D0I:10.13374/j.issn1001053x.1986.02.001 北京钢铁学院学报 、t 1986年6月 Journal of Beijing University No.2 第2期 of Iron and Steel Technology June 1986 进一步提高高炉喷煤量 而不降低煤利用率的可能性研究 杨永宜刘述临杨彦慧 (北京钢铁学院治金系) HW.古登纳杨天钧B.柯塔斯 (西德莱因一威斯特法利亚琛工业大学) 清 要 从中国两座高炉风口回旋区取出煤粉样研究表明：当喷煤量达到140kg:.HM (占燃料总量的27%)时，鼠然煤早在直吹管内就开始了挥发和燃烧，但煤在回旋区 内並不能完全燃烧。不过这一不完全燃烧还不破坏高炉的颜行。 用两种方法在实验室内进行了粉煤燃烧动力学研究，一种是用电阻丝加热鼓 风，另一种则用等离子火炬。发现煤的燃烧率在40一80μm范围内几乎和煤的粒度大 小成反比，它随着风温的提高而提高，直到1475℃；富氧到40%仍很有效.当空气过 剩系数降到1.2~1,3以下则煤的燃烧率突然下降。当鼓风旋转时燃烧加快 滴落区内，炉渣和煤灰或未燃尽的半焦的混合并不是提高喷煤量的控制因素。 喷煤枪位置。角度和形状影响气固两相分布的研究表明：这些因素对喷入煤粒在助 燃空气流中的均匀分布有显著影响，这一研究是采用激波管和纹影法完成的。 关镀词：堞粉。燃烧动力学。喷煤。高炉 1985-10一11收稿 1
年 月 第 期 北 京 钢 铁 学 院 学 报 。 进一步提高高炉喷煤量 而不降低煤利用率的可能性研究 杨永宜 刘述临 杨彦慧 ‘北京钢铁学院冶金系， … 古登 纳 杨天钧 柯塔斯 ‘西德莱 因一威斯特法利亚探工业大学 摘 要 从中国两 座高炉风 口 回旋区 取出煤粉样研究表明 当喷煤量达到 ‘ 占燃料总量的 形 时 ， 虽然煤早在直吹管内就开始了 挥发和燃烧 ， 但煤在 回 旋 区 内业不能完全燃烧 不过这一不完全燃烧还不破坏高炉的顺行 。 用两 种方法在实验室 内进行了粉煤燃烧动力学研究 ， 一种是用 电阻 丝 加 热 鼓 风 ， 另一种则用等离子 火炬 发现煤 的燃烧率在切 。 卜 范围 内几乎和煤的粒 度 大 小成反比 ， 它随着风温的提高而提高 ， 直到 ℃ 富氧到 多仍很有效 。 当空气过 剩 系数降到 以下则煤的燃烧率突 然下降 当鼓风旋转时燃烧加快 滴落区 内 ， 炉渣和煤灰或未燃尽的半焦的混合并不是提高喷煤量的控制因素 。 喷煤枪位置 角度和形状影响气固两相分布的研究表明 这些因素对喷入煤粒 在 助 燃空气流中的均匀分布有显著影响 ， 这一研究是采用激波管和纹影法完成的 。 关镇词 煤粉 燃烧动力学 喷煤 高炉 幼吕 一 一 收稿 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1986．02．001
Investigation on Possibility of Further Increasing the Rate of Pulverized Coal Injection without Lowering Unilization of Coal Injected in Blast Furnace Yang Yongyi;Liu Shulin;Yang Yanhui (Beijing University of Iron and Steel Technology Department of Metellur8y) H.W.Gudenau,Tianjun Yang,B.Korthas (Reinisch-Westfalische Technische Hochschule Aaohen) Abstract Sampling of burned coal residue directly from the raceway of two Chi -nese BF reveals that at the current rate of anthracite injection up to 140 kg/tHM or 27%of the total fuel coal could not be burned completely in the raceway although devolatilization and combustion take place early in the blowpipe.This does not interrupt the smooth running of the furnaces. From laboratory study on kinetics of coal powder combustion in two bench-scale combustion furnaces,one of which preheats the air blast by electrical resistance,the other by plasma torch,rate of combustion is found almost inversely proportional to grain size of coal,it increases with increaseof blast temperature up to 1475C;oxygen enrichment up to 40%of the blast is very effective;with decrease of coefficient of surplus air to less than.1.2 -1.3 the rate of combustion decreases abruptly,while whirling or rotation of the blast accelerates the combustion rate. Melting behavior of dropping zone slag mixed with ash of injected coal or partially burned coal residue seems not to be the limiting bottle-neck to high rate of coal injection.Investigation on effect of injection position, angle and shape of coal lance on the two phase gas-solid distribution by shock-wave tube and schlieren method reveals remarkable influence of these factors on uniform distribution of injected coal particles in the combution air stream. Key words:pulverized coal,combustion kinetics,coal injection, blast furnace. 2
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引 言 自六十年代初，由于焦煤缺乏和价格上涨，世界各国都注意自风口喷入辅助燃料， 这种喷射又有利于高炉顺行。自能源危机之后，注意力又自喷油转向喷入粉煤，由于资 源特点，中国是大规模喷煤的第一批国家1)。目前中国大于255m3的高炉70%都喷煤。 1984年中国喷煤约二百万吨，粗略估计大约获利六千万元人民币。这也就是说1.6×106t 焦炭被代替，替下的焦炭则能炼出3.0×106t生铁。 当然，中国还希望喷人更多的煤（常用的为60~140kg/t-HM)但是煤在风口前的 不完全燃烧使喷煤率的提高受到煤焦置换比降低的限制〔6)。因此，“怎样才能加速粉 煤的气化和燃烧”就成为既有实践意义又有理论意义的研究课题。 本文总结了在中国北京钢铁学院杨永宜教授指导下和联邦德国亚琛莱茵一威斯特法 利工业大学H.W.古登纳教授指导下合作研究喷煤课题所做的工作。 更高风温下，在等离子炉内燃烧是刘述临和P.A,龙德在瑞典皇家工学院J.O埃德 斯通教授指导下做的(4们。 1风口前煤的燃烧效率研究（在鞍钢、首钢进行） 1.1试验装置和取样方法 自高炉风口取样的取样管构造和取样位置见图1。取样管用6~8atm的水冷却。它既 为了防止烧毁，也为了把粉煤和煤气迅速冷到300℃以下以防止进一步气化。过滤器是 用青铜烧结的，滤出的煤样送化学分析和煤相检查。 High Pressure 45x2 Sampling bag 中28×2 ,中12×2 Cooling water F1lter Compreseed air 6800 Injection lance (b》 Blov pipe =3800 X 图1取样管结构(a)和取样位置示意图(b) Fig.I Construction of Sampling Probe(a)and sampling Position(b) 1.2结果和讨论 1983年在鞍钢9高炉和1984年在首钢1高炉做了试验，取样管是沿直吹管插入， 8
引 言 昌， 刁 自六十年 代初 ， 由于焦煤缺乏和价格上涨 ， 世界各国都注意 自风 口 喷入辅助 嫩料 ， 这种喷射又有利于高炉顺行 。 自能源危机之后 ， 注意力又 自喷油转向喷人粉煤 ， 由于资 源特点 ， 中国是大规模喷煤的第一批 国家〔 幻 。 目前 中国大于 “ 的高炉 纬都喷煤 。 年 中国喷煤约二百万吨 ，粗略估计大约 获利六千万元人 民币 。 这也就是说 焦炭被代替 ， 替下的 焦炭则能炼 出 。 “ 生铁 。 当然 ， 中国还希望喷人更 多的煤 常用的 为 · 但是煤在风 口前的 不完全燃烧使喷煤率的提高受到煤 焦置换 比降低的 限制 〔 “ 〕 。 因此 ， “ 怎样才 能 加 速粉 煤的气化和燃烧 ” 就成为既有 实践意 义又有理论意义的研究课 题 。 本文总结 了在 中国北京钢 铁 学院杨永宜 教授指导下和联邦德国亚深莱茵一威斯特法 利工业 大学 古登纳 教授指导下合 作研究喷煤课题所做的 工 作 。 更高凤温 下 ， 在等离子炉 内燃烧是刘述 临和 龙 德在瑞典皇家工 学院 埃德 斯通 教授指导下做的“ 〕 。 风 口 前煤的燃烧效率研究 在鞍钢 、 首钢进行 试验 装置和取样方法 自高炉风 口取样的取样管构造 和取样位置见图 。 取样管用 的水冷却 。 它 既 为 了防止烧毁 ， 也为 了把扮煤和煤 气迅速 冷到 ℃ 以 下以 防止进一步气化 。 过滤 器 是 用青铜烧结 的 ， 滤 出的煤样送化学 分析 和煤 相检 查 。 肠 ‘ 介 吕‘ 叮 蚕减 又 奋 阮 币 又 一 扛 认 。 肚。 ， 乡生 一 应 ‘ 取样管结构 和 取样位置示意图《 川 卜 结果 和讨论 年 在鞍钢 高炉 和 年 在首钢 高炉做 了试 验 ， 取样管是 沿直吹 管 插 入
每个位置上最少取两个样，取样时高炉作业参数见表1。 表1取样时的高炉作业参数 Table 1 Production parameters of BF when samples were taken BF blast blast blast coal No.of tuyere Burden and coal composition and BF vol 0】 temp. Pres号ure injection 信 grain size m3 Nm 3/min atm t/h Kg/tM Totalinjec- -200m tion iron prod'd V. A.Ctesh No.6 AISC 983 2156 1100 1.75 5.4 64 14 5 1.21100%sinter. 8.3317.8773.80 46 basic iron No.1 SISC 576 1430 1100 1.65 152 15 15 h1.421005 sinter foundry iron 10.3214.1475.5489.19 因而燃烧率n用下式计算： n=1-Ao/A1×10,（%) 1-A0 (1) 式中A。和A:是燃烧前和部份燃烧后的灰份。取出的煤样多少都混有小块炉渣、生铁和焦 炭。因而报出的灰份必须经过校正（详见(3）)后再代入(1)式。图2示出了燃烧率 的变化，其中Xs=O是指风口尖端处，X:为负值是在直吹管内，Xs为正值指在回旋区 内。 图2表明，两座高炉的情况很近似，并有以下特点： (1)颗粒一进入直吹管，燃烧就开始了，待煤粒达到风口前端（只380mm),7 就达到60%，这可解释为煤粒在直吹管内加热极快，以及煤的挥发份挥发只要加热到 300℃以上就可进行。 100H 80 60 ●-AISC 40叶 X,815C 20 -20002004006008001000 Xs,mm 图2高炉风口回旋区煤粉燃烧率变化规律 Fig 2 Change of degree of burnout of injected coal along the tuyere axis of BF No,9 AISC (.and that of No.1 SISC(X) (2)η值在回旋区继续增加，但比在直吹管中要慢得多。 (3)喷入的粉煤在回旋区内未能完全燃烧，最大的值只70~80%。物料平衡使 我们知道95%的碳能在高炉中被利用，因而残煤或半焦最终被气化是在回旋区外进行 的。 4
每 个位置上最少取两 个样 ， 取样时高 炉 作业参数 见表 。 表 取样 时 的 高炉作 业 参 数 卜 ‘ 压 肠 】 丫 。 ， 。 氏 ， 多 鱼 “ “ “ ℃ 已 】 ‘ 。 。 。 一 一 ，· ， 一 多‘ 人 · 多 “ ‘ 书 三退艾 双。 。 。 ， 终 · 。 几 地 。 另 、 。 仁 因而 燃烧率” 用 下式计算 一 。 一 。 ， 式 中 。 和 是 燃烧前 和部份燃烧 后的灰份 。 取 出的煤样多少都混 有小块炉渣 、 生铁 和 焦 炭 。 因而 报 出的灰份必须经 过校 正 详 见即 后再 代 入 式 。 图 示 出了燃烧率 的 变化 ， 其 中 。 二 是指风 口 尖 端处 ， 。 为负值 是 在直吹 管 内 ， 为正值指 在回旋 区 内 。 图 表 明 ， 两座 高炉的 情况很近似 ， 并有 以 下特点 颗粒一进人直吹 管 ， 燃烧就开始 了 ， 待煤粒达到风 口前端 只 ， 月 就达到 ， 这可解释 为煤粒在直吹 管内加 热极快 ， 以及煤的 挥发份 挥发 只要 加 热 到 ℃ 以上就可进行 。 厂 舟 八 次卜 琳一 ﹄‘︸砚 。 ﹃目一︸ 一 名 。 ， 图 高炉风 口 回旋区煤粉燃烧率变化规律 名 ‘ 七 健 比 · 勺值在回 旋区继 续增加 ， 但 比在直吹 管中要慢得 多 。 喷 人的粉煤在回旋 区 内未能完全燃烧 ， 最大的月值 只 。 物料 平衡 使 我们知道 的碳 能在 高炉 中被利用 ， 因而残 煤或半 焦最终被 气化是 在 回旋 区 外 进 行 的
当残煤或半焦粘附在回旋区外的焦炭表面上时，煤粒和煤气的相对速度（滑动速度） 就会比在回旋区中大得多。这十分有利于加快气固相反应（CO,+C→2CO),作者在 很早前就得到了这一点（⑤）。较高的气体和煤粒间的滑动速度也是直吹管中燃烧速度快 的原因。煤粒离开喷枪之初是被热风加速的，这时滑动速度必然比以后要高。 图3是鞍钢高炉取出煤样的放大，煤粒在喷射前有尖角和棱边，很少微孔。而部份 燃烧之后则看出棱角变圆，现出各样的孔洞和裂缝，这说明燃烧不只发生于表面也同时 公 发生于煤粒内部。 首钢用无烟煤，其结构变化（图4）和鞍钢（图3）相似，只是内部孔洞和裂缝较 少。 仓
当残煤或半焦粘 附在回旋区外的焦炭表面上时 ， 煤粒和煤气的相对速度 滑动速度 就会比在回旋区 中大得多 。 这十分有利于加快气 固相反 应 ， ， 作者在 很早前就得到 了这一点 〔 “ 〕 。 较 高的气体和煤粒间的滑动速度也是直吹管中姗烧速度 快 的原因 。 煤粒离开喷枪之初是被热风加速的 ， 这时滑动速度必然比以后要高 。 图 是 鞍钢 高护取 出煤样的放大 ， 煤粒 在喷射前有尖角和棱边 ， 很少微孔 。 而部份 撤烧之后则看出棱角变圆 ， 现 出各样的孔洞和裂缝 ， 这说 明燃烧不只 发生于表面也同时 发生于煤粒内部 。 首钢用 无烟煤 ， 其结 构 变化 图 和鞍钢 图 相似 ， 只是 内部孔洞 和裂缝较 少 。 、