楊繼敏, 肖紅濤, 張璞锜

（1.中冶華天工程技術(shù)有限公司，馬鞍山243000；2.天津冶金集團(tuán)軋三鋼鐵有限公司，天津301606）

天津軋三2×1 260 m3高爐噴煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及運(yùn)行實(shí)踐

楊繼敏1, 肖紅濤1, 張璞锜2

（1.中冶華天工程技術(shù)有限公司，馬鞍山243000；2.天津冶金集團(tuán)軋三鋼鐵有限公司，天津301606）

介紹了天津軋三鋼鐵有限公司2×1 260 m3高爐噴煤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn),討論了煤粉計(jì)量、噴吹罐壓力控制等問題。該噴煤系統(tǒng)采用三罐并列、噴吹主管加分配器的直接噴吹形式，系統(tǒng)噴吹能力大，單座高爐最大可達(dá)29 t/h；三罐并列形式實(shí)現(xiàn)了充壓氮?dú)獾幕厥?，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命。一年多的生產(chǎn)實(shí)踐表明，該設(shè)計(jì)合理，布局緊湊，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，噸鐵噴煤比控制在150 kg，有效地降低了生產(chǎn)成本。

高爐；噴煤；三罐并列噴吹；氮?dú)猓换厥?；直接噴吹系統(tǒng)

1 引言

隨著氣力輸送技術(shù)的發(fā)展，高爐噴煤技術(shù)已經(jīng)成為改變高爐能源結(jié)構(gòu)的重要技術(shù)。高爐噴吹煤粉可以節(jié)約大量焦炭，降低單位生鐵成本，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外煉鐵技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)。天津軋三鋼鐵有限公司2×1 260 m3高爐噴煤系統(tǒng)分別于2012年12月、2013年4月正式投產(chǎn)，成功實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離、大煤比噴吹，有效降低了高爐單位生鐵成本，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 工藝布置概述

噴煤系統(tǒng)工藝布置為兩個(gè)系列對(duì)應(yīng)兩座高爐，每個(gè)系列設(shè)置一套煙氣爐系統(tǒng)、一套制粉系統(tǒng)及一套噴吹系統(tǒng)。每套制粉系統(tǒng)配置一臺(tái)磨煤機(jī)、一臺(tái)布袋收粉器及一個(gè)煤粉倉(cāng)。每套噴吹系統(tǒng)并列設(shè)置三個(gè)噴吹罐，采用流化上出料、單主管加雙分配器的直接噴吹工藝。

高爐噴吹煤粉按混合噴吹設(shè)計(jì)，由于煙煤與無煙煤相比采購(gòu)價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯，在安全、合適的置換比前提下，煙煤比越高，經(jīng)濟(jì)效益越好。設(shè)計(jì)煙煤與無煙煤配比為6∶4。此外，煙煤相較無煙煤更易磨制，通過提高煙煤占比，提高了制粉臺(tái)時(shí)產(chǎn)量，降低了制粉生產(chǎn)成本。表1為設(shè)計(jì)噴吹煤粉工業(yè)分析成分，表2為噴吹系統(tǒng)設(shè)計(jì)工藝參數(shù)。

表1 煤粉成分分析 ω/%

表2 主要工藝參數(shù)

3 工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)

整個(gè)噴煤車間設(shè)計(jì)采用主流成熟技術(shù)，設(shè)施布置緊湊，制粉設(shè)施和噴吹設(shè)施布置在同一個(gè)構(gòu)筑物內(nèi)，主排煙風(fēng)機(jī)緊鄰主廠房布置靠近噴吹罐一側(cè)，噴煤主廠房占地面積約800 m2。整個(gè)車間工藝流程圖見圖1。

圖1 高爐噴煤系統(tǒng)流程框圖

3.1 原煤儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)

原煤貯運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一座干煤棚，原煤由汽車運(yùn)輸至干煤棚。干煤棚貯存兩座高爐噴煤用煙煤與無煙煤，貯煤總量為約10 000 t，滿足2座高爐7天的需要。煤場(chǎng)設(shè)2臺(tái)10 t抓斗起重機(jī)，原煤經(jīng)受煤斗下的皮帶稱、膠帶機(jī)，輸送至主廠房原煤倉(cāng)中，煙煤與無煙煤配比由皮帶稱控制。

原煤含水份較高（8%～10%），為消除原煤在原煤倉(cāng)中“搭拱”現(xiàn)象，在原煤倉(cāng)錐體部位用雙曲線漏斗，以保證原煤倉(cāng)下煤順暢。并在煤場(chǎng)配煤斗、原煤倉(cāng)內(nèi)壁安裝高分子襯板，在配煤斗下部設(shè)倉(cāng)壁振動(dòng)器，原煤倉(cāng)錐體部位設(shè)置氮?dú)馀诓⒉捎谜羝P管伴熱。

3.2 干燥劑系統(tǒng)

每套制粉系統(tǒng)設(shè)一臺(tái)煙氣發(fā)生爐，全燒高爐煤氣，可產(chǎn)生900 ℃的高溫?zé)煔?，煙氣爐內(nèi)設(shè)有隔墻，鋼殼內(nèi)壁澆筑耐火澆注料。為適應(yīng)制備煙煤粉的安全要求，制粉用干燥劑由煙氣爐高溫?zé)煔夂蜔犸L(fēng)爐廢氣混合而成。熱風(fēng)爐廢氣含氧量底、氣量大、溫度高，約占制粉用干燥劑總量的80%，有效降低了制粉系統(tǒng)氧含量。

3.3 制粉系統(tǒng)

設(shè)計(jì)采用一級(jí)布袋收粉工藝，具有生產(chǎn)環(huán)節(jié)少、管道布置簡(jiǎn)單、系統(tǒng)漏風(fēng)低、能耗低等突出優(yōu)點(diǎn)。依靠主排煙風(fēng)機(jī)的吸力，整個(gè)系統(tǒng)處于全負(fù)壓操作，工作環(huán)境好，沒有煤粉外泄。煤粉倉(cāng)、磨機(jī)進(jìn)口、排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)口設(shè)計(jì)了CO 、O2濃度分析儀進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)O2、CO濃度達(dá)到設(shè)定值時(shí)報(bào)警，可立即啟動(dòng)充N2保護(hù)。

每套制粉系統(tǒng)選用一臺(tái)ZGM95G-Ⅰ型立式中速磨煤機(jī)，磨機(jī)煤粉出力為35 t/h。磨機(jī)出粉口采用靜態(tài)分離器，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，靜態(tài)分離器分離效果及煤粉粒度完全可以滿足高爐噴煤的要求，而且維護(hù)檢修工作量相比動(dòng)態(tài)分離器少很多。收粉器采用高濃度脈沖袋式收粉器，進(jìn)口氣-粉混合物的含塵濃度允許高達(dá)1 000 g/m3。實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)口處氣粉混合物的含粉濃度約400 g/m3，最高時(shí)達(dá)450 g/m3，出口氣體的含塵濃度＜30 mg/m3。

3.4 噴吹系統(tǒng)

目前國(guó)內(nèi)高爐噴煤系統(tǒng)噴吹罐的數(shù)量配置以及各自特點(diǎn)見表3。

表3 典型噴吹工藝系統(tǒng)比較

表3所列噴吹形式在國(guó)內(nèi)各鋼鐵企業(yè)均有應(yīng)用，且大都可滿足鐵廠生產(chǎn)的需要。綜合考慮各噴吹工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合本工程設(shè)計(jì)情況，設(shè)計(jì)采用“三罐并列+單主管+雙煤粉分配器”的工藝布置。正常生產(chǎn)時(shí)，三個(gè)噴吹罐并列輪流噴吹，噴吹能力大，設(shè)備開、閉次數(shù)少，設(shè)備使用壽命長(zhǎng)。當(dāng)某個(gè)噴吹罐的附屬設(shè)備出現(xiàn)故障，需要檢修、更換時(shí)，改為雙罐并列噴吹，不影響高爐正常生產(chǎn)，可靠性高。

此外，三罐并列布置為氮?dú)饣厥談?chuàng)造了條件，當(dāng)A罐處于噴吹狀態(tài)，B罐噴吹處于等待泄壓狀態(tài)，C罐裝粉完畢等待加壓時(shí)，將B罐高壓氣體通過氮?dú)饣厥展艿佬怪罜罐，當(dāng)B、C兩罐壓力達(dá)到平衡時(shí)，關(guān)閉回收管道聯(lián)通閥，將B罐殘余氣體泄至煤粉倉(cāng)內(nèi)。三個(gè)罐根據(jù)倒罐順序依次循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高壓氮?dú)獾幕厥?，根?jù)參考文獻(xiàn)[1]，這樣可以節(jié)約40%的充壓用氣量，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 系統(tǒng)自動(dòng)控制特點(diǎn)

噴煤工藝生產(chǎn)過程采用三電一體化的自動(dòng)化系統(tǒng)方案，由控制站、操作站組成，控制范圍包括原煤貯運(yùn)系統(tǒng)、干燥劑系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、噴吹系統(tǒng)以及其它輔助系統(tǒng)的過程檢測(cè)與控制。程序控制系統(tǒng)全部采用PLC，PLC采用西門子S7 400，現(xiàn)場(chǎng)采用工業(yè)總線。自動(dòng)化儀表檢測(cè)到的各個(gè)生產(chǎn)工藝參數(shù)的電信號(hào)送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，操作人員通過操作站控制工藝設(shè)備的運(yùn)行，檢測(cè)各個(gè)生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)及工藝參數(shù)，并可按確定的控制原則對(duì)各個(gè)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)。

4.1 煙氣爐燃燒及爐膛壓力控制

磨煤機(jī)干燥劑主要由煙氣爐燃燒煙氣與熱風(fēng)爐廢氣組成，通過高溫風(fēng)機(jī)引過來的熱風(fēng)爐廢氣溫度基本維持在150 ℃左右，為了達(dá)到滿足磨機(jī)要求的干燥劑溫度及流量，通過調(diào)節(jié)煤氣與助燃空氣的流量來得到滿足要求的混合廢氣。

正常生產(chǎn)時(shí)，煙氣爐爐膛呈微負(fù)壓運(yùn)行，如果出現(xiàn)正壓，爐子可能回火冒煙；負(fù)壓太大可能導(dǎo)致脫火。因此控制好、調(diào)節(jié)好爐膛壓力是爐子正常運(yùn)行的重要問題。爐膛壓力出現(xiàn)異常時(shí)，一般通過調(diào)節(jié)熱風(fēng)爐廢氣流量來控制爐膛壓力。

4.2 磨煤機(jī)出口溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)

磨機(jī)出口溫度越高，越有利于煤粉中的水分向煙氣中擴(kuò)散，從而降低煤粉含水量。但是，出口溫度不得高于規(guī)定的上限值，尤其是在磨制煙煤時(shí)，否則一旦煤粉濃度及氣氛含氧量達(dá)到一定的條件，很容易導(dǎo)致爆炸事故。

根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算及生產(chǎn)實(shí)踐，磨機(jī)出口溫度一般控制在80～90 ℃。實(shí)際生產(chǎn)中影響磨機(jī)出口溫度的因素主要是給煤量，其次是磨機(jī)入口一次風(fēng)溫度及流量。磨機(jī)生產(chǎn)中給煤量與一次風(fēng)量要滿足一定的比例，即風(fēng)煤比要控制在一定的范圍，所以磨機(jī)出口溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)一般要同時(shí)調(diào)節(jié)給煤量及一次風(fēng)兩個(gè)參數(shù)。

4.3 噴吹系統(tǒng)控制

噴吹系統(tǒng)控制要點(diǎn)主要包括噴吹罐壓力的控制以及噴吹量的計(jì)量與控制。

噴吹罐在噴吹過程中保持壓力穩(wěn)定是噴吹量計(jì)量以及系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基本條件。正常生產(chǎn)時(shí)，通過控制補(bǔ)壓調(diào)節(jié)閥的開度將噴吹罐壓力波動(dòng)范圍控制在容許值以內(nèi)。

噴吹量的計(jì)量主要是根據(jù)噴吹罐重量變化來求得，應(yīng)用微積分的計(jì)算思想，將噴吹時(shí)段內(nèi)噴吹罐重量的減少值平均分割為N等份，求出N個(gè)時(shí)間等份中罐重的差值，在整個(gè)時(shí)間段內(nèi)積分就可以得到本次時(shí)間段內(nèi)的噴煤量。同時(shí)，可以在本時(shí)間段內(nèi)任意時(shí)間區(qū)間積分，除以相應(yīng)時(shí)間區(qū)間值，就得到噴吹量的瞬時(shí)平均值。

噴吹量的控制主要通過控制罐壓、調(diào)節(jié)輸送壓縮空氣流量來實(shí)現(xiàn)。由于調(diào)節(jié)輸送氣流量，噴吹系統(tǒng)波動(dòng)比較大，一般生產(chǎn)中，根據(jù)計(jì)算所得瞬時(shí)噴吹量與噴吹量給定值進(jìn)行比較，通過調(diào)節(jié)噴吹罐罐壓來控制噴吹量。

5 生產(chǎn)實(shí)踐

天津軋三鋼鐵集團(tuán)2×1 260 m3高爐噴煤系統(tǒng)采用全自動(dòng)模式進(jìn)行噴吹，投產(chǎn)至今，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求，滿足高爐生產(chǎn)的需要。1#高爐噴煤系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)見表4。由于受到高爐入爐原料條件及市場(chǎng)行情的限制，目前噸鐵噴煤量在150 kg左右，噴吹罐工作壓力在0.65 MPa左右，僅為噴吹罐設(shè)計(jì)工作壓力的65%，噴吹量具有較大的提升空間。

表4 1#高爐噴煤系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)

6 結(jié)語

天津軋三鋼鐵集團(tuán)2×1 260 m3高爐噴煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用成熟技術(shù)，布局合理緊湊。投產(chǎn)以來，主廠房?jī)?nèi)部干凈、整潔，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，噴吹量控制方便，增加了爐況調(diào)劑手段，在現(xiàn)有爐料結(jié)構(gòu)及能源條件下，有效地降低了單位生鐵成本，為高爐實(shí)現(xiàn)“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、長(zhǎng)壽、環(huán)保”創(chuàng)造了良好條件。

[1] 項(xiàng)鐘庸,王攸留.高爐設(shè)計(jì)—煉鐵工藝設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2007：674.

[2] 湯清華，馬樹函.高爐噴吹煤粉知識(shí)問答[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1997：68.

[3] 翟興華.高爐噴煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)探析[J].煉鐵，2003 （5）:5.

[4] GB50607，高爐噴吹煤粉工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Design Characteristics and Running Practice of Coal Injection System of 2×1260 m3BF in Tianjin ZISC

YANG Ji-min1, XIAO Hong-tao1and ZHANG Pu-qi2
（1.Huatian Engineering & Technology Corporation, MCC, Jiangsu Province 243000, China; 2.Zhasan Iron and Steel Co., Ltd., Tianjin Metallurgy Group, Tianjin 300000, China）

The paper introduces the design characteristics of the coal injection system of 2×1 260 m3BF at Zhasan Iron and Steel Co., Ltd.（ZISC）, Tianjin Metallurgy Group and discusses issues such as pulverized coal dosing and pressure control over injection tank. This system adopts a direct injection style of three tank parallel arrangement and main injection pipe plus distributor. The system possesses big injection capability and the injection ratio for single blast furnace can be up to 29 t/h. The three tank parallel arrangement achieves the recovery of filling nitrogen and prolongs equipment life. Production practice for more than one year shows that this system is reasonably designed and compactly arranged and runs smoothly and stably. Coal injection ratio per ton hot metal is controlled at 150 kg. Production cost is effectively reduced.

blast furnace; coal injection; three tank parallel injection; nitrogen; recovery; direct injection system

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.05.001

2014-04-15

2014-05-07

楊繼敏（1983—），男，碩士，工程師， E-mail：yangjimin@htzy.cn。