一种高炉喷煤助燃剂及其应用和装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种高炉喷煤助燃剂及其应用和装置，适用于高炉喷吹煤粉燃烧领域。利用冶金矿物和钢铁废弃物为原料，如石灰石、白云石、高炉粉尘、烧结粉尘、转炉粉尘等进行组分优选和重新加工制成煤粉助燃剂，其中所述助燃剂主要由如下重量百分比成分制备得到：高炉粉尘5%-15%，矿槽灰10%-20%，白云石10%-25%，转炉粉尘30%-50%，石灰石20%-40%。然后将混合后的原料，经助燃剂制备和投料系统进入磨煤机，在煤粉制备过程中完成对煤粉表面改性，最终实现降低煤粉着火点和加快高炉风口前煤粉燃烧效率，提高高炉煤比和降低焦比，提升高炉喷煤综合经济效益。
【专利说明】一种高炉喷煤助燃剂及其应用和装置
【技术领域】
[0001]本发明属于钢铁冶金行业，具体的说，涉及一种高炉喷煤助燃剂及其应用和装置。【背景技术】
[0002]从传统钢铁生产流程来看，炼铁系统是主要的耗能工序之一，约占钢铁生产总能耗的70%。为了降低炼铁能耗、减少污染排放和提高经济效益，国内外高炉炼铁广泛采用喷吹煤粉技术，以减少焦炭消耗。而大量理论研究和实践表明，煤粉在风口区燃烧率不到70%左右，随着喷煤量增大，风口回旋区的煤粉燃烧率会逐渐降低。余下的未燃煤粉进入炉体，会导致软熔带的焦炭透气性下降，降低了煤气利用率，还有部分被高速运动的煤气流带出高炉，致使煤气除尘灰中的碳含量增多，造成资源和能源浪费。综合分析，高炉炼铁高能耗的运行状态，很大的一部分是由煤粉的燃烧效率低导致。因此，要保持良好的煤粉利用状况，就必须使煤粉在风口区瞬间燃烧和气化，而如何提高风口前煤粉燃烧效率成为高炉增加煤比和以煤代焦的限制性因素 。
[0003]高炉喷煤助燃节能技术是有效提高煤粉燃烧的一项节能技术。该节能技术的核心为煤粉助燃剂的选择和制备。目前，国内市场中高炉喷煤助燃产品较多，主要集中在稀土氧化物、碱金属氧化物、碱土金属氧化物、稀土氧化物、高锰酸钾、MnO2、氯化物和一些矿物等。这些物质对加强煤燃烧均会起到一定作用，但由于对高炉喷煤催化助燃认识存在不足，各种方法中往往出现催化剂添加量大、成本昂贵等问题，工业实际使用效果并不明显。少数固体催化助燃剂(如氯盐、硝酸盐或纳、钾盐类型等)虽可明显降低助燃剂的添加量，但对高炉设备和煤气管道等有腐蚀作用，甚至对高炉顺行产生不利。
[0004]综合来看，高炉喷煤助燃技术存在的主要问题有:(1)煤粉助燃剂的主要功能在于降低煤粉着火点和提高燃烧效率，其催化作用不在于助燃剂多少，关键在于煤粉表面附着助燃剂粒子数目多少，因而解决催化剂的纳微粒化技术和与煤粉的附着分散技术是关键；(2)由于煤粉助燃剂是一次性消耗型催化剂，要大规模工业应用，必须降低助燃剂制备成本和消耗量；(3)煤粉助燃剂的成分和配比都与煤种有关，助燃剂需要专煤专用，才能更大地发挥助燃作用；(4)助燃剂的高效作用的发挥还在于助燃系统的设计，优良的装备是高炉喷煤助燃技术的高效发挥保障，如果添加方法不恰当同样会失去助燃节能作用。
【发明内容】
[0005]本发明的一个目的在于提供一种高炉喷煤助燃剂，本发明的助燃剂能够降低煤粉着火点，加快高炉风口前煤粉燃烧效率，提高高炉煤比和降低焦比，提升高炉喷煤综合经济效益。
[0006]本发明的另一目的在于提供所述高炉喷煤助燃剂的应用。
[0007]本发明的再一目的在于提供所述的助燃剂在高炉喷煤助燃中的使用方法。
[0008]本发明的又一目的在于提供一种高炉喷煤装置。
[0009]为达上述目的，一方面，本发明提供了一种高炉喷煤助燃剂，所述助燃剂主要原料由如下重量百分比成分组成:高炉粉尘5%-15%，矿槽灰10%-20%，白云石10%-25%，转炉粉尘30%-50%，石灰石 20%-40%。
[0010]本发明提供的助燃剂是一种富含Ca、Fe、Mg等多种矿质元素的喷煤添加剂，主要利用冶金矿物和钢铁废弃物为原料，如石灰石、白云石、高炉粉尘、烧结粉尘、转炉粉尘等进行组分优选和重新加工制成煤粉助燃剂，然后在煤粉制备过程中完成对煤粉表面改性，实现降低煤粉着火点和提高煤粉的可燃性。
[0011]根据本发明所述的助燃剂，本发明进一步优选所述助燃剂主要原料由如下重量百分比成分组成:高炉粉尘5%-10%，矿槽灰10%-15%，白云石10%-25%，转炉粉尘20%-40%，石灰石 30%_40% ；
[0012]当所述的助燃剂主要原料由上述成分组成时，所述煤为无烟煤，煤粉燃点降低约20°C，燃烧率从70%以下提高到80%以上。
[0013]根据本发明所述的助燃剂，本发明进一步优选所述助燃剂主要原料由如下重量百分比成分组成:高炉粉尘10%-15%，矿槽灰10%-20%，白云石10%-15%，转炉粉尘30%_50%，石灰石 20%_30% ；
[0014]当所述助燃剂主要原料由上述成分组成时，所述煤为烟煤，煤粉燃点降低约10°C，燃烧率从80%以下提高到85%以上。
[0015]根据本发明所述的助燃剂，所述助燃剂包括如下重量百分比成分:Ca05%~15%，Mg05% ~15%，CaCO315% ~35%，Fe20330% ~40%，Al203〈8%，Fe0〈10%，Si02<2%, Κ〈0.1%，Na〈0.1%，Pb〈0.1%，Ζ η〈0.1%。
[0016]根据本发明所述的助燃剂，所述助燃剂是将上述原料充分混合，然后研磨至粒度为直径0.01mm以下的助燃剂质量含量大于90% ；
[0017]其中进一步优选是研磨2-5小时后制备而成。
[0018]所述的研磨为现有技术常规操作，譬如本发明优选的为将上述原料充分混合后，通过螺旋给料器进入到超细磨机中研磨。本发明的高炉喷煤助燃剂的应用，是将助燃剂和原煤在中速磨机中混合和研磨。由于助燃剂颗粒表面呈正电性和碱性，而煤粉颗粒表面呈负电性和弱酸性，二者一接触则会发生表面吸附和酸碱反应，因而在原煤研磨过程中，即可完成煤粉表面改性。改性后的成品煤粉用氮气输送到煤粉仓，然后经喷吹系统进入高炉内燃烧。
[0019]另一方面，本发明提供了所述的助燃剂在高炉喷煤助燃中的应用，其中，所述煤为无烟煤或烟煤。
[0020]根据本发明所述的应用，其中，当所述助燃剂主要原料由如下重量百分比成分组成时，所述煤为无烟煤:高炉粉尘5%-10%，矿槽灰10%-15%，白云石10%-25%，转炉粉尘20%_40%，石灰石 30%_40% ；
[0021]根据本发明所述的应用，其中，当所述助燃剂主要原料由如下重量百分比成分组成时，所述煤为烟煤:高炉粉尘10%-15%，矿槽灰10%-20%，白云石10%-15%，转炉粉尘30%-50%，石灰石 20%-30% ；
[0022]再一方面，本发明还提供了所述的助燃剂在高炉喷煤助燃中的使用方法，其中，当所述煤为烟煤时，所述助燃剂的质量用量为煤质量的0.5%-2% ；
[0023]当所述煤为无烟煤时，所述助燃剂的质量用量为煤质量的1%_5%。[0024]根据本发明所述的使用方法，本发明是将助燃剂是先和煤混合并研磨后，再经喷吹进入高炉燃烧。
[0025]根据本发明所述的使用方法，本发明进一步优选在助燃剂和煤混合时，助燃剂的投放口设置拉瓦尔管；
[0026]其中优选拉瓦尔管的衍射角α为45° _65° ；
[0027]根据本发明所述的使用方法，本发明进一步优选拉瓦尔管设置在煤投放口的煤输送方向的一侧，且所述拉瓦尔管的中心线和煤投放口边缘的距离为20-50cm，使得投放出来的助燃剂可以覆盖煤；这样可以使得煤和助燃剂接触更加充分。
[0028]又一方面，本发明还提供了一种高炉喷煤装置，本发明是在原有高炉喷煤系统的基础上，增加了助燃剂的制备和投放系统，可保障助燃剂质量和增强助燃效果，有效地提高了煤粉的燃烧率。
[0029]本发明高炉喷煤装置包括助燃剂原料仓1、超细磨机3、螺旋计量泵6、原煤仓7、称重给煤机8、磨煤机9、收粉器14和煤粉仓16，螺旋计量泵末端设置拉瓦尔管19 ;其中助燃剂由助燃剂原料仓1，经由超细磨机3和螺旋计量泵6被输送到称重给煤机8中，原煤由原煤仓7进入称重给煤机8中，得到的原煤和助燃剂的混合物由称重给煤机8出口进入磨煤机9，再被顺序输送到收粉器14和煤粉仓16，再由喷吹系统进入高炉。
[0030]根据本发明所述的装置，其中本发明优选所述拉瓦尔管的衍射角α为45° -65° ;其作用可以稳定助燃剂添加流量和控制助燃剂分散角度。
[0031]根据本发明所述的装置，其中本发明优选所述拉瓦尔管19的中心线和原煤仓7下料口边缘的距离为20-50cm，且拉瓦尔管19设置在原煤仓7相对于称重给煤机8中煤输送方向的一侧。
[0032]如图2所示。助燃剂加到原煤层上，且由于原煤下料惯性还可覆盖住被助燃剂覆盖，以更好的与助燃剂接触。
[0033]可以理解的是，当称重给煤机8中煤的输送方向为向右时，拉瓦尔管19设置在原煤仓7的右侧；反之则为左侧。
[0034]根据本发明所述的装置，其中本发明优选在磨煤机9上设置密封风机13，且在收粉器14上设置第一排风机18。
[0035]根据本发明所述的装置，其中本发明优选助燃剂原料仓I和超细磨机3之间还设置螺旋给料器2，助燃剂由助燃剂原料仓I经过螺旋给料器2被输送到超细磨机3中。
[0036]根据本发明所述的装置，其中本发明优选超细磨机3和螺旋计量泵6之间还设置助燃剂储存罐4，助燃剂由超细磨机3经过助燃剂储存罐4被输送到螺旋计量泵6 ；
[0037]根据本发明所述的装置，其中本发明进一步优选助燃剂储存罐4上还设置第二排风机5。
[0038]根据本发明所述的装置，其中本发明优选所述磨煤机9上设置升温炉10，磨煤机9与升温炉10通过管路连接；
[0039]根据本发明所述的装置，本发明进一步优选所述管路上顺序设置放散阀11和冷风阀12。
[0040]根据本发明所述的装置，其中本发明优选在收粉器14和煤粉仓16之间还设置木屑分离器15，木屑分离器15通过管路分别和收粉器14和煤粉仓16连接。[0041]根据本发明所述的装置，其中本发明优选所述称重给煤机8为密闭式称重给煤机。
[0042]上述设备之间可以根据需要使用管路或者输送带进行连接。
[0043]本发明所涉及的其他具体设备如喷吹系统等均为常规现有技术设备，本发明不再详细描述及示出。
[0044]本发明所述的装置使用空气为载气，将制备好的助燃剂成品经气力输送到助燃剂储存仓，然后通过高精度螺旋计量秤加入到密闭式给煤称重机，在皮带上与原煤混合。且高精度螺旋计量秤与原煤称重机进行称重连锁控制，实现精确控制助燃剂和原煤质量配比。
[0045]本发明的高炉喷煤助燃剂的应用中，为了使助燃剂和煤粉有更充分接触时间，需要降低磨煤机的出口压力和布袋收粉器出口压力。即原有磨煤机出口压力为-6.5kPa，添加助燃剂后的磨煤机出口压力约在_5kPa。
[0046]其中可以具体为:本发明的高炉喷煤助燃技术是将各原料混合后输送至助燃剂原料仓1，经螺旋给料器2进入超细磨机3进行充分研磨。当助燃剂的粒度在-0.010mm>90%时，用空气为载气，经气力输送至助燃剂储存仓4，载气经主排风机5放散。助燃剂通过高精度螺旋计量秤6加入到密闭式给煤称重机8，在密闭式给煤称重机8的皮带上与原煤混合。其中，高精度螺旋计量秤6与原煤称重机8进行连锁控制，实现精确控制助燃剂和原煤质量配比。助燃剂和原煤在中速磨机9中研磨和完成对煤粉表面的改性。成品煤粉经氮气气力输送至煤粉仓16，后经喷吹系统进入高炉燃烧。
[0047]本发明所述的高炉粉尘、矿槽灰、白云石、转炉粉尘、石灰石均为本领域常用术语，本领域技术人员均清楚知晓上述术语的含义，本发明进一步解释如下:
[0048]高炉粉尘:是指高炉炉顶煤气的布袋除尘灰；
[0049]矿槽灰:是指烧结厂配料系统工作区的除尘灰；
[0050]转炉粉尘:是指转炉烟气干法除尘灰。
[0051]综上所述，本发明提供了一种高炉喷煤助燃剂及其应用。本发明的高炉喷煤助燃剂具有如下优点:
[0052]本发明不仅解决了助燃剂在煤粉表面很好的附着和分散，能有效地提高风口煤粉燃烧率和增加高炉消化煤粉的能力，而且本方法还可起到稳定炉况，提高铁水质量和产量等作用，对高炉设备无破坏影响。大量试验表明，本发明提供的助燃剂一般可使高炉风口煤粉燃烧率提高至80%以上，高炉粉尘中煤粉含量降低90%以上，铁水硅含量降低10%左右，铁水硫含量降低10%以上，炉渣TFe下降0.5%，理论燃烧温度提高10°C~20°C左右，高炉生产能力提高1%~2%左右。此外，本技术的助燃剂成本低廉、工程投资小，经济收益巨大，保守估算助燃剂节能就在10元/tFe以上，且铁水质量提高、产量增加和对后续加工处理的能耗减少等收益还未包括在内。
【专利附图】
【附图说明】
[0053]图1为本发明增加了助燃剂投放系统后的喷煤装置，其中I为助燃剂原料仓；2为螺旋给料器； 3为超细磨机；4为助燃剂储存罐；5为主排风机；6为螺旋计量秤；7为原煤仓；8为密闭式称重给煤机；9为磨煤机；10为升温炉；11为放散阀；12为冷风阀；13为密封风机；14为布袋收粉器；15为木屑分离器；16为煤粉仓；17为卸煤粉口 ；18为主排风机。[0054]图2为本发明的助燃剂投料装置，其中4为助燃剂储存罐；6为螺旋计量秤；7为原煤仓；8为密闭式称重给煤机；19为拉瓦尔管。
[0055]图3为拉瓦尔管的放大示意图，α为衍射角。
[0056]图4为助燃剂加入到皮带时的投料曲线，其中I为普通投料曲线，2为加有拉瓦尔管的投料曲线。
【具体实施方式】
[0057]以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
[0058]设备实施例1
[0059]一种高炉喷煤装置，如图1-3所示:助燃剂原料仓1、螺旋给料器2、超细磨机3、助燃剂储存罐4、助燃剂储存罐4上设置第二排风机5，螺旋计量泵6、原煤仓7、密闭式称重给煤机8、磨煤机9、收粉器14、木屑分离器15和煤粉仓16，螺旋计量泵出口端设置拉瓦尔管19，磨煤机9上设置密封风机13，且在收粉器14上设置第一排风机18，磨煤机9上设置升温炉10，磨煤机9与升温炉10通过管路连接，该管路上顺序设置放散阀11和冷风阀12 ;拉瓦尔管的衍射角α为62° ;拉瓦尔管19的中心线和原煤仓7下料口边缘的距离为22cm，且拉瓦尔管19设置在原煤仓7的右侧。
[0060]助燃剂由助燃剂原料仓1，经由螺旋给料器2、超细磨机3、助燃剂储存罐4和螺旋计量泵6，并通过螺旋计量泵6出口端设置的拉瓦尔管19被输送到称重给煤机8中，原煤由原煤仓7进入称重给煤机8中，得到的原煤和助燃剂的混合物由称重给煤机8出口进入磨煤机9，再被顺序输送到收粉器14，通过木屑分离器15进入煤粉仓16，再经由煤枪进行喷吹。
[0061]设备实施例2
[0062]高炉喷煤装置与实施例1相同，区别在于拉瓦尔管的衍射角α为52° ;拉瓦尔管19的中心线和原煤仓7下料口边缘的距离为31cm。
[0063]设备实施例3
[0064]高炉喷煤装置与实施例1相同，区别在于拉瓦尔管的衍射角α为46° ;拉瓦尔管19的中心线和原煤仓7下料口边缘的距离为46cm。
[0065]方法实施例1
[0066]采用某钢厂500m3高炉进行喷煤助燃试验，以15天为一个试验周期，考察助燃剂对高炉喷煤助燃节能效果。喷吹煤种为某无烟煤。设备为设备实施例1的高炉喷煤装置。
[0067]试验I期的助燃剂使用高炉粉尘约10%，矿槽灰约10%，白云石约20%，转炉粉尘约20%，石灰石约 40%ο 综合成分为:CaO 约 10%, MgO 约 10%, CaCO3 约 35%, Fe2O3 约 30%, Al2O3约8%, FeO约5%,其他约2%ο
[0068]试验2期的助燃剂使用高炉粉尘约5%，矿槽灰约15%，白云石约10%，转炉粉尘约40%，石灰石约 30%ο 综合成分为:CaO 约 8%, MgO 约 5%, CaCO3 约 32%, Fe2O3 约 35%, Al2O3 约5%, FeO约8%,其他约2%ο
[0069]试验前基准期时高炉指标为:煤比179kg/tFe，焦比359kg/tFe，富氧率3.2%。试验期，按密闭式给煤称重机输送的原煤质量的3%添加助燃剂，试验结果与原生产指标对比如下表1，其经济效益为12元/tFe以上。
[0070]表1、本实施例试验结果与原生产指标
[0071]
【权利要求】
1.一种高炉喷煤助燃剂，其特征在于，所述助燃剂主要由如下重量百分比成分制备得到:高炉粉尘5%-15%，矿槽灰10%-20%，白云石10%-25%，转炉粉尘30%_50%，石灰石20%-40%。
2.根据权利要求1所述的助燃剂，其特征在于，所述助燃剂包括如下重量百分比成分:Ca05%-15%, Mg05%-15%, CaC0315%-35%, Fe20330%-40%, Al203<8%, Fe0〈10%，Si02<2%, K〈0.1%,Na〈0.1%, Pb〈0.1%, Zn〈0.1%。
3.根据权利要求1所述的助燃剂，其特征在于，所述助燃剂的粒度为直径0.01mm以下的大于90%。
4.权利要求1~3任意一项所述的助燃剂在高炉喷煤助燃中的应用，其特征在于，所述煤为无烟煤或烟煤。
5.权利要求1~3任意一项所述的助燃剂在高炉喷煤助燃中的使用方法，其特征在于，当所述煤为烟煤时，所述助燃剂的质量用量为煤质量的0.5-2% ;当所述煤为无烟煤时，所述助燃剂的质量用量为煤质量的1_5%。
6.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于，所述助燃剂是先和煤混合并研磨后，再经喷吹进入高炉燃烧； 其中优选助燃剂和煤混合时，助燃剂投放口设置拉瓦尔管；其中优选拉瓦尔管的衍射角α为45° -65° ;其中还优选拉瓦尔管设置在煤投放口的煤输送方向的一侧，且所述拉瓦尔管的中心线和煤投放口边缘的距离为20-50cm。
7.一种高炉喷煤装置，其特征在于，所述装置包括:助燃剂原料仓(I)、超细磨机(3)、螺旋计量泵(6)、原煤仓(7)、称重给煤机(8)、磨煤机(9)、收粉器(14)和煤粉仓(16)，螺旋计量泵末端设置拉瓦尔管(19);其中助燃剂由助燃剂原料仓(1)，经由超细磨机(3)和螺旋计量泵(6 )被输送到称重给煤机(8 )中，原煤由原煤仓(7 )进入称重给煤机(8 )中，得到的原煤和助燃剂的混合物由称重给煤机(8)出口进入磨煤机(9)，再被顺序输送到收粉器(14)和煤粉仓(16)，再经喷吹系统喷入高炉； 其中优选所述拉瓦尔管(19)的衍射角α为45° -65° ； 其中还优选所述拉瓦尔管(19)的中心线和原煤仓(7)下料口边缘的距离为20-50cm，且拉瓦尔管(19)设置在原煤仓(7)相对于称重给煤机(8)中煤输送方向的一侧； 其中优选在磨煤机(9)上设置密封风机，且在收粉器(14)上设置第一排风机(18)； 其中还优选助燃剂原料仓(1)和超细磨机(3)之间还设置螺旋给料器(2)，助燃剂由助燃剂原料仓(1)经过螺旋给料器(2 )被输送到超细磨机(3 )中。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，超细磨机(3)和螺旋计量泵(6)之间还设置助燃剂储存罐(4)，助燃剂由超细磨机(3)经过助燃剂储存罐(4)被输送到螺旋计量泵(6 );优选助燃剂储存罐(4 )上还设置第二排风机(5 )。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述磨煤机(9)上设置升温炉(10)，磨煤机(9)与升温炉(10)通过管路连接；优选所述管路上顺序设置放散阀(11)和冷风阀(12)。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，在收粉器(14)和煤粉仓(16)之间还设置木屑分离器(15)，木屑分离器(15)通过管路分别和收粉器(14)和煤粉仓(16)连接。
【文档编号】C10L9/10GK103740433SQ201310753236
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】赵志龙, 王艳民, 全强, 张波, 施设 申请人:中冶京诚工程技术有限公司, 郭占成