浅谈煤粉粒度对高炉的影响

付争争

高炉喷吹煤粉工艺是炼铁过程中非常大的技术创新和进步，高炉喷煤可以有效的提高高炉炼铁过程中的收益，而且起到调剂炉况促进稳定顺行等作用。为了最大程度的达到高产低耗，近几年来高炉都在寻求探索更高煤比的途径。为提高喷煤比，均采用了对应的创新技术，比如富氧鼓风、提高热风温度、脱湿鼓风等一系列优化手段。但是煤粉的成分带来的影响也很大。不同种类的原煤的化学成分也不尽相同。通过选择合适的原煤，调整好磨机分离器的角度，得到合适成分和粒度的煤粉进入炉内，既保证了燃烧的效果，又能最大程度降低的制粉作业过程中吨煤消耗，使冶炼效果得到高产，稳产的同时，降低的制粉工艺的生产成本。

近年来，随着整个行业加大煤比喷吹发展趋势，导致煤粉在高炉风口内燃尽率下降，而大量未燃煤粉在高炉内部积累将会降低料柱的透气性以及煤气的分布，喷煤系统煤粉粒度根据煤种的不同也存在很大的差异。参照某国企单位自主研发的燃烧试验仪器设施，分析了煤粉成分和粒度对冶炼过程的影响，结果表明：，灰分增加燃烧率降低。挥发分升高会导致燃尽性变好;所以煤粉的成分对冶炼过程的影响也很大。，煤粉的平均粒度越小，其化学燃烧速率就会越快，虽然煤粉完全燃烧所用的时间最短的粒度为0.071mm，但是和0.071～0.10mm和0.10～0.20mm粒度之间的差距级别不是非常大，粒度大于0.20mm时燃烧完成所用时间明显延长许多，0.20mm是过程中的临界点。得出结论，煤粉的粒度对冶炼性能也有着比较大影响，煤粉的粒度还会有影响风口燃烧带的长短。从高炉角度出发，一般认为煤粉越细越好，但是如果煤粉太细，会影响磨机出力，增加磨煤机的运行时间，提高煤粉成本。另外，对于烟煤，不一定是这样。所以，需要综合考虑，选择一个合理的煤粉粒度范围。不同煤种的燃烧特性也对冶炼过程中燃烧率有重要影响

控制煤粉粒度的主要是为了加大煤粉在风口前的快速燃烧，保证燃烧率。

一般情况下，无烟煤煤粉粒度要求控制-200目达到70%以上。烟煤和混合煤的煤粉粒度根据煤粉挥发分的不同，可以考虑适当粗一些。

煤粉的粒度不同，对燃尽速度的影响很大，根据相关资料显示，当无烟煤粉粒度为100 mm的煤粉颗粒，当热风温度达到一千摄氏度时，在40毫秒以内就能燃烧率能达到70%左右。煤粉在回旋区的停留时间一般为100ms左右，不同的容积高炉根据风速和回旋区不同也会有很大差异。

煤粉的杂物过多粒度太粗还会引起高炉赌煤枪。比较小的高炉对喷煤堵枪反应不敏感，应为首先单枪喷煤量小，一般在200～400kg/h喷煤量。堵枪几率小，风压低，排枪容易。比如100m3～300m3高炉，这种喷煤系统对煤粉中杂物的清理设计也比较简单。

大型的高炉对堵枪反应比较敏感，对于2000m3以上的高炉 ，单枪喷煤量在1.2～2.4t/h，这是煤粉中的杂物对喷枪影响比较大，一旦堵塞，由于风压比较高，喷枪很难在线排通所以，越是大高炉喷煤，越要讲究科学和数据。小喷煤重经验，大喷煤重数据。

煤粉喷枪由于受到现场风口直吹管条件的限制，内径不可能太大，当然，为了保证和喷煤管道的匹配性以及输送谷气比，也不可能太大。但是也要根据单枪喷煤量适当扩大口径。

总之，气固两相流本身就比较复杂。有很多现象和我们想想的有偏差。由于高炉喷煤煤粉喷枪口径都比较细（12mm～18mm），为了防止杂物堵塞喷枪，制粉系统需要设计煤粉筛分设备。有的系统煤粉过滤液设计到喷煤管道上。

煤粉筛有分为滚轴晒、旋转鸡毛筛、振动筛等，从清除杂物能力来说，其中振动筛筛分能力比较大，管道上的过滤器筛分能力最小。

振动筛的筛机筛分面积一般按照3～4t/h/m2设计，煤粉筛孔按照4mm×4mm效果比较好，太小了容易堵，太大了效果有限。具体设计需要根据煤种和现场条件设计。

根据相关资料，烟煤和无烟煤煤粉燃烧的机理有些区别。大部分无烟煤煤粉特点是层状燃烧，当燃烬时间与初始粒径的平方成正比时，煤粉颗粒会处于扩散性燃烧，。此时，粒径减少对加快燃烧速度的效果较明显。根据以上理论，认为粒径越细，反应的比表面积越大，燃烧速度越快。除了粒度外，氧气浓度和环境温度对燃烧速度影响也比较明显。

烟煤的燃烧以内孔燃烧为主，但是在整个燃烧过程中，有机质的燃烧反应起了关键的作用，是反应气体扩散出入颗粒内部的主要通道。高挥发份煤粉的粒度对煤粉的影响有限。这也就是有些高炉喷吹粒煤仍然能够保证燃烧效果的原因。

目前烟煤无烟煤混合喷吹的相比较于全部无烟煤喷吹，燃烧效果也有明显的改善。

上图是一个高炉不同粒度煤粉对生产指标的影响，风温相同，喷煤比相同、富氧率相同，随着煤粉粒度的变化，高炉焦比带来的变化。当喷煤比大于140kg/t時，主要因为氧量低，煤粉变粗后燃烧速度慢、利用率差，所以从曲线来看趋于平滑。在煤比于130kg/t在O2 为1.5 %的条件下，喷煤比小于140 kg/t时，煤粉粒度粗有利于焦比降低，后期在O2 大于2 %时，煤粉粒度变粗以后燃烧效果反而会增加，更进一步降低了高炉焦比。

更多相关数据可以根据生产实践总结。燃烧率可以参考除尘灰内的未燃煤粉含量确定（通过专业手段测量）。

从定性角度来说，当煤粉粒度逐渐增加时，会导致煤粉的燃烧率成下降趋势。无烟煤燃烧时，粒径越细，燃烧率越大，因为无烟煤是以层状方式燃烧。反之，粒径逐渐变小时，燃烧率会逐渐增加，但是增加幅度不会太大，粒径小于40 μm，燃烧率增加速度逐渐变慢。，烟煤的挥发份比无烟煤的挥发份高很多，而且烟煤的燃烧主要是以内孔燃烧为主。在温度快速提高的基础上，水分和挥发份的析出使煤粒“爆燃”而裂变成更加细小，所以粒度对燃烧率的影响比较小。要确定煤粒度的大小应综合考虑传热、流动以及化学反应的对整个过程的要求。对无烟煤粒度一般小于300 μm，对烟煤粒度尽量不大于1000 μm为好。在风口水平线上700 mm处，粒径大于1000 μm 时，燃烧率 < 60 %。当然以上已不是绝对的，还要考虑风温、富氧条件以及煤粉水分的影响。在当前炼铁工艺中，无烟煤和烟煤的混合喷吹已经是主流趋势了。另外，有些钢厂引进煤粉预热技术对风口回旋区的燃烧有了很大的改善。