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750m3高炉喷煤制粉系统的技术进步
发布时间：2012-11-17 11:46 来源：未知
0、前言
近年来，随着高炉冶炼技术的高速发展，宝钢股份不锈钢分公司炼铁厂生产产能大幅度提高，750 m3高炉2004年产量达到了破天荒的85万t。750 m3高炉利用系数，从2001年的2.4t/（m3·d)提高到2004年的3. 099 t/（m3·d)，单天更是达到了3.6 t/（m3·d)，创下了历史最高。喷煤比也从2001年的125 kg/t提高到2004年的159.28 kg/t。2004年10月，750 rn3高炉焦比287. 61 kg/t，煤比203. 48 kg/t，更是实现了历史最佳指标。随着7 50 rn3高炉炼铁产能的大幅度提高，给喷煤制粉系统所带来的巨大压力是不言而喻的，如何满足高炉喷煤需求，实现以煤代焦，降低炼铁成本，就成为我们从事喷煤制粉工程技术人员的首要任务，也使我们工程技术人员面临了巨大的挑战。
1、750 m3高炉喷煤制粉系统概况
1.1 喷煤制粉系统设备概况
宝钢股份不锈钢分公司炼铁厂750 rn3高炉喷煤制粉系统，于1992年5月建成投产。现有部分设备是在2001年进行大修改造后才投入使用的。整个750 rn3高炉喷煤制粉是由两套制粉系统和一套喷煤系统组成以满足高炉对喷煤的需求，是高炉五大系统之一，通过向高炉内喷煤粉，煤焦置换，以煤代焦，降低焦比，是达到高炉炼铁生产降本增效目标的主要系统。
750 rn3高炉喷煤制粉系统主要由原煤进煤系统、原煤储存系统、原煤供应输送系统、煤粉制备系统、煤粉输送系统、煤粉喷吹系统、干燥烟气制备和供气动力系统组成。煤粉喷吹系统采用三罐并列、喷吹主管加分配器的直接喷吹形式，稀相输送，下出料，喷吹煤种为无烟煤，采用压缩空气输送、喷吹。高压喷吹罐设计压力1.2 MPa，原设计工作压力0. 54 MPa，配备上海某公司生产的爆破压力为(0.8±0.04) MPa的LKT400 -0.8- 50A正拱型爆破片装置。控制监测系统采用中央集控，由2个控制站，3台CRT显示器进行显示、控制及操作。
1.1.1 制粉系统设备
主要由2台西安电力机械厂制造的290/350筒式钢球磨煤机；为制粉提供干燥烟气的2座烟气发生炉；采用三级收粉的2个系列收粉系统设备，分为粗、细粉分离器，多管分离器，一次、二次风机和负压式LMQ - 6M型气箱脉冲袋式收粉器；煤粉收集入三个煤粉仓采用双列22 m螺旋输送机等组成。
1.1.2喷煤系统设备
主要由3个高压喷吹罐、上下钟阀；每罐3个共九个下煤阀、引射型混合器；每罐三组压缩空气阀、喷吹阀；每罐由9个单元组成的喷吹罐庇部流化装置；3根喷吹主管加3个分配器；16组喷枪阀、煤流检测仪器；16根喷枪等组成。
1-2喷煤制粉系统生产概况
1.2.1喷煤制粉系统状况
宝钢股份不锈钢分公司炼铁厂750 rn3高炉喷煤制粉系统，原设计正常喷吹能力9 t/h，最大喷吹能力11 t/h，按目前喷吹量14 t/h计算，已是大大超过原设计能力。
在原设计中，处于对喷吹罐的安全考虑，要求喷吹罐喷吹压力0. 54 MPa左右（爆破片承受压力扣除安全系数和疲劳系数）。目前实际生产中，喷吹压力已达0. 56—0.61 MPa，已超过喷吹压力的允许极限值。
根据文献记载表明，喷吹罐压力在一定范围内，与喷吹量呈近似线性关系。如果要提高喷煤量，手段只有提高喷吹罐的压力，这将严重危及喷煤系统的安全，同时，爆破片爆破的概率也大大地增加（2003年2月9日和2003年5月8日，就发生过因喷吹压力过高，造成爆破片炸开的事故，并造成当时750m3高炉停喷），而且，提高罐压对提高喷吹浓度效果不大。因此，就产生了750 m3高炉继续提高喷煤量的制约瓶颈和障碍。
1.2.2喷煤制粉系统提高喷煤量在工艺设备上存在的瓶颈
随着高炉操作水平的不断提高，750 rn3高炉其各顼技术经济指标逐步达到国内先进水平，煤比也在不断攀升。但是，由于受国际、国内钢铁市场钢材价格疲软、铁矿石价格飞涨的冲击和影响，造成炼铁生产成本高的矛盾逐渐显现出来。为了进一步降低炼铁成本，提高市场竞争力，如何提高喷煤量，进一步降低焦比，成为目前迫不及待需要解决的主要问题。目前喷煤制粉系统提高喷煤量在工艺设备上存在的瓶颈：
(1)为了提高喷煤量，首先要提高喷吹能力。但是，整个系统除了喷吹压力的提高受限外，还存在喷吹浓度不均，喷煤枪出口有较为严重的脉冲现象，经常发生堵枪的问题。
(2)煤粉粒度达不到要求，既影响喷煤精度，又影响炉况的问题。研究认为，煤粉喷入炉缸后，在风口前由于燃烧空间有限，停留时间也很短，必须在数十秒内燃尽，否则未燃煤粉滞留在炉内，影响高炉顺行。因此，往往要求喷吹的煤粉粒度- 200网目达到很高的比例，否则会影响炉况。
(3)如何提高煤粉的流动性，如何提高煤粉的输送浓度（固气比）、喷吹量，如何解决压缩空气（煤粉载体）的含水量的问题。
(4)球磨机的衬板螺栓频繁断裂，造成经常停机更换。如何减少球磨机的故障检修时间、提高作业率等问题。
1.2.3喷煤制粉系统工艺设备已采用的优化和
存在的问题
2001年750m3高炉大修时，为了解决喷吹浓度不均，喷煤脉冲现象，增设了喷吹罐流化设备装置。在1 4~3 4高压喷吹罐底部锥体增设了流化装置，每罐各有九组流化单元，每个单元由流化支管、手动球阀、单向阀、双孔结构流化头子组成。
经过改造后，虽然喷吹能力得到提升，但喷吹罐流化头子堵塞情况严重。从2004年9月大喷煤(20 t/h)试验情况来看，试喷一周后，几乎所有的流化头子都发生堵塞；而平时小喷煤量时，从历次检修情况来看，大部分流化头、单向阀也都处于堵塞状态。这对喷煤是极为不利的，经常需要频繁拆卸和疏通，造成喷煤流化形同虚设，没有起到应有的作用和效果。
根据流体物理学，流化是使微粒固体通过与流体接触使其变成流体状态的一种方式，对高压喷吹罐内煤粉的流化，可使罐内煤粉处于一种悬浮状态，改善气、粉混合，从而有利于煤粉的输送，提高煤粉浓度（固气比），增加喷吹量。流化在喷煤工艺中，有着举足轻重的作用。
通过对流化头子堵塞情况的分析后认为，堵塞的原因和流化介质、喷煤工艺有关。首先，流化介质为压缩空气，含有一定的水分和油分，容易造成煤粉黏结，引起流化头堵塞；其次，750 rn3高炉喷煤工艺流程是喷吹罐装完煤粉后，先充压、均压，待下煤阀开启喷煤后，流化装置才开启工作，对罐内进行流化。喷吹罐在充、均压时，有大量煤粉在高压下被压人流化头内，煤粉遇水黏结，造成流化头堵塞。
2、喷煤制粉系统技术改进
2.1喷煤制粉系统工艺流程技术优化和设备技术完善
2.1.1 喷煤系统工艺流程技术优化
为了使煤粉高浓度稳定喷吹，煤粉在流出喷吹罐前，得到充分的流化是十分必要的。流化还有一个作用是在流化的同时，对喷吹罐进行补压，同时，也给喷吹罐出料口营造了一个良好的煤一气接触氛围，使所有通过出料口的煤粉松动起来，消除死区。
根据这一系列情况，特别是由于存在流化压缩空气的含水，油量太高，压缩空气脱水效果差的实际情况，在通过对喷吹罐流化设备性能、安全系数等方面的论证后，通过技术改进，采用了以氮气代替压缩空气作为阀门操控和流化气源，以解决煤粉遇水黏结的问题。
在喷煤工艺流程方面，把原来先充压、均压后流化的工艺流程，改为现在的先流化后充压、均压，并串人电脑控制程序。如此，一方面避免了煤粉被大量压人流化头，造成堵塞；另一方面由于煤粉在喷吹罐内预先进行了流化，使气、粉得到较好的混合，从而使喷煤时煤粉的浓度大大提高，煤流趋向均匀，降低了喷吹压力，提高了喷煤量，使喷煤工艺流程得到了优化。
2.1.2煤粉粒度的合理控制和制粉设备的技术
改进及完善
在喷煤制粉领域，煤粉粒度的合理控制，一直是研究和关注的课题。煤粉粒度细化可增加煤粉的比表面积，提高煤粉表面活性，有利于氧化、加快表面向内部的温度传递过程和缩短残炭燃尽的终了时间。一般要求，在1000℃、无富氧条件下，喷吹无烟煤- 200网目的比例应大予70%；喷吹烟煤- 200网目的比例应大于50%。
(1)鉴于以上的要求，针对750 rn3高炉喷煤制粉系统中，粗粉分离器调节装置的功能失灵，造成- 200网目的比例低于60%的现状，对其进行了动能修复和技术完善。
(2)针对球磨机简体衬板螺栓的频繁断裂，造成常常需要停机更换的弊端，将衬板螺栓由普通螺栓改成10.9级高强度螺栓。
2.2喷煤系统设备技术改进
750m3高炉喷煤喷吹罐底部锥体流化装置，原流化头是带小孔结构，由于流化氮气源与高炉设备用氮为同一路管道，随炉顶设备的大量用氮时，经常造成氮气压力的严重波动。正常工作时，当流化氮气压力大于喷吹罐压力时，流化装置能正常工作，起到流化作用；而当氮气压力不稳定压力偏低时，喷吹罐压力大于流化氮气压力时，会造成煤粉倒灌，堵塞流化头、单向阀，使单向阀失效，喷煤流化效果劣化，直至失去流化作用，造成750 m3高炉喷煤量上不去。当氮气压力不稳定瞬时压力偏低时，如果不及时关闭流化装置手动阀门，还会造成煤粉倒灌入仪表用气氮气管道，使煤粉进入气动阀门执行机构，造成换向阀无法正常工作，给高炉正常喷煤带来极大的影响。（2005年8月8日当750 rn3高炉二均大量用氮时，造成氮气压力大幅度下跌至0.2 MPa，形成倒压，造成煤粉倒灌，引起煤粉进入仪表用气氦气管道，造成大量气动阀门失灵，无法正常开启。）
为了防止今后由于氮气压力低而造成煤粉倒灌人仪表用气管道现象发生，对现有的流化头子进行了技术改进，将带小孔结构的流化头子，改为带特殊过滤网结构的流化头子，其过滤网目数大于煤粉的目数，达到- 240网目以上，使得流化头子只能通过气体，而煤粉不能通过，达到既保证了流化装置的畅通，使喷吹系统能正常工作，直至最大限度地发挥提高喷煤量的作用，又防止了煤粉倒灌对生产带来的影响。
3、喷煤制粉系统技术改进和优化后的实施效果
自2005年8月底、9月初，对750 rn3高炉喷煤的1 8.34高压喷吹罐底部锥体流化装置的流化头子进行了技术改进，通过对改进实施后的一段时间的生产实践、功效跟踪、收集数据后证明，改进后，减少了流化气流阻损，喷煤流化效果不但得到了加强，加快了喷煤速度，而且从未有流化头子、单向阀被煤粉堵塞的情况发生，使得流化装置始终能正常发挥流化作用，保证了喷煤的正常生产。
改进后某日当高炉二均设备大量用氮时，造成氮气压力下跌至0.4 MPa，形成倒压时，也未有煤粉倒灌的情况发生，避免了设备事故的发生及给生产带来的影响。在750 rn3高炉休风定修时，对各个喷吹罐的底部流化装置进行了拆检，均未发现流化头子、单向阀有堵塞和失效现象发生。
经过对750 rn3高炉喷煤喷吹罐底部流化装置的技术改进，既保证了流化装置的畅通，直至最大限度地发挥提高喷煤量的作用；也不再需要平时经常频繁拆卸和疏通流化头子、单向阀。既保证了喷煤正常生产，又减轻了检修部门的工作量。
新的喷吹工艺及技术改进后的设备，自投入运行以来，整个系统运行正常，并达到了立竿见影的效果，喷吹压力明显降低，喷煤量提高到20 t/h(229 kg/t)以上。从对喷吹罐喷吹压力的统计数据来看，目前20 Uh的喷煤压力只相当子过去16.5 t/h的喷煤压力。煤粉喷吹浓度（固气比）从20 kg/kg提高到23 kg/kg;制粉无烟煤- 200网目的比例可以保持在75%~ 80qe之间；喷煤精度误差减小0.5%，达到99. 92%；球磨机的新衬板螺栓至今从未发生过断裂，减少了球磨机的故障检修时间，提高了开机作业率，也减轻了检修工人的劳动强度。
4、结束语
750 m3高炉在没有对喷煤设备进行大改动的情况下，充分利用自身的设备条件，对喷煤制粉设备工艺进行技术改进和优化，取得了重大突破。小时喷煤量在原有基础上提高到20 t以上，是原设计的1. 818倍，可满足750 rn3高炉利用系数3.178t/(m3·d)，20 t/h的喷煤比，相当可节焦23.1 kg/t·h。该项目实施后，年创造经济效益1 552万元，而且大大提高了喷煤精度，保证了高炉喷煤正常生产，保障了高炉生产的稳定顺行。同时为750 rn3高炉在高利用系数下，焦比“破三见二”的基础上，为今后提高喷煤量提供了强有力的保障，为今后750 rn3高炉喷煤量再创新高创造了条件。
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