我国高炉喷煤技术的发展和应用

【摘要】随着钢铁工业的发展，对炼焦煤的需求越来越大，如何节约资源、降低成本是钢铁冶炼行业面临的一个难题。本文首先分析了我国高炉喷煤技术的发展过程，接着探讨了我国高炉喷煤技术的应用，供业内人士参考。

【关键词】高炉喷煤技术；发展；应用

中图分类号：TF54文献标识码： A

我国煤炭资源丰富，但炼焦煤资源只占其中的25 .28 ％，而强黏结性的主炼焦煤（焦煤+ 肥煤）又不到炼焦煤资源的40 ％。发展高炉喷煤技术可以用资源广泛的非结焦性煤（无烟煤、烟煤、贫瘦煤等）部分置换昂贵的焦炭，保护日益紧缺的炼焦煤资源，有巨大的经济效益和社会效益。

1 我国高炉喷煤技术的发展

S.M.Banks于1840 年提出高炉喷吹无烟煤粉的设想，但直到20 世纪60 年代，一些国家才开始研发高炉风口喷吹煤粉的工艺。世界上首套现代化工业性煤粉喷吹装置使用在美国AK钢公司的Bella-fonte 高炉（1488 m3）上。我国是开发高炉喷煤技术较早的国家，1964 年3 月，首钢1 号高炉（576 m3）喷煤系统建成投产，这是我国第1 套投入生产的高炉喷煤装置；济钢于1966 年建成一套简易喷煤装置并陆续实施喷煤；鞍钢也先后在高炉上进行了工业性试验。目前，我国先进企业的年均喷煤指标已达到200 kg/t 以上，但整体上与国际先进水平相比仍有不小差距。

1.1 无氧喷吹煤粉

我国早期喷煤大多是无氧喷吹无烟煤，虽然首钢曾创造过150 kg/t（6 d 平均）的记录，但无氧喷吹时，高炉喷煤量一般低于50 kg/t。首钢高炉所喷煤种为阳泉无烟煤，初期煤粉粒度较粗：＞2 mm者达5% ，1～2 mm占20 % ，其余为＜1 mm粒级；1965 年年末起开始细磨，煤粉平均粒度＜0.2 mm，其中＜0.088 mm的达87 %。

与无烟煤相比，烟煤具有可磨性好、燃烧性能好、资源广泛、价格低廉等优点。鞍钢于1964 年4月进行了高炉试喷烟煤，但由于出现喷吹罐下部煤粉自燃导致爆炸，试验没有成功。出于安全的考虑，大中型高炉喷吹烟煤的进程停滞了很长一段时间。直到1978 年6 月，首钢才在容积23 m3实验高炉上恢复了喷吹烟煤的试验，试验共持续了3 个月，选用了挥发分高达32 .5% 的烟煤，并取得喷吹123 kg/t烟煤的实绩。70 年代末，马钢在300 m3以下的高炉上进行了3 a 多烟煤喷吹工业试验，并于1981 年10 月将烟煤喷吹装置正式投入运行。

1.2 富氧喷吹技术

富氧鼓风可以提高理论燃烧温度，提高煤粉燃烧率，改善高炉透气性。1966 年1 月，首钢1 号高炉首次进行了富氧鼓风喷煤试验，富氧率从1.9% 逐渐增至4.2% ，喷煤量最高达到了333.2 kg/t，最终取得了喷煤246 kg/t（5 个月平均值）、焦比365 kg/t、高炉利用系数2.264 t/（d·m3）的辉煌成绩。单就喷煤量而言，这样的成绩在今天也可与世界最先进的高炉相媲美。停滞了20 a 之后，鞍钢于1986 年和1987 年在炼铁厂2 号高炉上进行了两期富氧喷煤工业试验，最高富氧率7.59 %（5 d 平均值），最大煤比170.2kg/t，焦比439.5 kg/t。

1.3 引进国外喷煤技术

引进国外比较成熟高炉喷煤技术具有较好的经济效益。1992 年5 月中国宝钢2 号高炉引进日本川崎公司的主要技术和设备，其流程为双系列3 罐串联多支管上料工艺，设计喷煤能力72 ～120 kg/t，这是中国大陆第一个从国外引进喷煤技术。1988年3 月，台湾中钢2 号高炉（有效容积2 850 m3）曾从美国阿姆科公司引进一套设计喷煤能力为75 kg/t的高炉喷煤装置。经过技术改造，宝钢2 号高炉目前的实际喷煤指标约为180 kg/t。此后，沙钢、上钢、重钢等一批钢厂引进或部分引进采用了90 年代以后的喷煤技术，喷煤设计指标多为200 kg/t 左右。武钢4 号和5 号高炉设计喷煤指标高达250 kg/t，但不易达到设计值。

2 我国高炉喷煤技术的应用

我国有几十年高炉喷煤的实践经验，通过对多种喷煤工艺流程长期运行效果的比较，基本明确了高炉喷煤的发展方向，即高风温、低富氧、大喷煤量。要求在风温超过1200℃、富氧2%-5%的条件下，实现煤比和焦比都达到250kg煤/t铁。对于新建喷煤系统，设计上应该尽量采用直接喷煤短流程、中速磨制粉和喷吹烟煤。另外，喷煤系统采用计算机集中控制，取消全部或大部分二次仪表，这也是技术发展的必然要求。

2.1直接喷煤短流程

直接喷煤系统要求把制粉设备与喷吹设备建造在同一构筑物内，并且附近一般要设有比较大的储煤场或干煤棚。直接喷煤系统可以向一座大型高炉喷煤，也可以向邻近的几座高炉同时喷煤，喷吹输送距离可以达到300-600米，首钢2008年投产的直接喷煤系统可以向2号（1800m3）和3号（2536m3）高炉喷煤，喷吹输送距离分别为350m和550m。与间接喷煤流程相比，直接喷煤流程节省了一套收粉装置和仓式泵输粉装置。

2.2中速磨制粉

中速磨一直是电厂磨制煤粉的专用设备，近年来被广泛应用于高炉喷煤系统。与球磨机相比，中速磨的密封性能好、电耗低，而且噪音小，属于节能和环保型设备。近年来，国内新建的喷煤系统几乎全部采用了中速磨。

中速磨对原煤煤质的要求比较严格，煤质硬度高，磨机的出力下降。因此采用中速磨制粉时应该选用硬度较低的无烟煤或烟煤。如果用中速磨磨制硬度较高的无烟煤，可能会影响磨辊寿命，降低磨机出力，其节电效果也不明显。

2.3一次布袋收粉器

采用一次布袋收粉器可以大大简化煤粉收集除尘设备，节约工程投资，并且能够明显降低系统阻力，减少尾气排放浓度，它是高炉喷煤短流程的主要设备之一。一次布袋收粉器一般使用防静电针刺毡，滤料箱体设多个防爆孔，采用氮气或低氧含量排放尾气进行反吹，适用于烟煤制粉系统。其设备阻力小于1200Pa，设计过滤风速为0.8-1.0m/min。

2.4 烟煤喷吹

过去，由于缺乏可靠的安全监测手段和防爆措施，我国喷煤系统普遍喷吹挥发分含量较低（小于10%）的无烟煤。高炉喷煤量提高后，低灰分、低硫的无烟煤出现资源短缺问题，加之其喷煤置换比低、灰分高，迫使企业开始考虑喷吹挥发分含量较高的烟煤。近年来，鞍钢、宝钢、上钢一厂和首钢等企业新建和改建的喷煤系统都已具备喷吹烟煤或混合煤的能力。

喷吹烟煤所采取的安全措施主要有：采用热风炉废气作为干燥煤粉的介质；采用惰性气体进行流化和充压全系统消除有可能积粉的死角；监测制粉系统和煤粉仓内的温度和烟气中氧气和一氧化碳气体的浓度等。实践表明，采取以上措施完全可以保证喷吹烟煤的系统长期、安全运行。

由于能够喷吹烟煤的系统必然可以喷吹混合煤和无烟煤，生产企业可灵活地根据煤炭市场的价格变化调整喷吹煤种，达到降低生产成本的目的。为此，新建喷煤系统一般应该按照喷吹烟煤来设计，使之具备多煤种喷吹的条件。

2.5 浓相喷吹

管道末端喷吹固气比达到30-40kg煤/kg 气和管道始段喷吹流股的速度达到1-4m/s是浓相喷吹的主要特征。与传统喷吹方式相比，浓相喷吹具有载气消耗量少、对管道和阀门的磨损小、煤粉喷吹或输送能力高等特点，是国内目前大力推广的一项喷煤新技术。应该指出，计算实际喷吹固气比时应该考虑喷吹罐出口煤粉的含气量。忽略这部分气体流量，而仅考虑补气流量，可能导致固气比的计算值偏高。

较高的喷吹压力、良好的流化条件、良好的煤粉质量、适宜的补气方法及口径和长度适宜的喷吹管道是实现浓相喷吹的前提条件。只要能够满足以上条件，上出料和下出料型喷吹罐都能够实现浓相或高浓度喷吹。

3 结语

我国高炉喷煤技术在近10年取得了长足的进步和发展，全国高炉喷煤总量和喷煤比显著提高，一些大型高炉的综合喷煤能力已经达到世界先进水平。结合我国几十年喷煤实践经验，尤其是近10年喷煤技术的发展经验，今后在新建或改造高炉喷煤系统时，应该按照高风温、低富氧、大喷煤量的要求，尽量采用直接喷煤短流程、浓相喷吹技术、安全喷烟煤技术及计算机自动控制技术，并且尽可能采用中速磨、一次布袋收粉器等新设备。

参考文献：

[1]杨天钧等．高炉富氧煤粉喷吹．冶金工业出版社．1996．

[2]汤清华等．高炉喷吹煤粉知识问答．冶金工业出版社．1997