無煙煤與蘭炭末對燒結影響的分析

彭元飛

（陜鋼集團龍鋼公司煉鐵廠）

摘  要：本文以龍鋼400m²燒結機為例，通過對焦末、無煙煤、蘭炭末性能分析，探討蘭炭末、無煙煤在燃料結構中占比30%使用后對燒結過程及燒結礦質量影響，并對機頭除塵灰含碳量變化及除塵器內結塊狀況影響，指出燒結綜合燃料可燃基揮發分控制范圍及蘭炭末、無煙煤使用比例及控制措施。

關鍵詞：三種燃料；燒結礦；機頭除塵灰；含碳量；措施

1 引言

在燒結過程中較理想的燃料結構為純焦末，其固定碳、揮發分明顯優于無煙煤和蘭炭末，但價格普遍偏高150-300元/t，加之部分燒結機工藝設備及控制落后，造成燒結礦燃料成本偏高。隨著鐵前降本的不斷深入，如何進一步降低燒結燃料成本、選擇最優的燃料結構、探索更加廉價的燒結固體燃料使用，已成為燒結工序需要面臨重要課題。調查國內140臺燒結機發現，燃料結構是純焦末的廠家為37臺、占比26.5%；燃料結構是80%以上焦末的廠家為21臺、占比15%；燃料結構是50%-80%焦末的廠家為37臺、占比26.5%；燃料結構是50%以下焦末的廠家為45家、占比32%；可以看出大部分燒結機廠家也在探索較合理的燃料結構。

本文主要以龍鋼煉鐵廠400㎡燒結機為例，針對焦末、無煙煤、蘭炭末不同燃料結構條件下，分析生產變化過程及對機頭除塵的影響，提出一些行之有效的控制措施，同時也探索了燃料粒度控制對燒結礦FeO控制的適應性問題。

2 燒結原料與過程參數

2.1 燒結原燃料和基礎性能

生產所用混勻礦由巴西、澳大利用、印度、國內精礦、高鈣石粉、高鎂石粉等10余種物料組成，另外包含一些回收物料如除塵灰、渣鋼粉等，均按一定比例經過二次混勻而成，成分較穩定，原料及熔劑成分如表1所示；燃料中焦末主要產地為本地周邊焦化廠，無煙煤主要來源山西及周邊地區，蘭炭末主要為陜西神木的半焦，其成分見表2。

表1 生成用原料及熔劑的化學成分（%）

表2  燒結燃料的工業分析及發熱量

2.2 生產參數及數據采集

燒結機有效抽風面積為400㎡（寬5m×長80m），以穩定生產為前提，對燒結過程參數及配比進行微調控制，具體見表3。據此，在原料配比基本不變的情況下，以旬為單位進行周期性調整燃料結構（如表4），以達到不同燃料結構條件下生產分析。燃料中的揮發分一般在380-400℃，此溫度介于燒結過程干燥層和預熱層之間，導致此揮發分不能燃燒而進入廢氣，與廢氣一起進入抽風除塵系統，而在管道壁、排灰閥、除塵器，以及風葉轉子上沉積下來，妨害整個抽風系統的正常運行，燒結一般選取綜合揮發分不超過5%，因周邊焦末資源問題龍鋼選取無煙煤和焦末占比為30%，綜合揮發分分別達到5.01%和5.12%。

表3 燒結過程控制參數

表4 燃料結構調整

3 生產結果及討論

對3組生產周期主要燒結參數和燒結礦性能匯總，見表5。

表5 生產周期內結果

3.1 對燒結過程能量利用的影響

從表5中觀察發現，燒結機利用系數呈現下降趨勢，而燒結礦轉鼓無較大變化，說明燒結過程垂直燃燒速度下降了。在燒結礦轉鼓一定條件下，燒結礦產量與垂直燒結速度基本成正比，其取決于燃料的燃燒速度和傳熱速度，燃料速度與燃料特性、風量大小等因素有關，而傳熱速度則與料層孔隙度、混合料球形度、固體和氣體熱容有關。當燃料燃燒速度和傳熱速度保持同步時，就可以提高料層蓄熱能力，更好的利用燃料的熱量。生產中燃料破碎后粒度＜3mm基本保證70%-75%，而蘭炭末原始＜1mm占比明顯高于無煙煤，相較破碎后粒度分布偏差，不同燃料粒度在布料中偏析后，必然造成燃燒速度不均，燃燒層加厚，燒結過程透氣性降低，燃料熱量得不到合理利用。

另外，因三種燃料原始粒度、著火點均有所不同，必然在燒結過程中造成燃燒不對等現象，導致兩種燃料產生的熱量不能有效疊加，影響燃料能量利用。

3.2 對燒結礦質量的影響  

   無煙煤和蘭炭末按30%代替焦末后，燃料配比均有所提升；為保證配比穩定混勻礦配比提升，其提升幅度基本與燒結礦品位提升接近，可視為燒結礦品位提升主要因素。在燒結礦FeO控制方面，純焦末時，生產周期內燒結礦FeO均值為8.45%，波動范圍8.21%-8.63%，波動0.42%；無煙煤30%時，FeO均值為8.30%，波動范圍7.88%-9.02%，波動1.14%；蘭炭末30%時，FeO均值為8.74%，波動范圍7.61%-9.20%，波動1.59%。蘭炭末FeO均值、波動均最大，其原因有兩方面：其一，蘭炭末發熱量也比焦末和無煙煤低，只能采取提升燃料配加量的形式平衡使用，燒結過程還原氣氛增強，FeO含量升高；其二，蘭炭末可燃基揮發分、水分最高，導致燒結過程熱量浪費較無煙煤偏高，未有效起到自動蓄熱作用。處置措施，在目前龍鋼燒結混合料造球工藝固化的模式下，采取增大燃料粒度的辦法取得了較好效果。

4 不同燃料對機頭除塵器的影響

（1）機頭除塵器采用四電場除塵，除塵效果良好，但在無煙煤和蘭炭末30%長時間使用后陸續出現除塵器灰斗結塊現象，隨著蘭炭末配比的提升，結塊現象頻繁發生，且周期越來越短。開始結塊周期為2個月，結塊狀況如圖1。

（2）針對燒結原料條件和操作過程基本穩定條件下，對燒結機頭除塵灰固定碳與燃料種類進行對比分析，數據如下：

表6  400m²燒結機機頭除塵成分

通過對以上數據及實踐分析如下：

1）燒結燃料結構中使用純焦末時，除塵灰固定碳含量基本穩定在2%以下，除塵效果較好；機頭除塵器基本未出現結塊現象，灰斗排灰較穩定，1#2#電場排灰量基本為20t/d，3#4#電場排灰量基本為13t/d；

2）無煙煤和蘭炭末30%長期使用后，除塵灰固定碳含量基本上漲至2.5%以上，1#2#電場排灰量基本為18t/d，3#4#電場除塵灰排灰量基本為17t/d，3#4#電場除塵灰量明顯增加。

3）1#電場除塵灰TFe含量呈下降趨勢，煙氣中含鐵料顆粒在電場中運行軌跡加大，但顆粒粒徑無較大變化，說明極板塵膜加厚，1#電場極板放電過程中對微粒的吸附作用下降，導致微粒運行軌跡增長，同時3#4#除塵灰量與TFe含量上漲也說明此點。

4）隨著無煙煤、蘭炭末的長期使用，機頭除塵中顆粒物、NOx含量均小幅上漲。

5）對比結塊除塵灰發現含碳量降幅明顯，說明除塵器內除塵灰存在爆燃現象，且在放灰過程中多次發現明顯紅點。

5 結論

（1）燒結使用單種燃料更利于控制的穩定性，應盡可能做到燃料種類的單一，最好為純焦末。若考慮成本控制問題可適當采用部分無煙煤和蘭炭末，無煙煤優先，建議不能超過燃料結構的30%。

（2）在無煙煤和蘭炭末作為燒結燃料時，其粒度控制不宜過細；在燒結造球工藝固化條件下，適當提升燃料粒度可對燒結過程及FeO控制起到促進作用。

（3）多種燃料在燒結過程中應用易造成燃燒速度及傳熱速度不平衡問題，對混合料水分、燒結負壓、透氣性等參數較為敏感，需謹慎使用。

（4）無煙煤、蘭炭末長期使用時對抽風除塵系統需加強管理，提升機頭除塵器放灰頻次，并對出灰溫度進行監測，關注除塵器內部及主抽風葉等變化。

參考文獻

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