石灰窑喷煤系统设计及应用*

2016-09-23李学华武新萍徐广龙

现代冶金 2016年3期

关键词：石灰窑罗茨回转窑

李学华，武新萍，徐广龙

(大峘集团有限公司，江苏南京　211112)

石灰窑喷煤系统设计及应用*

李学华，武新萍，徐广龙

(大峘集团有限公司，江苏南京211112)

介绍了石灰窑喷煤系统工艺流程以及工艺设备选型。

喷煤系统；设备选型；粉体喂料机；燃烧器

1　喷煤系统简介

经过考察、研究国内石灰窑喷煤系统的运行情况，联峰钢铁公司的喷煤系统的回转窑烧嘴设计为煤粉和转炉煤气五通道煤、气混烧燃烧器，煤粉用量4～5 t/h，转炉煤气用量25000～27000 m3/h。因回转窑煤粉使用量少，且高炉喷煤车间制粉能力富裕，决定不再新建设制粉系统，由高炉喷煤车间将煤粉输送至喷吹站煤粉仓内；煤粉仓内煤粉经粉体喂料机、转子秤、螺旋泵供给，由罗茨风机送入燃烧器内。喷吹站主要由收粉器、煤粉仓、仓顶布袋、粉体喂料机、转子秤、螺旋输送机和罗茨风机等设备组成，煤粉仓设计时预留600 t/d石灰窑喷煤系统接口，流程图如图1所示。

图1　喷煤系统工艺流程图

2　工艺设备选型

2.1煤粉输送

3#1080 m3高炉喷煤车间磨机为EM110立式球磨机，产量约为60 t/h，除高炉煤粉需求外，富裕产量约20 t/h。因此回转窑的煤粉供应可不再新建设制粉系统，利用高炉喷煤车间的喷吹罐向回转窑喷吹站煤粉仓内输送煤粉，远距离输送管道采用扩径技术来减少压力损失，控制流速，实现低压输送；并设置一根吹扫管与输煤管路同时抵达喷吹站，在沿途设置吹扫点，直至喷吹站煤粉仓。

2.2煤粉仓

煤粉仓的容积设计为90 m3，材质为碳钢 (Q235B)，煤粉仓下端共有三个支腿，设称重传感器计量，为保证煤粉输送畅通，锥体角度大于70°。每个锥体都设有沸腾装置，使用N2沸腾，一则解决安全防爆问题，另一方面，通过沸腾解决煤粉仓挂灰问题。

考虑煤粉输送以及煤粉储放的安全要求，煤粉仓设有仓顶布袋除尘器，保持仓内负压操作。若预算充足，风机可采用变频电机，煤粉停止输送时，电机低频运行，达到节能效果。

2.3粉体喂料机

喂料系统的可靠、连续、准确、稳定运行是稳定窑的热工制度、降低煤耗、提高产品质量和保证设备安全运转的关键因素。

煤粉经称重仓稳流后再由FR喂料机均匀、稳定地喂入RWF转子秤。进入RWF转子秤的煤粉由转子从进料口带至出料口并喂入下级设备。特殊设计的结构使得称重传感器能精确地测出RWF圆盘体中粉体的重量，并由SPU信号处理单元将此弱信号进行采集、放大、转换,然后传输到PLC的模拟输入接口。系统通过磁电式测速传感器检测转子秤的转速，并将此信号送入PLC的高速计数接口。采集到的物料重量与电机速度信号经控制系统处理运算得到粉体的实际流量，通过调节喂料机和转子秤的转速，实现粉体定量给料。对FR喂料机的调节引入预置加前馈的控制理念，使得系统运行稳定，抗干扰能力强。

粉体喂料机的技术参数：

供给物：煤粉；容重(BD)：0.5 t/m3；细度：-200目≥80%；温度：≤80 ℃ ；水分：≤1.0% ；压力：常压；能力：MIN.0.9 t/h，NOR.4～5 t/h，MAX. 6 t/h；精度：短期精度为±1.0 % ，长期精度为±0.5 %；电源：3 PH，AC 380 V，50 Hz；使用区间：室内安装。

2.4罗茨风机

罗茨风机的选型主要取决于已知的空气需求量和系统管道操作压力，以及空气损失和所需的储备系数及安全系数。煤粉输送气流速度一般由经验确定，输送速度为25～30 m/s时，才能保障煤粉与输送空气风量在输送管中处于全紊流状态，否则输送管内会出现噎堵现象，输送受阻。粉料输送量和空气消耗量的比可用“料气比”来表示，料气比的数值主要取决于输送物料的特性、操作参数和气固喷射器的几何参数；这是个经验数据，对于螺旋泵输送煤粉，料气比的设计值一般取<3 kg/m3。经过计算，罗茨风机选型为：

风量：40 m3/min；压损：58.8 kPa。

2.5燃烧器

燃烧器型号为SR1-MQ/33YS型五通道煤、气混烧燃烧器，燃烧能力：煤粉4～5 t/h、转炉煤气25000～27000 m3/h。煤粉指标要求：热值≥6000 kcal/kg、挥发分≥20%、细度(-200目)≥85%、水分≤1.5%。燃烧器具有以下性能特点：

(1)喷头选用Cr25Ni20铸造后精加工而成，耐高温、抗氧化，使用寿命长；

(2)火焰形状规则，完整；火焰无波动，稳定。不会出现火焰吹扫窑衬的现象，可延长窑衬的使用寿命；

(3)煤粉、煤气和一次风及二次风混合良好，燃烧充分，故可提高窑的热力强度，同时降低一次风的比例，从而提高窑的产量并降低热耗；

(4)拢焰罩形成碗状效应和火焰一开始没有强涡流避免了温度峰值，使火焰温度分布均匀合理，可有效地保护窑口筒体和护板；

(5)降低CO和NOx的含量：由于燃料和风混合更为充分，燃烧更为快速完全，降低了窑尾废气中CO和NOx的含量，有利于电收尘的安全运行和环保。

3　应用分析

3.1预计成本节约情况

根据目前生产情况，石灰窑产量约为960 t/d 。只采用转炉煤气时石灰窑的能源消耗量为转炉煤气800 m3/t.灰(转炉煤气的热值为1600 kcal/m3)；改为喷煤后，用煤粉代替一半的焦炉煤气(煤粉的热值为7100 kcal/kg)，煤粉的消耗量约为90 kg/t.灰。能源的价格成本为：转炉煤气 0.2元/m3，煤粉0.8元/kg；喷煤后吨灰产量预计可节约成本为 8元/t.灰，每年可节省近300万元。

3.2实施效果

1) 投产以后，整套系统运行稳定，石灰窑产量约为960 t/d，管道未出现堵塞现象。喂料系统能够可靠、连续、准确、稳定地输送煤粉至燃烧器内。

2) 经分析能源消耗量：转炉煤气约为15000 m3/h，煤粉约为4.5 t/h，石灰窑产量约为960 t/d，实际能源消耗没有达到预期目标，并且窑头有碳颗粒，煤粉燃烧不充分。经过反复调试、研究，总结出以下原因：

(1)转炉煤气含有水分，煤气与煤粉混合过程中，形成碳颗粒，致使煤粉难以燃烧；

(2)煤粉指标：挥发分约为10%、细度(-200目)约为70%。由于回转窑内负压燃烧，燃料在炉膛内存在时间短，煤粉挥发性低，难以迅速燃烧，造成煤粉燃烧不充分。

查阅回转窑喷煤资料，煤粉充分燃烧需要保证煤粉挥发分不低于18%、细度(-200目)不低于80%，并且灰熔点温度高于炉膛温度，否则会出现煤粉燃烧不充分，能源消耗高，窑内出现结圈现象。