任學(xué)利，趙月生，申和亭（天津天鐵冶金集團(tuán)崇利制鋼有限公司，河北涉縣056404）

天鐵崇鋼高爐噴煤系統(tǒng)技術(shù)改造

任學(xué)利，趙月生，申和亭
（天津天鐵冶金集團(tuán)崇利制鋼有限公司，河北涉縣056404）

[摘要]針對(duì)高爐噴煤系統(tǒng)噴煤過(guò)程中噴吹量不穩(wěn)的問(wèn)題，分析了其產(chǎn)生原因。通過(guò)在原噴煤系統(tǒng)上增設(shè)二次補(bǔ)氣裝置、調(diào)整原有噴吹控制方法、規(guī)范崗位操作手法等改進(jìn)措施，有效地解決了高爐噴煤不穩(wěn)定的問(wèn)題，確保了高爐噴煤系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行，降低了高爐燃料消耗，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

[關(guān)鍵詞]噴煤；改造；高爐

1　引言

天鐵集團(tuán)崇利制鋼有限公司現(xiàn)有505 m3高爐3座，噴煤系統(tǒng)配備1臺(tái)30 t/h中樞磨和1臺(tái)20 t/h的中樞磨。2012年以前，由于設(shè)備和工藝控制等方面原因，高爐噴煤按爐內(nèi)情況需頻繁手動(dòng)調(diào)節(jié)噴煤量。由于人工調(diào)節(jié)噴煤量的誤差和頻繁調(diào)整，造成高爐噴吹煤量頻繁波動(dòng)，噴吹量誤差有時(shí)達(dá)到15%以上，由此造成高爐噴煤量的不均勻，嚴(yán)重破壞了高爐熱制度穩(wěn)定和壓量關(guān)系穩(wěn)定?，F(xiàn)象包括：堵槍，風(fēng)口前煤流不穩(wěn)，瞬時(shí)噴吹速度變化過(guò)快，高爐極易發(fā)生憋風(fēng)現(xiàn)象，嚴(yán)重的造成懸料，煤氣流失常。

經(jīng)過(guò)探討，通過(guò)在原噴煤噴吹系統(tǒng)上增設(shè)二次補(bǔ)氣裝置、調(diào)整原有噴吹控制方法、規(guī)范崗位操作手法等措施，迅速穩(wěn)定了高爐噴吹系統(tǒng)，消除了噴煤過(guò)程不穩(wěn)定對(duì)高爐生產(chǎn)所帶來(lái)的影響，確保了高爐噴煤系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行，高爐順行平穩(wěn)，鐵水質(zhì)量和高爐日產(chǎn)量得到提高，高爐燃料耗進(jìn)一步降低，為公司創(chuàng)造了的經(jīng)濟(jì)效益。

2　技術(shù)原理及改進(jìn)內(nèi)容

2.1技術(shù)原理

如圖1所示，噴吹系統(tǒng)主要是向高爐輸送煤粉，細(xì)煤粉利用自重從煤粉倉(cāng)落到噴吹罐中，并用氮?dú)獬鋲?。每座高爐都設(shè)計(jì)有兩個(gè)噴吹罐，當(dāng)一個(gè)噴吹罐裝滿煤粉并充壓到壓力設(shè)定值后，開(kāi)始噴煤。噴空后，另一個(gè)裝滿煤粉的噴吹罐就與煤粉輸送管道接通，經(jīng)過(guò)短暫的過(guò)渡，噴空的操作罐開(kāi)始卸壓、裝煤粉和再充壓，周而復(fù)始，按順序進(jìn)行噴吹。

圖1穩(wěn)定噴吹控制原理示意圖

煤粉從噴吹罐經(jīng)二次補(bǔ)氣輸送至高爐風(fēng)口，具有下列壓力平衡關(guān)系式:

式中，P1為一噴吹罐壓力，MPa；Ph為一風(fēng)口前壓力，MPa；駐Px為輸送中煤粉壓力損失；駐PG為輸送中二次風(fēng)壓力損失。

從公式（1）可知，P1、Ph一定的情況下，駐PG增加（即二次風(fēng)量增加），則駐Px減?。疵悍蹏娏繙p小），反之亦然。因此煤粉的噴吹量的關(guān)系曲線是一定的，如圖2所示，因此煤粉的噴吹量控制可通過(guò)控制二次補(bǔ)氣量來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖2　噴吹量QN與二次補(bǔ)氣量W關(guān)系曲線圖

2.2控制方式

噴煤噴吹主要是調(diào)節(jié)噴吹罐壓力，瞬時(shí)噴吹量是根據(jù)噴吹罐重量在30 s內(nèi)罐重間隔差值進(jìn)行運(yùn)算的。噴吹時(shí)根據(jù)高爐設(shè)定每小時(shí)噴吹量與瞬時(shí)噴吹量在1 000 kg大小誤差，開(kāi)始調(diào)節(jié)增加（減少）噴吹罐壓力，來(lái)調(diào)節(jié)噴吹量，因此噴吹罐壓力大小直接影響整個(gè)噴吹系統(tǒng)噴煤量。這樣會(huì)造成噴吹調(diào)節(jié)滯后，系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致噴吹速度不穩(wěn)定，在高爐風(fēng)口看到的煤粉在風(fēng)口分布非常不均勻，煤粉在風(fēng)口處無(wú)力盤(pán)旋。

為了保證噴吹量的穩(wěn)定均勻，需要保持噴吹罐內(nèi)壓力的穩(wěn)定，通過(guò)調(diào)節(jié)充壓調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度來(lái)保持罐壓穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi)。通過(guò)探討分析，決定在噴吹管道上增加二次補(bǔ)氣調(diào)節(jié)閥和快速切斷閥，瞬時(shí)噴吹量由原來(lái)得30 s采樣一次，改為2 s采樣一次，根據(jù)椎棧原理，始終取最近20個(gè)數(shù)的平均數(shù)。瞬時(shí)噴吹量再根據(jù)高爐需要的每小時(shí)噴煤設(shè)定量，兩者誤差大于50 kg時(shí)，10 s內(nèi)首先調(diào)節(jié)二次補(bǔ)氣調(diào)節(jié)閥，當(dāng)設(shè)定值大于實(shí)際值時(shí)，閥位開(kāi)小，反之，閥位開(kāi)大。如果誤差大于100 kg時(shí)，20 s后就開(kāi)始調(diào)節(jié)一次補(bǔ)氣調(diào)節(jié)閥。換而言之，一次補(bǔ)氣調(diào)節(jié)為噴吹系統(tǒng)粗調(diào)，二次補(bǔ)氣如同細(xì)調(diào)。目的是通過(guò)保證噴吹管道壓力的穩(wěn)定，來(lái)控制煤粉在管道內(nèi)形成穩(wěn)定的噴射流，最終保證了噴入高爐煤粉流的穩(wěn)定。上述自動(dòng)控制程序利用PLC編寫(xiě)，程序采用梯形圖編寫(xiě)，不再贅述。

2.3改造措施

對(duì)高爐噴煤系統(tǒng)穩(wěn)定性的改造，主要措施為：

2.3.1對(duì)工藝設(shè)備的改造

在噴吹管道中間有較大彎道，噴吹過(guò)程阻力明顯增大且不易穩(wěn)定噴吹速度，因此在噴吹管道合適部位增加二次補(bǔ)氣裝置，以增加穩(wěn)定性，提高噴吹動(dòng)力。二次補(bǔ)氣源與一次補(bǔ)氣分開(kāi)，單獨(dú)設(shè)立，在二次補(bǔ)氣管道上設(shè)氣動(dòng)切斷閥、調(diào)節(jié)閥、壓力表和流量計(jì)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程計(jì)量與操作控制。

定期更換噴吹罐底部流化床：（1）使其必須具有均勻分布?xì)怏w的作用，以保證在流化器附近創(chuàng)造一個(gè)良好的氣－固接觸條件，使煤粉流動(dòng)起來(lái)，消除死區(qū)；（2）在操作過(guò)程中不被堵塞和磨損；防止出現(xiàn)氣流分布不均勻，煤粉流化不好，造成溝流和死區(qū)，使噴吹過(guò)程不能進(jìn)行。

保證硫化、充壓、補(bǔ)氣等氣動(dòng)調(diào)節(jié)型閥門(mén)的靈敏有效，可能的條件下，閥門(mén)啟動(dòng)氣源采用較為干燥、清潔的氮?dú)?，以減少閥門(mén)損壞。

對(duì)噴吹管道上和噴吹罐上的金屬軟連接進(jìn)行調(diào)整，消除因安裝過(guò)長(zhǎng)、過(guò)短、斜拉、距中心線偏差較大的軟連接而產(chǎn)生的稱量誤差，確保稱量精準(zhǔn)。2.3.2對(duì)操作技術(shù)的改造

噴煤量大小主要由調(diào)整噴吹罐壓力、流化壓力、和補(bǔ)氣量3個(gè)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。過(guò)去的操作思路和方法，是以大幅調(diào)整罐壓的方法進(jìn)行操作，方法單一，噴吹速度波動(dòng)較大。改造后，以穩(wěn)定罐壓為前提，對(duì)流化壓力、補(bǔ)氣量進(jìn)行系統(tǒng)精細(xì)調(diào)節(jié)。

具體方法是：假設(shè)噴吹煤量在一定條件下，以合理調(diào)整底部流化進(jìn)氣量來(lái)補(bǔ)償噴吹中罐壓的消減，實(shí)現(xiàn)噴吹罐壓力的動(dòng)態(tài)平衡，保證罐壓穩(wěn)定在波動(dòng)極小的區(qū)間范圍內(nèi)（規(guī)定±2 kPa），盡量減少使用頂部調(diào)節(jié)充壓的方法來(lái)補(bǔ)壓。其次，噴吹速度出現(xiàn)瞬時(shí)波動(dòng)時(shí)，第一時(shí)間（10 s內(nèi)）要調(diào)整二次補(bǔ)氣量，若仍未達(dá)到要求，則調(diào)整一次補(bǔ)氣量，最后調(diào)整罐壓。整個(gè)精細(xì)化操作過(guò)程，編入操作控制模式實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制。

2.3.3在管理制度上的約束保證

首先，保證穩(wěn)定的煤粉工藝指標(biāo)（粒度：0.074 mm≥80%；水分≤1%）尤其水分指標(biāo)嚴(yán)格控制，要嚴(yán)把進(jìn)廠原煤水分關(guān)，充分利用好干煤棚的存儲(chǔ)風(fēng)干作用，統(tǒng)一四班制粉操作溫度，合理控制當(dāng)班煤粉存儲(chǔ)量（不大6 h噴吹量為存量值）。

其次，加強(qiáng)壓縮空氣定期排水管理，嚴(yán)格落實(shí)噴吹過(guò)濾器每罐一清理制度。另外，規(guī)定了壓縮空氣壓力不低于0.65 MPa，爐內(nèi)工長(zhǎng)的每次噴煤量變化不得大于±500 kg等要求，給噴吹穩(wěn)定工作提供了良好外部保證。

3　實(shí)施效果

3.1實(shí)際效果

通過(guò)以上的改造和優(yōu)化，從系統(tǒng)各參數(shù)看，噴吹動(dòng)力大幅提高；以8#高爐3#罐為例，從高爐風(fēng)口看，煤流急促有力，無(wú)斷續(xù)現(xiàn)象；從噴吹速度曲線看,噴煤瞬時(shí)速率波動(dòng)幅度由改造前±1 500 kg優(yōu)化到± 300 kg，且小于±300 kg，波動(dòng)區(qū)間內(nèi)穩(wěn)定噴吹達(dá)90%以上；改造后高爐爐內(nèi)反應(yīng)，風(fēng)口煤量分布均勻，壓量關(guān)系較好，利于爐況調(diào)整；煤粉燃燒充分，未燃煤粉明顯減少，透氣性變好；爐況順行平穩(wěn)，燃料比月平均下降10 kg/t；以上證明噴吹穩(wěn)定性工藝技術(shù)改造取得了明顯效果。

噴煤改造前后參數(shù)值變化見(jiàn)表1。

3.2指標(biāo)對(duì)比

項(xiàng)目自2013年10月投入使用以來(lái)，高爐爐況順行平穩(wěn)，燃料消耗下降，鐵水合格率明顯提高，具體指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表2。

表1　噴煤改造前后參數(shù)值變化

表2　噴煤改造前后高爐指標(biāo)值對(duì)比

4　結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)高爐噴煤系統(tǒng)的構(gòu)成原理、控制方式、噴煤過(guò)程噴吹量不穩(wěn)定進(jìn)行了分析探討。根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)際情況，通過(guò)對(duì)高爐噴煤系統(tǒng)進(jìn)行改造，有效地解決了高爐噴煤不穩(wěn)定的問(wèn)題。同時(shí)，使各煤槍均衡噴煤、時(shí)常堵煤槍、主管道堵塞等問(wèn)題得到了有效解決，保證了高爐穩(wěn)定順行，有效降低了高爐燃料消耗，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]王國(guó)雄，王鐵，沈峰滿，等.現(xiàn)代高爐粉煤噴吹[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1997：234-235.

[2]謝建民.安鋼1#高爐噴煤自動(dòng)控制系統(tǒng)研究[D].北京：北京科技大學(xué)，2002.

[3]梁福臣，孫昭光.模糊控制理論在高爐噴煤控制中的應(yīng)用[J].鋼鐵，2005（1）:131-132.

[4]楊大鈞，劉應(yīng)書(shū)，楊珉，等.高爐富氧噴煤-氧煤混合與燃燒[M].北京:科學(xué)出版社，1998：54-56.

TechnicalM odification on Tiantie Chonggang BF CoalInjection System

REN Xue-li,ZHAO Yue-shengand SHEN He-ting
(ChongliSteel-Making Co.,Ltd.,Tianjin Tiantie Metallurgy Group,She County,HebeiProvince056404,China)

AbstractThe authors analyze the reasons forunstable injection amountin BF coalinjection system. Improvementmeasures ofadding secondary gas supply system,adjusting originalinjection controlapproach and standardizingoperation weretaken in theoriginalcoalinjection system toeffectivelysolvethe problem.The production and running ofBF coalinjection system was ensured with reduced BF fuel consumption and increased economicbenefit.

Key wordsBF;coalinjection;system;modification

作者簡(jiǎn)介：任學(xué)利（1980—），男，河北人，工程師，主要從事冶金技術(shù)質(zhì)量管理方面的研究工作。

收稿日期：2014-10-25修回日期：2014-11-20