武钢高炉喷煤工艺技术进步

发布于:2021-09-28 17:58:11

武钢高炉喷煤工艺技术进步
奚邦华 (武汉钢铁股份有限公司) 摘要:对武钢高炉喷煤制粉系统及喷吹系统工艺技术进步进行了总结,阐述了制粉系统、喷吹系统工 艺技术及生产实践中出现的问题及改进措施。 关键词:喷煤 制粉 喷吹工艺 喷吹方式 武钢高炉喷煤始于 20 世纪 70 年代,其中 I 制粉间建成于 1970 年,有 4 台额定出力为 10t/h 的低速球磨机和 8 台仓式输送泵;II 制粉间建成于 1992 年,有 3 台额定出力为 35t/h 的低速球磨 机和 6 台仓式输送泵,分别担负 5 座高炉喷吹煤粉的制备和输送工作。高炉喷吹工艺技术一直建立在 以高炉喷吹站为主体工艺的间接喷吹的模式下。 随着高炉喷煤量的不断增加, 新工艺、 新技术的出现, 武钢高炉喷煤工艺技术的改造得以全面实施。自从 2002 年 9 月武钢 4、5 号高炉烟煤改造工程正式投 入运行后, 武钢开始了全面淘汰以低速球磨机制粉和仓式输送泵及高炉喷吹站为主体的煤粉间接喷吹 工艺技术。2005 年 1、2 号高炉烟煤喷吹工程投产及相应 的 6、7 号高炉烟煤配套工程投产,武钢已完成所有高炉喷煤工艺技术的改造,形成了以辊式中速磨 煤机煤粉制备_+煤粉喷吹罐_输煤总管加高炉分配器喷吹的直接喷吹新工艺技术。 1 制粉系统工艺技术进步 武钢高炉喷煤原有 2 个制粉系统, 制粉系统的能力与工艺技术均成为制约目前高炉喷煤比进一步 提高和烟煤喷吹的瓶颈。改造和突破现有制粉工艺,增加烟煤喷吹已成为武钢喷煤技术进步的必然。 1.1 烟煤喷吹制粉系统技术改造 武钢 4、5 号高炉烟煤改造工程于 2001 年 3 月正式动工。于 2002 年 7 月试生产,同年 9 月正式 投入正常生产运行。该系统采取了多项新工艺、新技术,全面淘汰了原有落后的制粉工艺和技术,采 用原煤仓+热烟气炉. +辊式中速磨煤机-÷高浓度大布袋收粉器一大粉仓及直接喷吹的新工艺和技术。 (1 (1)热烟气炉系统。热烟气炉采用*卧式布局结构,利用高炉煤气燃烧产生的高温热烟气 (1 100℃)与高炉热风炉低温废气(130—250℃)相混合后,生成出口约 280.4-50 oC 的惰性热烟气供 磨煤机烘干煤粉用。 (2 (2)磨煤机制粉系统。磨煤机制粉系统采用 2 台 ZGMl33G 大型中速辊式磨煤机,设计原煤可磨 性系数为哈氏(HGI)40~80 范围, 每台磨机设计出力为 65 t/h。 磨机磨辊加载油压设计控制为 14. 2~ 15.8MPa,一般控制在 13—13.5 MPa 水*。由于磨机碾磨部件采用高铬铸铁制成,易脆裂,易热裂, 因此,该中速磨煤机除低速盘车外,只允许磨辊抬起来后启动与停机,决不允许磨盘上无煤启动。该 磨机热烟气人口现在有低位、*位和高位入口 3 种方式。 4、5 号高炉采用低位人口方式。 (3) 煤粉气粉分离收粉系统。 煤粉气粉分离收粉系统采用长布袋低压脉冲在线式一级高浓度防爆节能 式煤粉收集技术。以一级收粉取代了多级收粉工艺,使制粉系统危险源点减少到最少,特别是在磨制 高挥发性烟煤情况下,再配以布袋箱体上泄爆后可以自动关闭,防止发生再次爆炸危害的防爆泄爆装 置,为实现安全生产创造了条件。武钢煤粉收集器技术参数见表 1。

(4) 落粉及大粉仓、仓顶泄压小布袋系统。煤粉在布袋收粉器中气粉分离后,均匀分布在布袋箱 2 个 灰斗中,经星型旋转给料器送人煤粉筛,将不合格的粉粒和杂质筛除,合格的煤粉落入 1 个大煤粉仓 中供 4、5 号高炉喷吹用。 该星型旋转给料器和煤粉筛均为德国制造的设备,过粉能力均为每台 40t/h,煤粉筛筛网孔径 为 4mm x4mm,圆柱形大粉仓容积为 l 004n13,底部为圆柱形,四周均匀分布有 4 个下料口及流化装 置,分别为 4 个喷吹罐装粉。粉仓顶部装有泄爆孑 L,氮气防爆系统,粉仓惰性气体维持系统 表 1 武钢煤粉收集器技术参数

项目 布袋过滤风速,m/s 热烟气温度,℃ 入口含伞量,∥Nm3 出几含尘最,Ⅱ-g/Nm3 设备总阻力,Pa 设备漏风率,% 膜片使用寿命,万次 布袋使用寿命,月

数值

≤120 ≤10()o ≤30 ≤1400 ≤3% 100 ≥24

武钢 4、5 号高炉烟煤改造工程投产 5 年以来,由于是煤粉制备上的全新技术和工艺,难免存在一些 待完善和改进的问题。 (1)热烟气升温炉系统。该系统属于国外进口设备,自动控制程度较高,安全防护功能较齐全。 但由于进门设备造价高,使得一次性投入成本较大;由于各控制阀门,特别是 PLC 自动控制系统的备 件国外订货周期长,国内义难以寻找替代产品,一旦出现故障,极易造成热烟气升温炉无法工作,影 响制粉能力。因此,l、2、6、7 号高炉制粉系统均采用国产热烟气升温炉系统。 (2)磨煤机制粉系统。中速磨煤机初期试生产时产生剧烈振动,发现在磨制全硬质(哈氏:40—45) 无烟煤时,磨机振动尤为剧烈;当配制 50%以上的软质(哈氏:≥65)无烟煤时,磨机振动逐渐消除。 但所配的二种原煤的可磨性系数差距较大,会造成磨机台时产量下降。因此,从 2005 年起,逐步减 少了硬质无烟煤用量,至 2006 年年初已全部停用硬质无烟煤,而采用软质无烟煤与烟煤混合后的原 煤,烟煤配比一般不大于 50%,其余为软质无烟煤。 另外,由于该磨机入口热烟气管道采用下入口方式,生产中造成了热烟气管道被原煤堵塞现象。 经分析后,认为是在磨机运行时原煤滑入排渣底盘后进入热烟气管道,日久产生堵塞管道及生产安全 隐患。因此,不得不在该热烟气入仁 j 管道下部开 1 个人孔,定期进入管道人工清理堵煤。在其后的 1、2 和 6、7 号高炉制粉磨机系统中,已全部改为上入口方式,消除了该现象。 (3)煤粉气粉分离收粉系统。该高浓度防爆节能式煤粉气粉分离收粉系统,经生产实践表明,其不 足亦正出现在前述的挡风调节板上。由于该调节板安装在 2 个灰斗之间、进气通道中,并与进气通道 形成一定的夹角,当含粉烟气通过该挡风调节板时,产生局部环流,使其附*的布袋及骨架底部相互 撞击,易使该区域布袋底部磨损。找出问题点后,作了局部调整,将环流该区域的布袋骨架和布袋改

型,基本消除了该区域布袋磨损现象。6 号高炉烟煤制粉布袋的挡风调节板做了改进,消除环流气体 的影响,经使用* 3 年来,再未发生布袋底部异常磨损现象。 (4)落粉及大粉仓、仓顶泄压小布袋系统。目前武钢炼铁厂制粉系统中,落粉系统均采用粉仓上部 星型旋转给料器+煤粉振动筛方式。 煤粉振动筛主要应考虑进出口管道尺寸的匹配问题及软连接方式, 对于进出口管道尺寸应以出口尺寸略大于入口尺寸为佳, 以避免煤粉筛冈出料能力小于进料能力而产 生的堵筛现象(7 号高炉煤粉筛出现因煤粉筛堵筛而限制了磨机制粉能力的进一步提高)。筛网孔径尺 寸以不大于 5mm X5mm 为宜。 2 喷吹系统工艺技术进步 武钢高炉煤粉喷吹工艺技术经历三次改造过程,初始为煤粉制备一仓式输送泵一高炉喷吹站。多 支管喷吹;其二为煤粉制备-+仓式输送泵一高炉喷吹站一输煤总管加高炉分配器喷吹;其三为煤粉制 备一煤粉喷吹罐一输煤总管加高炉分配器喷吹。前两次改造为高炉喷吹站间接喷吹模式,至 4、5 号 高炉烟煤和 1、2 号高炉烟煤喷吹工程投产及相应的 6、7 号高炉烟煤配套工程投产,武钢已完成所有 高炉喷煤技术的第三次改造,形成了“煤粉制备_煤粉喷吹罐一输煤总管加高炉分配器”直接喷吹新 工艺技术。 武钢高炉煤粉喷吹工艺从 2002 年 9 月 4、5 号高炉烟煤改造工程投产到 2006 年 7 号高炉烟煤配 套工程投产,历经 4 年时间,逐步形成了以卢森堡 PW 公司和德国 CPP 公司 2 种技术、3 种喷吹方式 的均为直接喷吹的工艺技术。其中 4、5、7 号高炉喷吹系统采用卢森堡 PW 公司工艺技术;而 4、5 号 高炉喷吹系统采用下出料喷吹方式,7 号高炉喷吹系统采用上出料喷吹方式。1、2、6 号高炉和在建 的 8 号高炉喷吹系统采用德国 CPP 公司工艺技术,喷吹系统均为下出料喷吹方式,且只有 8 号高炉将 采用 3 个喷吹罐轮换喷吹工作模式,其余为 2 个喷吹罐轮换喷吹的工作模式。 整个煤粉喷吹工艺由氮气调压站系统,喷吹罐收粉、喷吹充压稳压、卸压系统,输煤总管、分配 器、高炉风口喷枪支管系统组成。所有喷吹系统均设计为以中压氮气为载体气源,适合于全烟煤喷吹 的安全体系和煤粉浓相喷吹技术,正常喷吹量为高炉利用系数 2.2 时,喷煤比 200kg/t,最大喷煤 比达 250kg/t,设计喷煤餐总管误差不大于 5%,分配器支管误差 PW 公司不大于 4%;CPP 公司不大 于 5%。 2.1 喷吹工艺技术的改进 (1) 氮气调压站系统。武钢炼铁厂现有煤粉喷吹工艺系统共有四大系统,具体划分为 4、5 号高炉烟 煤系统,1、2 号高炉烟煤系统,6 号高炉烟煤系统和 7 号高炉烟煤系统,在第一次设计中均因考虑不 周,使氮气调压组站中各存在一定的缺陷,给生产带来困难。在经过我们不断沟通、补充、改进和完 善,在其后的设计中,较好地满足了生产需求。 2.2 喷吹罐收粉、喷吹、卸压系统 (1) 卢森堡 PW 公司系统。卢森堡 PW 公司在武钢炼铁厂的喷吹罐收粉、卸压和喷吹系统有 2 种方式, 其一为 4、5 号高炉烟煤系统的下出料方式,其二为 7 号高炉烟煤系统的£出料方式。该系统的核心 技术为:①喷吹罐锥部均匀分布有 12 个 DN300mm,装有铜制烧结金属的微孔流化板。②喷吹罐底部 采用烧结金属微孔透气钢板做成的流化器。③喷吹罐卸压阀采用电*葱凶爸玫姆峭帷⒎峭 卸压阀,全开时间约 6s。④喷吹罐煤粉喷吹出料控制采用抛物线型流量控制(无级控制)技术。(驴号 高炉喷吹罐采用上出料技术。⑥收粉装料阀采用 DN300 mm 球阀。 (2) PW 公司系统存在的问题及改进方式。PW 公司喷吹罐系统在 4、5 号高炉烟煤投产后,出现了一系 列问题,极大地影响了正常喷吹。其一喷吹罐锥部 DN300 mm 铜制烧结金属微孔板大量破损,形式各

一,并且因破碎的金属板掉人喷吹主管道中,堵塞喷吹主管,造成高炉非计划停喷,同时因喷吹主管 无排渣装置,使得清理主管中的破碎金属板极为困难,增加了非计划停喷时间。其二因喷吹罐锥部的 12 个 DN300mm 流化装置在煤粉喷吹过程中并不工作,使得喷吹罐在喷吹过程中完全依靠锅底流化装 置来提供流化,以保证均匀喷吹,一旦锅底流化装置出现破损,焊缝开裂等故障(一般该装置寿命为 3~6 个月),就会造成喷吹罐无法正常喷吹。其三为喷吹罐受粉时,因卸压阀必须开启,以排出喷吹 罐中的粉伞气体,易造成卸压阀累积夹粉,发牛卸压阀关闭不严的现象,喷吹时漏压,被迫大量使用 上充压系统给喷吹罐补压,并造成卸压阀阀芯长期被高压含粉气体冲刷而损坏。针对上述存在的三个 问题,在其后为 7 号高炉喷吹罐系统作了适当的改进。一是改下出料为上出料。二是改进 DN300 mm 铜制烧结金属板的安装、固定方式,增加抗压强度。三是增加喷吹过程的流化并能稳压的控制气源, 充分利用喷吹罐锥部 12 个 DN300 mm 烧结金属板的流化功能,改善喷吹过程中的下部流化作用。四是 在喷吹罐顶部另连接一个泄压管道到煤粉仓,当喷吹罐卸完压后,关闭卸压阀,开启连接到煤粉仓的 泄压管道球阀,待喷吹罐收满粉后,关闭该阀,以保证喷吹罐卸压阀不出现夹粉现象。经 1 年多的生 产实践证明,这些改进方式较好地完善了 PW 公司原有的喷吹系统技术,满足了生产需要。 (3)德国 CPP 公司系统。德国 CPP 公司的喷吹罐受粉、卸压和喷吹系统只有下出料一种方式。CPP 公司喷吹罐系统的核心技术为: ①喷吹罐锥部均匀分布有 6 个流化装置, 在罐内为 DN25 mm 圆孔喷嘴, 罐外为圆柱状铜质烧结金属微孔板。②、③与 PW 公司技术相当。④喷吹罐煤粉下料控制调节阀采片 j 液压执行装置,以碳化物材质的月牙形*板移动式调节开度。⑤收粉装料阀采用 DN300mm 带气动执 行装置的曲拐端盖式密封装料阀。⑥喷吹罐出料管以互通方式成直角与喷吹总管相连,两个喷吹罐与 喷吹主管成串联形式,喷吹用氮气以后进方式进入喷吹主管进行连续喷 (4) CPP 公司系统存在的问题及改进方式。CPP 公司喷吹罐系统在为 6 号高炉初始设计中,其一 喷吹罐下出料口仅有 1 个煤流切断阀和煤粉下料调节阀,一旦喷吹过程中,因煤粉下料调节阀出现故 障时,将不能进行在线更换处理,必将造成高炉非计划停喷。经与 CPP 公司专家协商后,在喷煤主管 上加装互为旁通方式加以解决,并在为其后的设计中在煤粉下料调节阀下加装一台手动切断阀。其二 喷吹罐上部卸压阀同样存在夹粉现象,造成卸压阀关不严而磨损卸压阀的问题。解决方式仍是以 7 号 高炉的相同方式予以解决。 2.3 喷煤主管、分配器、高炉风口喷枪支管系统 (1)PW 公司喷煤主管和分配器系统。PW 公司的喷煤主管和分配器系统。 不论是下出料还是上出料喷煤方式,均为双罐并列式,单一主管,单一“羊角”式分配器方式。 该系统的优点在于:①喷吹主管的煤流计,可以在线显示煤粉喷吹的体积浓度和煤粉流速,便于岗位 人员控制、操作。②喷吹主管两端分别设置的第一、二混合室,该混合室内壁为微孔烧结金属板的套 管式短管,第一混合室的作用在于稀释主管煤粉浓度,并为管道增压,确保煤粉正常喷吹,第二混合 室的作用在于喷吹主管压力安全保障, 一旦喷煤主管压力与高炉热风压力差小于某设定值(一般 0. 1~ 0.2MPa)时,该混合室氮气调压阀自动开启为管道充压,另外,在喷吹主管堵塞或要清理主管时,分 别由第一、第二混合室向主管充压,将堵塞煤粉吹向煤粉仓中,以疏通喷煤主管。③“羊角”式分配 器相对阻力较小,利于煤粉向各支管中分配。④“拉瓦尔”管技术,每支支管中均安装有一个变径短 管,在不同的喷煤比下使用不同孔径的“拉瓦尔”管(有 5 种口径 5.8~9.8mm),其作用在于人为 地增加各支管的阻力,以保证分配器将煤粉均匀地分配到各个支管中,并保证分配器各支管煤量误差 不大于 4%。该系统的缺点在于:①喷吹主管没有清、排渣装置,一旦喷吹主管中进入较大堵塞物, 极难排出,增加处理和非计划停喷时间。②对于分配器以下垂直管段长度要求较严格,一旦该长度达 不到要求时,必将使分配器中煤粉产生偏析,影响煤粉均匀喷吹。③“拉瓦尔”管孔径要求随喷煤比 不同而更换,且孔径小(Max≤9.8mm)对煤粉质量要求高,更换或清理时极为困难。

(2)CPP 公司喷煤主管和分配器系统。CPP 公司的喷煤主管和分配器系统采用单一主管,单一“*盘 式”分配器方式。 该系统的优点在于: ①具有稳定的后进风式喷吹氮气系统, 确保 2 个喷吹罐在倒罐过程中的稳定 喷吹及喷吹主管的压力稳定。②在分配器下部喷吹主管转弯处安装有一直角转向室(turning pot), 其作用一为在喷吹主管中的煤粉在进入分配器前保证*面上升状况, 二为清扫喷吹主管或分配器时的 排渣作用。③*面盘式分配器系统阻力较大,而使煤粉均匀分布于各支管中,并保证分配器各支管煤 量误差不大于 5%。④整个系统相对较简单,便于维护。该系统的缺点在于:①喷吹主管上无煤流计, 不便于岗位监控,喷吹主管的煤粉喷吹偏差不便控制。②对整个系统氮气压力要求较高。③分配器下 缺少一路管道压力氮气保护系统。 3 结语 武钢高炉煤粉喷吹工艺技术自 2002 年 4、5 号高炉烟煤工程投产以来,在这 5 年间,分别建立起 了 1、2、6 及 7 号高炉烟煤系统,全面淘汰了落后的工艺。经过不断完善和改进后,代表了当前国内 先进的喷煤技术水*。喷煤比已实现单炉月*均 196.2kg/t 以上,全厂*均月喷煤比实现 188.7kg /t,2006 年实现令厂全年 179.1 kg/t,全年*均焦比 325 kg/t,均创历史最好水*。 通过对武钢高炉煤粉喷吹工艺技术改造, 使其工艺技术、 装备水*及操作技能都上升到国内一流, 为大高炉大煤比喷吹创造了条件,亦为武钢大高炉各项技术指标进入全国先进行列创造了条件,为降 低生铁成本做出了贡献。


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