2000 m3级高炉喷煤系统直供 450 m3高炉喷煤生产实践

高岩松 陈秀清 赵正清 王淑静

(安阳钢铁股份有限公司)

2000 m3级高炉喷煤系统直供 450 m3高炉喷煤生产实践

高岩松 陈秀清 赵正清 王淑静

(安阳钢铁股份有限公司)

分析了安钢 450 m3高炉喷煤存在问题和 2000 m3级高炉喷煤的生产能力,通过改造,实现了 2000 m3级高炉喷煤系统往 450 m3高炉直接喷吹,每年可创造经济效益约一千多万元。

2000 m3级高炉喷煤 450 m3高炉 直接喷吹

0 前言

安钢炼铁厂目前有三套高炉喷煤系统,分别为350 m3高炉喷煤系统,负责 1号～5号高炉的喷煤,450 m3高炉喷煤系统,负责 6号、7号高炉的喷煤,2000 m3级高炉喷煤系统负责 8号、9号高炉喷煤工作。由于历史原因,三个系统相对独立分散,难以互相补充,同时提高了煤粉生产喷吹成本。450 m3高炉喷煤系统目前煤比已经达到 180 kg/t.Fe。由于450 m3高炉喷煤系统原来设计喷煤能力有限,难以满足高炉喷煤量不断提高的需要,同时 8号、9号高炉喷煤制粉能力富余。整合 6号～9号高炉喷煤系统通过改造,用 2000 m3级高炉喷煤系统的备用罐直接向 6号、7号高炉喷煤,降低煤粉生产成本。使450 m3级高炉系统的生产能力、可靠性和稳定性大幅提高,为 6号、7号高炉的增产降耗提供保障。

1 高炉喷煤系统存在的问题及分析

1.1 2000 m3级高炉喷煤系统工艺流程

2000 m3级高炉喷煤系统由 8号高炉喷煤和 9号高炉喷煤两套系统组成。随着 2006年 12月和2007年 8月两座高炉投产配套使用。两套系统的煤粉制备及喷吹系统按烟煤和无烟煤混合设计,喷吹总管加炉前分配器喷吹形式。最新系统设计,包括计算机控制中心的喷煤系统。系统网络的可靠性、稳定性、喷煤率比 450 m3高炉喷煤系统有极大的提高,高炉的炉内压力在倒罐时的波动也相应减弱,保证了高炉的稳产高产。2000 m3级高炉 8号、9号喷煤系统的制粉设备互通改造,使 8号、9号喷煤系统的稳定性、可靠性大大提高,两系统可随时互相向另一系统粉仓输送煤粉,可以使两制粉系统进行周期性运行,延长制粉系统设备寿命,而且在不影响生产的情况下对设备进行交替检修维护,提高了两制粉系统的可靠性和连续作业率。目前磨机制粉能力总体达到 130 t/h～150 t/h,为 2000 m3高炉喷煤系统喷煤能力提高提供了有力的保障。

8号高炉喷煤距离 450 m3高炉喷煤系统约400 m。450 m3高炉喷煤系统距离 6号、7号高炉约300 m,经过喷煤管道及各项参数数据计算得出,2000 m3级高炉喷煤系统完全有能力直接向 6号、7号高炉直接输送煤粉。9号高炉喷煤系统现场开始建立时,在两个喷吹罐的旁边,留置了两个喷吹罐的预留口,通过对 9号高炉喷煤现场整合改造,提高 6号、7号高炉的喷煤制粉能力。

1.2 喷煤能力满足不了高炉的需要

450 m3高炉喷煤系统设置喷吹能力在热风富氧 1.5%～2%的条件,按年产生铁 90万 t和煤比150 kg/t.Fe计,喷吹能力最大达到 10～11 t/h,设计年最大喷煤总量 13.5万 t。制粉能力在 25 t/h～30 t/h(按喷吹 150 kg/t.Fe)。目前 450 m3高炉系统产量不断提高,相应喷煤量也逐步提高。目前仅 7号高炉产量达到 1600 t/d左右,煤比达 180 kg/t.Fe。

1.3 喷吹系统稳定性较差

在生产过程中,随着高炉喷煤量的逐步增加,450 m3高炉较大的喷吹量使喷吹系统稳定性受到较大的影响。主要体现在喷煤量波动较大,在倒罐过程中尤其明显。由于煤粉管线的设计问题,造成分配器对煤粉分配不均,分配器的管道堵塞严重,影响了煤粉输送的稳定性。

1.4 氮气压力达不到要求

450 m3高炉喷吹系统氮气压力设计为0.7 MPa。实际生产时从制氧站铺设的两条氮气管道输送的氮气压力仅达到 0.6 MPa。现场为 3台LGFD-20/8-1V螺杆式空气压缩机。氮气不足时,空压机补充的最高压力为 0.7 MPa。

2 优化改造方案及实施

由于 450 m3高炉喷煤系统产能不足,而 2000 m3级高炉喷煤系统在各方面为整合改造提供了有利的条件。结合实际情况,提出并实施以下系统优化改造方案:①450 m3高炉、2000 m3级高炉喷煤系统进行管线改造;②对计算机控制系统进行优化;③对喷煤系统参数进行优化;④提高烟煤喷吹的安全控制。

2.1 高炉喷煤系统管线改造

首先,取消 450 m3高炉喷煤系统煤场,450 m3高炉、2000 m3级高炉喷煤系统集中制粉喷吹,利用2000 m3级高炉喷煤系统制粉到备用喷吹罐,直接向 450 m3高炉进行煤粉喷吹,优化改造过程如下:

2.1.1 对输煤管道的改造

架设一条 2000 m3级高炉喷煤和 450 m3高炉喷煤系统之间管径为Φ89 mm,δ=5.5 mm的输煤管线。并加装备用 A、B喷吹罐。对 2000 m3级高炉喷煤系统到 450 m3高炉的输煤管径由原来的Φ76 mm,δ=5.5 mm 变成 Φ89 mm,δ=5.5 mm,伴随输煤管道又架设Φ57 mm,δ=4 mm蒸汽管线,并将管线上阀门耐压等级由 1.6 MPa改为 2.5 MPa,并进一步降低喷吹罐工作罐压,提高系统安全性。输煤及给煤阀的通径由原来的DN65 mm改为DN80 mm,补气器的通径由原来的 DN50 mm改为 DN100 mm。减少了输煤管道的阻力,提高了喷煤能力。

在改造过程中,由于高炉喷吹煤粉温度要求≥85℃,2000 m3级高炉煤粉通过 450 m3高炉喷煤系统二次输送后温度下降。为了保证高炉喷吹煤粉的温度,输煤管道加装了伴热管,输煤管道外加保温装置。粉仓下部做了保温处理,保证了煤粉温度。

1)对吹扫管线的改造。煤粉输送管道由于长距离输送,增加了 2000 m3级高炉喷煤系统和 450 m3高炉喷煤系统之间的Φ57 mm,δ=4 mm吹扫管线,防止管道堵塞。

2)对 450 m3高炉喷煤系统氮气管道进行改造。从 2000 m3级高炉喷煤系统向 450 m3高炉喷煤系统铺设一条Φ108 mm,δ=5 mm氮气管线,使系统压力达 0.9～1.2MPa,提高 450 m3高炉喷煤系统氮气压力,满足高炉煤粉喷吹的需要。

3)对高炉喷煤枪口的改造。将喷枪口内径由原来 DN13 mm扩成 DN15 mm,扩枪后喷吹能力可以提高到 15～20 t/h。将分配器的各喷煤支管管径由原来的 DN25 mm改为 DN32 mm。改造后,管道后压力降低、管道容积加大,提高了煤粉输送速度,使煤粉量增加。由于又降低煤粉在风口前的速度,也促进了煤粉燃烧率的提高。

改造完成后,可随时向 450 m3高炉喷煤系统输送煤粉。这样 2000 m3级高炉喷煤系统及 450 m3高炉喷煤系统经过优化改造成为一个有机的整体。对高炉的指标优化和降本增效起到了极大的促进作用。

2.1.2 增加喷吹备用 C罐

在 2000 m3级高炉喷煤系统原有基础上增加一个喷吹备用 C罐,有效容积 15 m3,装粉量为 20t。以 C罐为过度罐,管路同时连接备用 A罐和 B罐。根据 450 m3高炉生产情况使备用 A罐往 6号高炉喷煤,备用 B罐往 7号高炉喷煤。

2.2 对计算机控制系统进行优化

建立 450 m3高炉喷吹备用罐自动控制系统,控制系统采用Modicon Quantum系列可编程控制器,Modicon Unity pro和 CITECT 7.0专用编程工具软件进行开发设计。根据工艺要求,450 m3高炉喷吹备用罐系统作为一个独立的系统,与原 450 m3高炉喷煤系统互相备用,各自通过自己的操作站来控制,形成喷吹系统的冗余,保证高炉喷煤的不间断安全喷煤过程。新喷吹控制系统完成对两个在用罐和一个备用罐循环自动喷吹、加料、倒罐过程,实现喷吹期间罐重补偿、倒罐期间的平稳喷吹控制。并在喷煤与高炉之间建立分布式网络,构成满足高炉喷煤生产全过程自动化系统。

2.3 对喷煤系统参数进行优化

煤粉的细度 (粒度)是煤粉颗粒群粗细程度的反映,它对磨煤机制粉的能耗和喷吹煤粉的燃烧速度以及不完全燃烧的热损失都具有决定性的意义。此特性一般用筛分分析来表示。公制用筛上的剩余量[1]用 R(%)表示:

式中:a——筛子上剩余的燃料量,g;

b——通过筛子的燃料重量,g。

在筛上剩余的煤粉愈多,煤粉就越粗。煤粉粒度越小,煤粉越细,比表面积[1]越大,在风口前的燃烧速度就越快,越利于燃烧,燃烧率可以提高。但煤粉磨得越细,能耗越大,磨煤机出力减少,制粉费用增加。煤粉粒度大,有利于输送,磨煤机效率高。适宜的煤粉粒度取决于几方面的综合因素。在使用煤种不变,不影响燃烧的情况下,使用较粗粒度的煤粉,这样,既利于输送又容易提高磨煤机制粉出力。因此,磨机在磨制无烟煤时,粒度小些,-200目的达到的 70%～80%;磨制烟煤时,粒度大些,-200目的达到 60%～65%。

另外,煤粉中水分大时,一方面煤粉颗粒间的黏结力增大,影响煤粉的输送;另一方面煤粉喷入高炉后,在风口前燃烧时,水分分解要吸热,降低理论燃烧温度,无补偿手段时要降低喷吹量。在生产实践中,为了提高煤粉质量,把煤粉的水分由原来的1.5%～2%降低到了 1%～1.5%,同时在保证生产安全的同时,把煤粉温度由 60℃～70℃提高到 70℃～80℃,保证了煤粉的流动性。在控制煤粉粒度方面,减少 100目以上煤粉的含量,控制到 8%范围内。

2.4 长距离输送过程中烟煤喷吹的安全控制

使用烟煤喷吹是提高煤比的重要因素。从2000 m3级高炉喷煤至 450 m3高炉输送管道较长,为了保证安全,采用全氮气喷吹,并对制粉系统管线进行改造。减少漏风率,减少系统O2含量。对于存放合格煤粉的粉仓,利用氮气进行惰化处理,防止煤粉自燃。

2.4.1 控制系统气氛

操作中及时调节废气量和燃烧炉的燃烧状况,减少兑入冷风量,防止制粉系统漏风,严格控制系统的含氧量在 8%～10%。中速磨干燥气入口管、脉冲式布袋收粉器出口管处分别设置 O2含量和 CO含量的检测装置,达到上限时报警,并且在达到上限时,系统各处消防充氮阀自动打开,向系统充入氮气。

2.4.2 控制煤粉温度

严格控制磨煤机入口干燥气温度不超过 250℃～290℃,其出口温度不超过 90℃。在其他各关键部位,如收粉装置煤粉斗、煤粉仓、中间罐、喷吹罐等都设有温度检测装置。当各点温度达到上限时报警,并且,系统各处消防充氮阀自动打开,向系统充入氮气。

2.4.3 综合喷吹

采用烟煤和无烟煤混合喷吹技术,降低煤粉中挥发分的含量。各种煤的配比,根据煤种和煤质特性经过试验而确定。

3 效果分析

450 m3高炉喷煤系统改造前喷吹能力在 11t/h左右,无法满足高炉进一步提高煤比的需求。改造后系统喷吹能力提高到 15t/h。表 1中统计了 450 m3高炉 2007年和 2008年同月份的实际煤比,改造前平均煤比 145kg/t,改造稳定后煤比达到 180kg/t,相差 35kg/t。效果显著提升,每年产生的效益约一千一百万元。随着喷煤比和原燃料价格提高,间接和直接效益将更加可观。

表1 2007～2008年 7号高炉各月指标

4 结语

2000 m3级高炉喷煤直供 450 m3高炉喷煤喷吹新工艺投产后,经过系统的改造、完善和工艺创新,450 m3高炉系统的生产能力、可靠性和稳定性大幅提高,为 6号、7号高炉的增产降耗提供了有力的保障。高炉喷煤后各项指标得到了明显改善。煤场根据公司要求建为备件库,减少了喷煤系统喷吹煤粉对环境产生的污染。又节约人力资源,降低煤粉的喷吹成本。

[1] 汤清华,马树涵.高炉喷吹煤粉知识问答.北京:冶金工业出版社,1997:35-44.

PRACTICE OF USING 2000 m3COAL INJECTI ON SYSTEM TO SUPPLY 450 m3BF

Gao Yansong Chen Xiuqing Zhao Zhengqing Wang Shujing

(Anyang Iron&Steel Stock Co.,Ltd)

Analyzing problems existed in 450 m3coal injection system and the capacity of the 2200 m3coal injection system,and injecting coal to 450 m3BF by using 2000 m3coal injection system was realized and created more than 10 million yuan every year.

Coal injection for 2200 m3BF 450 m3BF direct injectinn

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2009—7—8