(1.首秦金属材料有限公司炼铁部,河北秦皇岛066000,2.北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083,
摘要,2008年3,4月,首秦两座高炉干法除尘陆续发生除尘灰自燃现象,影响生产和环保环保。本文通过成分分析和工艺分析对除尘灰自燃现象进行了探讨,并根据首秦自身的工艺特点,提出了相应的应对措施。关键词,干法除尘,自燃,除尘灰
首秦金属材料有限公司有两座高炉,均采用全干法除尘系统,高炉煤气经重力除尘、旋风除尘、干法除尘后进行TRT压差发电。自2003年投产以来,一直运行良好。2008年3,4月,两座高炉干法除尘陆续发生除尘灰自燃现象,不得不进行放灰操作,一方面影响生产,一方面影响环保,此问题在太钢、包钢等企业全干法除尘均时有发生。此外,全干法除尘对炉顶煤气温度要求的区间较窄,有时高炉生产顺行,为了适应干法除尘工艺技术要求,不得不采取各种应急措施。布袋除尘的除尘效果要远远优于湿法除尘,但由于存在该工艺缺陷,部分国外钢铁企业采用干湿并存的操作方针[1],大大限制了全干法除尘的推广和应用。
(1)自燃呈圆形向外扩散,燃烧扩散过程中,外圈表面为,灰,白色物质,内圈为燃烧后的黑色
区域,中间正在燃烧处有环形的黄绿色物质,用小匙将内圈黑色表面拨开,发现下层为正在燃烧的红层,如图1所示。
(2)自燃后落地灰层状分布,上层为燃烧后的黑色,约1-2mm,其次为2-4mm厚的砖红色层,再下层为草木灰燃烧后的灰色调层,约50-60mm厚,自燃过程中,渐渐红透,但是表面仍为黑色,如图2所示。
(3)存在部分块状除尘灰,看似不热,放入试样袋后,微有放热,实际上破碎后急剧放热,烫手非常,用小匙将其捣碎,数次搅拌后,其快速散热后才能降温,若置之不理,将牛皮纸试样袋烧焦。
2008年4月8日,自燃除尘灰取样分析结果如图2自燃后除尘灰断面分层现象下,
根据分析结果,我们并不能确定是哪种元素引起的除尘会自燃。除尘灰自燃究竟从何而起,有文献认为是K、Na、Zn等碱金属元素氧化放热导致自燃[2],但究竟是哪种元素氧化放热,尚待深入研究,可能是以下几种情况下的一种,K、Na、Zn等碱金属元素在干法除尘灰氧化放热,FeO氧化放热,未燃烧煤粉或焦炭氧化放热,以上几因素共同作用。
粉尘的燃烧或爆炸主要是颗粒表面的快速氧化,因此它取决于物质的活化性能和有效表面积,它跟粉尘浓度、最小点燃能量、最低爆炸浓度、最高氧浓度、颗粒特性、高温环境等因素都存在直接关联[3]。针对首秦的详细情况,本人认为主要是除尘灰颗粒太细,煤气温度过低,接近露点温度,导致除尘灰在布袋表面或箱体表面发生板结[4],板结产生蓄热,由此产生类似煤粉自燃的现象。主要基于以下几点,
(1)从生产实践来看,布袋烧坏多发生在煤气露点温度以下,顶温较高时并没发生布袋烧穿现象,
(2)干法布袋板结严重,拆卸下来的布袋表面有2-10mm厚度不等的除尘灰板结层,
(3)落地除尘灰中存在部分硬块,硬度虽不高,表面不热,但内部蓄热温度能烧灼牛皮纸试样袋,
(4)散落在外围的卸地灰并没有燃烧起来,堆在一起的则容易自燃起来,说明堆积对自燃现场扩大化起了推波助澜的作用。
但板结原因是如何引起的,一种原因是由于煤气温度不高于露点温度,此为外因,另一方面,粉尘的吸湿性很差,我们推测有几率存在内在物质具有吸湿性,导致板结蓄热发生,
由于首秦原料全部为进口矿, 因此,在4月28日除尘灰发生自燃时,我们对试样进行常规元素分析时增加了氯元素的分析, 同时对试样进行了XRD 分析。
P,基本在0.05%左右,燃烧后比例略有增加至0.07,0.08%,非常微量,基本排除在磷燃烧导致除尘灰自燃的可能,
S,约0.53,1.22%,除尘灰自燃过程中有类似鞭炮爆炸后的那种硝烟味,可能含有部分硫,但不构成主要因素,
Cl,做为盐的主要阴离子存在形式之一,低温条件下容易使灰发“潮”,含量约为7.42%,大概能推测氯化物能达到15%左右,是造成煤气温度较低条件下的粘结根本原因之一,
K、 Na、 Zn,所取试样各部分Zn含量较高, 1#样,燃烧红层, Zn含量最低为3.05%,未燃硬块3#样则高达5.38%, 同威钢试验结果较为接近[2] ,
并进一步推测,在成分上除尘灰主要成分为氯盐15,20%,含铁物质45,50%,碳20,30%, K、 Na、Zn总含量一般在5%左右,不正常的情况下能达到10%,这三类物质构成了除尘灰的主要成分。
图3 衍射花样与KCl标准衍射花样对照 图4衍射花样与NaCl标准衍射花样对照
由于K、 Na、 Zn是活泼元素,在标准态下很容易被氧化,所以在高炉炉尘灰中可以排除单质的K、Na、 Zn的存在。
为了确定炉尘灰中K、 Na、 Zn物质的形态,对炉尘灰进行了X射线衍射分析,将得到的衍射原始数据插入粉末衍射分析软件SEARCH-MATCH中,进行定性分析。通过对比发现,
(1)首秦高炉除尘灰中的Zn和K含量较高,都在2,以上, Na含量相比来说较低,应此在粉末X射线衍
(2) K、 Na、 Zn是活泼元素, 因此高炉炉尘灰中不有几率存在单质的K、 Na、 Zn。 XRD定性分析时,炉尘灰中也未曾发现单质K、 Na、 Zn。
(3)首秦高炉炉尘灰中的也没有单纯的K2O、Na2O、 ZnO,而是存在K、 Na、 Zn的卤化物。但首秦高炉炉尘灰中元素Zn的形态比较复杂。
综合4月份数次除尘灰落地自燃问题现象, 以及高炉原燃料变动情况,可以初步有以下认识,
(1)所有问题产生于顶温温度较低的情况下,顶温偏低产生了一系列的问题。如2007年冬天卸灰困难、2008年春天除尘灰自燃、管道腐蚀严重等,顶温高,这样一些问题发生的概率大为降低,但是高炉顺行条件下,顶温升高势必增加无谓的燃料成本,
主要有两个方面,烧结地方粉配比增加,3月20日8%, 3月21日10%, 3月24日15%, 4月8日12%,和喷煤,煤比从90kg/吨铁左右增加到130kg/吨铁,最高接近160kg/吨铁,大幅度提升,导致灰量同步大幅度增加,除尘灰中灰量中碳含量大幅度增加,但是卸灰制度方面还保持原先的每班一次。导致箱体灰量蓄积过多,产生蓄热。
根据以上成分分析和工艺分析,认为导致除尘灰自燃原因及其控制措施主要有以下几个方面,
(1)氧化,高炉管道里是还原性气氛,卸灰过程是氧化性气氛。氧气浓度骤然增大,可能会引起部分物质迅速氧化,瞬间积蓄大量热量。因此,打开箱体人孔时,尽可能使内部温度降到50℃以下。2008年3月底,卸灰车布袋连续发生两次布袋烧穿现象, 4月6日,炼铁部采用氮气冲扫稀释以防卸灰车布袋再次自燃,之后卸灰车没有发上冒烟现象。
(2)低顶温控制与干法措施应对,煤气温度过低时,需要适度调整重力除尘、旋风除尘、干法除尘的粒度分布,促使大颗粒的粉尘适度向干法除尘偏移,一方面对管道形成冲刷,减少了管道粘结,又减轻了干法布袋粘结,现场反馈较好,但是其规律摸索尚要比较长时间的考验。
(3)喷煤工艺与干法卸灰制度的协调, 2008年4月1日开始,两个炉子开始大幅度提升煤比高炉灰量开始大幅度增加,但是卸灰制度没有相应跟上,导致箱体灰量蓄积过多,产生蓄热。因此,在喷煤工艺调整时,应及时关注干法除尘情况,并及时作出调整卸灰制度,并考虑是不是需要加开箱体。
矿,并且烧结矿环冷后喷洒CaCl2后进入料仓,对CaCl2喷量进行适度控制。
(2)直接降低颗粒粒度,在当前煤比比较低的条件下,煤粉粒度变大,高炉炉尘中碳颗粒粒度变大,可逐步降低自燃可能性,但是煤比一旦提高上来,煤粉粒度仍需恢复当前水平,
(3)间接降低颗粒粒度,工序间,重力、旋风、干法,合适分配除尘灰粒度,把大颗粒除尘灰适度向干法倾斜,使得干法除尘灰的粒度整体上有所提高,来降低除尘灰自燃性,究竟比例分配多少合适,可以摸索一下,从当前实践效果来看,干法灰量大于旋风灰量,较大颗粒从旋风过来,直接效果就是Φ159输灰管管壁粘结,以前内管壁经常粘结一层致密的盐,大锤敲打不易掉落,蒸汽一热就自然掉落,现象基本消除,但综合效果, 尚需进一步摸索,
含量较高,在2,以上, Na含量相比来说较低, Zn形态 [2]邹德余,王正宇.威钢高炉布袋除尘器布袋烧坏原因研很复杂。 究[J] .四川冶金(2000) (3) :26-27
(3)针对首秦的详细情况,认为主要是自燃 [3] J克罗斯,D法勒粉尘爆炸[M]项云林译北京:化学工的根本原因是除尘灰发生板结,板结产生蓄热。板 业出版社,1992
结产生的外在原因是煤气温度过低,接近露点温 [4]王红斌,薛树红,叶勇.太钢3号高炉煤气全干式布袋除度,和颗粒粒度太细, 内在原因是除尘灰中存在具 尘系统运行实践[J] .炼铁(2006)25(1) : 16-19
