一种混合煤不同煤种协同燃烧效应的判定和控制方法

技术领域

本发明涉及一种判定和控制方法，具体涉及一种混合煤不同煤种协同燃烧效应的判定和控制方法，属于高炉燃料喷吹和炼铁技术领域。

背景技术

高炉从安全考虑最初喷吹无烟煤，后来从资源储量和降低成本考虑，开始无烟煤和烟煤混合喷吹。喷吹过程中，人们发现烟煤对无烟煤的燃烧有一定的促进作用，是因为烟煤挥发分含量远高与无烟煤，烟煤在较低温度下析出挥发分；挥发分着火点低，容易着火燃烧，挥发分燃烧释放出大量热量，提高了煤粉周围的环境温度，促进了无烟煤的燃烧。这就是混合燃料的协同燃烧作用。

随着无烟煤资源逐渐变得稀缺，以及政府环保政策对企业用煤总量的限制，包括企业降本的需求，高炉喷吹混合煤中包含的煤种越来越多。企业从单纯的无烟煤喷吹，到无烟煤和烟煤混合喷吹，到喷吹CDQ粉(炼焦采用干熄焦工艺后，产生的焦炭除尘灰)，到喷吹兰炭(政府限煤)，最多的时候包含无烟煤、烟煤、CDQ粉、兰炭，达四个品种。有的企业在限煤最紧张的时候，因为焦炉停产，外购焦用量达到140万吨以上，甚至考虑到要喷吹一部分外购焦和自产焦筛分下来的焦粉。

无烟煤的挥发分在6-8％的范围，烟煤在33-37％，兰炭12-20％，CDQ粉和焦粉在1％左右，差距十分明显。因此对应的单种燃料的燃烧率差距也十分明显，焦粉的燃烧率在37％，CDQ粉在45％，无烟煤在54％，兰炭在58％，烟煤在69％。显然烟煤燃烧率最高，将近70％，兰炭与无烟煤也在一半以上，CDQ粉一半不到，焦粉燃烧性最差，不到40％。

但是，对混合煤的组成配比和粒级分布进行调整和控制，混合煤的燃烧率会得到很大的改善，举例说明：混合煤中兰炭配比25-45％，无烟煤配比25-30％，烟煤配比25-40％，CDQ粉5％，混合煤粒级分布控制在100-180目占30％，>180目占70％，混合煤的平均燃烧率达到63-66％，相对于焦粉和CDQ粉，混合煤燃烧率提高了57％，相对于兰炭和无烟煤，混合煤燃烧率提高了15％。这就是不同燃料不同煤种之间的协同燃烧作用。

随着煤炭资源的减少，尤其是焦煤、无烟煤资源的紧缺；国家环保政策的升级；以及企业自身降本的需要；高炉喷吹煤必定会从长期稳定的“无烟煤+烟煤”的单一模式向多种燃料混合喷吹的模式转变，其中难燃烧的组分像CDQ粉和焦粉的配比，也会有增加的趋势；因为限煤的影响，兰炭配比大幅度增加，甚至全兰炭喷吹，在梅钢已有先例；更远一点看，生物质碳喷吹，富氢喷吹(焦炉煤气、天然气、氢气喷吹)，在未来5-10年也一定会大行其道。所以，从协同燃烧角度看，如何最大程度发挥协同燃烧效应，提高混合燃料(混合煤种)的燃烧率是本发明的技术关键。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种混合煤不同煤种协同燃烧效应的判定和控制方法，本发明以单种燃料热重试验的50％失重温度(或5％失重温度)作为理论计算的依据，以加权(单种燃料配比)平均和的方法计算混合煤的50％失重温度，与混合煤的实际50％失重温度进行比较，判定混合煤的协同燃烧效果。并通过单种难燃燃料粒级分布的改善(50％失重温度降低)，提升单种燃料在混合煤中的协同燃烧作用；通过混合煤中易燃燃料配比的改善，提升混合煤的协同燃烧效果。本发明第一次从理论和操作上系统地提供了一套方法，解决混合煤协同燃烧效果的计算、试验、判定和控制问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种混合煤不同煤种协同燃烧效应的判定和控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)通过热重试验得到单种煤的2个实验指标，燃烧特征参数T

(2)混合煤包含2个理论计算指标T

(3)以实际协同燃烧效应值与理论计算协同燃烧效应值比较，T

作为本发明的一种改进，单种煤主要包括无烟煤、烟煤、兰炭、CDQ粉和焦粉，单种煤燃烧特征参数T

作为本发明的一种改进，混合煤协同燃烧效应理论计算指标T

T

T

其中，T

T

T

从以上混合煤协同燃烧效应理论计算公式可以知道，优化各单种煤的配比，可以改善混合煤的协同燃烧效应，尤其是优化易燃煤种的配比，但同时需要满足对混合煤热值及其它方面的要求，需要综合平衡。

混合煤实际协同燃烧效应值T

步骤1中，优化难燃煤种的粒级分布，改善单煤种的燃烧性能。操作流程是，对需要改善的煤种，按粒级大小进行分组，对每个粒级的单种煤进行热重实验，得到T

步骤2中，优化易燃煤种的配比，改善混合煤的燃烧性能，操作流程是，对混合煤中的易燃煤种，按配比大小进行分组，其它煤种与之相匹配，全部煤种配比之和是100％，对易燃煤种每个配比的混合煤进行协同燃烧效应理论计算和热重实验，得到T

根据不同煤种选择、单煤种中难燃煤种的不同粒级分布选择、混合煤中易燃煤种不同配比选择，得到混合煤最佳协同燃烧效应的效果；实际生产中，以此“混合煤协同燃烧效应计算检测模型”来指导高炉喷吹操作，对提高高炉喷吹效率，降低高炉燃料比具有十分重要的理论和现实意义。验证的方法是，以实施期(改进期)的燃料比或其它指标与基准期的相对应指标进行对比，确定改进的效果。

相对于现有技术，本发明具有如下优点，1)本发明方法能够对现有的喷吹燃料结构进行优化，首先是系统地对高炉所喷燃料进行热重试验，并根据技术追求的目标和降本的需要，对需要改进的单种难燃燃料的粒度分布进行系统的优化，对需要改进的混合煤中易燃燃料的配比组成进行系统的优化，形成喷吹燃料多品种、难燃品种多粒级分布、易燃品种多配比组成的全部喷吹方案数据库；在此基础上，形成一套完整的解决混合煤协同燃烧效果的计算、试验、判定和控制方法；2)本发明方法有助于新型喷吹燃料的不断开发和应用，以便企业及时应对市场端和现场端复杂多变的需求，确保高炉喷吹燃料协同燃烧效果最好、经济效益最大化。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合实施例做详细的说明。

实施例1：一种混合煤不同煤种协同燃烧效应的判定和控制方法，所述方法包括以下步骤：

(1)通过热重试验得到单种煤的2个实验指标，燃烧特征参数T

(2)混合煤包含2个理论计算指标T

(3)以实际协同燃烧效应值与理论计算协同燃烧效应值比较，T

其中，单种煤主要包括无烟煤、烟煤、兰炭、CDQ粉和焦粉，单种煤燃烧特征参数T

混合煤协同燃烧效应理论计算指标T

T

T

其中，T

T

T

从以上混合煤协同燃烧效应理论计算公式可以知道，优化各单种煤的配比，可以改善混合煤的协同燃烧效应，尤其是优化易燃煤种的配比，但同时需要满足对混合煤热值及其它方面的要求，需要综合平衡。

混合煤实际协同燃烧效应值T

步骤1中，优化难燃煤种的粒级分布，改善单煤种的燃烧性能。操作流程是，对需要改善的煤种，按粒级大小进行分组，对每个粒级的单种煤进行热重实验，得到T

步骤2中，优化易燃煤种的配比，改善混合煤的燃烧性能，操作流程是，对混合煤中的易燃煤种，按配比大小进行分组，其它煤种与之相匹配，全部煤种配比之和是100％，对易燃煤种每个配比的混合煤进行协同燃烧效应理论计算和热重实验，得到T

根据不同煤种选择、单煤种中难燃煤种的不同粒级分布选择、混合煤中易燃煤种不同配比选择，得到混合煤最佳协同燃烧效应的效果；实际生产中，以此“混合煤协同燃烧效应计算检测模型”来指导高炉喷吹操作，对提高高炉喷吹效率，降低高炉燃料比具有十分重要的理论和现实意义。验证的方法是，以实施期(改进期)的燃料比或其它指标与基准期的相对应指标进行对比，确定改进的效果。

单种燃料协同燃烧效应指标体系的建立，步骤1中，单种燃料协同燃烧效应指标由单种燃料的热重试验获得，步骤2中，通过减小单种燃料的粒度，降低单种燃料的燃烧特征温度(5％、50％、95％失重温度)，提高单种煤在混合煤中的协同燃烧效应。

表1单种燃料失重特征温度

对比上表中焦炭(包括CDQ粉)燃烧特征参数的影响可以看出，随着粒度的减小，燃烧特征温度降低；在粒度大于200目时，其降低的幅度较小，只有当粒度小于200目时，再减少粒度时燃烧特征温度快速降低；说明改善难燃燃料(如焦粉和CDQ粉)粒级分布对提高混合煤的协同燃烧效应意义更大。

混合煤协同燃烧效应理论计算指标体系的建立，步骤2中，对混合煤中所有单种燃料协同燃烧效应值进行进加权(单种燃料配比)平均和计算，得到混合煤协同燃烧效应理论计算指标T

为了获得混合煤中易燃燃料对混合煤协同燃烧的最佳效果，设定混合煤中易燃燃料的不同配比，并计算不同配比方案下的T

表2探究兰炭最佳配比的混合燃料协同燃烧实验方案

步骤2中，设定,T

T

T

计算得到混合煤协同燃烧效应的理论计算指标如下表。

表3方案1至方案11混合燃料协同燃烧特征温度

混合煤协同燃烧效应的判定和控制根据步骤3，T

从表3中可以看出，方案9失重50％温度最低，表明方案9混煤协同燃烧效应最好。T

具体实施例：

如表4～7所示。本发明实施例考虑未来几年内企业可能需要应对的两种喷煤条件：

一是在政府环保限煤的高压态势下，企业开始进行高比例兰炭喷吹，甚至全兰炭喷吹的高炉操作实践。这在宝钢股份梅山基地已有先例。

具体实施例1，生产中喷吹混合煤的配比为：兰炭配比70-90％，CDQ粉5％，焦粉5-25％。结合现场要求CDQ配加量5％，尽量多消耗焦粉的实际情况，在不考虑焦粉制粉的限制性因素条件下，焦粉添加对混合煤燃烧性能的影响成为决定焦粉最大配加量的关键环节，需要说明的是，为了改善焦粉自身的协同燃烧性能，焦粉粒级控制在<300目的水平。

表4混合煤试验方案

从表5中可以看出，理论值比实验值要大，反映出混合煤燃烧过程存在协同效应。随着混合煤中焦粉比例增加，理论值与实验值差值变大，可以得出烟煤和兰炭能促进焦粉的燃烧，焦炭比例的增加对混合煤的燃烧性影响较小，烟煤和兰炭促燃效果较明显。

表5混合煤的燃烧特征温度

二是在喷吹兰炭的实际情况下，因为兰炭的可磨性较无烟煤差，中速磨制粉能力下降，兰炭对制喷系统的磨损加剧，所以兰炭提高喷吹比例受到一定的限制。另一方面，兰炭的热值较无烟煤低，兰炭喷吹比例提高以后，高炉的燃料比上升，影响高炉能耗指标的优化。因此从兰炭可磨性和混合煤热值(煤焦置换比)、再结合环保限煤三方面考虑，以下的混合煤喷吹比例也是一个较好的选择。

具体实施例2，生产中喷吹混合煤的配比为：兰炭配比40％，CDQ粉5％，焦粉5-19％，烟煤30-36％，无烟煤5-25％。

表6混合煤试验方案

从表7中可以看出，理论值比实验值要大，反映出混合煤的燃烧过程存在协同效应。随着混合煤中焦粉比例增加，理论值与实验值差值变大，可以得出无烟煤能促进焦粉的燃烧，但无烟煤对焦粉的促燃效果没有烟煤和兰炭好。

表7混合煤的燃烧特征温度

从从以上实施例可以看出，T

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代，均属于本发明的保护范围。