高炉喷煤工艺优化及系统改进.doc

高炉喷煤工艺优化及系统改进经过几十年的发展,中国的高炉喷煤工艺和技术已发展到较高的水平。中国的高炉喷煤在普及程度和平均煤比方面均取得很大进步。不仅所有高炉都上了喷煤,平均煤比也不断增加,2007年已达到137kg/t。以宝钢高炉为突出代表的越来越多的高炉已长期稳定在高煤比上运行。然而,就喷煤工艺的优化和系统的完善而言,许多企业的高炉喷煤还存在着一些不足或缺陷。进行有针对性地改进将是实现喷煤稳定和更高煤比的必要工作。早期的制粉系统基本是使用球磨机制粉,采用旋风除尘器+小布袋组合进行正压收粉,存在的问题是制粉效率和能力低,系统阻损高,另外系统容易跑粉,污染严重。烘干介质主要是烟气炉产生的热烟气兑空气,系统含氧量高。加之安全检测和控制手段落后,在相当一段时期,只能对无烟煤进行制粉。早期的喷吹系统多为串联罐系统。喷吹管路有单管路加分配器,也有许多是多管路直接喷吹。由于高炉容积小,布置分散,早期许多高炉采取的是间接喷吹方式,即炼铁厂内建一个公共制粉站,然后在每个高炉附近建设自己的喷吹站。即使如此,因设计参数的不合理,以及设备和控制系统的落后,使得喷吹系统计量和控制误差大、粉气混合不好,喷吹固气比低,而且喷枪易烧损,并经常磨坏风口。随着高炉对喷煤制粉能力和喷吹能力要求的提高,越来越多的中速磨被用来替代产量低、噪音大的球磨机。收粉系统也都采取了负压操作,并使用一次布袋收粉替代旋风+布袋的组合,使环境大为改观。充分利用热风炉废气并对系统的气氛进行严格控制,保证了即使在烟煤制粉时的系统安全。在喷吹方面,并联罐系统逐渐替代了串联罐系统,单管路+分配器的结构也得到推广普及。系统的计量和控制精度得到显著改善。各厂根据高炉的容积、数量及位置,多采取制粉和喷吹在一起的直接喷吹布置。良好的粉气混合及喷枪等设备性能的改进进一步保证了喷吹的高效稳定,促进了喷煤比的提高。经过数十年的发展,目前典型的工艺流程是：中速磨制粉-热风炉废气+烟气炉-大布袋收粉-并联罐-直接喷吹-单管喷吹+分配器。系统改进1制粉系统原煤仓容积小的优点是节约投资,但缺点是上煤系统要经常起停,而且容易引起磨机因断煤而频繁停机。从维持系统的稳定运行角度出发,扩大原煤仓容积是有益的。新建系统的原煤仓容积应在满仓时满足磨机8h以上的连续制粉需求为宜。磨机的粒度调整是通过其带的分离器进行的。分离器有静态和动态两种选择。鉴于高炉对煤粉粒度有较好的适应性,选择静态分离器即可。其优点是简单可靠,无电力消耗,节约投资且维护量小。给煤机是控制磨机给煤量的重要设备。给煤机的种类有刮板式、螺旋式、及皮带式等。与前两者比较,称重皮带式给煤机具有给煤量控制准确、无机械磨损、密封好、动力消耗低、安全性能好等优点,应是首选配置。烟气炉的能力应满足在主干燥介质(热风炉废气或自循环气)温度最低时的热量补充需要。为了保证运行安全,应设置燃烧火焰监视器,并采取自动点火。采用大布袋收粉器已成为中国喷煤的一个特点。大布袋使过滤速度降低,延长了布袋的使用寿命。但不要追求过低的过滤速度,避免不必要的设备投资和土建结构投资的增加。布袋出口应设置专用的烟气露点检测仪。特别是采用烟气自循环系统时,要严格控制循环气量,以防止烟气水分升高造成露点上升。主排风机和高温引风机风量的设计能力均大于实际需要量,一般靠调节阀进行风量的调节。原煤中经常混有木块及塑料等杂物,经磨机后形成纤维状,对喷吹影响较大。因此,有必要在布袋下出口设置振动筛。筛孔的直径可大些,如6mm6mm。筛子密封性要好,同时清除杂物便捷。振动筛也可安装在粉仓与喷吹罐之间。2喷吹系统随着喷吹煤比的不断提高,高炉要求喷煤持续稳定,以避免因停减煤变负荷对高炉运行带来的不利影响。因此,以往设计时要求煤粉仓的满仓煤量达到一个冶炼周期的原则已不适用,应当尽量扩大。某国外新建4000m3高炉的煤粉仓要求装载量达1200t,在150kg/t煤比时可持续喷吹24h。煤粉仓应设称重系统,以准确掌握仓内粉量。此外,应设置必要的惰化系统和气氛监测系统,保证粉仓的氧含量和CO含量在安全范围内。喷吹罐的结构形式主要有下出料和上出料两种。由于采取了罐底流化装置,使上出料的方式在粉气的混合效果和控制方面要好于下出料方式。喷吹罐的容积也应以大为好,其优点是倒罐时间长,有利于稳定喷吹；另外阀门动作次数减少,延长阀门的使用寿命。喷吹罐内设特殊的泄压过滤器是解决卸压磨管道和阀门的有效手段。该过滤器采用特殊的过滤材料,使泄压时气中的煤粉被留在罐内,消除了泄压产生的高速气体带来的磨损现象。采用泄压速度控制和特殊耐磨阀门是解决这一问题的另一个方法,但相对复杂和昂贵。近年来,某些高炉的喷吹罐布置还采取了三罐并联式。该配置的优点是进一步提高了喷吹的可靠性,并可回收部分充压氮气。分配器的关键在于分配均匀性与压差之间的关系。采用通道式的结构可使压差大大降低,但无法保持分配的均匀性,特别是无法克服支管长度变化及风口内压力波动带来的影响。过于追求分配的均匀性会导致压差过大,影响喷吹稳定,并带来严重磨损问题。分配器的分配误差一般要求5%,新的设计已要求3%。随着风温的提高和煤比的增加,对喷枪的耐高温性能和使用寿命提出更高的要求。普通的高温合金1Cr18Ni9Ti因耐热温度低,已不适合作为喷煤枪,特别是对于大高炉。必须采用更高级的耐热钢管。为降低成本,应设计分段结构,在风口内的部分选用优质高温材质,且可灵活更换。在喷枪的结构上,有单筒和套筒两种形式。虽然大多数高炉采用的是单筒喷枪,但套筒喷枪将是发展方向。喷枪正常无损耗应是追求的目标。枪头采用弯头的形式可有利于喷口在风口内位置的调整,防止煤粉磨风口。喷吹管路的铺设应减少转直角弯。在必须转弯的地方,应考虑一定的曲率半径,并采用耐磨弯管。要避免使用直角弯头或转弯盒来连接。喷煤的支管应设置自动测堵装置,以便及时发现堵塞现象。3系统安全喷煤系统的主要危险源是煤粉的爆炸或燃烧。发生爆炸或燃烧的3个条件是浓度、氧化剂(O2含量)及火源。在制粉系统中,磨机至布袋之间的粉气流股中煤粉浓度基本在爆炸浓度范围内(300600g/m3)且不易控制。因此,在防止系统出现火源的基础上,防爆防燃烧的措施是控制系统的O2含量。试验研究表明,当降低系统O2含量时,煤粉的着火温度大幅提高,出现爆炸和燃烧的可能性显著下降。当控制布袋出口的O2的体积分数小于12%时,即消除了系统出现爆炸和燃烧的可能。国内外一些企业在实际生产中,为更保险起见,该值控制在8%或10%。因为制粉是负压系统,要控制系统O2含量,首先需要降低系统设备的漏风率,主要是给煤机处,布袋和粉仓之间；其次是控制烟气炉的助燃空气比例,减少多余O2带入量,避免使用空气作为掺冷介质；第三是监测热风炉废气的O2含量,设置烟气自循环系统,在热风炉废气O2含量高时,利用烟气自循环系统切断或减少热风炉废气的使用量。积粉自燃是另一个需要重视的安全问题。当系统局部存在积粉时,煤粉与气氛中的O2进行氧化反应。这种缓慢氧化虽然进行得很慢,以致不易觉察,但是缓慢氧化放出的热量如不及时散失,就会越积越多,使温度逐渐升高,当