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龙钢5号高炉喷煤工艺及投运生产实践

浏览次数: 日期:2017年1月5日 09:02
李新平 张武杰
摘 要 通过龙钢5号高炉喷吹煤粉的工艺设计及生产投运实践,包括设计技术特点、工艺流程以及生产应用,对龙钢高炉喷煤系统应用中存在的有关问题进行了分析探讨,在直接喷吹条件下,对远距离输送喷吹,浓相输送,提高喷吹系统的稳定性以及喷吹量的控制等问题进行了理论计算和实践。通过多方努力,实现了全烟煤试生产和煤粉的远距离输送。
1 概述
龙钢公司现有五座高炉,总炉容为7960m3,其中1280 m3高炉两座,1800 m3高炉三座。此次投运的喷煤系统为5号高炉,炉容为1800m3。针对今年公司面临的实际情况,要求当年投运(腊月29日),为配合公司的低成本发展战略,主要依靠科技进步,挖潜增效,要求在试生产阶段采用全烟煤生产,采用全氮气喷吹作为安全保障,为高炉进一步提高富氧喷煤创造了条件。
2 龙钢喷煤技术特点
2.1 喷煤系统工艺流程
本系统采用制粉与喷吹一体化的直接喷煤方式,由四部分组成,即原煤储运系统、制粉系统、喷吹系统,外网风、水、电、气系统;制粉采用中速磨机-一次高效布袋收粉器-主排粉风机工艺。喷吹采用并罐单管路加分配器直接喷吹工艺,主要工艺流程图:
干燥气系统 主排粉风机
↘ ↘ 
原煤贮运→原煤仓→ 全封闭称重给煤机→ 中速磨机→ 一次布袋收粉器→煤粉仓→喷吹罐→煤粉分配器→喷煤枪
2.2 原煤贮运
本系统包括原煤的卸、贮、配、输四个环节和辅助设施
储煤场建筑面积68×31.5㎡,内设10t桥式抓斗起重机二台,50m3混煤仓三个,60t/h称重皮带给料机三台,配煤仓两侧分别贮存不同品种原煤,储煤场有防雨、防冻和混配煤功能,储煤能力约为3000t左右,为保证中速磨煤机安全,在B800皮带机上方设电磁除铁器三台,以清除原煤中的磁性金属物。
2.3 制粉系统
2.3.1 该系统包括原煤仓、称重给煤机、中速磨机、一次布袋收粉器、主排粉风机及烟气升温炉与喷吹系统合建在一个区域内。
2.3.2 原煤仓容积为120m3,为使原煤仓下料顺畅,其下锥体做成双曲线型且设有空气炮三台;为检测原煤仓料位,避免出现仓满溢出和空仓漏风现象,仓体设置三台电子称传感器,用于料位监测。
2.3.3 中速磨采用沈重产的MPF245B二台,制粉能力54t/h,分离器装置为静态分离器。
2.3.4 烟气升温炉选用卧式密闭炉型,该烟气炉分为两段,即燃烧段(燃烧室)和混合段(混合室),燃烧室产生的高温烟气(约1000℃),进入混合室和含氧低的高炉热风炉废气(100-250℃)混合后,进入磨煤机作为煤粉的干燥气。
2.4 喷吹系统
2.4.1 喷吹系统
包括五个喷吹罐(三个供5号高炉喷吹,两个用于煤粉输送)、供气系统、喷吹管线、分配器、煤枪及喷煤计量、安全监测等。高炉喷吹煤粉输送按浓相输送进行设计,在保证煤粉喷吹均匀,稳定喷吹的前提下,实现5号高炉喷吹一次性投运,试喷成功,同时实现2500m远距离输送。
喷吹系统由喷吹罐、煤粉混合器、喷煤总管、过滤器、煤粉分配器、喷煤支管、煤枪及喷煤调节控制和安全联锁系统等组成。
2.4.2 煤粉仓
采用仓底流化器结构,便于多罐布置,结构紧凑,占地面积小。
2.4.3 喷吹罐采用锥部流化下出料形式。
喷煤量调节采用旋风式给煤器,通过控制罐压和改变补气流量实现喷煤量的自动调节,锥部流化下出料喷吹罐的出料均匀稳定,喷吹脉动小,能够实现浓相或高浓度输送,其设计装备及工艺在国内属于先进水平。
喷吹罐采用装煤装置,充压、放散、补压、泄压、流化合一的设计,该系统设有单独的放散布袋,放散气体粉尘含量符合国家卫生标准。
2.4.4 喷吹罐设人孔和安全阀,但不设防爆孔。
2.4.5 喷吹罐设有充压阀与放散阀以实现自动稳压。
2.4.6 为保证喷吹计量准确,完全消除管压力对电子称的影响,在喷吹罐进料口软连接处设旁通放散管道。
2.4.7 喷吹系统各阀门。
采用煤粉专用阀门,阀门自带电磁阀和接近开关,能够简化阀门控制管路。
2.4.8 喷吹罐计量。
采用电子秤计量,在每个称重传感器的安装位置均设压力校秤装置。
2.4.9 分配器设置。
炉前安装锥式浓相煤粉,其分配精度为±5%,可以保证各风口均匀喷吹。
2.4.10 每个喷吹系列设有一台补气预热器,冬季气温低时进行补气预热。
2.4.11 分配器的选择。
根据高炉热风压力在设定的喷吹压力下将煤粉从喷吹罐连续地送入喷煤总管,通过设置在高炉相应平台上总管分配器配给喷煤支管再经煤枪喷进高炉风口,安装时尽量使分配器之后的喷煤支管当量长度相近,以保证煤粉的均匀分配。
分配器之后的喷煤支管直径为Φ20mm,煤粉通过煤枪均匀喷进高炉的各风口。煤枪在不喷煤时由氮气冷却或倒用吹扫氮气,煤枪的入口设置逆止阀,防止拔枪时热风倒流喷出。
2.5 控制系统
2.5.1 控制系统软硬件配置
(1)硬件:一次仪表主要采用中外合资式进口产品,PLC采用施耐德产品,21寸电平彩显,主排流量检测采用弯管流量计。
(2)软件:采用功能强大的工具软件,人机界面友好,画面美观协调,喷吹系统各气动阀门由计算机自动控制,也可以用鼠标进行软手动控制(不设电气硬手操)。
2.5.2 原煤储运系统控制:
该系统采用手动控制和计算机鼠标进行软手动为主,设有顺序开关的电气连锁控制。
2.5.3 制粉系统控制
(1)该系统采用计算机控制及监测,该方式成熟可靠,投资较少。
(2)计算机监测内容包括:热风炉废气温度和流量,烟气炉温度、干燥混合气温度、中速磨、布袋压差、排粉风机流量、系统O2及CO含量.主要阀门开度等。
(3)计算机自动控制各设备的启停操作和调节,同时也可用鼠标进行软手动控制。
2.5.4 喷吹系统控制
(1)喷吹系统采用计算机自动控制,其内容包括:自动倒罐,自动称量、自动稳压、自动调节喷煤量(调节范围0.2-20t/h,调节精度≤2.5%)等,同时自动统计班、日、月、生产报表,并可随时调用历史生产数据。
(2)并列罐喷吹系统必须实现自动倒罐(手动操作工作量大,容易出现误操作)。自动倒罐主要是控制罐体和相应喷吹管道的阀门开关顺序,实现自动装粉和并列罐间的自动切换喷吹。
(3)喷吹罐自动稳压;
(4)在不同罐压条件下自动调节喷煤量;
(5)计算机屏幕可以显示各喷吹系列阀门的开关状态,罐重、煤粉仓和喷吹罐的温度、罐压等数据,切换屏幕画面,可获得喷煤量与时间,罐压等数据及历史曲线关系;
2.5.4.6 计算机系统具有数据采集及处理,历史数据的保存与调用、生产报表的生成功能。
2.6 安全措施
2.6.1 常压容器煤粉仓设防爆孔,高压容器喷吹罐设安全阀,煤粉仓的锥体部分安装仓底流化器。流化介质为氮气,在流化煤粉促进下料的同时,也能够形成惰化气氛,防止煤粉出现氧化着火。
2.6.2 主要电气设备采用防爆电器,系统所有设备,管道均可靠接地,以消除静电。
2.6.3 煤粉仓和喷吹罐设多个温度测点,实时监测煤粉温度变化,如果温度大于90℃报警并紧急充氮保护。
2.6.4 煤粉仓设气体监测装置,实时监测粉仓内CO和O2的含量,CO超过3000PPm。O2超过12%,报警并紧急充氮保护。
3 龙钢5号高炉喷煤操作实践
3.1 实现全烟煤试生产
此次喷煤系统投运,由于各方面原因,设备安装调试及安全设施均不完善,开机必备的5000吨无烟煤也没有准备到位,为了确保安全试生产,前期进行了大量的论证,组织全公司维修力量对系统进行了一次集中完善。重点对制粉系统进行部分改造和完善,处理系统漏风点,主要以降低工艺氧含量为主,从以下几方面严格控制和操作。
3.1.1 严格控制氧气的摄入量。
根据制粉工艺,风机吸入的混合干燥气作为制粉过程煤粉的干燥剂和输送载体,氧含量要求<12%,此次试生产主要使用5号高炉热风炉废气的方法,热风炉废气具有低含氧量、高温度、气源稳定等优点。
3.1.2 尽量提高热风炉废气的温度。
通过废气管道保温等方法来减少气流在输送过程中热量损失,尽量减少烟气炉煤气消耗,节约能源。从目前的生产实际看,高炉热风炉废气温度基本能满足中速磨的生产要求。
3.1.3 加强生产过程监控。
烟煤生产过程中,有严格的氧含量控制制度,投运前的仪表监测不能满足烟煤的生产,为确保能按期投运,要求完善磨机入口、布袋出口、煤粉仓的含氧量监测,确保上述几点的氧含量在工艺要求之内;二是加强对烟气炉压力的控制,烟气炉压力控制不好,易引起煤气的停烧,引发煤气安全事故,烟气炉正压大易引起引风机的弊风,造成风机跳闸。通过压力控制保证烟气炉内有混合煤气和高炉煤气正常燃烧。
3.1.4 做好与高炉热风炉的联锁操作。
高炉热风炉的异常操作(如紧急停烧、热风炉助燃风机跳闸)等事故易诱发制粉系统的重大事故,本次投运充分考虑与热风炉的联锁,在异常时能自动关闭该热风炉用气,确保制粉安全。
3.1.5 成效分析
生产中布袋出口氧含量基本控制在6-10%左右,低于国家喷煤工艺要求的12%,能满足烟煤的各种配比生产需要。以目前试产期间全烟煤生产,创造全国之最,按试喷期间全烟煤替代5000吨无烟煤,就差价200元/吨计算,试投运期间可为公司节约100万元,全年全烟煤生产创造的效益更加可观。
3.2 实现稳定,均匀喷吹,消除主管堵塞。
3.2.1 补气器喷嘴直径和伸入位置对输煤速度的影响
在龙钢喷煤的生产实践过程中,通过探索分析,发现补气器内的喷嘴直径是与输送距离有很大关系,当输送距离是定值时,有一个最佳的喷嘴直径位置使输送速度达到最大,比这个最佳的喷嘴直径大或小都使输送速度下降,(这点在初期设计时已考虑到,采用的是可伸缩调整的补气器),在安装使用后效果一直不明显,后经分析认为,喷嘴伸入长度与输送气体压力有关,与输送距离也有一定关系,从定性角度分析,输送气体压力越高,输送距离越近,最佳的伸出长度就越短,反之则伸出距离越长,但最长不能超过补气器锥体部前的断面。比这个最佳的伸出长度短或长都会使输送速度降低,根据这一原理,对混合器进行调整,效果明显,喷吹量和喷吹稳定性明显提高。
3.2.2 喷吹采用锥部流态化下出料形式,在流化罐流化风管上设有调节装置提高固气比,实现浓相输送。
流态化是一种微粒固体通过与流体接触而转变成类似流体状态的操作,在喷吹罐下出料装置中,流化风进入罐体与煤粉相遇,当流态化风速很低时,煤粉静止不动,呈固定状态,不断增加流化风速,当大于煤粉的初始流化速度后,煤粉体积膨胀,空隙度增加,煤粉微粒开始悬浮,出现流态化现象,继续增大流化风速,超过煤粉微粒的悬浮速度(终端速度),煤粉被夹带,成为气力输送。为了调节煤粉流量和防止流化风量和风速过大,在流化气路上加装可调的自动补气装置,确保流化风稳定,稀释比例合适,使罐内和补气回路压力均衡,从而保证喷吹煤粉的稳定连续性,使固气比达到30kg/m3,实现了浓相输送,降低了用气量,管路和设备寿命明显延长,节约成本。
3.2.3 在喷吹主管道上增加补气装置,有效防止总管堵塞
在煤粉输送过程尤其长距离等径管道输送,可能出现煤粉堵塞管道,要确保稳定喷吹,一是要设置防止堵塞处理的措施,这个在设计时在主管道上每隔20m设置排污阀和反吹气源.等径管道输送末端压力低,输送介质速度高不易堵塞,而始端压力高,速度低易于堵塞,所以,堵塞一般发生在始端,为此,在始端附近设放煤粉阀,以便堵塞时打开此阀放煤粉。二是要在喷吹自动化上下功夫,设置混压、罐压和热风压力自动连锁装置,在压力波动或异常时,自动关闭出煤阀停止送煤粉,使总管堵塞得到有效控制。
实践证明:无论是自动和手动操作,均能出现操作失误,造成总管堵塞,为彻底解决这一问题,在混合阀前5m处设置增加一路补气装置,气源压力和流量取自补气气包,对管道输送煤粉沉降速度最大值时所需补气流量进行计算,手动将增加补气流量的值调到悬浮速度所需的最小值时所需流量,从而确保总管喷吹万无一失。
缺点:喷吹补气量明显增加,固气比降低。
3.3 远距离扩管径喷吹及远距离煤粉输送混压的确定
实践证明在远距离扩管径喷吹系统中,混压的上下限确定与稳定喷吹有很大关系。龙钢喷煤的混压测试点取在混合器出口3m的位置,要确定混压的上下限,必须计算出从混压测试点到高炉喷枪管路上的压损,然后根据混压大于热风压力0.15Mpa的经验进行下限的规定。
管道的压力损失根据公式带入已知条件可分别计算出:
 
D — 输送管道的管径 m
LP— 水平输送管道的当量长度m
H — 垂直提升高度 m
W — 管道流速 m/s
KL— 附加阻力系数
KH— 附加阻力系数KH=1.1KL
计算出的压力损失+热风压力+0.15MPa 即为混合压力的下限。
根据这一下限值,确定喷吹参数,在固气比大时,稳定喷吹,在高炉需要煤量小时,固气比下降,但混压也不能突破这个下限值,否则容易堵枪,严重时造成始端煤粉沉降,堵塞喷煤总管,今后的操作应向着提高固气比,降低用气量和稳定喷吹及远距离煤粉输送上继续探索,使这些参数达到最佳匹配,充分发挥5号高炉喷煤系统的制粉能力。
4 生产中存在的问题及处理
此次投运过程中,由于工期紧,很多设备还存在问题,我们通过努力把制约性的问题研讨解决,确保能按期、按期投运。
4.1 给煤机称重皮带跑偏、洒料,检修孔门漏风,我们在二层皮带的两边分别加装两个立辊,使皮带不跑偏,检修孔门将楔子固定改为螺栓固定,压紧使其不漏风;
4.2 中速磨排污口经常吐废煤,并且量比较大,每班就有0.7T左右的废煤,原因是由于挡门为4mm钢板,常有颗粒煤卡住,致使漏风且废煤量增加,且漏风增加系统氧含量存在很大安全风险。经实践,将挡门改为12mm钢板,密封性增强,减少了系统漏风,废煤量也大为减少,每天可减少排出废煤1.2吨以上。废煤排出率从2‰降低到0.8‰左右。为了防止煤粉在排污口聚集后自燃,在该处通了一根DN15的低压(0.6MPa以下)N2管,开磨时阀门开1/3左右,每天清理废煤时,将排污口也清一下。
4.3 统一各班组的操作方针,将各班组的操作参数即风量、磨机压差、磨机进出口温度、产量、煤气量等都在规定在一定范围内,减少例如由于风量大造成煤粉质量差等情况出现。
4.4 在喷吹系统投运过程中,由于对系统吹扫不干净和煤粉仓焊渣在制粉过程中热胀冷缩的原因造成脱落,造成在投运初期有堵枪现象,通过对喷吹过滤器加强清理频次,提高罐压和补气流量,基本解决了堵枪现象,使投运过程堵枪问题逐步减少,达到正常喷吹条件。
5 结论
5.1 5号炉全烟煤投运实现了安全、稳定、顺利生产。
5.2 龙钢喷煤系统从设计、装备及工艺完全能够满足目前的生产要求;
5.3 直接喷吹条件下,通过改造,实现远距离喷吹和输送(2500m)。
5.4 实现稳定、均匀、连续喷吹,杜绝堵枪和喷吹主管堵塞;
5.5 实现了龙钢高炉三个喷煤系统喷吹煤粉的互送,解决了在喷煤磨机检修、大修、故障、高炉停炉或无高炉热风炉废气时,确保各高炉喷煤量不受影响。
5.6 今后结合龙钢高炉生产实际,进一步稳定喷吹,提高煤粉利用率和高炉在喷煤条件下顺行,让高炉喷煤发挥更大的作用,是我们永远探索的课题。
6 参考文献
[1] 丁泽丰.现代高炉喷吹煤粉技术与燃料.钢铁,2012.
[2] 丁泽丰.炼铁原料制备技术实用手册[M].2012.
[3] 姚廷利,张振峰,张永恒.承钢高炉富氧喷煤生产实践.炼铁,2004.24(2),45-50.
[4] 刘秉铎.高炉富氧喷煤冶炼气体动力与条件的研究.
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