毕业论文 高炉喷煤安全5章.pdf

北京科技大学硕士学位论文 52 5 5 制粉系统自循环制粉系统自循环 5 1 概况 高炉喷吹烟煤一个重要的安全保障手段是控制系统氧含量 国内一般采用引高炉 热风炉废气来控制氧含量 目前有些喷煤系统由于设计的原因或由于距离高炉较远 如果采用热风炉废气困难较大 无法利用高炉废气控制氧含量 限制了烟煤的喷吹 制粉系统采用自循环是不用高炉废气而控制系统氧含量一个手段 采用自循环系统与 引用热风炉烟气相比 可以节省投资 自循环系统分为带有烟气脱水装置和不带脱水 装置两种 本文所讨论的是后一种工艺 如图 5 1 它的流程更简单 投资也更省 不带脱水装置的自循环工艺在国外已有多处采用 例如 由德国 BMH 公司设计的意 大利 TRANTO 厂建有目前世界上最大的高炉喷煤制粉喷吹车间 设在 4 座大型高炉 中间 距最近的 4 号高炉 420 m 距最远的 1 号高炉 630 m 不用热风炉烟气 采用不 带脱水装置的自循环工艺 从 1991 年投产至今 一直在正常运转 图图 5 1 制粉系统自循环工艺流程图 国内部分厂家开始设计带有自循环 但由于各种原因 没能充分发挥作用大部分 已弃之不用 目前用自循环的非常少 其主要原因是 很多人对这种工艺中的几个问 题感到担心 冷风 球磨机 烟气炉 风机 旋风 除 尘 器 布袋 除尘器 排大气 高炉煤气 助燃空气 循 环 风 北京科技大学硕士学位论文 53 1 烟气自身循环 含水越来越高 会不会引起管道 布袋 煤粉仓结露 2 磨机内烟气水分很高 脱水能力会不会降低 担心煤粉烘不干 含水太高 3 老厂 中小厂改喷烟煤时要利用原有的球磨机 漏风率很高 用自循环工艺能不 能保证系统含氧率在安全规定值以下 4 除了磨机本来需要控制的参数外 还要增加含氧率 含湿量的控制 要求控制的 参数太多 不好操作 5 2 计算与系统中的平衡关系 38 为了便于研究讨论 本文将针对上述问题以及涉及自循环工艺的其他问题 做一 些简单的计算 同时与安钢现有喷煤系统做一下对比 在自循环工艺中 最重要的参数是系统含氧量和烟气含湿量的计算结果 在计算 过程中 有些数据是已知的 例如煤粉产量 原煤和煤粉水分 原煤水分蒸发量 煤 气成分和发热值 空气含湿量等 有些数据是需要在计算事先设定而后有可能加以调 整的 如加煤口漏风量 加入冷风量 磨机出口烟气温度和入口烟气温度和入口烟气 量等 在计算过程中有些参数互有关系需反复调整 例如 磨机入口烟气温度和自循 环烟气循环率 当烟气炉烟气热量需要增加时 必须要减少自循环烟气量时 要考虑 对自循环烟气热量减少的补偿等 入口烟气量设定以后 可以计算烟气炉烟气和自循 环烟气两部分热量 计算如下 根据系统漏风量 煤粉产量 原煤和煤粉水分 磨机出口烟气温度 磨机功率等 进行热平衡计算 设定磨机入口烟气温度和烟气量 或根据系统要求设定出口温度与 烟气量 根据文献 39 的计算及实际应用 制粉系统总气量为每吨煤 1500 2500 m3 煤 气消耗为每吨煤 200 m3 如果利用热风炉废气或自循环 则煤气消耗约为每吨煤 150 m3右 根据磨机所需供热量 初算煤气 助燃空气量 烟气炉烟气量 可得理论烟气炉 烟气每吨煤约 200 m3 根据系统漏风量及系统出口氧含量的要求 设定排放烟气含氧率 求加入冷风量 冷风的氧含量根据厂内环境设定为 20 烟气量按每吨煤 2000 m3计算 根据系统漏 北京科技大学硕士学位论文 54 风量及系统出口氧含量为 12 的要求 计算可得 加入冷风量 20 加入冷风量 烟气量 12 根据上式可计算出冷风配入量为每吨煤 300 m3 其中包括煤气燃烧中空气过剩量 与系统漏风 这也意味着系统漏风率最高不能超过 7 5 在自循环中 系统干烟气排放量等于烟气炉出口烟气量与加入冷风量之和 根据 上面计算可得排放量为每吨煤 500 m3 按每吨煤需蒸发 100 kg 水分计算 可得系统排出烟气含水量为 排出烟气含水量 每吨煤需蒸发水分 每吨煤烟气排放量 100000g 500 m3 200g m3 如果不利用自循环则 系统排出烟气含水量 每吨煤需蒸发水分 每吨煤烟气排放量 100000g 2000 m3 50g m3 按照烟气总量为每吨煤 2000 m3则 循环率 烟气总量 排放量 烟气总量 2000 500 2000 75 根据各种烟气温度和比热 调整烟气炉烟气量和循环烟气量 也可以对磨机入口 烟气温度作微量调整 使两部分烟气热量相加等于磨机入口烟气供热量 三种平衡指的是热量 氧量和水分的平衡 具体如下 磨机段热量收入 热量支出 磨机段热量收入项有磨机入口烟气带入的热量 原煤带入的物理热 磨煤研磨部位件产生的热量和漏入磨机冷风所带入的热量等 磨 机段热量支出项有磨机出口烟气带出的热量 原煤水分蒸发消耗的热量 煤粉带出的 物理热 以及磨机段的散热损失等 进入系统的氧量 排出系统的氧量 要求系统内任何一点的烟气含氧率都在安 全值以下 进入系统的氧量来自冷风 包括漏风和加入风 烟气炉烟气内过剩空气 在排放烟气中带走这些氧量 进入系统的水分 排出系统的水分 要求系统内任何一点烟气的实际含湿量与 该点烟气温度下的饱和含湿量有较低的比例 要求磨机内脱水终点出的烟气具有较低 的相对湿度 进入系统的水分来自冷风 包括漏风和加入风 烟气炉烟气 以及原 北京科技大学硕士学位论文 55 煤中的水分蒸发 在排放烟气中带走这些水分 自循环系统中的烟气含氧率和含水率是需要兼顾而不能兼得的两个方面 排放烟 气量越小 循环烟气含氧率越低 但含水率越高 反之亦然 系统含氧率的最高点是 在磨机内脱水中点处 按照我国 高炉喷吹烟煤安全规程 的规定 系统含氧率应 12 所以应选择系统 排放烟气 含氧率 11 0 11 5 在这一条件下得到的系统 各处的含水率都是最低含水率 采用自循环工艺应该尽量降低烟气含湿量 5 3 系统参数控制 采用自循环工艺必须将磨机的出口烟气温度从常规的 80 提高到 100 左 右 系统出口温度应达到 95 左右 不同温度条件下空气饱和含水量如表 5 1 40 表表 5 1 不同温度条件下空气饱和含水量 g m3 温度 60 65 70 75 80 85 90 95 干气饱和水含量 g 196 265 361 490 715 1091 1870 4040 湿气饱和水含量 g 158 199 249 308 379 463 563 679 根据上表 只有温度提高后才能保证系统出口烟气的含水量与相对湿度 保证水 分的排出 据国外公司资料 他们国家在磨机系统含氧率已有限制的条件下 不再重 复限制磨机出口烟气温度 在生产中也有很多实际数据 如意大利 TRANTO 厂磨机 出口烟气温度为 95 比利时 SIDMA 厂为 100 瑞典 SSAB 厂为 103 在 我国 高炉喷吹烟煤安全规程 中 限制磨机出口烟气温度 80 与采用自循 环工艺有矛盾 有待于研究解决 对于出口温度 如果按照国外生产规定 只控制氧 含量 则系统内影响温度提高关键因素将是布袋箱内布袋耐温情况 而布袋箱内布袋 一般可耐温 120 以上 又因为根据系统程流不同 布袋箱温度一般比球磨机出口 温度低 5 10 左右 所以 磨机出口温度可大于 80 达到 110 而不必控制 到 80 以下 这样不仅可充分利用能源 利用自循环 也可以提高系统出粉率及产 量 一般情况下 磨机入口烟气量是根据磨机设计要求 煤粉产量 磨机入口烟气温 北京科技大学硕士学位论文 56 度等因素确定的 在自循环工艺中 应该考虑适当提高磨机入口烟气量 虽然投资和 运行费用要稍高一点 但可以更好地改善操作条件 在原煤水分 10 的情况下 应按照每吨煤 1500 2000 m3选取磨机入口烟气 量 使磨机入口烟气温度控制在 250 280 左右 如果煤粉水分大于 10 可以提 高磨机入口烟气温度 可根据原煤性质限制在 280 320 左右 使之离开烟煤的着 火点还有 50 以上的安全值 关于自循环系统漏风率 其影响应从两方面来看 从一般概念来说 磨机系统的 漏风率不能高 进入系统的冷风太多就可能使系统的含氧率超过安全标准 但是 进 入系统的冷风也是循环烟气含湿量的稀释剂 冷风少了 含湿量就高 不利于磨机的 操作 因此 在自循环系统中应该有一个最佳冷风量 在漏风率较高系统中 可以利 用漏风量来满足最佳冷风量 在漏风率较低的系统中 还要特地加入冷风 不加冷风 时 系统含氧率可以降底 7 所谓最佳冷风量指的是满足选取系统含氧率 11 0 11 5 时的冷风量 具体求解 时 可以利用 进入系统气体总量 排出系统气体总量 的基本概念 即排放烟气 量 冷风量 烟气炉烟气量 此时系统平衡氧含量 冷风量 空气氧含量 冷风 量 烟气量 当冷风量 烟气炉烟气量时 系统含氧率仍可保持在 10 12 的范围 内 选取过低的系统含氧率 会导致烟气含水率的增加 并不有利 理论上不同循环 次数与系统出口氧含量对比如表 5 2 与 5 3 所示 表表 5 2 冷风量占总量 3 时不同循环次数与系统出口氧含量对比表 阶段 煤气量 m3 冷风量 m3 循环量 m3 循环风 氧含量 系统出口氧 含量 第1次 3000 36000 0 20 00 18 00 第2次 3000 1200 34800 18 00 16 26 第3次 3000 1200 34800 16 26 14 75 第4次 3000 1200 34800 14 75 13 43 第5次 3000 1200 34800 13 43 12 28 第6次 3000 1200 34800 12 28 11 29 北京科技大学硕士学位论文 57 表表 5 3 冷风量占总量 5 时不同循环次数与系统出口氧含量对比表 循环 次数 煤气量 m3 冷风量 m3 循环量 m3 循环风 氧含量 系统出口 氧含量 第1次 3000 36000 0 20 00 18 00 第2次 3000 2000 34000 18 00 16 30 第3次 3000 2000 34000 16 30 14 86 第4次 3000 2000 34000 14 86 13 63 第5次 3000 2000 34000 13 63 12 58 第6次 3000 2000 34000 12 58 11 70 在制粉系统刚开车时 由于系统内氧含量比较高 需要循环一段时间以后氧含量 才能降下来其降到 12 以下的循环次数与系统加入冷风量有关 刚开车时由于系统 温度较低 干燥气中水分含量较少 为了尽快把氧含量降下来可以尽量减少冷风加入 量 以安钢高炉喷煤制粉系统的参数为参考 烟气总量为 40000 m3 h 煤气量为 3000 m3 h 设最小冷风量 包括漏风与烟气炉过剩空气 分别占总量 3 5 时 由表 5 2 和表 5 3 可看出 在上述条件下系统循环六次氧含量即可达到 12 以下 5 4 两种不同工艺烟气有关指标的对比 通过两种不同工艺烟气有关指标的对比可以看出自循环工艺与直排式相比 虽然 自循环工艺的干烟气实际含湿量是直排式的 4 倍 但是相对湿度却降低了很多 更 有利于煤粉水分被干燥到 小于1 另外直排式工艺系统中烟气最低点温度75 时 的饱和含湿量为 490 g m3 自循环工艺系统中烟气最低点温度 95 时的饱和含湿 量为 4040 g m3 是直排式的 8 倍 能更有效的防止结露 采用自循环工艺时 要求系统的含氧率控制在安全值以内的一个水平上 在生产 中 当进入系统的冷风量和烟气排放量确定以后 随着煤粉产量和原煤水分的波动 含氧率也会有所波动 但不需要对系统的含氧率进行自动调节 至于烟气含湿量 是 随着原煤水分蒸发量和满足含氧率要求下的烟气排放量等参数而得出的相应结果 更 无必要加以自动控制 因此 磨机的自动控制仍然是磨机出口烟气温度 磨机入口烟 北京科技大学硕士学位论文 58 气压力以及磨机进出口压差等项自动控制 并不需要增加对系统含氧率 烟气含湿量 两项参数的自动控制 5 5 安钢高炉喷煤制粉系统不同工况条件下参数 自循环工艺中烟气循环率不同 则加入冷风量也不同 系统出口氧含量也不一样 安钢高炉制粉系统有两个系列 包括两台 DTM290 350 球磨机 主风机为 9 26NO14D 风量为 47000 m3 系列包括旋风与布袋两个收尘器 烟气炉由炉墙 炉顶 烧嘴及挡火墙组成 有效容积为 15 m3 安钢高炉喷煤利用热风炉引的废气控 制氧含量 系统总风量为 40000 m3 不同冷风量与烟气量参数对比如下 表表 5 4 制粉系统一系列不同工况条件参数对比 煤气 量 m3 h 废气 阀 开度 冷风 阀 开度 废气 温 度 球磨机 进 口温度 球磨机 出 口温度 系统出 口 温度 废气 氧含 量 系统出口氧 含量 1803 100 0 137 280 101 85 1 4 8 2 1991 90 10 130 260 92 84 1 8 12 5 2302 50 50 123 306 87 80 1 7 14 2 3595 0 100 135 290 85 76 1 2 16 1 表表 5 5 制粉系统二系列不同工况条件参数对比 煤气 量 m3 h 废气 阀 开度 冷风 阀 开度 废气 温 度 球磨机 进 口温度 球磨机 出 口温度 系统出 口 温度 废气 氧含 量 系统出口氧 含量 1960 100 0 120 322 101 90 1 5 9 1 2400 90 10 117 280 92 82 1 7 12 5 3200 50 50 132 296 87 81 1 6 14 2 4020 0 100 120 280 85 72 1 9 16 1 在上表中 当冷风阀开度为 10 50 时球磨机进口氧含量为 9 11 如能进一 北京科技大学硕士学位论文 59 步控制球磨机漏风率 系统出口氧含量可以进一步降低到安全值范围内 系统漏风率 比较高 通过分析其原因为球磨机因其自身结构特点 进出口结合部间隙大 漏风多 另外安钢制粉系统中 球磨