低t理，缓解喷煤的燃烧和炉缸热状态的限制程度，从而可以扩大喷煤量；,13.5高炉喷煤后冶炼特点,富氧使喷煤和高风温引起的p上升得到缓解，改善高炉顺行。随着风温的提高、风中含氧和喷煤量的增加，高炉冶炼过程中的炉料和煤气流分布、温度场分布、还原和热交换过程都发生一定变化，高低煤比情况下表现是不一样的。,13.5高炉喷煤后冶炼特点,综合喷煤操作的特点：维持适宜的理论燃烧温度。应用上下部调节控制好煤气流分布。用富氧维持煤燃烧所要求的氧过剩系数，提高煤粉的燃烧率。做好精料工作，改善料柱的透气性。降低鼓风中的湿分，减少鼓风中水分分解消耗的热量。,