[发明专利]一种高炉炼铁用喷煤系统及使用方法

说明书

一种高炉炼铁用喷煤系统及使用方法，属于高炉炼铁绿色高效生产领域。目的是通过二氧化碳输送喷煤动态控制煤粉燃尽率，利用二氧化碳的常温惰性，在高炉风口高温下可与煤粉发生反应，降低氧化烧蚀和燃烧温度。本发明在原有喷煤系统增加了二氧化碳气源、二氧化碳气体阀、二氧化碳气体流量计、输送气氧气气源、环缝气分气包。以二氧化碳作为煤粉仓补充气、喷煤罐流化气，以二氧化碳、氧气和空气的混合气作为煤粉输送气，以二氧化碳和氧气的混合气作为喷煤枪环缝气，根据喷煤量不同，按照不同模式运行。本发明在保证输送气中氧气含量在安全范围内的同时，将输送气的氧当量由空气的18.75mol/Nm³最高可提高至54.02mol/Nm³，单支喷煤枪环缝气流量由200～400Nm³/h最高增加至411.76～647.06Nm³/h，提高煤粉燃尽率0～8％。

技术领域

本发明属于高炉炼铁绿色高效生产领域，涉及一种高炉炼铁用喷煤系统及使用方法，目的是通过二氧化碳输送喷煤动态控制煤粉燃尽率，利用二氧化碳的常温惰性，在高炉风口高温下可与煤粉发生反应，降低氧化烧蚀和燃烧温度。

背景技术

高炉喷煤技术以煤粉替代焦炭为炼铁生产提供热量和还原剂，从而降低焦比和生铁成本，是炼铁系统结构优化的重要一环，如何进一步提高喷煤量是高炉炼铁工艺的研究重点。目前国内外先进高炉喷煤量仅为220～250kg/t，难以进一步提高，主要是因为煤粉在高炉风口回旋区停留时间较短，约0.2S左右，随着喷煤量的增加，煤粉燃尽率将明显下降，未燃煤粉积聚导致高炉料柱透气性变差，恶化气流分布，从而影响高炉正常冶炼。

如何提高煤粉燃尽率是提高喷煤量的关键。一般认为提高输送气富氧可改善煤粉的燃烧，但是煤粉的燃爆风险同样随输送气氧含量的提高而显著提高。煤粉的燃爆极限受到气相压力、煤粉输送浓度、煤质特性的影响较大，为了保证生产安全经过长期实践摸索，国内外高炉生产一般要求煤粉仓内气相氧气含量低12％，喷煤罐内气相氧气含量低于12％(烟煤8％，无烟煤12％)，输送气采用氮气或空气(21％O₂)。目前国内外煤粉喷吹气相中氧气含量已接近安全上限，通过直接富氧提高煤粉燃尽率不具有安全可行性。

为改善煤粉燃烧效果，出现了两层耐热钢管喷煤枪喷煤技术。该喷煤枪内管进行煤粉喷吹，外管喷吹氧气(＞95％O₂)，利用煤粉射流外部环绕氧气的交换传质作用，使氧气混入煤粉射流内部，变相的提高喷煤气相中的氧浓度，从而提高煤粉燃尽效率。但是该方法煤粉与外层氧气分离输送，因气相传质速率不高，在有限的风口回旋区停留时间内，氧气混入效率较低，对煤粉燃尽率改善效果有限；同时，环缝喷吹氧气对喷煤枪钢管产生较强的氧化烧蚀作用，氧气流量难以提高，一般单支喷煤枪环缝氧气流量仅为200～400Nm³/h，更限制了该技术的改善效果。

发明内容

如何在保证安全的前提下提高输送气体的氧当量是直接提高煤粉燃尽率的有效手段。氧气是造成煤粉输送燃爆的元凶，目前高炉喷煤使用的安全输送气中氧当量最高的为空气，其氧气浓度21％，氧当量仅为18.75mol/Nm³；煤粉仓和喷煤罐内气相中氧当量一般低于10.71mol/Nm³，一般使用氮气作为煤粉仓补充气、喷煤罐流化充压气。实际喷煤输送气由煤粉仓和喷煤罐气相、流化充压气和输送气混合，实际氧当量低于18.75mol/Nm³，不利于煤粉的快速燃烧。

申请人研究确认，二氧化碳是常温惰性气体，可代替氮气作为煤粉仓补充气、喷煤罐流化气，也可与空气、氧气混合作为输送气，只要保证输送气的含氧气含量不高于空气，即可保证煤粉安全输送；同时在高炉风口高温下，二氧化碳可与煤粉发生反应，其氧当量为44.64mol/Nm³，可提供充足的氧原子，加速煤粉燃烧反应；二氧化碳具有降低氧化烧蚀和燃烧温度的作用，通过喷煤枪环缝喷吹氧气和二氧化碳的混合气，可在保证喷煤枪安全寿命的情况下，显著增加环缝气体流量，从而增强了气相传质富氧作用，进一步加速煤粉的燃烧。