[科普中国]-燃料比

简介

钢铁工业节能减排的工作重点是在炼铁系统。因为炼铁系统的能耗占钢铁联合企业总能耗的70%左右。节能减排的工作思路是首先要抓好减量化用能,体现出节能要从源头抓起其次是要提高能源利用效率第三是提高二次能源回收利用水平。降低高炉炼铁燃料比就是体现出企业节能工作是要从源头抓起,对企业的节能工作是有着重大意义1。

降低炼铁燃料比是提高高炉利用系数的途径炼铁学理论上是高炉利用系数二冶炼强度令燃料比。也就是说,提高利用系数有两个办法。一个是提高冶炼强度,另一个是降低燃料比。我国中小高炉实现高利用系数主要是采用提高冶炼强度的办法。

采用配备大风机,大风量操作高炉, 进行高冶炼强度生产,来实现高利用系数。这种做法就带来高炉的能耗高, 不符合钢铁工业要节能降耗的工作思路,应当予以纠正。目前大型高炉吨铁所消耗的风量在1200m³以下, 宝钢为950m³左右。而一些小高炉的吨铁风耗是在1400m³左右, 甚至有大于1500m³的现象。燃烧标准煤要2.5m³的风, 鼓风机产生1m³风要消耗0.85kg标准煤。大风量, 高冶炼强度操作的高炉, 燃料比就要升高。所以说小高炉的燃料比要比大高炉高30-50kg/t。

钢铁工业要实现“ 十一五” 期间GDP能耗要降低20%,主要工作方向就是要在降低燃料比下功夫，因为高炉炼铁工序的育蹄腰占联合企业总育流的50%左右。

高炉炼铁燃料比的现状国际先进水平的炼铁燃料比是在500kg/t以下, 领先水平是在450kg/t左右。2007年我国重点钢铁企业高炉炉炼铁的燃料比为529kg/t,首钢为464kg/t,宝钢为484kg/t,太钢为491kg/t,武钢为488 kg/t,鞍钢为500kg/t,最高的企业达到673kg/t。这说明,我国已掌握了先进的高炉炼铁技术, 但是炼铁企业发展不平衡, 尚有较大的节能潜力。

高炉炼铁的燃料比是入炉焦比+喷煤比+小块焦比。喷煤比是不计算量换比。这样企业之间进行对比才合理科学。但是, 个别企业没有计入小块焦用量, 失去了企业的能源平衡。

降低燃料比的技术措施1.贯彻精料方针, 努力实现原燃料质量的稳定

炼铁精料水平对高炉炼铁技术经济指标的影响率在70%。所以说高炉炼铁要以精料为基础。炼铁精料的主要内容是:“ 高”--入炉矿含铁品位要高, 原燃料转鼓强度要高, 烧结矿碱度要高。高品位是精料技术的核心, 入炉品位提高1%, 燃料比下降1.5%,生铁产量升高2.5%。但是目前全世界铁矿石品位在下降, 价位不断攀升。所以炼铁不能完全追求高品位。当前我国炼铁生产存在的最大问题还是原燃质量不稳定。精料技术要求原燃料质量要“ 稳” 。入炉矿含铁品位波动从±1.0%降到±0.5%, 炼铁焦比下降1.0%，碱度波动由±0.1降到0.05, 炼铁焦比会下降1.3%。

当前, 焦炭质量变化时高炉炼铁生产的影响突出显现, 特别是一些高喷煤比的高炉反映非常突出。大高炉提出了对焦炭热反应性和反应后强度的要求, 这是总结多年来生产实践的结论, 要予以重现。宝钢提出焦炭热反应性CRI≤26%, 反应后强度CSR≥66%。

精料技术内容还包括：熟料比要高, 原燃料粒度要偏小, 粒度细成要均匀, 含有害杂质要少, 冶金性能要好等。

2.要实现高风温

热风带入高炉炼铁的能量占总能量的16%-19%。热风是廉价的能源, 应当充分利用。热风温度升高100℃, 可降低炼铁燃料比15-25kg/t, 提高风口理论燃烧温度60℃, 允许多喷煤30kg/t。所以高风温会给高炉炼铁带来多方面效应包括风温高软焙下降,软熔区间变窄, 提高炉料透气性等, 应当努力提高风温。2007年全国重点钢铁企业热风温度为1125℃, 宝钢等企业的大型高炉均可实现大于1200℃的风温, 但仍有一批企业的风温低于1050℃。实现高风温的技术措施是, 要将热风炉拱顶温度大于1400℃。热风炉结构要合理（拱顶用耐高温硅砖, 拱顶不要座落在大墙上, 采用大蓄热面积格9-30孔砖等）, 烧炉和送风时拱顶温度差控制在100-150℃, 送风管道要能承受高风温等。使用低热值高炉煤气中采用空气, 煤气双预热技术等。

3.进行脱湿鼓风

将鼓风湿度降至6g/m³并保持稳定会有提高产量,降低焦比的效果。湿度降低1%, 可降焦比0.9%, 增加产量3.2%。鼓风湿度降低1g/m³,风口前燃烧温度可提高5-6℃,可允许多喷煤粉1.5-2.0kg/t。

对于暂时不能喷煤的高炉来说, 如果要使用高风温, 可以通过加湿鼓风, 将高风温用上, 既可以提高生铁产量, 又有降低焦比的作用。因加湿1%鼓风,会使焦比升高4-5kg/t, 但是风温升高100℃, 下降焦2.5kg/t, 两数相加后, 仍有降低20kg/t焦比的作用。

无喷吹使用高风温冶炼会使高炉内理论燃烧温度升高,硅还原加快, 高炉顺行变差, 加湿鼓风可降低风口前理论燃烧温度。

4.冶炼强度时炼铁燃料比的影响

生产实践表明, 高炉冶炼强度在低于1.05t/m³·d时, 提高冶炼强度是可以降低燃料比。但是在冶炼强度大于1.05t/m³·d时, 提高冶炼强度是会使燃烧比升高, 而且在冶冶强度大于1.15t/m³·d时以上, 提高冶炼强度, 会使燃烧比大幅度升高。所以说, 控制冶炼强度在1.05-1.15t/m³·d区间操作高炉是会较低的燃料比。我国大型高炉操作的冶炼强度一般是在1.15t/m³·d咖以下, 而一些小高炉的冶炼强度是在1.50t/m³·d以上。这也是小高炉燃料比高的内在原因。

宝钢高炉冶炼强达到1.15 t/m³·d时要想提高冶炼强度、增加产量, 应通过提高富氧率来实现, 而不是采用提高鼓风风量的方法。这样做的好处是, 提高冶炼强度后, 不会使炼铁燃料比升高。另一方面使炉腹煤气量保持9800m³/min, 这是高炉生产稳定的基础。

5.提高炉操作水平, 降低燃料比

对降低炼铁燃料比有较大作用的高炉操作技术主要是提高煤气中CO₂含量, 冶炼低硅铁和提高炉顶煤气压力等方面。

（1）提高煤气中CO₂含量的操作手段主要是进行合理布料, 优化煤气流分布, 使热风所带有的热量能够充分传递给炉料, 增加高炉内铁矿石的间接还原度。

煤气中的CO₂含量提高0.5%, 炼铁燃料比下降10kg/t, 炼铁工序能耗会下降8.5kgce/t。铁矿石间接还原是个放热反应, 而直接还原是个吸热反应。所以, 我们要努力提高矿石的间接还原反应。

采用合理的装料制度和送风制度,能够解决煤气流和炉料逆向运动之间的矛盾,煤气流分布均匀合理, 会促进高炉生产顺行,有降低燃料比的效果。

采用无料钟炉顶装料设备,可以实现多种形式的布料。小于1000m³高炉的流槽倾角档位数选5-7个档位, 1000m³左右高炉选用8-10个档位,大于2000m³级高炉选用10-12个档位,最终使炉喉煤气曲线形成边缘CO₂含量略高于中心的“平峰” 式曲线。综合煤气CO₂含量是小于1000m³高炉为16%-20%, 1000m³左右高炉CO₂含量在18%-21%, 大于2000m³高炉含量在22%-24%。

采用大批重上料, 可以稳定上部煤气流。我们希望焦批的层厚要大于0.5m, 宝钢4000m³, 级高炉焦批大, 层厚在800-1000mm。在生产过程中调整焦炭负荷时, 最好稳定焦批, 调整矿批。以使焦炭层相对稳定, 有“ 透气窗” 作用, 高炉内煤气流也稳定。

当料线提高时, 炉料堆尖会向中心移动, 有疏松边缘煤气的作用。一般料线选择为1-2m。

高炉煤气流是进行三次分布从风口送风是对煤气流的第一次分布, 采用调整风口径和风口长度来实现。我们希望风速要高, 小高炉要大于100m/s, 大高炉是在180-220m/s。以保证风能够吹透炉缸中心。

高炉内煤气流二次分布是在软熔带。软熔带是呈倒型, 宽窄是受风温和矿石的冶金性能等方面所决定的。我们希望矿石的软熔温度要高, 区间要窄, 减少软熔带时煤气的阻力还希望初渣和初铁的粘度低, 流动性, 滴落性能好, 初成渣含FeO要低是保证高炉顺序的条件。软熔带以上的炉料是对大煤气流的第三次分布。这全要是通过炉顶科学布料来实施的。为提高料柱的中心部位煤气流顺畅, 大型高炉均采用中心加小块焦的手段。近年来, 为提高烧结矿的透气性和还原性, 将小块焦与烧结矿进行混装, 有好的节焦效果。

高炉操作的原则之一是要煤气在边缘和中心存在“两道煤气流”。高炉煤气曲线呈“ 展翅” 或“ 喇叭花” 型。

（2）低硅铁冶炼

高炉冶炼低硅铁有较好的经济效益。生铁含Si降低0.1%, 可降低炼铁焦比4-5kg/t, 生铁产量提高。同进减少了炼钢脱Si的工作量。

高炉冶炼低硅铁的条件是原燃烧质量要稳定,选择适宜的炉渣碱度减少在炉温波动时出现短渣现象,波动范围要窄,生产设备运行状态良好,高炉处于稳定顺行状态。如果外界条件不稳定, 易造成低硅铁冶炼高炉的炉缸冻结, 后果严重。高炉操作采取降低风口前理论燃烧温度, 铁水的物理热要充沛（温度在1450℃左右）,而化学热低, 含Si在0.3-0.4%。

（3）高压操作技术

高炉炉项煤气压力大于0.03mpa时,即称为高压。炉顶煤气压力提高10kpa, 高炉可增产1.9%, 焦比约下降3%, 有利于冶炼低硅铁。随着顶压的提高, 增产的效果会递减。提高顶压之后, 高炉的明显反应是促进高炉顺行, 波动减少, 使铁矿石进行间接还原是向有利CO向CO₂发展。高压操作是有利于向方向反应, 进而有节焦效果。高压后炉内煤气流的流速会降低,有利于热风中的热量向炉料传递,炉尘的吹出量也降低,可有效地提高TRT的发电量。

高炉炉顶煤气压力大于120kpa时, 均应配备TRT装置, 而不是按炉容大小来判定。TRT可回收高炉鼓风动能的30%, 采用煤气干法除尘时, 还可提高发电量30%。一般煤气湿法除尘的TRT发电量可达到36Kwh/t以上。

近年来, 我国高炉炉顶煤气压力得到不断提高,产生了较好的经济效益。

（4）降低高炉热量损失

高炉内热负荷最大的部位是炉腹和炉腰,分别占高炉总热负荷的20%-30%和15%-25%。减少这部分热量损失的办法是要保持高炉生产顺行,避免炉内耐火砖或冷却壁的渣皮脱落选择好隔热和导热性能优化的耐火砖,以及冷却系统的冷却温度进行优化控制。高炉操作抑制煤边缘气流过份发展,可以有效地减少高炉的热损失。控制冷却水的流量和水温差,就是对炉体热负荷实行有效控制,对炉体砖衬的维护具有极其重要作用, 同时也关系到高炉的寿命, 还可避免高炉结瘤。

现代化大型高炉要建立科学的高炉热负荷监管制度,主要是冷却系统的水流量和水温差。可以对收集的上百个数据及时进行分析、判断,掌握高炉内合理炉型的变化,给高炉工长们提供准确的信息,以利及时进行调整。这样做不但有利于降低燃料比,而更重要的是确保高炉生产稳定顺行,这也是精细化操作高炉的重要内容2。

降低炼铁燃料比是一个系统工程影响炼铁燃料比的因素有数百个,但归纳起来是在三个方面一是企业管理水平二是炼铁技术升级和结构优化三是量大而广的单项先进技术、工艺、装备等。这三个方面是有相互关联的作用。炼铁企业要用系统工程的思路来研究、实施本单位降级燃料比的工作。

1.管理现代化可实现降低燃料比

炼铁企业管理层面上的内容有, 要有专门职能部门来管, 主要负责人要从技术上的明白人向专家型方向发展。企业内仪器仪表、计量器具配备要齐全。其配备率、完好率、周检率要在95%以上。确保数据的真实、及时、稳定、科学、可靠。这是保证炼铁企业耗能的家底要清楚、准确。要建立企业内能源消耗的管理制度, 实施定额管理办法, 建立企业内的奖惩制度。调动全体员工降低燃料比的积极性、主动性和创造性。对于企业管理者, 要制订企业的降燃料比发展规划, 有目标, 有措施, 有期限地组织实施,提高管理水平, 可有节约企业总用能5%的效果。

2.对产技术、工艺、装备进行优化

要积极采用先进的生产技术、工艺、装备,淘汰落后设备。高炉炉料结构优化工作的重点是要提高球团矿配比, 适当增加高品位天然块矿。不但可有效地提高入炉矿含铁品位, 而且可以减少炼铁系统的工序能耗。

高炉喷煤是炼铁系统结构优化的中心环节,要努力提高喷煤比,不但有钢铁企业优化用能结构的效果,而且还可大幅度降低炼铁生产成本,还可减少炼焦过程对环境的污染。

3.单项技术

炼结、球团、焦比、高炉炼铁工序均有大量的节能技术, 钢铁企业要做大量细致的工作。要结合企业的实际情况, 分析出每个单项技术对企业适用的条件和经济效果, 分批分阶段地组织实施3。