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利用煤岩学进行高炉喷吹配煤的机理研究

李伟轩  
【摘要】: 高炉喷吹煤粉是现代高炉冶炼的一项重大技术革命,目前存在的主要问题是喷煤比不高,煤粉在高炉内的燃烧不完全,有未燃煤粉存在,而且在高炉喷吹用煤种的选择方面存在盲目性。 利用煤岩学进行高炉喷吹配煤的机理研究是将炼焦工艺中的比较成熟的煤岩配煤理论进行移植,借助煤岩显微组分的分离技术和高炉喷吹条件下的燃烧试验,建立煤岩显微组成与煤粉在高炉喷吹条件下燃烧率的关系和高炉喷吹用煤的煤岩配煤理论,为提高煤粉在高炉喷吹条件下的燃烧率和降低高炉内未燃煤粉量提供理论依据,从而达到提高高炉喷煤量和降低生铁成本的目的。 试验所用的煤为乐平煤、神府煤、红强煤、宝桥煤、房山煤、阳泉煤和太西煤 煤样的制备是在行星轮式球磨机中进行,烘干后放入充氮棕色瓶中备用。煤的显微组分的分离采用DGC法(等密度梯度离心分离技术)。 试验所用的设备有:LBH75250型空气压缩机一台;真空泵一台;10升抽滤瓶一个;电热鼓风干燥箱一台;1200型煤粉燃烧炉一台。 煤粉燃烧试验的热风温度为1000℃,燃烧炉温度控制在1400℃,热风流量为10Nm3/h,冷风压力为0.2MPa。 由于此次试验是研究煤的各种显微组分与煤粉燃烧率的关系,考虑到试验的原料及煤的显微组分的含量,以镜质组为主要的设计依据,使试验方案中镜质组的含量尽可能的在0~100%之间均匀的分布。 根据有关文献煤粉燃烧率的计算公式主要有二个分别为:①可燃物质平衡计算方法:②灰量平衡计算方法。 通过实验和对实验结果的分析可以发现以下几点: 随着喷粉中镜质组含量的增加,煤粉在高炉喷吹条件下的燃烧率降低。若与丝质组综合考虑,镜质组的含量在35%左右时煤粉的燃烧率较高。镜质组的H/C总是高于丝质组,镜质组的挥发分含量也高于丝质组,镜质组的粘结性优于丝质组。另外,镜质组的挥发分含量高,即氢氧含量高,加热时塑性好,会发生熔融膨胀的过程,挥发分形成煤胞,比重变轻随气流带走,造成燃烧不完全,残炭量高,煤粉的燃烧率也因此下降。 随着煤粉中丝质组含量的增加,煤粉燃烧率有所提高,达到某一峰值后开始降低。煤粉中丝质组含量为60%左右时煤粉燃烧率最高,达到了80%以上,比纯镜质组或纯丝质组的燃烧率都高出了30%以上,由于丝质组空腔多,内表面积大,反应性好。丝质组加热时不经过熔融、挥发、收缩等阶段,直接燃烧,所以燃烧后灰渣中残炭量低。因此,随丝质组含量的增加,煤粉的燃烧率逐渐增大。但是,丝质组的燃尽温度较高,当煤粉中丝质组的含量较高时,由于不能从外界环境中吸取足够的热量,使得有较多的煤粉不能燃烧完全,使未燃煤粉的量增加,而导致煤粉的燃烧率减小,煤粉的燃烧性能变差。 大多数煤中稳定组的含量都比较低,有许多煤根本没有稳定组,但稳定组最易着火和燃烧,适当提高煤粉中稳定组的含量有利于改善煤粉的燃烧过程。因其在煤中含量较少且氢含量和挥发分含量均较高,在温度很低的时候就软化熔融分解了,因此在燃尽物中很难见到。由于稳定组燃尽温度很低,它对整个煤粉燃烧率的影响也就很小,基本上是平滑的。 矿物质对煤粉的热解既有抑制作用,也有促进作用,这取决于矿物质的组成和显微组分组成。原生矿物质对挥发分产率的影响与显微组分有关,矿物质的存在增加了煤中灰分的含量,从根本上对煤粉的燃烧率的提高起抑制作用。 镜质组在燃烧过程中主要形成低密薄壁球形结构,块状结构、破碎块状结构、烧蚀有机质残余结构,丝质组在燃烧过程中则对应着裂隙结构和骨架结构。 岩相分析表明,焦相的混合相应于它们的显微组成,不同显微组分形成不同形态结构的焦,不同显微组分混合的煤得到相应的焦样的混合。在全貌图上,微变原煤、气孔结构、烧蚀结构、块状结构、骨架结构都将有所体现。未燃煤粉中的灰渣主要来源于喷吹煤粉中的矿物质,高炉中的未燃煤粉主要来源于喷吹煤粉中的镜质组。 煤粉在高炉风口条件下的燃烧率与喷吹煤粉的显微组成有很大的关系,在高炉喷吹配煤过程中选择比较合理的煤岩组成,可以使喷吹煤粉在高炉风口条件下的燃烧率提高30%左右,为大幅度提高高炉喷煤量创造了十分有利的条件。燃烧率最高的煤岩显微组分组成为丝质组含量为60%左右,镜质组含量为35%左右。


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