高炉喷吹煤粉燃烧性与反应性的研究与应用

为了研究高炉喷吹煤粉的冶金性能,采用热重分析法对6种无烟煤和1种烟煤进行燃烧性与反应性研究。结果表明,与无烟煤相比,烟煤在不同温度下的燃烧性和反应性均明显高于无烟煤。混煤的燃烧率实测值大于加权值,使用混煤可以发挥无烟煤和烟煤各自的优点,加快燃烧过程,提高混煤燃烧率。随着混煤中粒度小于74 μm煤粉所占比例的增加,燃烧率增大。在高煤比喷吹条件下,混煤煤粉粒度小于74 μm的比例控制在75%左右。结合无烟煤的燃烧性和反应性试验结果,建议喷吹煤粉采购中应尽可能多地采购无烟煤C资源,同时控制无烟煤E的采购量;高炉提煤比操作中应将无烟煤C确定为喷吹用无烟煤的首选煤种,以提升混煤燃烧率和发挥未燃煤粉保护焦炭的作用。     

提高预热煤粉燃烧率的机制

 以邯郸钢铁公司2种高炉喷吹用煤粉作为原料,用马弗炉进行预热,测定不同温度预热后的失重率和燃烧率,并采用扫描电镜（SEM）观察预热后煤粉表面结构的变化。试验结果表明,烟煤150℃预热时的失重率为512%,且随着预热温度升高,煤粉的失重率增加,预热温度300℃时失重率可达到17.24%。无烟煤预热后失重率变化不大,预热温度为300℃时失重率仅为5.66%。预热后煤粉燃烧率明显升高。300℃预热条件下的烟煤燃烧率为89.74%,相对于原煤提高了15.67%,无烟煤燃烧率为85.19%,相对于原煤提高了24.80%。预热后煤粉表面结构发生了明显变化,层状和孔隙结构增加,从而提高了煤粉的燃烧率,为提高预热煤粉的燃烧率提供了理论基础。     

高炉大喷煤量与富氧率的合理搭配

为改善高炉冶炼效果,采用两段卧式燃烧炉模拟实际高炉喷煤工艺条件,系统研究了不同条件下富氧喷煤对煤粉燃烧过程的影响.在热风富氧的条件下,单种煤和混合煤的燃烧率随富氧率的增加都有提高,而且无烟煤燃烧率的提高幅度略高于烟煤. 缩小煤粉粒度、提高热风温度都有利于煤粉燃烧率的提高,但在鼓风富氧率比较高和煤粉粒度较细小时,煤粉粒度的变化对煤粉燃烧率的影响比较小,混合煤粉的燃烧率随热风温度升高而提高的幅度也略微下降.     

神东高钙烟煤掺烧对高炉风口燃烧状态的影响

神东上湾高钙烟煤低灰、高钙的特征明显，且煤源储量丰富，具有进行高炉喷吹的可能性。在钢铁行业控制成本、低碳绿色冶炼的背景下，优化高炉喷煤资源结构、喷吹性价比较高的烟煤具有积极意义。以上湾高钙烟煤为研究对象，研究其搭配不同种类无烟煤对高炉混煤的促燃效果以及对高炉风口燃烧状态的影响。结果表明，在无烟煤种类相同的条件下，随着上湾高钙烟煤的配比增加，混煤的燃烧性增强，燃烧率得到提高；上湾高钙烟煤搭配俄罗斯无烟煤为最佳匹配煤种。同时，由于上湾高钙烟煤的高热值特性，掺混后不仅能给高炉风口回旋区提供更多热量，还可以维持高炉理论燃烧温度。在保证喷吹安全的前提下，将上湾高钙烟煤与某钢厂的实际冶炼条件相结合，通过新型理论燃烧温度计算模型分析可知，由于上湾高钙烟煤燃烧率高、灰分低的特点，配加此烟煤后无需额外采用其他调剂手段，就能够稳定理论燃烧温度，保证高炉的稳定顺行。因此，上湾高钙烟煤在高炉炼铁喷吹领域具备广泛的应用前景。     

混煤及富氧措施提高喷煤量的试验研究

高炉喷煤是降低高炉炼铁生产成本的重要措施之一,根据某高炉现场原料在实验室条件下的煤粉燃烧性试验,以现场煤种、粉气比的煤粉燃烧率为基准,考察了烟煤配比、富氧对煤粉燃烧率的影响,试验结果表明：4种无烟煤中,S2煤是最佳混合喷吹的无烟煤;增加烟煤配比和采用富氧措施,可使煤粉的燃烧率提高 。当S1和S2混合煤中烟煤S1配比为67%,富氧3%时,喷煤比可比基准提高37 kg/t(HM)。     

预热对煤粉燃烧特性的影响

采用邯郸钢铁公司的两种高炉喷吹用煤(烟煤JM,无烟煤FD)为原料,进行不同预热温度后煤粉的差热分析及燃烧率的测定。结果表明,两种煤的失重开始温度相差不大,均为50℃左右,失重结束温度呈下降趋势。未预热时,JM煤的失重结束温度为470℃左右,FD煤为640℃左右;而预热300℃时,JM煤的失重结束温度为460℃左右,FD煤为620℃左右。预热后的煤粉表面结构发生了明显变化,层状和孔隙结构增加,从而提高了煤粉的燃烧率,为提高喷吹煤粉燃烧率提供了理论基础。     

炼铁过程富氧及混煤对燃料燃烧性能的影响

 高炉喷吹用燃料的燃烧性能对于高炉冶炼过程来说是非常重要的,使用燃烧性能较好的高炉喷吹燃料更有利于提高煤比、降低焦比,从而降低高炉冶炼成本。为响应节能减排政策,对一些钢铁企业采取了煤粉的限制采购和使用等措施,使得兰炭成为高炉喷吹用燃料的有效替代品。通过工业分析、元素分析和热重分析试验比较了烟煤、无烟煤和兰炭3种高炉喷吹燃料的差异,并研究了不同混合方案以及不同富氧率条件下兰炭燃烧性能的变化。研究结果表明,燃料的综合燃烧特性与其初始燃烧温度、最终燃烧温度和燃烧反应时间均有一定的相关性。3种燃料中,烟煤的综合燃烧特性最好,无烟煤次之,兰炭的综合燃烧特性最弱。为了提高兰炭的燃烧特性,对兰炭和烟煤进行混合燃烧试验,发现随着混合燃料中烟煤含量的增加,混合燃料的综合燃烧特性参数呈现出逐渐增加的趋势,并且在兰炭和烟煤的混合燃烧试验中发现存在协同效应。在研究富氧率对兰炭燃烧性能影响时发现,随着富氧率的增加,兰炭的燃烧性也呈现出逐渐增加的趋势,但是增加的幅度较小。当富氧率由0增加至20%时,兰炭的综合燃烧特性参数从4.53×10-14增加至6.05×10-14 min-2·℃-3。综上所述,烟煤的添加以及富氧率的提高均对兰炭的燃烧性能有明显的改善效果。     

喷吹神东高钙烟煤对高炉回旋区热状态的影响

高炉风口和回旋区的热状态对炉内煤气流的一次分布具有重要影响,进而影响高炉的经济技术指标。为探究喷吹神东高钙烟煤对高炉回旋区热状态的影响,本文通过收集某钢铁企业试烧期间高炉鼓风参数及其他各项操作参数,采用Fluent仿真模拟方法,建立风口回旋区的三维燃烧模型,系统分析不同喷吹条件下温度分布、气体分布、速度分布的变化规律,从而确定在风口复杂条件下喷吹神东高钙烟煤对高炉回旋区热状态的影响。模拟计算结果表明：神东高钙烟煤和ES无烟煤燃烧后产生的还原气体量最多,生产时有利于矿石的还原;向高炉喷吹神东高钙烟煤、HX烟煤、WN烟煤、SG烟煤与ES无烟煤混合煤粉时,燃尽率分别为72.25%、70.11%、68.87%、67.56%,神东高钙烟煤与ES无烟煤混合喷吹时煤粉的燃尽率最高,这是由于神东高钙烟煤和ES无烟煤的CaO质量分数较高,其在风口、回旋区内的燃烧特性最佳;混合喷吹神东高钙烟煤与ES无烟煤时,风口、回旋区内的煤气成分和煤粉燃尽率等方面要强于其他三种情况,适宜向高炉喷吹。     

利用热重法研究混煤的燃烧

 为了研究混煤的燃烧特点,利用热重法研究了5个单种煤和4个混煤试样燃烧至不同温度时的燃烧率。方法是在热天平中将煤粉试样加热至完全燃烧,根据得到的TG曲线计算燃烧至不同温度时煤粉已燃的可燃值与全部可燃值之比,即燃烧率。结果表明,这些混煤试样的实测燃烧率大于加权燃烧率。动力学计算结果表明,混煤燃烧的活化能低于无烟煤和贫煤而更接近烟煤。当神府烟煤的质量分数在20%~40%时,对混煤燃烧的促进作用最为显著。     

优化高炉喷吹混合煤粉的研究

通过对单种煤粉进行工业分析、元素分析及可磨性、灰分成分、灰熔点、爆炸性、着火点、燃烧率测定,确定3#烟煤和III#无烟煤为邯钢高炉喷吹用烟煤的首选煤种。混煤能发挥无烟煤和烟煤各自的优点,随着烟煤配比的增加,燃烧率逐步增大。综合考虑,烟煤比例控制在45%～55%较为适宜。     

高炉风口回旋区兰炭燃烧行为的数值模拟

为了探究价格较为廉价并且燃烧性能良好的燃料(兰炭)在高炉直吹管、风口、回旋区内燃烧产生的温度、气体成分以及燃料的燃尽率分布情况,根据高炉的实际尺寸,建立了三维物理模型并进行模拟计算。模拟结果表明,当单独喷吹烟煤、兰炭时,回旋区内的温度均为先升高到最高温度后缓慢降低,风口中心线上最高温度分别为2 447、2 415 K。然而,当单独喷入无烟煤、焦化除尘灰(CDQ粉)时,回旋区内温度持续缓慢上升,在回旋区出口处达到的最高温度分别为2 473、2 366 K。烟煤在风口、回旋区内燃烧产生CO的质量分数均高于其他3种燃料;兰炭、烟煤、无烟煤、CDQ粉在回旋区出口处产生的CO质量分数分别为20.82%、26.09%、17.51%、15.74%。采用兰炭喷吹的燃尽率(63.01%)高于采用无烟煤和CDQ粉的燃尽率(分别为58.03%和52.40%),低于采用烟煤的燃尽率(73.13%)。虽然兰炭和无烟煤的组成成分相似,但是从兰炭在风口、回旋区内燃烧产生的温度、气体成分、燃尽率等方面来看,兰炭的燃烧性能要强于无烟煤。     

高炉喷吹不同比例混合煤的效果研究

将炼铁厂高炉喷吹所使用的无烟煤、烟煤、褐煤以不同配比制取混合煤样,对其着火点、可磨性以及燃烧性能进行研究.实验结果表明:每加入5％褐煤后会降低混合煤样的着火点4℃左右;在烟煤、无烟煤混合的煤样中加入15％褐煤会使可磨性指数加权值减少7,但实际值降低了 14.加入褐煤后,2种配煤方案中煤粉燃烧性能的主要影响为降低着火温度...     

Thermogravimetric Analysis of Coal Char Combustion Kinetics

Four chars prepared from pulverized coals were subjected to non-isothermal and isothermal combustion tests in a thermogravimetric analysis(TGA)device.Three different test methods,i.e.,non-isothermal single heating rate(A),non-isothermal multiple heating rate(B),and isothermal test(C),were conducted to calculate the kinetic parameters of combustion of coal char.The results show that the combustion characteristics of bituminous coal char is better than that of anthracite char,and both increase of heating rate and increase of combustion temperature can obviously improve combustion characteristics of coal char.Activation energies of coal char combustion calculated by different methods are different,with activation energies calculated by methods A,B and C in the range of 103.12-153.77,93.87-119.26,and 46.48-76.68kJ/mol,respectively.By using different methods,activation energy of anthracite char is always higher than that of bituminous coal char.In non-isothermal tests,with increase of combustion temperature,the combustion process changed from kinetic control to diffusion control.For isothermal combustion,the combustion process was kinetically controlled at temperature lower than 580℃ for bituminous coal char and at temperature lower than 630℃ for anthracite char.     

煤基铁矿粉催化还原试验研究

通过煤粉还原铁矿粉试验,研究了反应罐工艺模式下催化剂对煤基铁矿还原反应的催化规律。试验结果表明:通过配加催化剂的方式可以显著加快铁矿还原反应速度,其中向煤粉中加入催化剂的催化效果要好于加入矿中;增加催化剂配加量、降低反应温度和减小煤粉粒度均有利于改善催化剂的催化效果,适宜的催化剂配加量应小于5%,考虑到布料操作和反应效率的影响,煤粉粒度和添加催化剂后的反应温度应控制在0.074～0.15mm和1050～1100℃;此外,煤种对催化剂的催化效果也有较大影响,煤粉的固定碳含量越高越有利于催化剂发挥显著的作用。     

高炉喷吹兰炭的最佳配比

 为探究高炉喷吹兰炭的最佳配比,使用TG-DTG热分析技术研究了百善无烟煤、神华烟煤和兰炭组成混煤的燃烧特性。结果表明,混煤中兰炭配比量增加可以降低煤粉的着火温度与燃尽温度,缩短燃烧时间,提高综合燃烧特性指数,改善混煤燃烧性;升温速率增大,混煤反应速率峰值升高,综合燃烧特性指数升高,混煤燃烧性得到优化。使用KAS等转化率法分析了不同混煤方案的燃烧过程动力学,当兰炭配比量由0增加至40%时,活化能分别为115.25、113.03、112.22、108.20 和104.53 kJ/mol,兰炭的加入可以降低混煤的表观活化能。     

喷煤对COREX熔融气化炉风口前理论燃烧温度的影响

 风口前理论燃烧温度是衡量熔融气化炉风口前热平衡和预测炉缸热状态的重?问弧Ｒ谰菘悸荢iO2还原的理论燃烧温度计算公式,分析了在熔融气化炉喷煤对风口前理论燃烧温度的影响。计算了不同喷煤条件下,熔融气化炉风口前的理论燃烧温度。在此基础上讨论了喷煤比、挥发分及焦炭(半焦)进入燃烧区域的温度等参数的影响,为选择适合COREX熔融气化炉喷吹煤提供了必要的依据。     

MnO2对煤粉燃烧的助燃作用及机理

研究考察了添加ＭｎＯ２对不同种煤粉燃烧率的影响，并对ＭｎＯ２提高煤粉燃烧率的机理进行了理论分析和试验探讨。得出（１）煤粉燃烧率随ＭｎＯ２添加量的增加而显著上升：添加５％ＭｎＯ２可使无烟煤（挥发分８％）燃烧率提高１８％，使烟煤（挥发分３３％）提高８％；（２）ＭｎＯ２提高煤粉燃烧率的机理在于ＭｎＯ２受热分解释放出活性氧，加快了煤粉着火初期的火焰传播速度；（３）ＭｎＯ２与富氧技术并用可以进一步提高煤粉燃