高富氧大喷煤技术分析.docx

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关键词 高炉 富氧鼓风 喷煤
引言
喷煤是降低焦比的最有效措施。经过几十年的进展，我，主要表现：一是大多数高炉都配置了喷煤设施，二是宝钢的高炉已连续多年实现 200 kg／t 煤比。然而，统计结果显示，多年来，全均煤比始终在 120kg／t 的水平上徘徊，使得焦比居高不下。因此，在生产规模不断扩大、而焦炭价格大幅度上升的状况下，如何有效地提高煤比是今后我国炼铁工作的重要任务。本文从富氧对喷煤的作用，以及实现高富氧大喷煤的技术措施等方面进展分析，探讨提高煤比的有效措施和改 进方面，为企业的高煤比实践供给参考。
富氧的作用
高炉富氧鼓风具有提高煤比的显著作用，这一点无论在理论还是实践上都得到充分的证明。
富氧对提高煤比的理论分析
对理论燃烧温度的影响。富氧是弥补喷煤后风口燃烧温度降低的有效措施。从维持风口燃烧温度不变的角度计算，依据 13 铁、首钢的阅历公式，富氧 1％可提高煤比 22kg
／t。
对煤粉燃烧的影响。争论说明，富氧使鼓风中的氧浓度增加，加快了氧向煤粉外表的传递速度，从而促进了煤粉燃烧，提高了煤粉燃烧率。
对改善透气性的作用。富氧 1％可使吨铁的煤气量削减 4％。因此，当产量保持相对不变时，随富氧率的提高，炉腹煤气量削减，从而降低了压差，改善了透气性，有利于高炉承受高煤量。
富氧的实践效果
由于富氧对提高煤比的作用机理简单多变，目前在理论上尚无富氧和煤比的准确定量关系。然而，通过不断的实践探究，国内外企业普遍认可富氧对提高煤比的作用，并把 其当作实现高煤比不行缺少的技术措施。
例如：英国斯肯索普实现 213 kg／t 粒煤喷吹的富氧率为 8．1％。德国蒂森、日本钢管、神户、君津以及我国的宝钢等实现 200kg／t 以上煤比的企业，富氧率在 3．0％～4．7％。达涅利 CORUS 的高炉长期保持 7％一 9％的富氧率，不仅制造了高产指标，同时实现了 230kg/t 的高煤比(如图 l 所示)。据不完全统计，2025 年，我均
富氧率为 2．3％。
高富氧大喷煤的目标及分析
高富氧大喷煤的目标
为了实现最大程度地降低高炉焦比，将来高炉的煤比应在 200 kg/t 以上。为实现这一目标，除了连续改进炉料构造和质量以及提高风温外，大幅度提高富氧率是必不行少的手段。从目前的状况推断，富氧率 3％～5％应是实现煤比 200 kg／t 以上的必备条件。
另外，从提高高炉生产率的角度考虑，富氧的作用更显著。这也是为什么国内外一些企业不断提高富氧率的缘由。因此，高富氧率应当成为将来高炉生产的标志性参数。
现状及可行性分析
虽然富氧鼓风的作用早已被认可。但是长期以来，我国的高炉富氧始终被当作可有可无的操作手段使用。不仅富氧率很低，氧气来源也得不到保证。除个别厂在特定一段时 期，具有较高的富氧率外，富氧率普遍<3％，一般仅为 1％左右，很多高炉甚至没有富氧设施。造成这种现象的缘由是多方面的。首先是本钱上的考虑。在前些年的焦炭价格和生铁价格体系下，富氧所带来的增煤节焦效益和增产效益，不能抵消氧气消耗带来的本钱上升，因此，在人们头脑中形成了富氧不经济的概念。其次是氧气来源的问题。钢 铁厂的氧气是供转炉炼钢使用的工业纯氧，由炼钢的规模打算制氧量，因此，各厂的氧气除供给炼钢外，根本无富有。
然而，由于目前的焦炭和生铁价格已大幅度提高，而且这种趋势将相对保持下去，富氧在经济上已存在可行性。如以 5％的富氧率计算，吨铁富氧量约为 60m3。如氧气价格按 0．5 元/Nm3 计算，则吨铁本钱增加 30 元。如富氧 5％可提高煤比 80kg/t，节焦 72kg／t，则可获得效益 40 元左右。富氧增产所带来的效益估算为 30 元。两项效益之和已超过氧气本钱的 1 倍以上。
固然，各厂还应当依据各自的条件进展具体测算。但可以推测的是，在目前的生铁和焦炭价格体系下，富氧的本钱能够得到有效的补偿，甚至会是一个赢利效果突出的手段。
3．3 氧气来源
目前富氧鼓风所面临的最大问题应是氧气的供给。现在各厂的富氧基原来自炼钢的剩余氧气。每富氧 l％相当于吨铁氧气 12Nm3。当富氧 5％左右时，吨铁的氧耗相当于转炉吨钢氧耗的 70%。一般厂现有的制氧力量明显无法满足高炉高富氧鼓风的需要。
解决的方法是针对高炉鼓风富氧需求，建设特地的制氧设施。目前，有多种制氧方法，包括：高纯深冷法、低纯深冷法、变压吸附法、膜渗透法、液体气化法等。各方法在 生产规模、氧气纯度、电耗以及投资等方面各不一样，见表 1。由于鼓风富氧并不需要高纯度和高压，对于大型企业来说，可选择低纯深冷法，以满足高富氧率对总氧量的需要。对于中小企业，变压吸附法也可以作为一个较好的选择。
变压吸附法是利用气体在不同的压力下在吸附剂上的吸附力量不同，对空气中各种气体进展分别的一种非低温空气分别技术。其制氧原理是：加压的空气通过吸附剂(分子筛) 床。因分子筛中的阳离子对氮的吸附力量比氧大得多，使氮被选择性吸附后分别出氧。当氮被分子筛吸附饱和后，减压使氮脱附，吸附剂便可再生重复利用。两个以上的吸附 床轮番切换工作，便可连续生产出氧气。
该方法近年来进展较快。其特点是工艺流程简洁、能耗低、投资少等。国内已有企业特地为高炉富氧建立了这种制氧装置，如邯钢在几年前就建了 2 台 4000m3／h 的变压吸
附制氧机。2025 年，通钢 1 台 10000m3／h 变压吸附制氧机投产，各项指标均到达设计要求。通钢变压吸附制氧生产指标见表 2。
高富氧大喷煤的技术保障措施
富氧率的计量
高富氧率操作时，必需对富氧率的变化进展严格监控。除了要对参加的氧气量进展计量，还应对鼓风中的氧气量进展在线检测，以消退流量误差、氧气浓度、风量变化等因 素对实际富氧率带来的误差。
风口燃烧监测和掌握
风口燃烧状态及燃烧温度监测。高富氧大喷煤条件下，风口的燃烧更加简单多变。因此，必需对风口内的燃烧状态实施更严格的在线监测。监测内容包括：风口内的煤粉 燃烧状况、焦炭活泼程度、风口圆周工作均匀性、风口内燃烧温度的准确测量等(见图 2)。
鼓风湿分的掌握。为稳定高富氧大煤比条件下的风口燃烧状态，必需重视鼓风湿分的影响。要对大气自然湿分进展严格的监测。同时要利用湿分具有的调整炉况直接快速 和对煤气流分布无影响的特点，依据需要进展加／减湿分操作。需要明确的是，此时的湿分掌握不是传统的加湿鼓风，必需严格掌握湿分的调整范围，避开对喷煤等产生不利 影响。
对于南方高湿分地区，应设置鼓风脱湿装置，在高湿分季节进展适当的脱湿。对于北方地区的企业，因自然湿分低，没有脱湿的必要。但应在线检测大气湿分的变化，并通 过调整其他参数消退其对风口燃烧的影响。南方某厂和首钢的大气湿分变化如图 3、图 4 所示。
喷煤系统的改进和完善
喷吹系统的均匀稳定。高富氧高煤比条件下，喷吹系统的均匀稳定是格外重要的，否则会造成风口内燃烧温度的大幅度波动，破坏高炉顺行。实现均匀稳定喷吹的措施包 括：①通过改进喷吹罐内部构造，增加流化等，加强喷吹罐内的固气混合，实现均匀高浓度稳定喷粉。②合理设计管道直径，改进管道布置，消退直角转弯现象。③设置喷煤
支管状态监测装置，准时觉察喷煤支管不均匀和堵塞现象。④提高安排器的安排精度，设置支管调整阀，保持各支管煤量均匀。设想进一步的目标是通过调整各支管的煤量， 实现各风口的煤量与风量匹配，从而保持圆周风口燃烧温度的全都。⑤改进喷枪材质和构造，提高喷枪使用寿命，实现正常无烧枪。
提高燃烧效果。高煤粉燃烧率是维持高煤比的根底。需要从两个方面改进风口内的煤粉燃烧行为：一是对煤种进展选择，使用燃烧性能好的原煤，争论开发有效的煤粉助 燃剂；二是改进喷吹方式，推举使用氧煤枪，以提高煤粉四周的氧浓度，促进燃烧。
其他方面
高富氧大喷煤的高炉操作处于更加强化状态，任何因素的影响更易使炉况波动甚至是失常。因此，，应对铁水温度实 施连续监测，以定量把握炉温的变化趋势。目前普遍承受的电偶法点数少，误差大，不能反映趋势。铁水连续测温曲线的光滑程度同时还反映了炉缸工作状态的好坏 (见图 5)。
应通过对炉顶煤气成分包括煤气水分的连续测量，监测炉内的反响状况和布料效果。对煤气水分及露点的监测还是防止干法除尘布袋结露的最直接掌握参数。同时，煤气含水
量还是热风炉烧炉的重要参数。
5 结语
综上所述，高富氧对高炉实现高煤比具有不行替代的作用。而目前的价格体系使高富氧鼓风在经济合理性上具备了条件。建议各厂依据具体状况，认真分析评价富氧的作用 和效果，选择适宜的制氧方法，大幅度提高鼓风富氧率，以促进煤比的提高。同时，要特别重视高富氧大喷煤的技术保障措施，加强对富氧率及风口燃烧状态的监控，留意和 发挥鼓风湿分的影响和作用，改进喷煤系统，实现大喷煤条件下的均匀稳定和高燃烧率。完善高炉在线系统监
测，实现高富氧大喷煤条件下的高炉稳定顺行。