引進(jìn)技術(shù)在遷鋼3號(hào)高爐噴煤系統(tǒng)中的應(yīng)用.doc

編號(hào)：RG/QF-03-2-215 版次：B/0 頁(yè)次：1/6引進(jìn)技術(shù)在遷鋼3號(hào)高爐噴煤系統(tǒng)中的應(yīng)用孟祥龍，張福明，王維喬(北京首鋼國(guó)際工程技術(shù)有限公司)摘 要：闡述了引進(jìn)DANIELI CORUS公司先進(jìn)技術(shù)在遷鋼3號(hào)高爐噴煤系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)踐，采用中速磨煤機(jī)制粉，一級(jí)大布袋收粉，三罐并列，主管加分配器以及濃相長(zhǎng)距離直接噴吹工藝，其中噴吹罐的工作周期及能力配置、流態(tài)化措施及氣力輸送系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)與高爐能力緊密匹配，實(shí)現(xiàn)功能最大化利用及節(jié)能減排，整套工藝達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。關(guān) 鍵 詞：特大型高爐；噴煤；引進(jìn)技術(shù)高爐噴煤是現(xiàn)代高爐煉鐵生產(chǎn)廣泛采用的技術(shù)之一，噴吹煤粉從當(dāng)年簡(jiǎn)單的以煤代焦和提供熱量的思路出發(fā)，到如今已經(jīng)成為調(diào)劑爐況熱制度、改善爐缸工作狀態(tài)、降低燃料消耗以及節(jié)能減排等方面的重要技術(shù)措施1。高爐大型化已經(jīng)成為趨勢(shì)，噴煤工藝各環(huán)節(jié)應(yīng)做出相應(yīng)改進(jìn)，以滿足高爐大型化的需求，其中裝備水平、煤粉流態(tài)化措施、長(zhǎng)距離濃相輸送以及風(fēng)口均勻噴吹技術(shù)等方面已經(jīng)引起重視2。遷鋼3號(hào)高爐(4000m3)于2010年1月8日點(diǎn)火投產(chǎn)，其配套的制粉噴煤系統(tǒng)在噴吹部分的設(shè)計(jì)過程中引進(jìn)了荷蘭DANIELI CORUS公司的先進(jìn)技術(shù)，希望能對(duì)今后國(guó)內(nèi)的高爐噴煤設(shè)計(jì)工作起到參考作用。1 工藝設(shè)計(jì)方案11 工程概況3號(hào)高爐設(shè)計(jì)利用系數(shù)24，日產(chǎn)鐵量9600Ld，設(shè)計(jì)噴煤比190kg/t，小時(shí)噴煤量達(dá)到77th。配套制粉噴煤工藝設(shè)備能力達(dá)到250kg/t，按照噴吹煙煤和無煙煤混合煤設(shè)計(jì)，采用中速磨制粉、一級(jí)大布袋收粉、并罐直接噴吹、單主管單分配器工藝，噴煤罐充壓及流化采用氮?dú)?，煤粉輸送采用壓縮空氣?；驹O(shè)計(jì)情況見表1。12 工藝流程原煤由皮帶機(jī)從原料場(chǎng)儲(chǔ)煤筒倉(cāng)運(yùn)至噴煤主廠房，并向原煤倉(cāng)加煤，原煤倉(cāng)中的原煤經(jīng)稱重式給煤機(jī)進(jìn)入中速磨煤機(jī)，干燥劑采用熱風(fēng)爐廢煙氣與混風(fēng)爐燃燒高爐煤氣產(chǎn)生的高溫?zé)煔獾幕旌蠚?，排粉風(fēng)機(jī)形成負(fù)壓將干燥劑吸入磨煤機(jī)，配合原煤在磨煤機(jī)中進(jìn)行粉碎和干燥。粒度較大的顆粒經(jīng)粗粉分離后重新磨制，合格煤粉沿管道進(jìn)入布袋收集器，收集后的煤粉經(jīng)收集器灰斗后進(jìn)入煤粉倉(cāng)，煤粉倉(cāng)下設(shè)置3個(gè)高壓并列式噴吹罐，煤粉經(jīng)下煤管道進(jìn)入噴吹罐中，并作為噴吹罐操作周期的一部分。離開噴吹罐的單一煤粉流在補(bǔ)氣器中與輸送氣體混合，然后將煤粉送到高爐附近。煤粉與輸送氣體在補(bǔ)氣器中混合，并通過輸煤管線進(jìn)入分配器，分配器將該單流平均分配到各噴吹管線，各噴吹管線再將煤粉送到高爐各風(fēng)口。3號(hào)高爐噴煤系統(tǒng)采用的主管路加分配器的噴吹模式，是目前國(guó)內(nèi)高爐噴煤工藝廣泛采用的一種噴煤形式，噴吹部分簡(jiǎn)要流程如圖1所示。2 引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)21 輸煤總管縮徑設(shè)計(jì)與末端方管設(shè)置在與DANIELI CORUS合作中，輸煤主管的設(shè)計(jì)有兩點(diǎn)與以往思路不同：(1)輸煤主管的管內(nèi)徑沿著煤粉運(yùn)行方向是逐級(jí)遞增的(見表2)。在噴煤主廠房補(bǔ)氣器出口處使用的是內(nèi)徑1197mm圓管，到末端已經(jīng)逐級(jí)遞增至內(nèi)徑1333mm。輸煤主管輸送煤粉和壓縮空氣時(shí)，由于壓損，氣體體積增大，引起速率逐漸增大。采取輸送管線內(nèi)徑逐級(jí)增大的措施，可以補(bǔ)償增大的輸送速率所帶來的管道腐蝕、壓降和氣耗增大等一系列問題。但在計(jì)算時(shí)，不能無限的擴(kuò)大內(nèi)徑，這是由于在輸送過程中，要時(shí)刻保證輸送速率大于沉積速率，才能使煤粉被輸送氣體順利輸送。(2)在輸煤主管末端進(jìn)入分配器之前加入了1段長(zhǎng)6m的方形管道，垂直布置，即表2中的第5段管道。由于煤粉和壓縮空氣兩相流在沿著一定長(zhǎng)度的圓管運(yùn)行后，會(huì)出現(xiàn)壓力場(chǎng)和速度場(chǎng)不均勻的現(xiàn)象，主要體現(xiàn)為其運(yùn)行軌跡沿著管道中心線呈螺旋狀前進(jìn)。這種不均勻性會(huì)造成管線內(nèi)出現(xiàn)固態(tài)沉積，進(jìn)入分配器后的煤粉不能均勻的被分配到各支管中，從而引起各支管的噴煤量差異，更進(jìn)一步的影響整個(gè)爐況。因此，在進(jìn)入分配器入口，輸送管線豎直段的最后一段采用方形管，避免這種不均勻現(xiàn)象，以保證分配器平穩(wěn)分配煤粉。22 煤粉倉(cāng)和噴吹罐的能力配置煤粉倉(cāng)和噴吹罐是噴吹環(huán)節(jié)儲(chǔ)存煤粉的重要裝置，其幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)噴煤過程的周期操作產(chǎn)生直接影響，3號(hào)高爐的煤粉倉(cāng)及噴吹罐設(shè)計(jì)參數(shù)見表3。三罐并列式噴吹形式是1、2、3號(hào)罐之間進(jìn)行輪流交替噴吹，罐與罐切換之間存在倒罐周期。與兩罐并列式不同的是，三罐并列式倒罐周期基本就是倒罐操作時(shí)間，一般不專門考慮等待時(shí)間。倒罐周期由幾個(gè)特定的工作階段組成，包括單罐噴吹時(shí)間t、噴吹罐減壓放散時(shí)間tp、裝煤時(shí)間tz、充壓時(shí)間tc、保持時(shí)間td。國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)當(dāng)滿足t12514(tp+tz+tc+td)時(shí)，應(yīng)設(shè)置3罐并列式的布置形式。從表4中噴吹罐工作周期各階段的時(shí)序來看，滿足t12514(tp+tz+tc+td)，因此選擇了3罐并列的方式，這與國(guó)內(nèi)以往的經(jīng)驗(yàn)也吻合。由于保持時(shí)間td內(nèi)噴吹罐要求不斷補(bǔ)充氣體以保證工作壓力，因此工作周期的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)不但能夠節(jié)約能源，而且對(duì)實(shí)際操作具有指導(dǎo)意義，應(yīng)引起重視。23 煤粉倉(cāng)與噴吹罐的煤粉流態(tài)化措施原煤經(jīng)過磨煤機(jī)磨制后進(jìn)入煤粉倉(cāng)和噴吹罐中后，由于自重或者環(huán)境壓力的原因，顆粒間相互接觸，形成固定床狀態(tài)，而且在靠近容器底部的出粉口有被壓實(shí)效果，即使在制粉環(huán)節(jié)已被處理成含有少量水分的細(xì)小顆粒，仍然很難靠自重流出。在煤粉倉(cāng)和噴吹罐的出粉口設(shè)置流化裝置將解決這一問題。煤粉倉(cāng)內(nèi)屬于非高壓環(huán)境，但由于一般情況下煤粉倉(cāng)容積較大，料柱也較高，內(nèi)部煤粉的重力將最終作用于下部出料口。3號(hào)高爐采用了流態(tài)化板設(shè)備來保證煤粉順利出倉(cāng)。煤粉倉(cāng)在其底部下封頭處設(shè)置流態(tài)化板裝置，板上形成若干個(gè)圓孔(如圖2所示)，流態(tài)化氣體不間斷的從下到上流過流態(tài)化板，在流態(tài)化板上部空間煤粉出口管道處形成連續(xù)流態(tài)化的煤粉，流態(tài)化的煤粉通過下煤管道被輸送至噴吹罐。流態(tài)化氣體使用氮?dú)?，保持煤粉時(shí)刻處于惰性環(huán)境下，防止燃燒和爆炸。噴吹罐屬于壓力容器，內(nèi)部氣體及煤粉處于高壓狀態(tài)，而且通常其高徑比也較煤粉倉(cāng)大，在其下部出粉口位置煤粉顆粒緊密連接。噴煤罐的流態(tài)化效果將直接影響到能否為高爐快速均勻的輸送煤粉，需要更加精確的控制流化氣體流量及壓力，實(shí)際流態(tài)化氣體的操作要滿足大于煤粉流態(tài)化速度而小于懸浮速度。3號(hào)高爐的噴吹罐與其配套的煤粉倉(cāng)采用了相同的流態(tài)化措施，即在下椎體封頭處設(shè)置了流態(tài)化板，流態(tài)化板的安裝位置和結(jié)構(gòu)與煤粉倉(cāng)基本相似，并采用下出料形式。流態(tài)化氣體的流量及壓力控制需同時(shí)考慮噴吹罐內(nèi)環(huán)境壓力及煤粉自重的影響，經(jīng)過詳細(xì)計(jì)算并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐方可確定。24 煤粉的濃相輸送技術(shù)以往國(guó)內(nèi)高爐的噴煤系統(tǒng)一般采用稀相輸送方式，通常固氣比僅為1015kg煤粉kg氣體，輸送能力低，能源消耗大，而且高速行進(jìn)的煤粉對(duì)管道及設(shè)備的磨損大，增加檢修負(fù)擔(dān)。3號(hào)高爐噴煤主管中的固氣比設(shè)計(jì)為35kg煤粉kg氣體，相比較稀相是個(gè)不小的提升。在濃相輸送技術(shù)的運(yùn)用中，輸煤主管道內(nèi)輸送氣體的速度與噴吹罐正常工作時(shí)的壓力是設(shè)計(jì)要點(diǎn)。噴煤總管道輸送氣體速度Va、直接影響輸送管路中的固氣比和輸送速度，應(yīng)控制在煤粉的臨界流態(tài)化速度Vx，和懸浮速度Vx之間。實(shí)際生產(chǎn)中保證VcVsVx是依靠調(diào)整輸送氣體與煤粉在輸煤總管中的比例來實(shí)現(xiàn)的，設(shè)計(jì)中在噴煤主管道上設(shè)置了二次補(bǔ)氣器來調(diào)整煤粉輸送濃度，本次采用的補(bǔ)氣器的結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。噴吹罐正常工作壓力也同樣制約著噴煤濃度。國(guó)內(nèi)某研究通過試驗(yàn)和理論計(jì)算的結(jié)果表明，一般情況下，噴煤濃度隨著噴吹罐工作壓力增加而降低。當(dāng)噴吹罐壓力為14MPa時(shí)，最大輸送濃度只能達(dá)到42kg煤粉kg氣體，再加上二次補(bǔ)氣，則只能達(dá)到30kg煤粉kg氣體左右；當(dāng)噴吹罐壓力為03MPa時(shí)，最大輸送濃度能達(dá)到148kg煤粉kg氣體，加上二次補(bǔ)氣也可達(dá)至90kg煤粉kg氣體3。煤粉在不同的罐壓下能夠達(dá)到的最大質(zhì)量濃度不同，但實(shí)際體積濃度卻相同。這是因?yàn)閲姶倒迚毫υ龃蠛?，氣體隨著煤粉輸送過程中，煤粉顆粒間會(huì)壓縮進(jìn)更多質(zhì)量的氣體，噴吹罐的壓力越大，能夠達(dá)到的質(zhì)量濃度越低。當(dāng)然噴吹罐的壓力不可無限降低，其要求應(yīng)滿足能夠克服噴煤系統(tǒng)兩相流輸送管路總阻損后將煤粉順利輸送至高爐風(fēng)口。兩相流輸送管路總阻損包括兩相流輸送管道阻損和各個(gè)部件的局部阻損，具體包括噴煤罐出口流量調(diào)節(jié)閥、二次補(bǔ)氣器、輸煤主管、煤粉分配器、噴煤支管、縮徑噴嘴和噴煤槍等阻損之和，要通過詳細(xì)計(jì)算才能確定。3號(hào)高爐噴吹罐的最大設(shè)計(jì)工作壓力為142MPa。25 煤粉的均勻噴吹技術(shù)煤粉進(jìn)入分配器后經(jīng)過各噴煤支管到達(dá)風(fēng)口噴槍繼而噴入高爐，其均勻性將直接影響到爐缸熱狀態(tài)。噴吹的均勻性是衡量噴吹質(zhì)量的重要指標(biāo)，這也是引進(jìn)的DANIELI CORUS噴煤技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)之一。3號(hào)高爐采用了“瓶式”分配器(如圖4所示)，并對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，解決了以往此類型分配器，煤粉和輸送氣體在其內(nèi)部產(chǎn)生渦流，阻力大易積粉的問題，效果比較理想，能夠達(dá)到生產(chǎn)要求。要保證各支管噴吹均勻，除了確保在分配器中煤粉均勻分配外，在噴煤支管的設(shè)計(jì)上，利用每個(gè)管道里阻損均等的原理，使煤粉均勻分配到每個(gè)風(fēng)口，實(shí)現(xiàn)了各風(fēng)口噴吹煤粉的均勻性控制在4的誤差范圍內(nèi)。國(guó)內(nèi)常用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算噴煤支管阻損Pb：Pb=PbPf式中Pb噴煤支管起點(diǎn)的壓力，MPa；Pf噴煤支管終點(diǎn)的壓力，MPa；固氣比，kg煤粉kg氣體；Gb噴煤支管載氣流量，kg/s；Lb噴煤支管當(dāng)量長(zhǎng)度，m；Db噴煤支管內(nèi)徑，cm。由于噴煤支管起點(diǎn)的壓力Pb、噴煤支管終點(diǎn)的壓力Pf、固氣比對(duì)于各個(gè)支管相同，同時(shí)要求各支管載氣流量Gb和噴煤支管內(nèi)徑Db相同。在3號(hào)高爐噴煤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中將分配器置于爐頂平臺(tái)(標(biāo)高57m)，增加噴煤支管的垂直段比例，減小阻損以提高煤粉分配均勻程度，同時(shí)使各支管當(dāng)量長(zhǎng)度Lb相等，實(shí)現(xiàn)各支管等阻損。3 系統(tǒng)運(yùn)行情況本系統(tǒng)自2010年1月投產(chǎn)，輸送及噴吹在短期內(nèi)即達(dá)到設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過2年多的運(yùn)行，該系統(tǒng)可靠、平穩(wěn)、順利，各項(xiàng)指標(biāo)均良好(2012年部分生產(chǎn)指標(biāo)見表5)。4 結(jié)語(1)隨著高爐不斷大型化，噴煤工藝技術(shù)及裝備水平應(yīng)不斷提升以滿足爐容擴(kuò)大后的要求。(2)煤粉倉(cāng)與噴吹罐的設(shè)計(jì)，包括外形尺寸與工作周期之間的相互配合，對(duì)節(jié)能減排和指導(dǎo)操作具有積極意義。(3)煤粉流態(tài)化與濃相輸送等技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平尚存在差距，仍有進(jìn)一步提升空間。5 參考文獻(xiàn)1 Wu k，Ding R C，Han Q，et a