高爐頂溫偏低原因分析及解決途徑[優(yōu)選材料]

1、高爐頂溫偏低原因分析及解決途徑鄒忠平 1；謝皓 2；王剛 11.中冶賽迪工程技術股份有限公司；2.重慶賽迪冶煉裝備系統(tǒng)集成工程技術研究中心有限公司摘要：高爐頂溫偏低對干法除塵布袋正常運行影響較大，為此本文分析了頂溫偏低的原因，并通過熱交換、熱平衡以及理論計算，分析各種解決思路的理論依據(jù)以及對頂溫改善的影響規(guī)律，并通過實際高爐生產數(shù)據(jù)進行分析驗證，最終得出提高煤氣利用率是解決頂溫偏低的根本途徑。通過計算，在其它條件不變的情況下，煤氣利用率提高 1%，頂溫可提高約 30左右。關鍵詞：高爐，爐頂溫度，改善途徑在高爐操作中，提倡頂溫盡可能的低，這樣有利于提高爐內能量利用，降低燃料消耗。但隨著干法除塵的

2、應用，過低的頂溫會使除塵布袋結露粘結灰塵，透氣性差，反吹效果也差，箱體壓差高，容易使布袋損壞，且易造成凈煤氣含塵超標，影響除塵效果。因此采用干法除塵的高爐，一般頂溫多控制在 150200 之間1。但近年來，一些高爐由于操作或者其它的原因，頂溫經常出現(xiàn)偏低的情況，尤其是在中小高爐上這種情況更加嚴重，這給干法布袋的正常使用帶來較大影響。很多高爐工作者已經從實踐的角度分析了影響爐頂溫度過低的因素，并提出解決方法2。本文從理論計算及分析入手，試圖分析造成高爐頂溫偏低的原因，并提出解決途徑。1.頂溫偏低原因分析在高爐生產中，導致頂溫偏低的原因很多3，但根本原因主要還是由于物料的下降速度與礦石的還原性能不

3、匹配導致的，即礦石在爐身部位的間接還原未得到充分發(fā)展，增加了礦石直接還原耗熱，在燃料比條件及其它生產參數(shù)不變的情況下，即總的熱收入一定，直接還原耗熱增加，頂溫勢必降低。有些高爐在礦石間接還原反應不充分煤氣利用率低的情況下，為了降低高爐能耗，又追求低燃料比，更引起了頂溫的過度降低。不過在實際生產中，為了應對直接還原增加的耗熱，一般都要增加燃料比，根據(jù)熱平衡原理，這必然會使頂溫升高，但容易給人造成頂溫升高的原因是由于直接還原增加、煤氣利用率不好引起的這樣一種錯覺。2.改善頂溫的途徑2.1 熱交換角度根據(jù)熱交換原理，可推導出爐頂溫度的表達式如下4：W料t頂= t空 1-（1）W氣 其中：t空 高爐空

4、區(qū)溫度；W料 、W氣 分別為爐料和煤氣的水當量；二類優(yōu)質#由上式可見，頂溫主要取決于空區(qū)溫度和 料 /W氣 。當空區(qū)溫度一定時，頂溫與W料 /W氣 有關，其值越小，頂溫越高。因此得到改善頂溫的措施如調整燃料比、風溫、富氧、爐料種類、煤氣分布等，高爐生產中通過這些措施也相應的取得了良好的效果。2.2 熱平衡角度通過高爐上部區(qū)（ 00以下區(qū)域）的熱平衡計算，也可得高爐頂 溫的理論計算式。高爐上部區(qū)域的熱支出 QL 主要包括：生鐵升溫耗熱、爐渣升溫耗熱、石灰石分解耗熱、上部區(qū)域熱損失。熱收入在忽略爐料帶入的少量物理熱和某些反應熱后，主要由煤氣從高溫區(qū)離開時帶入的熱量，此外還考慮了煤粉碳素轉移給上部區(qū)

5、域的熱量。由此可得熱平衡計算公式如下5：QL = CT v Cpb (900 - t 頂) + M Ccoal 250 / 100化簡得爐頂溫度計算公式為：t頂= 900 -QL - 2.5M CcoalCT v Cpb（2）其中：QL 上部區(qū)域熱支出；CT 風口前燃燒碳素； v 燃燒 1kg 燃素所需風量；Cpb 鼓風比熱；t頂 爐頂溫度；M 煤比；Ccoal 煤粉中含碳量；從爐頂溫度計算式可以看出，當高爐生產及操作一定時，爐頂溫度與風口前燃燒的碳素量 CT 成正比即當風口前燃燒碳素較高時，有利于頂溫的提高。風口前燃燒碳素越多，相應的風口前燃燒碳素比例也越大。在不同煤氣利用率情況下，通過對某

6、 100 0 級高爐風口前燃燒碳素比例與頂溫之間的關系進行回歸，可以得到上述公式中的正比關系。圖 1 頂溫隨風口前燃燒碳素之間的關系這也為控制頂溫提供了一種思路，即通過統(tǒng)計風口前燃燒碳素與頂溫的關系，找到適宜頂溫下的風口燃燒碳素比例，在生產中做到適時調整，以便合理控制頂溫的波動。需要說明的是，式 2 中燃燒 1k g 燃素所需風量是富氧一定的情況下得到的，如富氧率增加，其數(shù)值則會降低，頂溫也隨之降低。2.3 燃料比、煤氣利用率與頂溫關系為了進一步分析煤氣利用率、燃料比如何影響頂溫，根據(jù)高爐全爐物料平衡和熱平衡原理6，計算了不同頂溫下煤氣利用率和燃料比條件下的關系。計算條件：煤比 160，富氧

7、4%，焦炭水分 1%，入爐品位 58.75%。圖 2 不同頂溫下燃料比與煤氣利用率之間的關系如圖 2 所示，分別計算了頂溫在 50、100、150、200 情況下，燃料比隨煤氣利用率改變而變化情況可以看出，在相同頂溫下，燃料比隨煤氣利用率提高而降低，在相同煤氣利用率下，燃料比隨頂溫降低而降低。如果燃料比的降低是靠提高煤氣利用率來實現(xiàn)的，即操作點是沿圖中幾條計算曲線的軌跡移動，這爐頂煤氣溫度就不會下降。而實際情況是，燃料比的降低，主要是靠降低爐頂溫度來實現(xiàn)的，這樣必然會導致爐頂溫度的降低。根據(jù)圖 2 所示，如果操作點 3 的頂溫低，要想提高爐頂溫度，最合理的辦法是向操作點 2 移動，即改善氣流分

8、布，提高煤氣利用率，然后適當增加燃料比來實現(xiàn)。如果采用向操作點 1 的移動方式，即降低煤氣利用率，減輕焦炭負荷來提高爐頂溫度，雖獲得同樣的爐頂溫度的增加幅度，但需要增加更多的燃料比。因此，從降低燃料比的角度考慮，相對于降低頂溫，提高煤氣利用率是較為合理的方式。圖 2 中，如果操作點 5 移動到操作點 4，爐頂溫度降低 150 的同時，煤氣利用率也下降 1.5%，則燃料比降低是 10kg；操作點 5 移動到操作點 6，爐頂溫度下降 50，煤氣利用率提高 1.5%，燃料比下降約 15kg；顯然操作點 6 更合理。從圖 2 中還可初步估算，爐頂溫度 200時，煤氣利用 率提高 1%，燃料比降低約 5

9、kg，相當于煤氣利用率不變、爐頂溫度降低 30左右的節(jié)焦效果。換言之，當生產條件不變的情況下，維持燃料比不變，煤氣利用率提高 1%，相當于可提高煤氣溫度 30 左右。通過對某 5000m3 級高爐實際生產數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，在燃料比分別為 510kg/t、515kg/t 和 520 kg/t 情況下頂溫與煤氣利用率有一定的正比關系，由此也印證了理論計算中的結果?？梢钥闯龌貧w式的系數(shù)與理論計算略微有差異，這主要是由于實際生產中影響頂溫的因素較多，單變量回歸中難以完全排除這些影響。圖 3 不同燃料比下煤氣利用率與頂溫之間的關系為更加直觀的分析頂溫與燃料比、煤氣利用率的關系，對某 5000 級高爐生產數(shù)據(jù)

10、進行趨勢分析，選取外圍生產較為穩(wěn)定的一段時間的數(shù)據(jù)，在五個時段中，可以清晰的觀察出其中的規(guī)律。在第 1 時段，燃料比基本保持穩(wěn)定，煤氣利用率升高，頂溫也逐漸升高；第 2 時段中，燃料比穩(wěn)定，頂溫與煤氣利用率變化關系較為一致；第 3 時段，頂溫出現(xiàn)降低時，未通過煤氣利用率改善，而采取了增加燃料比的方式，頂溫得到了控制；第 4 時段，前期隨煤氣利用率的提高，頂溫有上升趨勢，后期頂溫下行，仍然采用增加燃料比的方式進行控制，此時煤氣利用率降低；第 5 時段，采用略增加燃料比，提高煤氣利用率的方式，控制頂溫下降。圖 4 頂溫與燃料比、煤氣利用率之間的趨勢變化分析2.4 焦炭水分的影響鑒于實際生產中，控制

11、焦炭水分波動也會對頂溫產生影響，因此又計算了不同焦炭水分下，燃料比和煤氣利用率以及頂溫之間的關系。圖 5 中顯示的是爐頂溫度的降低及焦炭水分的變化對操作燃料比的影響。根據(jù)計算曲線的結果，相同煤氣利用率下，頂溫降低 150可降低燃料比平均約 23kg/t，焦炭水分降低 11% 可降低燃料比平均約 5kg/t，這表明頂溫變化 15 0對燃料比的影響，遠 大于焦炭水分增加 11% 的影響。圖 5 不同焦炭水分和頂溫下，燃料比與煤氣利用率之間的關系（W 表示焦炭水分，T 表示頂溫）3.分析討論通過上述分析，解決爐頂溫度低的問題，從傳熱角度出發(fā)，一切有利于降低爐料水當量，增加煤氣水當量的措施，都有利于頂

12、溫的提高。從熱平衡角度出發(fā)，最簡單的辦法就是增加燃料比，事實上，增加風口前燃燒碳素本質上也是增加了燃料比。但是，從節(jié)能降耗考慮，應該盡可能改善氣流分布，提高煤氣利用率，從而在燃料比不變甚至降低的情況下，提高頂溫。在一定條件下，降低頂溫確實有利于燃料比的降低，但如果頂溫已經低于布袋正常工作所需溫度時，降低燃料比應主要通過改善礦石的還原特性，調整操作，提高煤氣利用率來實現(xiàn)，而不能簡單通過直接降低爐頂溫度來降低燃料比，否則會造成頂溫偏低，影響布袋除塵正常工作。需要指出的是，爐頂溫度提高雖然煤氣帶走的顯熱增加，但是有利于發(fā)展爐身的間接還原的區(qū)域，改善爐身的煤氣利用率，有利于降低燃料比，可補償部分煤氣帶

13、走的顯熱。甚至受煤氣利用率提高的有利影響，在提高頂溫的同時，還可降低燃料比。如圖 2 中，操作點 3 向操作點 5 移動，則為提高煤氣利用率的情況下，燃料比不變，但頂溫升高。操作點 3 向操作點 6 移動，則在大幅提高煤氣利用率的情況下，頂溫升高，同時燃料比出現(xiàn)下降。4.結論（1）爐頂溫度偏低的根本原因，在于礦石還原性與爐料下降速度不匹配，間接還原反應不充分，導致直接還原耗熱增加，降低了爐頂溫度；（2）從熱交換角度，應通過降低爐料水當量，增加煤氣水當量的措施來提高頂溫；（3）從熱平衡角度，增加風口前燃燒碳素量有利于頂溫的改善，但是從降低燃料比的角度，該措施不宜優(yōu)先采用；（4）從節(jié)能降耗考慮，通過提高煤氣利用率是改善頂溫的根本途徑。通過計算，煤氣利用率提高 1%，頂溫可提高約 30左右。參考文獻：1 王子金, 張 明, 林曉輝. 干法布袋除塵操作影響因素分析及優(yōu)化措施J山東冶金, 2007, 29(4): 25-262 劉元意