天铁崇钢高炉喷煤系统技术改造

任学利，赵月生，申和亭（天津天铁冶金集团崇利制钢有限公司，河北涉县056404）

天铁崇钢高炉喷煤系统技术改造

任学利，赵月生，申和亭
（天津天铁冶金集团崇利制钢有限公司，河北涉县056404）

[摘要]针对高炉喷煤系统喷煤过程中喷吹量不稳的问题，分析了其产生原因。通过在原喷煤系统上增设二次补气装置、调整原有喷吹控制方法、规范岗位操作手法等改进措施，有效地解决了高炉喷煤不稳定的问题，确保了高炉喷煤系统的生产运行，降低了高炉燃料消耗，提高了经济效益。

[关键词]喷煤；改造；高炉

1　引言

天铁集团崇利制钢有限公司现有505 m3高炉3座，喷煤系统配备1台30 t/h中枢磨和1台20 t/h的中枢磨。2012年以前，由于设备和工艺控制等方面原因，高炉喷煤按炉内情况需频繁手动调节喷煤量。由于人工调节喷煤量的误差和频繁调整，造成高炉喷吹煤量频繁波动，喷吹量误差有时达到15%以上，由此造成高炉喷煤量的不均匀，严重破坏了高炉热制度稳定和压量关系稳定。现象包括：堵枪，风口前煤流不稳，瞬时喷吹速度变化过快，高炉极易发生憋风现象，严重的造成悬料，煤气流失常。

经过探讨，通过在原喷煤喷吹系统上增设二次补气装置、调整原有喷吹控制方法、规范岗位操作手法等措施，迅速稳定了高炉喷吹系统，消除了喷煤过程不稳定对高炉生产所带来的影响，确保了高炉喷煤系统的生产运行，高炉顺行平稳，铁水质量和高炉日产量得到提高，高炉燃料耗进一步降低，为公司创造了的经济效益。

2　技术原理及改进内容

2.1技术原理

如图1所示，喷吹系统主要是向高炉输送煤粉，细煤粉利用自重从煤粉仓落到喷吹罐中，并用氮气充压。每座高炉都设计有两个喷吹罐，当一个喷吹罐装满煤粉并充压到压力设定值后，开始喷煤。喷空后，另一个装满煤粉的喷吹罐就与煤粉输送管道接通，经过短暂的过渡，喷空的操作罐开始卸压、装煤粉和再充压，周而复始，按顺序进行喷吹。

图1稳定喷吹控制原理示意图

煤粉从喷吹罐经二次补气输送至高炉风口，具有下列压力平衡关系式:

式中，P1为一喷吹罐压力，MPa；Ph为一风口前压力，MPa；驻Px为输送中煤粉压力损失；驻PG为输送中二次风压力损失。

从公式（1）可知，P1、Ph一定的情况下，驻PG增加（即二次风量增加），则驻Px减小（即煤粉喷量减小），反之亦然。因此煤粉的喷吹量的关系曲线是一定的，如图2所示，因此煤粉的喷吹量控制可通过控制二次补气量来实现。

图2　喷吹量QN与二次补气量W关系曲线图

2.2控制方式

喷煤喷吹主要是调节喷吹罐压力，瞬时喷吹量是根据喷吹罐重量在30 s内罐重间隔差值进行运算的。喷吹时根据高炉设定每小时喷吹量与瞬时喷吹量在1 000 kg大小误差，开始调节增加（减少）喷吹罐压力，来调节喷吹量，因此喷吹罐压力大小直接影响整个喷吹系统喷煤量。这样会造成喷吹调节滞后，系统压力不稳定，从而导致喷吹速度不稳定，在高炉风口看到的煤粉在风口分布非常不均匀，煤粉在风口处无力盘旋。

为了保证喷吹量的稳定均匀，需要保持喷吹罐内压力的稳定，通过调节充压调节阀的开度来保持罐压稳定在设定范围内。通过探讨分析，决定在喷吹管道上增加二次补气调节阀和快速切断阀，瞬时喷吹量由原来得30 s采样一次，改为2 s采样一次，根据椎栈原理，始终取最近20个数的平均数。瞬时喷吹量再根据高炉需要的每小时喷煤设定量，两者误差大于50 kg时，10 s内首先调节二次补气调节阀，当设定值大于实际值时，阀位开小，反之，阀位开大。如果误差大于100 kg时，20 s后就开始调节一次补气调节阀。换而言之，一次补气调节为喷吹系统粗调，二次补气如同细调。目的是通过保证喷吹管道压力的稳定，来控制煤粉在管道内形成稳定的喷射流，最终保证了喷入高炉煤粉流的稳定。上述自动控制程序利用PLC编写，程序采用梯形图编写，不再赘述。

2.3改造措施

对高炉喷煤系统稳定性的改造，主要措施为：

2.3.1对工艺设备的改造

在喷吹管道中间有较大弯道，喷吹过程阻力明显增大且不易稳定喷吹速度，因此在喷吹管道合适部位增加二次补气装置，以增加稳定性，提高喷吹动力。二次补气源与一次补气分开，单独设立，在二次补气管道上设气动切断阀、调节阀、压力表和流量计，实现远程计量与操作控制。

定期更换喷吹罐底部流化床：（1）使其必须具有均匀分布气体的作用，以保证在流化器附近创造一个良好的气－固接触条件，使煤粉流动起来，消除死区；（2）在操作过程中不被堵塞和磨损；防止出现气流分布不均匀，煤粉流化不好，造成沟流和死区，使喷吹过程不能进行。

保证硫化、充压、补气等气动调节型阀门的灵敏有效，可能的条件下，阀门启动气源采用较为干燥、清洁的氮气，以减少阀门损坏。

对喷吹管道上和喷吹罐上的金属软连接进行调整，消除因安装过长、过短、斜拉、距中心线偏差较大的软连接而产生的称量误差，确保称量精准。2.3.2对操作技术的改造

喷煤量大小主要由调整喷吹罐压力、流化压力、和补气量3个参数来实现。过去的操作思路和方法，是以大幅调整罐压的方法进行操作，方法单一，喷吹速度波动较大。改造后，以稳定罐压为前提，对流化压力、补气量进行系统精细调节。

具体方法是：假设喷吹煤量在一定条件下，以合理调整底部流化进气量来补偿喷吹中罐压的消减，实现喷吹罐压力的动态平衡，保证罐压稳定在波动极小的区间范围内（规定±2 kPa），尽量减少使用顶部调节充压的方法来补压。其次，喷吹速度出现瞬时波动时，第一时间（10 s内）要调整二次补气量，若仍未达到要求，则调整一次补气量，最后调整罐压。整个精细化操作过程，编入操作控制模式实现了自动化控制。

2.3.3在管理制度上的约束保证

首先，保证稳定的煤粉工艺指标（粒度：0.074 mm≥80%；水分≤1%）尤其水分指标严格控制，要严把进厂原煤水分关，充分利用好干煤棚的存储风干作用，统一四班制粉操作温度，合理控制当班煤粉存储量（不大6 h喷吹量为存量值）。

其次，加强压缩空气定期排水管理，严格落实喷吹过滤器每罐一清理制度。另外，规定了压缩空气压力不低于0.65 MPa，炉内工长的每次喷煤量变化不得大于±500 kg等要求，给喷吹稳定工作提供了良好外部保证。

3　实施效果

3.1实际效果

通过以上的改造和优化，从系统各参数看，喷吹动力大幅提高；以8#高炉3#罐为例，从高炉风口看，煤流急促有力，无断续现象；从喷吹速度曲线看,喷煤瞬时速率波动幅度由改造前±1 500 kg优化到± 300 kg，且小于±300 kg，波动区间内稳定喷吹达90%以上；改造后高炉炉内反应，风口煤量分布均匀，压量关系较好，利于炉况调整；煤粉燃烧充分，未燃煤粉明显减少，透气性变好；炉况顺行平稳，燃料比月平均下降10 kg/t；以上证明喷吹稳定性工艺技术改造取得了明显效果。

喷煤改造前后参数值变化见表1。

3.2指标对比

项目自2013年10月投入使用以来，高炉炉况顺行平稳，燃料消耗下降，铁水合格率明显提高，具体指标对比见表2。

表1　喷煤改造前后参数值变化

表2　喷煤改造前后高炉指标值对比

4　结束语

本文对高炉喷煤系统的构成原理、控制方式、喷煤过程喷吹量不稳定进行了分析探讨。根据生产运行实际情况，通过对高炉喷煤系统进行改造，有效地解决了高炉喷煤不稳定的问题。同时，使各煤枪均衡喷煤、时常堵煤枪、主管道堵塞等问题得到了有效解决，保证了高炉稳定顺行，有效降低了高炉燃料消耗，提高了经济效益。

参考文献

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[4]杨大钧，刘应书，杨珉，等.高炉富氧喷煤-氧煤混合与燃烧[M].北京:科学出版社，1998：54-56.

TechnicalM odification on Tiantie Chonggang BF CoalInjection System

REN Xue-li,ZHAO Yue-shengand SHEN He-ting
(ChongliSteel-Making Co.,Ltd.,Tianjin Tiantie Metallurgy Group,She County,HebeiProvince056404,China)

AbstractThe authors analyze the reasons forunstable injection amountin BF coalinjection system. Improvementmeasures ofadding secondary gas supply system,adjusting originalinjection controlapproach and standardizingoperation weretaken in theoriginalcoalinjection system toeffectivelysolvethe problem.The production and running ofBF coalinjection system was ensured with reduced BF fuel consumption and increased economicbenefit.

Key wordsBF;coalinjection;system;modification

作者简介：任学利（1980—），男，河北人，工程师，主要从事冶金技术质量管理方面的研究工作。

收稿日期：2014-10-25修回日期：2014-11-20