CN114437838B - 用于炼铁高炉燃煤的液体助燃剂及其使用方法 - Google Patents

用于炼铁高炉燃煤的液体助燃剂及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于炼铁高炉燃煤的液体助燃剂及其使用方法，液体助燃剂包括是由固体组分、渗透剂和稀释剂配制而成，其中：固体组分是由以下质量百分比的原料制成：15%‑65%硝酸铈，0‑25%硝酸镧，8%‑50%硝酸锰，0‑20%硝酸铁和5%‑30%尿素；述稀释剂为水，稀释剂的添加量是固体组分总重量的1.5‑6倍；渗透剂的用量为固体组分总重量的0.1%‑1%。本发明中的硝酸铈和/或硝酸镧能吸附各种氧种（O2、O2 ‑及O‑），然后释放并产生大量的活性氧，活性氧产生于碳表面和内部，加快煤粉中碳的燃烧速度，提高了煤粉氧化燃烧率（可提高10%）使炉底温度升高而炉喉温度下降（炉喉温度可下降50℃以上），不仅提高了生铁的产量，且每吨铁可减少15公斤以上的焦炭，经济环保，具有很好的推广价值。

Description

用于炼铁高炉燃煤的液体助燃剂及其使用方法
技术领域
本发明涉及炼铁高炉用燃煤的助燃技术，尤其是涉及一种用于炼铁高炉燃煤的液体助燃剂，还涉及一种用于炼铁高炉燃煤的液体助燃剂的使用方法。
背景技术
高炉炼铁技术是将原料焦炭、含铁矿石和熔剂（如石灰石、白云石等）置于竖向的高炉内连续生产液态生铁的方法。其中，煤粉（或粒煤）喷吹技术是从高炉的炉底向高炉内腔喷入煤粉或粒煤，是目前强化高炉冶炼、降低焦炭用量，降低生铁成本最经济有效的技术手段。
近年来，燃煤和焦炭价格差异逐年增加，导致高炉煤比也逐年增加。但是，高比例喷吹将会导致煤焦置换比大幅下降，究其原因是燃煤燃烧空间小，燃烧时间短，碳过剩而氧不足，导致煤气化率高而氧化燃烧率低，煤的化学热能没有充分的释放出来；另外，炉顶瓦斯灰中的碳含量也会逐渐增多，未燃尽的碳质长期积累将会出现石墨化堆积，进而影响高炉的顺行，难以控制燃煤的喷吹量；再者，燃煤燃烧不充分，不仅会增加燃煤的用量，还会增加氮氧化物的排放量。
为解决高炉内燃煤燃烧不充分的问题，在炼铁时常在燃煤中添加适量的助燃剂以提高燃煤的氧化燃烧率，进而减少碳和焦炭的使用，节约能源，减少污染物的排放，减少环境污染，保护生态环境。
目前，市面上出现了各种各样的助燃剂，如CN108485751 A公开了一种高炉吹煤粉脱硫脱硝助燃剂，CN1401747A公开了一种高炉燃煤助燃剂，CN10301361A公开了一种高炉喷煤催化助燃剂等。这些助燃剂虽然能够降低煤粉的着火点、提高煤粉的氧化燃烧率，但这些助燃剂中往往添加有钠盐、钾盐、锌盐或氯元素等，容易在高炉内形成碱金属循环，不仅会对高炉耐材产生不可逆的破坏，还能通过改变焦炭的骨架而影响高炉的透气性，这些低熔点组分还容易在高炉上部结瘤。
另外，市面上的助燃剂大多是固体产品，无法很好的与原煤混合均匀，助燃效果差。为此，发明专利201210361230.3公开了一种液体助燃剂，液体助燃剂能够与原煤混合均匀以保证助燃效果，但在使用时该助燃剂中的乙醇特别容易挥发，成本高且存在安全隐患。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于炼铁高炉燃煤的液体助燃剂，该液体助燃剂不仅能够提高原煤的氧化燃烧率，还能脱硫脱硝以减少氮氧化物的排放，节碳减排。
本发明的另一目的在于提供一种液体助燃剂的使用方法，不仅可使液体助燃剂与原煤均匀混合，还可通过合理的配比提高原煤的氧化燃烧率。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
一种用于炼铁高炉燃煤的液体助燃剂，所述液体助燃剂是由固体组分、渗透剂和稀释剂配制而成，其中：
所述固体组分是由以下质量百分比的原料制成：15%-65%硝酸铈，0-25%硝酸镧，8%-50%硝酸锰，0-20%硝酸铁和5%-30%尿素；
所述稀释剂为水，稀释剂的添加量是固体组分总重量的1.5-6倍；
所述渗透剂的用量为固体组分总重量的0.1%-1%；
液体助燃剂的制备方法，包括以下内容：先将固体组分添加至混料仓内，再向混料仓内加入渗透剂，最后加水搅拌，得到浓缩的液体助燃剂。
有益效果是：本发明的液体助燃剂为浓缩型助燃剂，便于运输。本发明液体助燃剂中的稀土化合物硝酸铈和/或硝酸镧能吸附各种氧种（O2、O2 -及O-），然后释放并产生大量的活性氧，活性氧产生于碳表面和内部，克服了碳表面温度越高而氧浓度越低的问题，加快碳的燃烧速度，增加CO2的产出率和热能源；
液体助燃剂中所含的尿素能够在高温下分解生成氨气，氨气能与排放的氮氧化物发生反应，生成对环境无害的氮气和水排出，从而起到脱硝的作用，脱硝效率达到90%以上，减少氮氧化物的排放，保护环境；
本发明液体助燃剂中硝酸锰和硝酸铁中的锰离子和铁离子均存在空轨道，能够协同硝酸铈和/或硝酸镧吸附各种氧种，释放出更多的活性氧，提高燃煤氧化率。
本发明的液体助燃剂中原料的协同作用能改善煤粉的燃烧特性，加快煤粉中碳的燃烧速度，提高了煤粉氧化燃烧率（可提高10%）使炉底温度升高而炉喉温度下降（炉喉温度可下降50℃以上），不仅提高了生铁的产量，且每吨铁可减少15公斤以上的焦炭，经济环保，具有很好的推广价值。
优选地，所述渗透剂为快S渗透剂。
优选地，所述硝酸铈的纯度≥99%；所述硝酸镧的纯度≥99%；所述硝酸锰的纯度≥99%；所述硝酸铁的纯度≥99%。
一种用于炼铁高炉燃煤的液体助燃剂的使用方法，包括以下内容：
用水稀释所述液体助燃剂得助燃剂稀释液，将得到的助燃剂稀释液均匀喷洒在燃煤中，最后将燃煤磨碎即可；其中：液体助燃剂的用量是燃煤总重量的0.5%-2.5%；在稀释液体助燃剂时水的用量是液体助燃剂的2-3倍。
有益效果是：在实际使用时可根据燃煤的含水量确定液体助燃剂的稀释倍数，使燃煤与液体助燃剂充分混合，进而确保燃煤的均匀燃烧。
优选地，所述液体助燃剂的添加量是燃煤总重量的2%。有益效果是：本发明通过向燃煤中添加2%的液体助燃剂提高了煤粉氧化燃烧率和炉底温度，且降低了炉喉温度，提高了生铁的产量，具有很大的推广价值。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在具体实施方式中所描述的各个具体技术特征和各实施例，在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合，例如通过不同的具体技术特征/实施例的组合可以形成不同的实施方式，为了避免不必要的重复，本发明中各个具体技术特征/实施例的各种可能的组合方式不再另行说明。
本发明所提供的用于炼铁高炉燃煤的液体助燃剂，所述液体助燃剂是由固体组分、渗透剂和稀释剂配制而成，其中：
所述固体组分是由以下质量百分比的原料制成：15%-65%硝酸铈，0-25%硝酸镧，8%-50%硝酸锰，0-20%硝酸铁和5%-30%尿素；
所述稀释剂为水，稀释剂的添加量是固体组分总重量的1.5-6倍；
所述渗透剂的用量为固体组分总重量的0.1%-1%；
液体助燃剂的制备方法，包括以下内容：先将固体组分添加至混料仓内，再向混料仓内加入渗透剂，最后加水搅拌，得到浓缩的液体助燃剂。
本发明的液体助燃剂为浓缩型助燃剂，便于运输。
本发明液体助燃剂中的硝酸铈和硝酸镧均属于稀土化合物，在高温条件下回分解释放出金属离子Ce3+和La3+，不仅能与氧（包括羧基、烃氧基）或π键产生化学吸附，使含氧官能团断裂而释放出大量的氧，增加氧的流动性，解决了现有高炉中燃煤燃烧时表面温度越高而氧浓度越低的缺陷；助燃剂释放出的金属离子还能促进碳键的断裂，增大燃煤的燃烧面积，加快燃煤的燃烧速度，提高燃煤的氧化燃烧率。本发明液体助燃剂中所含的尿素能够在高温下分解生成氨气，氨气能与排放的氮氧化物发生反应，生成对环境无害的氮气和水排出，起到脱硝作用，脱硝效率达到90%以上，减少氮氧化物的排放，保护环境。
优选地，所述渗透剂为快S渗透剂。
优选地，所述硝酸铈的纯度≥99%；所述硝酸镧的纯度≥99%；所述硝酸锰的纯度≥99%；所述硝酸铁的纯度≥99%。
本发明还提供了上述液体助燃剂的使用方法，包括以下内容：用水稀释所述液体助燃剂得助燃剂稀释液，将得到的助燃剂稀释液均匀喷洒在燃煤中，最后将燃煤磨碎即可；其中：液体助燃剂的用量是燃煤总重量的0.5%-2.5%（优选2.0%）；在稀释液体助燃剂时水的用量是液体助燃剂的2-3倍。
在实际使用时，可根据原煤的含水率确定本发明液体助燃剂的稀释倍数，以使燃煤与液体助燃剂充分混合；将磨碎后的粉煤喷入炼铁高炉，在提高炉低温度的同时降低了炉喉温度，还能提高生铁的产量，减少原料焦炭的使用量（每生产一吨生铁可减少焦炭用量15公斤），经济可靠，具有很大的推广价值。
下面结合实施例对本发明做进一步详述。其中，本发明实施例中所用的试剂盒检测设备如无特殊说明，均是本行业常用或市售产品。
实施例1
本实施例提供了一种用于炼铁高炉燃煤的液体助燃剂，包括固体组分、快S渗透剂和稀释剂（稀释剂为水），固体组分是由以下质量百分比的原料制成：30%硝酸铈，18%硝酸镧，41%硝酸锰，11%尿素；
渗透剂的用量是固体组分总重量的0.5%；
按上述配比称取固体组分中的原料，将原料倒入混料仓内，向混料仓内加水搅拌（水的添加量是固体组分总重量的1.7倍），即得浓缩的液体助燃剂。
将本实施例的液体助燃剂用于山东某钢厂，其燃煤是由长治璐城矿区和莱芜兴高矿区的原煤调配而成的复合煤（以质量百分比计，该复合煤中固定碳74.9%，灰份11.4%，挥发份13.5%）。使用时先将本实施例的液体助燃剂喷洒在燃煤上而后再喷入高炉。具体地：
用水将本实施例的液体助燃剂（用量为原煤总量的2%）稀释2倍得助燃剂稀释液，将助燃剂稀释液均匀喷洒在燃煤上（在燃煤从输送带掉落至煤仓的过程中喷洒助燃剂稀释液），然后用球磨机将燃煤磨碎即可得到含有助燃剂的燃煤。
其中，每吨燃煤中助燃剂的有效成分（即每吨煤中固体组分、渗透剂和每吨燃煤的百分比）包括：硝酸铈0.22%，硝酸镧0.13%，硝酸锰0.3%，尿素0.08%，快S渗透剂0.05%。
采用现有煤粉喷吹技术将添加有本实施例助燃剂的煤粉喷吹至高炉内腔，炉温温度见表1。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE002
由上表1可知，本发明的助燃剂能提高燃煤的氧化燃烧率，高炉炉温由原来的1446℃提高至1520℃（升高了74℃），助燃效果显著。另外，采用本发明助燃剂能够有效减少焦炭的用量，每吨生铁可减少15公斤焦炭，节约原料。
实施例2
本实施例提供了一种用于炼铁高炉燃煤的液体助燃剂，包括固体组分、快S渗透剂和稀释剂（稀释剂为水），固体组分是由以下质量百分比的原料制成：19%硝酸铈，47%硝酸锰，19%硝酸铁；15%尿素；
快S渗透剂的用量是固体组分总重量的0.5%；
按上述配比称取固体组分中的原料，将原料倒入混料仓内，向混料仓内加水搅拌（水的添加量是固体组分总量的2.8倍），即得浓缩的液体助燃剂。
将本实施例的液体助燃剂用于广西某钢厂，其燃煤是越南进口煤（以质量百分比计，该燃煤的理化指标如下：固定碳75%；灰份11.6%；挥发份13.4%）。使用时先将本实施例的液体助燃剂喷洒在燃煤上而后再喷入高炉。具体地：
用水将本实施例的液体助燃剂（用量为原煤总量的2%）稀释2倍得助燃剂稀释液，将助燃剂稀释液均匀喷洒在燃煤上（在燃煤从输送带掉落至煤仓的过程中喷洒助燃剂稀释液），用球磨机将燃煤磨碎即可得到含有助燃剂的燃煤。其中：
其中，每吨燃煤中助燃剂的有效成分（即每吨煤中固体组分、渗透剂和每吨燃煤的百分比）包括：硝酸铈0.1%，硝酸锰0.25%，硝酸铁0.1%，尿素0.08%，快S渗透剂0.05%。
利用现有煤粉喷吹技术将添加有本实施例助燃剂的煤粉喷吹至高炉内腔，炉温温度见表2。
表2
Figure DEST_PATH_IMAGE004
由上表2可知，本发明的助燃剂能提高燃煤的氧化燃烧率，高炉炉温由原来的1482℃可提高至1569℃（温度升高87℃），助燃效果显著。另外，本发明助燃剂可有效减少焦炭的用量，每吨生铁可减少15公斤焦炭。
实施例3
本实施例提供了一种用于炼铁高炉燃煤的液体助燃剂，包括固体组分、快S渗透剂和稀释剂（稀释剂为水），固体组分是由以下质量百分比的原料制成：60%硝酸铈，10%硝酸锰，14%硝酸铁；16%尿素；
快S渗透剂的用量是固体组分总重量的0.5%；
按上述配比称取固体组分中的原料，将原料倒入混料仓内，向混料仓内加水搅拌（水的添加量是固体组分总量的3倍），即得浓缩的液体助燃剂。
将本实施例的液体助燃剂用于陕西某钢厂，其燃煤是内蒙古水洗煤（以质量百分比计，该燃煤的理化指标如下：固定碳71%；灰份11.6%；挥发份17.4%）。使用时先将本实施例的液体助燃剂喷洒在燃煤中而后再喷入高炉。具体地：
用水将本实施例的液体助燃剂（用量为原煤总量的2%）稀释2倍得助燃剂稀释液，将助燃剂稀释液均匀喷洒在燃煤上（在燃煤从输送带掉落至煤仓的过程中喷洒助燃剂稀释液），用球磨机将燃煤磨碎即可得到含有助燃剂的燃煤。
其中，每吨燃煤中助燃剂的有效成分（即每吨煤中固体组分、渗透剂和每吨燃煤的百分比）包括：硝酸铈0.3%，硝酸锰0.05%，硝酸铁0.07%，尿素0.08%，快S渗透剂0.05%。
利用现有煤粉喷吹技术将添加有本实施例助燃剂的煤粉喷吹至高炉内腔，炉温温度见表3。
表3
Figure DEST_PATH_IMAGE006
由上表3可知，本发明的助燃剂能提高燃煤的氧化燃烧率，高炉炉温由原来的1449℃可提高至1577℃（炉温升高了128℃），助燃效果显著。另外，本发明助燃剂可有效减少焦炭的用量，每吨生铁可减少15公斤焦炭。
实施例4
本实施例提供了一种用于炼铁高炉燃煤的液体助燃剂，包括固体组分、快S渗透剂和稀释剂（稀释剂为水），固体组分是由以下质量百分比的原料制成：28%硝酸铈，10%硝酸澜，34%硝酸锰和28%尿素；
快S渗透剂的用量是固体组分总重量的0.5%；
按上述配比称取固体组分中的原料，将原料倒入混料仓内，向混料仓内加水搅拌（水的添加量是固体组分总量的5.9倍），即得浓缩的液体助燃剂。
将本实施例的液体助燃剂用于某钢厂，该钢厂的燃煤为神木煤（以质量百分比计，该燃煤的理化指标如下：固定碳58.1%；灰份10.3%；挥发份31%）。使用时先将本实施例的液体助燃剂喷洒在燃煤中而后再喷入高炉。具体地：
用水将本实施例的液体助燃剂（用量为原煤总量的2%）稀释2倍得助燃剂稀释液，将助燃剂稀释液均匀喷洒在燃煤上（在燃煤从输送带掉落至煤仓的过程中喷洒助燃剂稀释液），用球磨机将燃煤磨碎即可得到含有助燃剂的燃煤。
其中，每吨燃煤中助燃剂的有效成分（即每吨煤中固体组分、渗透剂和每吨燃煤的百分比）包括：硝酸铈0.08%，硝酸镧0.03%，硝酸锰0.1%，尿素0.08%，快S渗透剂0.05%。
利用现有煤粉喷吹技术将添加有本实施例助燃剂的煤粉喷吹至高炉内腔，炉温温度见表4。
表4
Figure DEST_PATH_IMAGE008
由上表4可知，本发明的助燃剂能提高燃煤的氧化燃烧率，高炉炉温由原来的1009℃可提高至1127℃（温度升高118℃），助燃效果显著。另外，本发明助燃剂可有效减少焦炭的用量，每吨生铁可减少15公斤焦炭。

Claims (4)

1.一种用于炼铁高炉燃煤的液体助燃剂，其特征在于：所述液体助燃剂是由固体组分、渗透剂和稀释剂配制而成，其中：
所述固体组分是由以下质量百分比的原料制成：15%-65%硝酸铈，0-25%硝酸镧，8%-50%硝酸锰，0-20%硝酸铁和5%-30%尿素；
所述稀释剂为水，稀释剂的添加量是固体组分总重量的1.5-6倍；
所述渗透剂的用量为固体组分总重量的0.1%-1%；
液体助燃剂的制备方法，包括以下内容：先将固体组分添加至混料仓内，再向混料仓内加入渗透剂，最后加水搅拌，得到浓缩的液体助燃剂；
所述渗透剂为快S渗透剂。
2.根据权利要求1所述的用于炼铁高炉燃煤的液体助燃剂，其特征在于：所述硝酸铈的纯度≥99%；所述硝酸镧的纯度≥99%；所述硝酸锰的纯度≥99%；所述硝酸铁的纯度≥99%。
3.一种如权利要求1或2所述的液体助燃剂的使用方法，其特征在于，包括以下内容：用水稀释所述液体助燃剂得助燃剂稀释液，将得到的助燃剂稀释液均匀喷洒在燃煤上，然后将燃煤磨碎即可；其中：
液体助燃剂的用量是燃煤总重量的0.5%-2.5%；在稀释液体助燃剂时水的用量是液体助燃剂的2-3倍。
4.根据权利要求3所述的液体助燃剂的使用方法，其特征在于：所述液体助燃剂的添加量是燃煤总重量的2%。
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