經(jīng)過幾十年的發(fā)展,中國的高爐噴煤工藝和技術已發(fā)展到較高的水平。中國的高爐噴煤在普及程度和平均煤比方面均取得很大進步。不僅所有高爐都上了噴煤,平均煤比也不斷增加,2007年已達到137kg/t。以寶鋼高爐為突出代表的越來越多的高爐已長期穩(wěn)定在高煤比上運行。然而,就噴煤工藝的優(yōu)化和系統(tǒng)的完善而言,許多企業(yè)的高爐噴煤還存在著一些不足或缺陷。進行有針對性地改進將是實現(xiàn)噴煤穩(wěn)定和更高煤比的必要工作。
早期的制粉系統(tǒng)基本是使用球磨機制粉,采用旋風除塵器+小布袋組合進行正壓收粉,存在的問題是制粉效率和能力低,系統(tǒng)阻損高,另外系統(tǒng)容易跑粉,污染嚴重。烘干介質主要是煙氣爐產生的熱煙氣兌空氣,系統(tǒng)含氧量高。加之安全檢測和控制手段落后,在相當一段時期,只能對無煙煤進行制粉。
早期的噴吹系統(tǒng)多為串聯(lián)罐系統(tǒng)。噴吹管路有單管路加分配器,也有許多是多管路直接噴吹。由于高爐容積小,布置分散,早期許多高爐采取的是間接噴吹方式,即煉鐵廠內建一個公共制粉站,然后在每個高爐附近建設自己的噴吹站。即使如此,因設計參數(shù)的不合理,以及設備和控制系統(tǒng)的落后,使得噴吹系統(tǒng)計量和控制誤差大、粉氣混合不好,噴吹固氣比低,而且噴槍易燒損,并經(jīng)常磨壞風口。
隨著高爐對噴煤制粉能力和噴吹能力要求的提高,越來越多的中速磨被用來替代產量低、噪音大的球磨機。收粉系統(tǒng)也都采取了負壓操作,并使用一次布袋收粉替代旋風+布袋的組合,使環(huán)境大為改觀。充分利用熱風爐廢氣并對系統(tǒng)的氣氛進行嚴格控制,保證了即使在煙煤制粉時的系統(tǒng)安全。
在噴吹方面,并聯(lián)罐系統(tǒng)逐漸替代了串聯(lián)罐系統(tǒng),單管路+分配器的結構也得到推廣普及。系統(tǒng)的計量和控制精度得到顯著改善。各廠根據(jù)高爐的容積、數(shù)量及位置,多采取制粉和噴吹在一起的直接噴吹布置。良好的粉氣混合及噴槍等設備性能的改進進一步保證了噴吹的高效穩(wěn)定,促進了噴煤比的提高。
經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,目前典型的工藝流程是：中速磨制粉-熱風爐廢氣+煙氣爐-大布袋收粉-并聯(lián)罐-直接噴吹-單管噴吹+分配器。
系統(tǒng)改進
1制粉系統(tǒng)
原煤倉容積小的優(yōu)點是節(jié)約投資,但缺點是上煤系統(tǒng)要經(jīng)常起停,而且容易引起磨機因斷煤而頻繁停機。從維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行角度出發(fā),擴大原煤倉容積是有益的。新建系統(tǒng)的原煤倉容積應在滿倉時滿足磨機8h以上的連續(xù)制粉需求為宜。
磨機的粒度調整是通過其帶的分離器進行的。分離器有靜態(tài)和動態(tài)兩種選擇。鑒于高爐對煤粉粒度有較好的適應性,選擇靜態(tài)分離器即可。其優(yōu)點是簡單可靠,無電力消耗,節(jié)約投資且維護量小。
給煤機是控制磨機給煤量的重要設備。給煤機的種類有刮板式、螺旋式、及皮帶式等。與前兩者比較,稱重皮帶式給煤機具有給煤量控制準確、無機械磨損、密封好、動力消耗低、安全性能好等優(yōu)點,應是首選配置。
煙氣爐的能力應滿足在主干燥介質(熱風爐廢氣或自循環(huán)氣)溫度最低時的熱量補充需要。為了保證運行安全,應設置燃燒火焰監(jiān)視器,并采取自動點火。
采用大布袋收粉器已成為中國噴煤的一個特點。大布袋使過濾速度降低,延長了布袋的使用壽命。但不要追求過低的過濾速度,避免不必要的設備投資和土建結構投資的增加。布袋出口應設置專用的煙氣露點檢測儀。特別是采用煙氣自循環(huán)系統(tǒng)時,要嚴格控制循環(huán)氣量,以防止煙氣水分升高造成露點上升。
主排風機和高溫引風機風量的設計能力均大于實際需要量,一般靠調節(jié)閥進行風量的調節(jié)。
原煤中經(jīng)?；煊心緣K及塑料等雜物,經(jīng)磨機后形成纖維狀,對噴吹影響較大。因此,有必要在布袋下出口設置振動篩。篩孔的直徑可大些,如6mm×6mm。篩子密封性要好,同時清除雜物便捷。振動篩也可安裝在粉倉與噴吹罐之間。
2噴吹系統(tǒng)
隨著噴吹煤比的不斷提高,高爐要求噴煤持續(xù)穩(wěn)定,以避免因停減煤變負荷對高爐運行帶來的不利影響。因此,以往設計時要求煤粉倉的滿倉煤量達到一個冶煉周期的原則已不適用,應當盡量擴大。某國外新建4000m3高爐的煤粉倉要求裝載量達1200t,在150kg/t煤比時可持續(xù)噴吹24h。煤粉倉應設稱重系統(tǒng),以準確掌握倉內粉量。此外,應設置必要的惰化系統(tǒng)和氣氛監(jiān)測系統(tǒng),保證粉倉的氧含量和CO含量在安全范圍內。
噴吹罐的結構形式主要有下出料和上出料兩種。由于采取了罐底流化裝置,使上出料的方式在粉氣的混合效果和控制方面要好于下出料方式。噴吹罐的容積也應以大為好,其優(yōu)點是倒罐時間長,有利于穩(wěn)定噴吹；另外閥門動作次數(shù)減少,延長閥門的使用壽命。噴吹罐內設特殊的泄壓過濾器是解決卸壓磨管道和閥門的有效手段。該過濾器采用特殊的過濾材料,使泄壓時氣中的煤粉被留在罐內,消除了泄壓產生的高速氣體帶來的磨損現(xiàn)象。采用泄壓速度控制和特殊耐磨閥門是解決這一問題的另一個方法,但相對復雜和昂貴。近年來,某些高爐的噴吹罐布置還采取了三罐并聯(lián)式。該配置的優(yōu)點是進一步提高了噴吹的可靠性,并可回收部分充壓氮氣。
分配器的關鍵在于分配均勻性與壓差之間的關系。采用通道式的結構可使壓差大大降低,但無法保持分配的均勻性,特別是無法克服支管長度變化及風口內壓力波動帶來的影響。過于追求分配的均勻性會導致壓差過大,影響噴吹穩(wěn)定,并帶來嚴重磨損問題。分配器的分配誤差一般要求≤5%,新的設計已要求≤3%。
隨著風溫的提高和煤比的增加,對噴槍的耐高溫性能和使用壽命提出更高的要求。普通的高溫合金1Cr18Ni9Ti因耐熱溫度低,已不適合作為噴煤槍,特別是對于大高爐。必須采用更高級的耐熱鋼管。為降低成本,應設計分段結構,在風口內的部分選用優(yōu)質高溫材質,且可靈活更換。在噴槍的結構上,有單筒和套筒兩種形式。雖然大多數(shù)高爐采用的是單筒噴槍,但套筒噴槍將是發(fā)展方向。噴槍正常無損耗應是追求的目標。槍頭采用彎頭的形式可有利于噴口在風口內位置的調整,防止煤粉磨風口。
噴吹管路的鋪設應減少轉直角彎。在必須轉彎的地方,應考慮一定的曲率半徑,并采用耐磨彎管。要避免使用直角彎頭或轉彎盒來連接。噴煤的支管應設置自動測堵裝置,以便及時發(fā)現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。
3系統(tǒng)安全
噴煤系統(tǒng)的主要危險源是煤粉的爆炸或燃燒。
發(fā)生爆炸或燃燒的3個條件是濃度、氧化劑(O2含量)及火源。在制粉系統(tǒng)中,磨機至布袋之間的粉氣流股中煤粉濃度基本在爆炸濃度范圍內(300～600g/m3)且不易控制。因此,在防止系統(tǒng)出現(xiàn)火源的基礎上,防爆防燃燒的措施是控制系統(tǒng)的O2含量。
試驗研究表明,當降低系統(tǒng)O2含量時,煤粉的著火溫度大幅提高,出現(xiàn)爆炸和燃燒的可能性顯著下降。當控制布袋出口的O2的體積分數(shù)小于12%時,即消除了系統(tǒng)出現(xiàn)爆炸和燃燒的可能。國內外一些企業(yè)在實際生產中,為更保險起見,該值控制在8%或10%。
因為制粉是負壓系統(tǒng),要控制系統(tǒng)O2含量,首先需要降低系統(tǒng)設備的漏風率,主要是給煤機處,布袋和粉倉之間；其次是控制煙氣爐的助燃空氣比例,減少多余O2帶入量,避免使用空氣作為摻冷介質；第三是監(jiān)測熱風爐廢氣的O2含量,設置煙氣自循環(huán)系統(tǒng),在熱風爐廢氣O2含量高時,利用煙氣自循環(huán)系統(tǒng)切斷或減少熱風爐廢氣的使用量。
積粉自燃是另一個需要重視的安全問題。當系統(tǒng)局部存在積粉時,煤粉與氣氛中的O2進行氧化反應。這種緩慢氧化雖然進行得很慢,以致不易覺察,但是緩慢氧化放出的熱量如不及時散失,就會越積越多,使溫度逐漸升高,當達到它的著火點時,不經(jīng)點火就會引起自發(fā)的燃燒,會使溫度升高,達到自燃。因此,防止自燃的措施是消除系統(tǒng)的積粉點。
所有制粉的煤粉管路系統(tǒng)應保持一定的角度,消除水平或低角度可能帶來的積粉現(xiàn)象。煤粉倉應密閉,內表面應平整、光滑、耐磨、無積粉死角。粉倉還應保持氣氛監(jiān)測(O2和CO含量),并具有足夠的惰化設施。（榕霖）
