高巖松 陳秀清 趙正清 王淑靜

(安陽鋼鐵股份有限公司)

2000 m3級高爐噴煤系統(tǒng)直供 450 m3高爐噴煤生產(chǎn)實(shí)踐

高巖松 陳秀清 趙正清 王淑靜

(安陽鋼鐵股份有限公司)

分析了安鋼 450 m3高爐噴煤存在問題和 2000 m3級高爐噴煤的生產(chǎn)能力,通過改造,實(shí)現(xiàn)了 2000 m3級高爐噴煤系統(tǒng)往 450 m3高爐直接噴吹,每年可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益約一千多萬元。

2000 m3級高爐噴煤 450 m3高爐 直接噴吹

0 前言

安鋼煉鐵廠目前有三套高爐噴煤系統(tǒng),分別為350 m3高爐噴煤系統(tǒng),負(fù)責(zé) 1號～5號高爐的噴煤,450 m3高爐噴煤系統(tǒng),負(fù)責(zé) 6號、7號高爐的噴煤,2000 m3級高爐噴煤系統(tǒng)負(fù)責(zé) 8號、9號高爐噴煤工作。由于歷史原因,三個(gè)系統(tǒng)相對獨(dú)立分散,難以互相補(bǔ)充,同時(shí)提高了煤粉生產(chǎn)噴吹成本。450 m3高爐噴煤系統(tǒng)目前煤比已經(jīng)達(dá)到 180 kg/t.Fe。由于450 m3高爐噴煤系統(tǒng)原來設(shè)計(jì)噴煤能力有限,難以滿足高爐噴煤量不斷提高的需要,同時(shí) 8號、9號高爐噴煤制粉能力富余。整合 6號～9號高爐噴煤系統(tǒng)通過改造,用 2000 m3級高爐噴煤系統(tǒng)的備用罐直接向 6號、7號高爐噴煤,降低煤粉生產(chǎn)成本。使450 m3級高爐系統(tǒng)的生產(chǎn)能力、可靠性和穩(wěn)定性大幅提高,為 6號、7號高爐的增產(chǎn)降耗提供保障。

1 高爐噴煤系統(tǒng)存在的問題及分析

1.1 2000 m3級高爐噴煤系統(tǒng)工藝流程

2000 m3級高爐噴煤系統(tǒng)由 8號高爐噴煤和 9號高爐噴煤兩套系統(tǒng)組成。隨著 2006年 12月和2007年 8月兩座高爐投產(chǎn)配套使用。兩套系統(tǒng)的煤粉制備及噴吹系統(tǒng)按煙煤和無煙煤混合設(shè)計(jì),噴吹總管加爐前分配器噴吹形式。最新系統(tǒng)設(shè)計(jì),包括計(jì)算機(jī)控制中心的噴煤系統(tǒng)。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性、穩(wěn)定性、噴煤率比 450 m3高爐噴煤系統(tǒng)有極大的提高,高爐的爐內(nèi)壓力在倒罐時(shí)的波動也相應(yīng)減弱,保證了高爐的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。2000 m3級高爐 8號、9號噴煤系統(tǒng)的制粉設(shè)備互通改造,使 8號、9號噴煤系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性大大提高,兩系統(tǒng)可隨時(shí)互相向另一系統(tǒng)粉倉輸送煤粉,可以使兩制粉系統(tǒng)進(jìn)行周期性運(yùn)行,延長制粉系統(tǒng)設(shè)備壽命,而且在不影響生產(chǎn)的情況下對設(shè)備進(jìn)行交替檢修維護(hù),提高了兩制粉系統(tǒng)的可靠性和連續(xù)作業(yè)率。目前磨機(jī)制粉能力總體達(dá)到 130 t/h～150 t/h,為 2000 m3高爐噴煤系統(tǒng)噴煤能力提高提供了有力的保障。

8號高爐噴煤距離 450 m3高爐噴煤系統(tǒng)約400 m。450 m3高爐噴煤系統(tǒng)距離 6號、7號高爐約300 m,經(jīng)過噴煤管道及各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)計(jì)算得出,2000 m3級高爐噴煤系統(tǒng)完全有能力直接向 6號、7號高爐直接輸送煤粉。9號高爐噴煤系統(tǒng)現(xiàn)場開始建立時(shí),在兩個(gè)噴吹罐的旁邊,留置了兩個(gè)噴吹罐的預(yù)留口,通過對 9號高爐噴煤現(xiàn)場整合改造,提高 6號、7號高爐的噴煤制粉能力。

1.2 噴煤能力滿足不了高爐的需要

450 m3高爐噴煤系統(tǒng)設(shè)置噴吹能力在熱風(fēng)富氧 1.5%～2%的條件,按年產(chǎn)生鐵 90萬 t和煤比150 kg/t.Fe計(jì),噴吹能力最大達(dá)到 10～11 t/h,設(shè)計(jì)年最大噴煤總量 13.5萬 t。制粉能力在 25 t/h～30 t/h(按噴吹 150 kg/t.Fe)。目前 450 m3高爐系統(tǒng)產(chǎn)量不斷提高,相應(yīng)噴煤量也逐步提高。目前僅 7號高爐產(chǎn)量達(dá)到 1600 t/d左右,煤比達(dá) 180 kg/t.Fe。

1.3 噴吹系統(tǒng)穩(wěn)定性較差

在生產(chǎn)過程中,隨著高爐噴煤量的逐步增加,450 m3高爐較大的噴吹量使噴吹系統(tǒng)穩(wěn)定性受到較大的影響。主要體現(xiàn)在噴煤量波動較大,在倒罐過程中尤其明顯。由于煤粉管線的設(shè)計(jì)問題,造成分配器對煤粉分配不均,分配器的管道堵塞嚴(yán)重,影響了煤粉輸送的穩(wěn)定性。

1.4 氮?dú)鈮毫_(dá)不到要求

450 m3高爐噴吹系統(tǒng)氮?dú)鈮毫υO(shè)計(jì)為0.7 MPa。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)從制氧站鋪設(shè)的兩條氮?dú)夤艿垒斔偷牡獨(dú)鈮毫H達(dá)到 0.6 MPa。現(xiàn)場為 3臺LGFD-20/8-1V螺桿式空氣壓縮機(jī)。氮?dú)獠蛔銜r(shí),空壓機(jī)補(bǔ)充的最高壓力為 0.7 MPa。

2 優(yōu)化改造方案及實(shí)施

由于 450 m3高爐噴煤系統(tǒng)產(chǎn)能不足,而 2000 m3級高爐噴煤系統(tǒng)在各方面為整合改造提供了有利的條件。結(jié)合實(shí)際情況,提出并實(shí)施以下系統(tǒng)優(yōu)化改造方案:①450 m3高爐、2000 m3級高爐噴煤系統(tǒng)進(jìn)行管線改造;②對計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化;③對噴煤系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化;④提高煙煤噴吹的安全控制。

2.1 高爐噴煤系統(tǒng)管線改造

首先,取消 450 m3高爐噴煤系統(tǒng)煤場,450 m3高爐、2000 m3級高爐噴煤系統(tǒng)集中制粉噴吹,利用2000 m3級高爐噴煤系統(tǒng)制粉到備用噴吹罐,直接向 450 m3高爐進(jìn)行煤粉噴吹,優(yōu)化改造過程如下:

2.1.1 對輸煤管道的改造

架設(shè)一條 2000 m3級高爐噴煤和 450 m3高爐噴煤系統(tǒng)之間管徑為Φ89 mm,δ=5.5 mm的輸煤管線。并加裝備用 A、B噴吹罐。對 2000 m3級高爐噴煤系統(tǒng)到 450 m3高爐的輸煤管徑由原來的Φ76 mm,δ=5.5 mm 變成 Φ89 mm,δ=5.5 mm,伴隨輸煤管道又架設(shè)Φ57 mm,δ=4 mm蒸汽管線,并將管線上閥門耐壓等級由 1.6 MPa改為 2.5 MPa,并進(jìn)一步降低噴吹罐工作罐壓,提高系統(tǒng)安全性。輸煤及給煤閥的通徑由原來的DN65 mm改為DN80 mm,補(bǔ)氣器的通徑由原來的 DN50 mm改為 DN100 mm。減少了輸煤管道的阻力,提高了噴煤能力。

在改造過程中,由于高爐噴吹煤粉溫度要求≥85℃,2000 m3級高爐煤粉通過 450 m3高爐噴煤系統(tǒng)二次輸送后溫度下降。為了保證高爐噴吹煤粉的溫度,輸煤管道加裝了伴熱管,輸煤管道外加保溫裝置。粉倉下部做了保溫處理,保證了煤粉溫度。

1)對吹掃管線的改造。煤粉輸送管道由于長距離輸送,增加了 2000 m3級高爐噴煤系統(tǒng)和 450 m3高爐噴煤系統(tǒng)之間的Φ57 mm,δ=4 mm吹掃管線,防止管道堵塞。

2)對 450 m3高爐噴煤系統(tǒng)氮?dú)夤艿肋M(jìn)行改造。從 2000 m3級高爐噴煤系統(tǒng)向 450 m3高爐噴煤系統(tǒng)鋪設(shè)一條Φ108 mm,δ=5 mm氮?dú)夤芫€,使系統(tǒng)壓力達(dá) 0.9～1.2MPa,提高 450 m3高爐噴煤系統(tǒng)氮?dú)鈮毫?滿足高爐煤粉噴吹的需要。

3)對高爐噴煤槍口的改造。將噴槍口內(nèi)徑由原來 DN13 mm擴(kuò)成 DN15 mm,擴(kuò)槍后噴吹能力可以提高到 15～20 t/h。將分配器的各噴煤支管管徑由原來的 DN25 mm改為 DN32 mm。改造后,管道后壓力降低、管道容積加大,提高了煤粉輸送速度,使煤粉量增加。由于又降低煤粉在風(fēng)口前的速度,也促進(jìn)了煤粉燃燒率的提高。

改造完成后,可隨時(shí)向 450 m3高爐噴煤系統(tǒng)輸送煤粉。這樣 2000 m3級高爐噴煤系統(tǒng)及 450 m3高爐噴煤系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化改造成為一個(gè)有機(jī)的整體。對高爐的指標(biāo)優(yōu)化和降本增效起到了極大的促進(jìn)作用。

2.1.2 增加噴吹備用 C罐

在 2000 m3級高爐噴煤系統(tǒng)原有基礎(chǔ)上增加一個(gè)噴吹備用 C罐,有效容積 15 m3,裝粉量為 20t。以 C罐為過度罐,管路同時(shí)連接備用 A罐和 B罐。根據(jù) 450 m3高爐生產(chǎn)情況使備用 A罐往 6號高爐噴煤,備用 B罐往 7號高爐噴煤。

2.2 對計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化

建立 450 m3高爐噴吹備用罐自動控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)采用Modicon Quantum系列可編程控制器,Modicon Unity pro和 CITECT 7.0專用編程工具軟件進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。根據(jù)工藝要求,450 m3高爐噴吹備用罐系統(tǒng)作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng),與原 450 m3高爐噴煤系統(tǒng)互相備用,各自通過自己的操作站來控制,形成噴吹系統(tǒng)的冗余,保證高爐噴煤的不間斷安全噴煤過程。新噴吹控制系統(tǒng)完成對兩個(gè)在用罐和一個(gè)備用罐循環(huán)自動噴吹、加料、倒罐過程,實(shí)現(xiàn)噴吹期間罐重補(bǔ)償、倒罐期間的平穩(wěn)噴吹控制。并在噴煤與高爐之間建立分布式網(wǎng)絡(luò),構(gòu)成滿足高爐噴煤生產(chǎn)全過程自動化系統(tǒng)。

2.3 對噴煤系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化

煤粉的細(xì)度 (粒度)是煤粉顆粒群粗細(xì)程度的反映,它對磨煤機(jī)制粉的能耗和噴吹煤粉的燃燒速度以及不完全燃燒的熱損失都具有決定性的意義。此特性一般用篩分分析來表示。公制用篩上的剩余量[1]用 R(%)表示:

式中:a——篩子上剩余的燃料量,g;

b——通過篩子的燃料重量,g。

在篩上剩余的煤粉愈多,煤粉就越粗。煤粉粒度越小,煤粉越細(xì),比表面積[1]越大,在風(fēng)口前的燃燒速度就越快,越利于燃燒,燃燒率可以提高。但煤粉磨得越細(xì),能耗越大,磨煤機(jī)出力減少,制粉費(fèi)用增加。煤粉粒度大,有利于輸送,磨煤機(jī)效率高。適宜的煤粉粒度取決于幾方面的綜合因素。在使用煤種不變,不影響燃燒的情況下,使用較粗粒度的煤粉,這樣,既利于輸送又容易提高磨煤機(jī)制粉出力。因此,磨機(jī)在磨制無煙煤時(shí),粒度小些,-200目的達(dá)到的 70%～80%;磨制煙煤時(shí),粒度大些,-200目的達(dá)到 60%～65%。

另外,煤粉中水分大時(shí),一方面煤粉顆粒間的黏結(jié)力增大,影響煤粉的輸送;另一方面煤粉噴入高爐后,在風(fēng)口前燃燒時(shí),水分分解要吸熱,降低理論燃燒溫度,無補(bǔ)償手段時(shí)要降低噴吹量。在生產(chǎn)實(shí)踐中,為了提高煤粉質(zhì)量,把煤粉的水分由原來的1.5%～2%降低到了 1%～1.5%,同時(shí)在保證生產(chǎn)安全的同時(shí),把煤粉溫度由 60℃～70℃提高到 70℃～80℃,保證了煤粉的流動性。在控制煤粉粒度方面,減少 100目以上煤粉的含量,控制到 8%范圍內(nèi)。

2.4 長距離輸送過程中煙煤噴吹的安全控制

使用煙煤噴吹是提高煤比的重要因素。從2000 m3級高爐噴煤至 450 m3高爐輸送管道較長,為了保證安全,采用全氮?dú)鈬姶?并對制粉系統(tǒng)管線進(jìn)行改造。減少漏風(fēng)率,減少系統(tǒng)O2含量。對于存放合格煤粉的粉倉,利用氮?dú)膺M(jìn)行惰化處理,防止煤粉自燃。

2.4.1 控制系統(tǒng)氣氛

操作中及時(shí)調(diào)節(jié)廢氣量和燃燒爐的燃燒狀況,減少兌入冷風(fēng)量,防止制粉系統(tǒng)漏風(fēng),嚴(yán)格控制系統(tǒng)的含氧量在 8%～10%。中速磨干燥氣入口管、脈沖式布袋收粉器出口管處分別設(shè)置 O2含量和 CO含量的檢測裝置,達(dá)到上限時(shí)報(bào)警,并且在達(dá)到上限時(shí),系統(tǒng)各處消防充氮閥自動打開,向系統(tǒng)充入氮?dú)狻?/p>

2.4.2 控制煤粉溫度

嚴(yán)格控制磨煤機(jī)入口干燥氣溫度不超過 250℃～290℃,其出口溫度不超過 90℃。在其他各關(guān)鍵部位,如收粉裝置煤粉斗、煤粉倉、中間罐、噴吹罐等都設(shè)有溫度檢測裝置。當(dāng)各點(diǎn)溫度達(dá)到上限時(shí)報(bào)警,并且,系統(tǒng)各處消防充氮閥自動打開,向系統(tǒng)充入氮?dú)狻?/p>

2.4.3 綜合噴吹

采用煙煤和無煙煤混合噴吹技術(shù),降低煤粉中揮發(fā)分的含量。各種煤的配比,根據(jù)煤種和煤質(zhì)特性經(jīng)過試驗(yàn)而確定。

3 效果分析

450 m3高爐噴煤系統(tǒng)改造前噴吹能力在 11t/h左右,無法滿足高爐進(jìn)一步提高煤比的需求。改造后系統(tǒng)噴吹能力提高到 15t/h。表 1中統(tǒng)計(jì)了 450 m3高爐 2007年和 2008年同月份的實(shí)際煤比,改造前平均煤比 145kg/t,改造穩(wěn)定后煤比達(dá)到 180kg/t,相差 35kg/t。效果顯著提升,每年產(chǎn)生的效益約一千一百萬元。隨著噴煤比和原燃料價(jià)格提高,間接和直接效益將更加可觀。

表1 2007～2008年 7號高爐各月指標(biāo)

4 結(jié)語

2000 m3級高爐噴煤直供 450 m3高爐噴煤噴吹新工藝投產(chǎn)后,經(jīng)過系統(tǒng)的改造、完善和工藝創(chuàng)新,450 m3高爐系統(tǒng)的生產(chǎn)能力、可靠性和穩(wěn)定性大幅提高,為 6號、7號高爐的增產(chǎn)降耗提供了有力的保障。高爐噴煤后各項(xiàng)指標(biāo)得到了明顯改善。煤場根據(jù)公司要求建為備件庫,減少了噴煤系統(tǒng)噴吹煤粉對環(huán)境產(chǎn)生的污染。又節(jié)約人力資源,降低煤粉的噴吹成本。

[1] 湯清華,馬樹涵.高爐噴吹煤粉知識問答.北京:冶金工業(yè)出版社,1997:35-44.

PRACTICE OF USING 2000 m3COAL INJECTI ON SYSTEM TO SUPPLY 450 m3BF

Gao Yansong Chen Xiuqing Zhao Zhengqing Wang Shujing

(Anyang Iron&Steel Stock Co.,Ltd)

Analyzing problems existed in 450 m3coal injection system and the capacity of the 2200 m3coal injection system,and injecting coal to 450 m3BF by using 2000 m3coal injection system was realized and created more than 10 million yuan every year.

Coal injection for 2200 m3BF 450 m3BF direct injectinn

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2009—7—8