田寶山 季書民

（寶鋼集團八鋼公司煉鐵分公司）

1 前言

歐冶爐在八鋼建成投產后，原燃料條件、氣候條件和操作條件等和羅涇COREX相比都發(fā)生了變化。2015的生產實踐驗證，歐冶爐相對羅涇COREX3000大幅度降低了燃料比近200kg/t,氣化爐穩(wěn)定運行狀況改善，但也同時也伴隨著發(fā)生煤氣發(fā)生量減少20%～30%，頂煤氣單耗不足，還原煤氣中CO2偏高的問題，最終導致豎爐金屬化實際金屬化率只能維持在15%～30%。較低的金屬化率限制了歐冶爐產能的提升、鐵水硅素偏高，制約了歐冶爐經濟技術指標的進一步提升。

為解決煤氣量及其品質與金屬化率之間的矛盾，八鋼與華東理工大學開展了歐冶爐拱頂噴煤技術研究。拱頂噴煤改進后，經現場實踐驗證有效煤

氣發(fā)生量增加15%，金屬化率提升15%～20%。

2 歐冶爐拱頂噴煤后的流場分析

為了獲得歐冶爐流場結構和性能，采用數值模擬方法對歐冶爐內氣固兩相流場進行研究，分析歐冶爐內的多相反應流動特征，為歐冶爐的優(yōu)化操作與技術改造提供理論依據。

2.1 歐冶爐速度場

圖1是歐冶爐粉煤燒嘴正對布置與偏斜布置兩種結構在歐冶爐氣流段內的速度場分布，由圖1可見，粉煤燒嘴布置方式對爐內流場結構影響較大。正對設置為典型的撞擊流流場結構，而偏斜布置如前所述，為典型的旋流流場結構。

圖1 燒嘴設置對流場的影響

2.2 歐冶爐溫度場

圖2是歐冶爐粉煤燒嘴正對布置與偏斜布置兩種結構爐內的溫度場分布，由圖2可見，旋流結構中，燒嘴平面的溫度比撞擊的高。

圖2 燒嘴設置對流場的影響

2.3 歐冶爐顆粒濃度

圖3是歐冶爐不同燒嘴設備下爐內的顆粒濃度分布。旋流氣化爐內，顆粒分布更加均勻。

3 拱頂噴煤燒嘴的設計與選擇

在對歐冶氣化爐流場分析研究的基礎上現場確定采用“4套噴煤燒嘴+2套氧氣燒嘴+4套粉塵燒嘴”的方案，燒嘴布置如圖 4。將氫氣燒嘴 1#、3#、4#、6#位置改裝了新設計的噴燒嘴。

圖3 燒嘴設置對顆粒分布的影響

圖4 噴煤燒嘴布置圖

拱頂噴吹燒嘴設計成了雙通道結構，中心是氧氣通道，煤粉經環(huán)道入爐。結構見圖5。

圖5 拱頂噴吹燒嘴設計結構示意圖

4 歐冶爐拱頂噴煤生產實踐

歐冶爐于2017年4月18日05∶30分晨正式投入改進后的噴煤系統(tǒng)，豎爐金屬化率從20%提高到40%。金屬化率提高，降低了燃料消耗。拱頂噴煤后對爐內的影響主要體現在以下方面。

4.1 對冷煤氣CO2的影響

改進的噴煤制氣系統(tǒng)投用一個月后冷煤氣CO2水平明顯下降，CO2控制在了10%，下降近6%，同時由于噴煤后煤粉的揮發(fā)分和裂解產生的H2，有效煤氣還原成分提高至80%以上（CO+H2）。噴煤制氣系統(tǒng)的投入使用，大大改善了還原煤氣質量，為提高金屬化率創(chuàng)造了條件。

4.2 對煤氣利用率的影響

投入前一個月與投入后一個月比較，煤氣利用率升高28.3%。主要原因是隨著噴煤比的提高，改善了還原煤氣質量，還原煤氣中有效煤氣成分大大提高，最終煤氣利用率也相應提高。

4.3 對金屬化率的影響

金屬化率在噴煤投入前后有明顯的變化，噴煤后一個月豎爐金屬化率提高至40%。提高了近20%。金屬化率的提高直接原因在于噴煤后冷煤氣中還原煤氣有效成分的提高，頂煤氣量增加，有更多的有效還原煤氣可以進入豎爐還原礦石。

4.4 對燃料消耗的影響

噴煤系統(tǒng)投入前后一個月焦比降幅14.9%，燃料比平降幅2.9%。主要原因在于煤氣質量的改善提高了金屬化率，改善了豎爐工作環(huán)境，也最終帶來氣化爐的改善，焦比和燃料比的降低。燃料比的降低沒有焦比那么明顯，是由于作為煤粉的燃料在拱頂燃燒沒有參與氣化爐終的還原，而是參與了豎爐的還原，化學和物理熱沒有最大程度的利用。煤氣量的增加帶來了公共能介回收的效益。

4.5 對氧氣單耗的影響

噴煤系統(tǒng)投入前和投入后一個月比較，風口氧氣單耗降幅15.7%，總氧氣單耗降幅3%。風口氧氣單耗與焦比的降幅基本一致，總氧氣單耗和燃料比降幅一致?？傃鯕鈫魏慕捣淮笫且驗樵诠绊斎紵烁嗟难鯕猓a生用于豎爐還原的煤氣。

另外從氧氣在風口區(qū)域和拱頂區(qū)域的分配來看，在拱頂噴煤投入后也發(fā)生了變化，由原先的1:0.5變?yōu)槟壳?∶0.8。這跟燃料結構有關，如果噴煤比繼續(xù)提高，用于拱頂的氧氣勢必還會增加，分配系數也會相應調整。

4.6 對豎爐頂煤氣單耗和壓差的影響

噴煤投入前頂煤氣平均單耗隨著噴煤量上升而下降，煤氣質量提高，引起豎爐還原化學反應加劇，豎爐爐料溫度升高，因此對頂煤氣的需求反而下降。噴煤投入前平均豎爐壓差上升8kPa，這主要在于豎爐化學反應加劇，豎爐內溫度升高，氣體膨脹，而且高溫會使得溶劑分解率提高，增加氣體量，相應阻損就會增加，導致豎爐壓差一定幅度的上升。

5 關于拱頂噴煤問題

2017年4月20日下午14∶00分發(fā)現6層平臺4#氧煤燒嘴泄漏，經檢測后是4#氧煤燒嘴本體管道磨穿，確認1#也有泄漏點。立即停用1#和4#，21日中午工廠休風更換了全部4套氧煤燒嘴。檢查更換下來的燒嘴發(fā)現4#燒嘴煤粉切線進入管道口已經磨穿，1#燒嘴有細微的沙眼孔，3#和6#也有磨損的痕跡。

分析認為，噴吹煤粉由切線方向進入煤槍，氣流會在進口處高速旋轉，沖擊下方管道位置，造成磨穿。為不影響生產采取了臨時措施將燒嘴煤氣沖擊下方處堆焊增加至30mm，維持使用，并增加了燒嘴測溫的點檢頻度。重新對噴煤工況和氧煤燒嘴關鍵參數進行了梳理，改進優(yōu)化了燒嘴進氣口設計。

針對氧煤燒嘴磨損問題，進行了設計優(yōu)化：改變邊界參數，降低煤粉流速，同時將易磨損壁加厚。將載送氮氣量由1800Nm3/h調整到800 Nm3/h，流速大幅度降低。從后期的實際運行效果來看，磨損程度已經大幅度降低，氧煤燒嘴使用壽命延長。

6 結束語

通過對八鋼歐冶爐拱頂噴吹煤粉流場研究，根據歐冶爐拱頂區(qū)域溫度場、濃度場、速度場的特征。作為燒嘴布置的依據。實踐表明，因燒嘴布局合理，氧煤燒嘴同時工作情況下，拱頂區(qū)域未出現粘結問題，歐冶爐各項指標明顯提升。

（1）噴煤可以有效提高還原煤氣中有效還原氣成分，豎爐金屬化率明顯提升，金屬化率大幅度提升20%。實踐驗證效果好于預期。

（2）拱頂噴煤后，頂煤氣單耗降低。

（3）拱頂噴煤可有效降低風口焦比，生鐵含硅由噴煤前的1.83%降低至1.5%以下，鐵水物理熱充沛。

（4）拱頂噴煤后焦比和燃料比下降，拱頂氧氣用量上升，風口氧氣單耗降低，總氧氣單耗由于燃料消耗的降低而下降。

（5）噴煤工藝參數的精確控制對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行至關重要，載送氣量的調整很好地解決了燒嘴磨損過快問題。