高爐噴吹燃料

高爐噴吹燃料(fuel injection into blast furnace)，將氣體、液體或固體燃料通過專門的設備從風口噴入高爐，以取代高爐爐料中部分焦炭的一種高爐強化冶煉技術。

它可改善高爐操作，提高生鐵產量，降低生鐵成本。高爐連續鑄鋼|鍊鐵是以冶金焦作為燃料和還原劑的，噴吹燃料在風口區的高温下轉化為CO和H2，可以代替風口燃燒的部分焦炭，一般可取代20%～30%，高的可達50。噴吹燃料已成為當代高爐降低焦比的主要措施。噴吹燃料還可以促進高爐採用高風温和富氧鼓風，這幾項技術相結合，已成為強化高爐冶煉的重要途徑。

簡史早在19世紀，歐洲、美國就有人提出了高爐噴吹燃料的設想，有的還申報了專利。但是直到20世紀中葉才在工業上逐步實現。1947年法國納維一梅松(Na，yes．Maisons)工廠試驗向高爐噴吹燃料油，1948年前蘇聯捷爾仁斯基工廠向高爐噴吹煤粉，1957年前蘇聯彼得洛夫斯基工廠在高爐上噴吹天然氣。自此以後，世界各國根據自己的資源條件和世界市場上燃料的價格噴吹不同的燃料。例如前蘇聯，俄羅斯及美國天然氣資源豐富則大量噴吹天然氣，60年代世界市場油價便宜，世界各國在高爐上大量噴吹重油。70年代末，因油價高漲，大部分高爐停止噴油，並逐步轉為噴吹煤粉。1990年日本、德國有2/3的高爐在噴吹煤粉，噴吹量一般為50～80kg/t鐵，到1998年有的已超過200kg/t鐵。中國從50年代末開始在高爐上噴油，60年代初大部分高爐已實現噴油。1964年首都鋼鐵公司和鞍山鋼鐵公司在高爐上噴吹無煙煤成功，1966年首鋼3座高爐全年平均噴煤量達159kg/t。重慶鋼鐵廠在60年代噴吹過天然氣，有的廠還噴吹過焦油、瀝青。60年代末，逐步轉為噴煤粉。中國高爐噴吹燃料的特點是：採用噴吹燃料的高爐多，重點企業中90%以上的高爐已噴吹煤粉，噴吹煤種有無煙煤、煙煤和二者的混合煤，噴吹量一般在80～100kg/t，寶山鋼鐵公司等的大型高爐的噴吹量已達到200kg/t以上。

冶金效果高爐噴吹燃料，主要採用含C、H高的氣、液、固體燃料。其代表性成分如下：

含碳和氫高的燃料從風口噴入高爐，在風口區2000℃左右的高温下迅速分解，並轉化為以C0和H。為主的氣體產物，放出熱量，參加還原過程，使高爐冶煉每噸生鐵的焦炭消耗相應降低。由於噴吹燃料與風口區焦炭在化學成分和温度上的差異，每公斤重油、煤粉，每立方米天然氣所替代的焦炭數量(即置換比)也有所不同。影響置換比的因素，主要是燃料自身的碳、氫含量；其次，與高爐風口區的赤熱焦炭(約1500℃)相比，噴吹燃料的温度只有50～80℃，兩者相差1420～1450℃；另外，噴吹燃料主要為各種碳氫化合物，它們在高温下迅速分解並吸收大量熱量。與赤熱焦炭相比的温差和高温下的分解熱，對每公斤煤粉約為30lOkJ，每公斤重油為3890kJ，每立方米天然氣為6934．kJ。噴吹各種燃料的置換比：重油為1．0～1．2kg/kg，煤粉(灰分14%～18%)為O．8～O．9kg/kg，天然氣為0．5～0．7kg/m。高爐噴吹燃料時，因噴入燃料温度低和在高温下分解吸熱，對高爐風口區和爐缸熱平衡產生影響。為了維持高爐冶煉正常進行，在噴吹燃料時，要相應提高風温或富氧，如下表：

噴吹天然氣 噴吹流程是：天然氣總管一調壓站(過濾、減壓至0．3～0．5MPa)一控制站(設有流量計、控制調節閥、逆止閥)一高爐環管一風口。天然氣的主要成分是CH4，CH4在高温下分解吸收大量熱量，噴吹天然氣最好能結合高爐富氧，一般噴吹量為50～80m3/t。天然氣作為一種優質民用燃料和重要的化工原料，一般不用於高爐噴吹。國外只有前蘇聯因天然氣資源豐富在高爐上大量噴吹天然氣，80年代前蘇聯80%以上的高爐在噴吹天然氣。

噴吹重油 重油系煉製石油的副產品，粘度高、流動性差，輸送過程中需採用蒸汽加熱。主要噴吹流程為：油罐車一油泵一油罐(加熱至90℃左右)一油泵(1．0～1．2MPa)一過濾一流量計一高爐環管一風口。因重油粘度高，為保持管道暢通，還設有回油管將重油返回油罐。為促使重油在高爐風口區迅速燃燒、氣化，要使重油在噴槍出口處霧化成極細的油滴，一般小於50”m。研製出各種結構的霧化噴槍以及水油乳化噴吹設備等。如霧化不良，重油在高温下會形成大量煙炭，影響重油的利用，甚至影響高爐操作。

噴吹煤粉 高爐噴吹煤粉在工業上應用較早，但所需設備較複雜噴吹煤粉的主要流程是：乾燥、粉碎一收集一輸送一噴吹。粉碎設備有球磨機和中速磨煤機。粉碎與乾燥同時進行，一般採用專門的燃燒爐燃燒煤氣產生具有一定温度的煙氣進行乾燥，有的加入部分高爐熱風爐廢氣，一起輸入粉碎設備，邊乾燥，邊粉碎。要求無煙煤粉粒度為<O．074mm者佔80%以上，煙煤粒度為<O．O’74mm者佔50%左右。煤粉收集主要由布袋除塵器完成。採用球磨機系統的設有粗粉分離器，將粒度較大的煤粒收集起來返回球磨機重新粉碎，布袋除塵器內為毛、化纖質濾袋，具有一定的過濾面積。乾燥、粉碎、收集裝置合起來稱為制粉系統。有的工廠將制粉系統與噴吹系統建在一起。有的工廠由於高爐附近場地條件的限制，將制粉系統與噴吹系統分別設置，高爐較多的工廠多采用這種方式，集中制粉，分散噴吹，各高爐分別建噴吹站。採用這種方式，從制粉系統到各高爐噴吹站間設輸煤管道，一般用倉式泵進行氣力輸送，輸送距離為500～1000m，也有超過1000m的。倉式泵輸送壓力為0．4MPa左右。

噴吹系統主要有並聯罐和串聯罐兩種形式：

(1)並聯罐系統。特點是每個系統有2～3個噴吹罐並列佈置，各罐輪流噴吹，共用一根輸煤管將煤粉送至高爐，經設在高爐附近的煤粉分配器將煤粉均勻地輸送到各風口。對分配器分配煤粉的均勻性要求較高，一般要求各風口間煤粉量分配誤差<±5%。並聯罐系統的優點是噴吹罐並列佈置，使噴吹站結構高度降低，上部為常壓煤粉倉，各噴吹罐分別設有電子秤，計量準確。只用一根輸煤管，管路簡單，便於佈置。分配器支管數目可多可少，最多達40根支管，可用於具有40個風口的超大型高爐。只用一根輸煤總管，能方便地調節高爐噴煤量。

(2)串聯罐系統。特點是由兩罐或三罐串聯佈置。三罐式的上部為煤粉倉(或常壓罐)，中部為中間罐，下部為噴吹罐；兩罐串聯式則沒有煤粉倉(或常壓罐)。中間罐和噴吹罐各設一台電子秤。下部的噴吹罐連續向高爐噴吹，需補充煤粉時，將煤粉倉(或常壓罐)中的煤粉放入中間罐，並對中間罐進行充壓後，煤粉由中間罐放入噴吹罐。噴吹罐下設有多個錐形漏斗，漏斗下有專門的閥門和煤粉混合器，有多少個風口，就有多少個錐形漏斗及混合器，每個混合器分別通過各自的噴吹管路向高爐風口噴吹煤粉。一般每座高爐設一個噴吹系統，大型高爐風口多，設有兩個噴吹系統。串聯罐系統的優點是，佔地面積小，有可能按各風口需要量控制噴煤量。缺點是這種系統需要的設備多(混合器、閥門等)，管路佈置複雜，設備維修工作量大，稱量系統難於達到準確、連續計量。有的工廠吸取並聯罐系統單管路——分配器噴吹方式的優點，將串聯罐系統的噴吹罐下改為只設一個大漏斗，一根噴煤總管將煤粉輸送到高爐後再經分配器將煤粉分配到各個風口，減少了閥門、混合器，簡化了管道系統。

噴吹煤種 有3種：

(1)無煙煤。碳化程度最高，含固定碳60%～80%，揮發分<10%，灰分6%～30%。無煙煤的特點是，固定碳含量高，揮發分低，着火温度高。噴吹時可不採取特殊的安全防護措施。

(2)煙煤。碳化程度次於無煙煤，固定碳40%～70%，揮發分15%～40%，灰分7%～30%。煙煤的特點是碳含量較低，揮發分高，着火温度較低。煙煤粉易燃易爆，噴吹煙煤必須採取嚴密的安全防護措施。

(3)褐煤。碳化程度低，固定碳40%左右，揮發分含量高>40%，含水分高，着火温度低，具有強烈的爆炸性，噴吹褐煤也要採取嚴密的安全防護措施。

噴吹煙煤的安全措施 分制粉系統和噴粉系統兩部分：制粉系統要控制磨煤機入口、出口及布袋除塵器內的温度，煙氣中O2、CO含量。在各有關部位設O2、CO、温度檢測儀表和報警、消防系統、煤粉倉設爆破孔。噴吹系統的噴吹罐、中間罐採用惰性氣體充壓並設有爆破孔。採用倉式泵輸送煤粉的，倉式泵也要用惰性氣體充壓，並在噴吹站的布袋除塵器、煤粉倉等處設置O2、CO和温度檢測儀表及報警、消火系統。長距離輸送煤粉，要設置惰性氣體吹掃管路系統。

高爐噴吹燃料的種類，除特定的地區因資源條件可能繼續噴吹天然氣或重油外，由於煤的資源豐富，價格低廉，以及噴煤工藝技術的發展，絕大多數高爐將逐步轉為噴吹煤粉。噴吹煤種可因地制宜，大部分高爐噴吹煙煤。隨着製氧工業的發展，高爐用氧量將逐步增加，促進噴煤量相應提高，預計將有一批高爐噴煤量達200kg/t以上，高爐焦比降到300kg/t以下，利用係數達2.5～3.0t/(m3·d)。高爐噴吹燃料技術的發展，將改變高爐的燃料結構，並使高爐強化冶煉達到新的水平。 ^[1]