无烟煤与兰炭末对烧结影响的分析

无烟煤与兰炭末对烧结影响的分析

彭元飞

（陕钢集团龙钢公司炼铁厂）

摘  要：本文以龙钢400m²烧结机为例，通过对焦末、无烟煤、兰炭末性能分析，探讨兰炭末、无烟煤在燃料结构中占比30%使用后对烧结过程及烧结矿质量影响，并对机头除尘灰含碳量变化及除尘器内结块状况影响，指出烧结综合燃料可燃基挥发分控制范围及兰炭末、无烟煤使用比例及控制措施。

关键词：三种燃料；烧结矿；机头除尘灰；含碳量；措施

1 引言

在烧结过程中较理想的燃料结构为纯焦末，其固定碳、挥发分明显优于无烟煤和兰炭末，但价格普遍偏高150-300元/t，加之部分烧结机工艺设备及控制落后，造成烧结矿燃料成本偏高。随着铁前降本的不断深入，如何进一步降低烧结燃料成本、选择最优的燃料结构、探索更加廉价的烧结固体燃料使用，已成为烧结工序需要面临重要课题。调查国内140台烧结机发现，燃料结构是纯焦末的厂家为37台、占比26.5%；燃料结构是80%以上焦末的厂家为21台、占比15%；燃料结构是50%-80%焦末的厂家为37台、占比26.5%；燃料结构是50%以下焦末的厂家为45家、占比32%；可以看出大部分烧结机厂家也在探索较合理的燃料结构。

本文主要以龙钢炼铁厂400㎡烧结机为例，针对焦末、无烟煤、兰炭末不同燃料结构条件下，分析生产变化过程及对机头除尘的影响，提出一些行之有效的控制措施，同时也探索了燃料粒度控制对烧结矿FeO控制的适应性问题。

2 烧结原料与过程参数

2.1 烧结原燃料和基础性能

生产所用混匀矿由巴西、澳大利用、印度、国内精矿、高钙石粉、高镁石粉等10余种物料组成，另外包含一些回收物料如除尘灰、渣钢粉等，均按一定比例经过二次混匀而成，成分较稳定，原料及熔剂成分如表1所示；燃料中焦末主要产地为本地周边焦化厂，无烟煤主要来源山西及周边地区，兰炭末主要为陕西神木的半焦，其成分见表2。

表1 生成用原料及熔剂的化学成分（%）

表2  烧结燃料的工业分析及发热量

2.2 生产参数及数据采集

烧结机有效抽风面积为400㎡（宽5m×长80m），以稳定生产为前提，对烧结过程参数及配比进行微调控制，具体见表3。据此，在原料配比基本不变的情况下，以旬为单位进行周期性调整燃料结构（如表4），以达到不同燃料结构条件下生产分析。燃料中的挥发分一般在380-400℃，此温度介于烧结过程干燥层和预热层之间，导致此挥发分不能燃烧而进入废气，与废气一起进入抽风除尘系统，而在管道壁、排灰阀、除尘器，以及风叶转子上沉积下来，妨害整个抽风系统的正常运行，烧结一般选取综合挥发分不超过5%，因周边焦末资源问题龙钢选取无烟煤和焦末占比为30%，综合挥发分分别达到5.01%和5.12%。

表3 烧结过程控制参数

表4 燃料结构调整

3 生产结果及讨论

对3组生产周期主要烧结参数和烧结矿性能汇总，见表5。

表5 生产周期内结果

3.1 对烧结过程能量利用的影响

从表5中观察发现，烧结机利用系数呈现下降趋势，而烧结矿转鼓无较大变化，说明烧结过程垂直燃烧速度下降了。在烧结矿转鼓一定条件下，烧结矿产量与垂直烧结速度基本成正比，其取决于燃料的燃烧速度和传热速度，燃料速度与燃料特性、风量大小等因素有关，而传热速度则与料层孔隙度、混合料球形度、固体和气体热容有关。当燃料燃烧速度和传热速度保持同步时，就可以提高料层蓄热能力，更好的利用燃料的热量。生产中燃料破碎后粒度＜3mm基本保证70%-75%，而兰炭末原始＜1mm占比明显高于无烟煤，相较破碎后粒度分布偏差，不同燃料粒度在布料中偏析后，必然造成燃烧速度不均，燃烧层加厚，烧结过程透气性降低，燃料热量得不到合理利用。

另外，因三种燃料原始粒度、着火点均有所不同，必然在烧结过程中造成燃烧不对等现象，导致两种燃料产生的热量不能有效叠加，影响燃料能量利用。

3.2 对烧结矿质量的影响  

   无烟煤和兰炭末按30%代替焦末后，燃料配比均有所提升；为保证配比稳定混匀矿配比提升，其提升幅度基本与烧结矿品位提升接近，可视为烧结矿品位提升主要因素。在烧结矿FeO控制方面，纯焦末时，生产周期内烧结矿FeO均值为8.45%，波动范围8.21%-8.63%，波动0.42%；无烟煤30%时，FeO均值为8.30%，波动范围7.88%-9.02%，波动1.14%；兰炭末30%时，FeO均值为8.74%，波动范围7.61%-9.20%，波动1.59%。兰炭末FeO均值、波动均最大，其原因有两方面：其一，兰炭末发热量也比焦末和无烟煤低，只能采取提升燃料配加量的形式平衡使用，烧结过程还原气氛增强，FeO含量升高；其二，兰炭末可燃基挥发分、水分最高，导致烧结过程热量浪费较无烟煤偏高，未有效起到自动蓄热作用。处置措施，在目前龙钢烧结混合料造球工艺固化的模式下，采取增大燃料粒度的办法取得了较好效果。

4 不同燃料对机头除尘器的影响

（1）机头除尘器采用四电场除尘，除尘效果良好，但在无烟煤和兰炭末30%长时间使用后陆续出现除尘器灰斗结块现象，随着兰炭末配比的提升，结块现象频繁发生，且周期越来越短。开始结块周期为2个月，结块状况如图1。

（2）针对烧结原料条件和操作过程基本稳定条件下，对烧结机头除尘灰固定碳与燃料种类进行对比分析，数据如下：

表6  400m²烧结机机头除尘成分

通过对以上数据及实践分析如下：

1）烧结燃料结构中使用纯焦末时，除尘灰固定碳含量基本稳定在2%以下，除尘效果较好；机头除尘器基本未出现结块现象，灰斗排灰较稳定，1#2#电场排灰量基本为20t/d，3#4#电场排灰量基本为13t/d；

2）无烟煤和兰炭末30%长期使用后，除尘灰固定碳含量基本上涨至2.5%以上，1#2#电场排灰量基本为18t/d，3#4#电场除尘灰排灰量基本为17t/d，3#4#电场除尘灰量明显增加。

3）1#电场除尘灰TFe含量呈下降趋势，烟气中含铁料颗粒在电场中运行轨迹加大，但颗粒粒径无较大变化，说明极板尘膜加厚，1#电场极板放电过程中对微粒的吸附作用下降，导致微粒运行轨迹增长，同时3#4#除尘灰量与TFe含量上涨也说明此点。

4）随着无烟煤、兰炭末的长期使用，机头除尘中颗粒物、NOx含量均小幅上涨。

5）对比结块除尘灰发现含碳量降幅明显，说明除尘器内除尘灰存在爆燃现象，且在放灰过程中多次发现明显红点。

5 结论

（1）烧结使用单种燃料更利于控制的稳定性，应尽可能做到燃料种类的单一，最好为纯焦末。若考虑成本控制问题可适当采用部分无烟煤和兰炭末，无烟煤优先，建议不能超过燃料结构的30%。

（2）在无烟煤和兰炭末作为烧结燃料时，其粒度控制不宜过细；在烧结造球工艺固化条件下，适当提升燃料粒度可对烧结过程及FeO控制起到促进作用。

（3）多种燃料在烧结过程中应用易造成燃烧速度及传热速度不平衡问题，对混合料水分、烧结负压、透气性等参数较为敏感，需谨慎使用。

（4）无烟煤、兰炭末长期使用时对抽风除尘系统需加强管理，提升机头除尘器放灰频次，并对出灰温度进行监测，关注除尘器内部及主抽风叶等变化。

参考文献

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