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行业知识

水煤浆燃烧技术在轧钢加热炉上的应用

水煤浆燃烧技术在轧钢加热炉上的应用

黄雄辉  卓长生

  (桂林钢厂)

  本文研究了水煤浆燃烧技术在轧钢加热炉上的应用,并获得成功。对水煤浆的特性,炉前处

理和燃烧技术及试验结果作了分析。试验结果表明,水煤浆的燃烧技术能满足轧钢加热工艺的要

求,为工业炉窑开辟一条以煤代油的新路。

   APPLICATION OF COAL_WATER-SLURRY COM-

BUSTION TECHNOLOGY TO REHEATING FURNACE

              Huang Xionghui  Zhuo Zhangsheng

                          (Guilin Stccl Plant)

    This paper introduces that the combustion tc:chnology of coal-water-slurry (CWS) can be ap-

plied successfully to the reheating furnace. A systematic study of CVS including its character-

istics, preparatin for combustion and testing results has been made. The results show that thjs

combustion technology can meet the demands of reheating process, and therefore becomes a new

approach for industrial furnaces to use coal instead of oil.

    厂西桂林钢厂有4座轧钢连续式加热

炉,由于多年采用烧煤,影响地区环境。

1986年以来,经过一年多时间的准备,于

1987年12月和北京钢铁学院共同完成水煤浆

燃烧技术在轧钢加热炉上的生产试验,并获

得成功。1988年1月16—19日邀请煤炭工业

部等10多个单位现场观摩和座谈,认为水煤

浆燃料能满足轧钢加热工艺的要求,它比烧

煤污染少,劳动条件好,经济效益高,且现

有的燃油设备可不经重大改造即能应用,为

工业炉窑开辟一条以煤代油的新路。

    1.水煤浆特性    、

    水煤浆(Coal-Water SlurrY,简称

CWS)是用68~70%的煤粉和30%的水

及1---2%的添加剂组成的一种高浓度的煤

水混合物,由于添加荆的特殊作用,水煤浆

能贮存3个月以上无硬沉淀,并能稳定地以

悬浮状态存在,仍具有流动性,且还能像液

体燃料一样进行贮存、输送、雾化和燃烧。

水煤浆燃烧方式与重油相似,其性质与煤油

浆、重油和煤的比较见表1.,

    2.试验现场

袭1    水煤浆性质与煤油浆,置油和煤的比较

┏━━━━━━┳━━━━━┳━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━┳━━━━━┳━━━━━┳━━━━━┳━━━━━━┓

┃            ┃          ┃    粘度          ┃                    ┃    灰分  ┃    硫分  ┃  总水分  ┃    热值    ┃

┃    名  称  ┃    状态  ┃                  ┃    比重            ┃          ┃          ┃          ┃            ┃

┃            ┃          ┃    Pa-S          ┃                    ┃    %     ┃    %     ┃    %     ┃  ×lO'J/k8 ┃

┣━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━┫

┃    水煤浆  ┃    流态  ┃             1. 5 ┃            1.2 6   ┃6         ┃0.75      ┃    30    ┃2.09        ┃

┃    煤油浆  ┃    流态  ┃  4.0             ┃ 1.10               ┃7.5       ┃1.5       ┃    2.O  ┃3.36        ┃

┃    重  油  ┃    液态  ┃0.36~0.90        ┃ 0.95               ┃O.Ol      ┃2.0       ┃    O.1  ┃4.39        ┃

┃    煤      ┃    固态  ┃                  ┃              1. 35 ┃15.0      ┃1. 0      ┃    10    ┃2.80        ┃

┗━━━━━━┻━━━━━┻━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━┻━━━━━┻━━━━━┻━━━━━┻━━━━━━┛钢铁

·63·

    2·1供浆系统

    水煤浆来自山东枣庄矿务局八一煤矿洗

煤厂,经铁路、公路运至厂内,再用螺杆泵

输入贮浆罐。

    供浆时,水煤浆从贮浆罐底部流出,通

过螺杆泵输送到过滤器。同时,根据水煤浆

的浓度和粘度适量加水稀释。过滤后直接流

入搅拌罐,从搅拌罐底部流出的水煤浆再用

螺杆泵输送到过滤器过滤,然后再分配到炉

前4个雾化器。雾化器用压缩空气做雾化介

质,配风器用高压风机送风助燃,最后水煤

浆被喷到加热炉内雾化燃烧。停止供浆时,

用高压水或风把输送管道中的水煤浆冲洗干

净,以免下次供浆时堵塞。

    2-2试验炉

    水煤浆燃烧的生产试验是在侧出料连续

式轧钢加热炉上进行。加热炉有效长18 .212

m,宽2.320m;轧机4400×2,4250×5;

产量15—--20 t/h;钢坯尺寸60×60×1300~

1700 mm;钢种为普碳钢;产品为414 mm

圆钢。加热炉配置4个煤浆流量为400 kg/h

的燃烧器,供热点分布在上加热2个,下

加热2个,见图l。

    图1  水煤浆在侧出料连续式轧钢加热炉

    上热点分布

    1-水煤浆燃烧器I 2-加热段,3-预热段,4-

    烟道,5-推钢机

  2-3炉前处理

  2-3-1稀释

  商品水煤浆是一种高浓度的煤水混合

物,为了降低浆的粘滞庋,提高流动性,有

利于雾化和燃烧,在炉前应用时,应加入适

量的水稀释。根据试验得知,水煤浆在相同

剪切速率下,浓度愈低,表观粘度愈低。水

煤浆的流变曲线见图2。从图2可以看出,

水煤浆的浓度过高过低都不好。试验结果表

明,水煤浆浓度为66%左右时,#雾化和

燃烧较好。

  芷

  埘

  蒸

  懈

    剪切速率,s.1

    图2水煤浆的流变曲线‘1'

    (一水煤浆浓度70.06 .o<J●-67.07%1

    0-65.50%

    2-3-2搅拌

    搅拌的目的是降低水煤浆的粘度,利于

管泵输送、雾化和燃烧。搅拌罐用电机带动

螺旋浆叶片进行连续搅拌。水煤浆一经搅拌

立即变稀,其触变过程曲线见图3。所谓水

煤浆触变性,即对水煤浆施以外力进行剪切

时,其表观粘度降低,当外力消除n寸'表观

    剪切时间,min

图3水煤浆的触变曲线“3

譬孟-醚捉鼷琳.”r,4.

1988年第11期

粘度逐渐复原。

    2-3-3过滤

    水煤浆在制备运输和贮存过程中,难免

混入大煤粒和异物。试验发现,水煤浆在炉

前管路系统中仍有可能形成一种高浓度凝集

体(2),同时,贮存时间长,可能水煤浆与

贮罐接触处部分产生离析和管道死角处集结

成高浓度凝集体,即软态煤浆团。因此,这

些大煤粒、异物和煤浆团必须滤除,以免造

成管道和燃烧器堵塞,影响正常供浆。

    3.试验结果与分析

    3-1试验结果

    使用水煤浆浓度66%,煤浆压力0.51

 MPa,雾化空气压力0.42 MPa,每个燃烧器

平均煤浆流量230 kg/h,平均炉温1380℃,

平均火焰温度1510℃,钢坯温度12 50℃,

开轧温度1170℃,燃烧效率94%以上,燃

烧累计86 h儿min,生产414 mm合格圆钢

288.3 t。试用结果表明,水煤浆燃料能满

足轧钢加热工艺要求,冷炉点火比重油容

易,比烧煤的氮氧化物和SO:排放量显著降

低,劳动条件好,经济效益高。

    3-2试验分析

    3-2-1冷炉冷风点火

    水煤浆在冷炉冷风下点火,燃烧器采用

高压空气作雾化介质,合理配风助燃。只用

IOO kg木柴放入上下加热炉内点燃后,喷入

水煤浆,在5~lo min内点燃,它比煤粉和

重油点火容另。因为水煤浆雾化后雾滴颗粒

团被木柴明火加热后水分蒸发形成海棉状多

孔洞的颗粒团,或被加热的颗粒团内水分迅

速蒸发引起微型爆炸形成许多小煤粒子,增

加与助燃空气接触面积,疏通挥发分的逸

出,一定量的水蒸气有催化助燃作用。所

以,在同一温度下,水煤浆雾滴粒子比干煤

粒子降低了100℃左右的着火温度。水煤浆

燃烧加热炉温上升曲线见图4。

    3-2-2雾化与配风

    要实现水煤浆燃烧时高效稳定,必须具

备使水煤浆雾滴粒子与空气大面积接触的条

件,关键取决于水煤浆的雾化与燃烧时的配

风。

    水煤浆的雾化是一个复杂的流体力学过

程。根据水煤浆的特性和试验结果表明,气

力雾化方式适合水煤浆的燃烧。所以,采用

压缩空气做雾化介质,助燃空气由高压风机

供给,在喷出口处安装1200的烧嘴砖,能实

现高效稳定燃烧。

    雾化是提高燃烧效率的先决条件,影响

水煤浆雾化颗粒的大小主要因素是空燃比

(雾化空气与水煤浆的质量流量比),一般

雾滴的索太尔(Sauter)平均直径与空燃

比的1.5~2次方成反比(3]。即空燃比增加,

雾滴平均直径减小。根据热态雾化燃烧试验

结果,雾化颗粒分布细而均匀,有利于燃烧

效率的提高。雾化颗粒与燃烧效率的关系见

图5。

    为实现水煤浆稳定有效地燃饶,利用叶

片式配风强制二次空气产生强烈的旋转运

图4水煤浆雾化燃烧炉温上升曲线

动,而导致在喷嘴前燃烧空间形成一个速度

指向喷嘴的回流区。在燃烧过程中,这股高

温热气和活化分子起稳定点火作用。为改善

火焰特性和提高燃烧效率,二次空气旋流强

度不宜太强,否则此高温回流区移向喷嘴,

在喷口附近结焦挂渣。因此,组织水煤浆燃

烧时注意调节喷嘴雾化和二次空气旋流强度钢镞

·515.

的大小、才能实现高效稳定地燃烧。

    3-3燃烧过程

    雾化托度、pm

    图5水煤浆雾化粒度对燃烧效率的影响

    垒    磊丽畜‘

    剑黎了l r

    重    :  /譬

    图6水煤浆燃烧过程示意图

    1-水分加热蒸发,2-挥发物逸出,3-挥发物

    燃烧●4-焦化剩余物燃烧

    从图6可以看出水煤浆的四个燃烧过

程:

    (1)雾滴加热与水分蒸发

    水煤浆雾化后,雾滴被加热使水分蒸发,

煤粒子外层的焦油随着水分蒸发而熔化,存

在于正在熔化的焦油中的水分蒸发时,颗粒

团会引起微型爆炸形成许多小粒子,或形成

海棉状多孔颗粒团。同时,水分蒸发产生水

蒸气可催化并加速碳的燃烧。水分还可与燃

烧过程产生的CO发生反应生成氢氧基,这

样与氧反应的CO就大大减少,而留下更多

的氧来助碳燃烧,从而提高了燃料的燃烧效

率。

    (2)挥发物的逸出

    由于雾滴被加热水分蒸发的结果,颗粒

团形成多孔海棉状或引起微型爆炸,比干燥

颗粒利于挥发物逸出。

    (3)挥发物的燃烧

    雾滴煤粒中的挥发物逸出后被加热到着

火温度时开始燃烧。

    (4)焦化剩余物的燃烧

    雾滴煤粒中挥发物逸出后的周体残渣或

炭粒焦化的剩余物燃烧,并形成火焰轮廓。

    以上四个燃烧过程关系密切,要强化水

煤浆燃烧,必须使上述每个燃烧过程均得到

强化。

    4.结论

    4-1永煤浆在轧钢加热炉上冷炉冷风点

火简单,只用100 kg木柴,5~10 min内点

燃,比重油、煤粉冷炉冷风点火容易。

    4-2水煤浆火焰温度可控制在1400~

1500℃,能满足轧钢加热工艺要求,对燃

油的工业炉窑可不经设备重大改造而方便经

济地应用水煤浆作为代油燃料。

    4-3水煤浆燃烧效率在94%以上,火

焰稳定,污染少,劳动条件好,有较好的社

会和经济效益。

    参考文献

【l】赵立台等,工业炉,1987.№2.

【2】王世均等,钢铁,1986.№l0,69.

【3】Pohl, J.H., Proc of 7th Int. Sym. on Coil Fuels, 1985, 611.


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点击次数:  更新时间:2018-07-28 10:22:14  【打印此页】  【关闭