智能喷吹系统在梅钢二号高炉的改造和应用

张宏

【摘要】梅山钢铁二号高炉喷吹系统改造使用青岛恒拓环保科技有限公司的智能喷吹系统。系统实现了喷吹能力从20000kg/h向38000kg/h的能力提升;实现了智能稳定喷吹，为二号高炉产能进一步提升，炉况稳定，成本改善提供了保障。本文从改造前后系统稳定性及能力对比及智能喷吹系统能力提升如何实现实施阐述。

【关键词】智能喷吹;能力提升;智能检堵反吹;喷吹精度

前言

梅山二号高炉有效容积1280m3，设计利用系数2.2t/m3.d，设备最大能力2.7t/m3.d。采用德国一喷三喷吹系统，原一号和三号高炉异地大修后，该喷吹系统只对二号高炉喷煤。系统能力为20000kg/h，采用总管煤流计计量为主，罐重计量为辅。因喷吹煤种变化，煤流计的计量精度，准确性问题暴露出来，小时喷吹量在16吨以内，误差能够控制在±500kg，小时喷吹量16-20吨，误差波动到±1000kg，在超出设备能力小时喷吹21000-24000kg/h时，误差达到±2000kg。严重影响了高炉热制度和炉况的稳定，不利于高炉发挥产能。鉴于此，公司2020年底决定对二号高炉喷吹系统实施改造。在前期多家设计院交流的基础上，结合国内中小高炉喷吹系统改造的业绩和运用实际，选择倾倒恒拓环保科技有限公司的智能喷吹系统方案，对二号高炉的喷吹系统实施了改造。从签订技术协议到设备供货，最后设备对接投产，累计用时50天。完美的实现了新老喷吹系统在线改造，一次休风切换，喷吹系统目前达到技术协议规定的能力和控制精度，智能喷吹，智能检堵反吹要求。为二号高炉产能进一步提升奠定了坚实的基础。

1.新老喷吹系统能力和参数对比

1.1参数对比：

从表中数据可以看出，老喷吹系统设计能力不足，新喷吹系统结合高炉最新的产能要求，风量风压要求，设计新系统的喷吹能力，是改善高炉喷吹能力和精度的关键。

1.2新喷吹系统功能介绍：

1.2.1本项目涉及到喷吹系统工艺管线和设备的改造以及智能均匀喷煤软件控制系统模型的开发。每台喷吹罐均增加V型煤流调节阀等工艺设备，同时改造现有工艺设备等系列装置，通过智能数学模型改进优化喷吹工艺，稳定喷煤速率，在安全均喷、匀喷的基础上提高喷煤量。

1.2.2具体方法如下：随着高炉喷煤量需求变化，通过煤粉調节阀开度智能控制和一次、二次输送气量智能配合使固气比始终在最优状态。控制充压及流化速度，尽可能的为喷吹稳定创造条件。在喷煤过程中，随着喷吹罐内的煤粉逐步减少，对喷吹罐及时进行补气，维持喷吹罐压力的稳定性，为满足高炉喷煤量的改变需求，对喷吹罐压进行及时调整。开发系列智能均匀喷煤控制模型稳定喷吹速率，通过煤粉调节阀及喷吹罐压动态智能模型及所有相关智能模型互联配合工作实现智能喷吹。

1.2.3分配器各个支管安装高灵敏微波多普勒检堵仪（HMR-D型），在线实时监测各支管喷煤浓度状况，出现特殊情况如浓度显示低于30%或高于90%时，PC系统指令上位机使支管各阀门开始自动反吹，根据系统反馈压力来判断是否吹通，吹通后系统打开煤粉管道阀门、关闭氮气管道阀门进行正常喷吹煤粉;分配器支管等距分布，尽量使各支管阻损相同，使分配器各支管喷煤安全、连续、均匀、稳定。

2.在线改造，休风切换

二号高炉喷吹系统为三罐并列，单总管，单分配器形式，20只风口煤枪。具备逐一在线改造的条件。新喷吹系统改造由于时间紧，任务重，采用在线改造，休风切换的方式完成。减少高炉停煤的时间，最大限度的降低高炉的生产成本，保持高炉的产能不衰减。

2.1在线改造高炉不停煤

2.1.1改造设备准备

喷吹系统管道 、阀门磨损较大，尤其是喷吹高比例兰炭，CDQ粉，其磨损量更大，根据梅山大高炉的经验，选择使用大量的陶瓷阀门，提高设备的运行周期。在喷吹总管的选择上，选用Φ121*10mm的20号钢无缝钢管，总管弯头采用内衬陶瓷弯头。分配器冷却氮气阀门选用常开型气动电磁阀，是风口煤枪保护的关键。分配器出口选用内衬陶瓷管道，提升寿命。在煤枪的选择上，结合外部考察实际，结合老喷吹系统的特点，选用内径Φ14mm的陶瓷煤枪，不仅能够满足每只煤枪小时喷吹2000kg的要求，也能够适当的增加阻力，减少氮气气源的用量。

2.1.2改造施工方案

针对二号高炉改造的特点，以及装备能力的条件，计划实施不停煤，三个喷吹罐轮流改造，首先改造1号和2号喷吹罐，对罐体上的设备进行改造。唯一保留底部出粉流化室在休风期间对接。3号喷吹罐在休风前5天，全部退出喷吹系统，实施全面的改造，并与改造的总管，分配器对接，利用3号喷吹罐的动力气源，通过总管、分配器，煤枪支管对管线和罐体、法兰进行试压，对管道进行吹扫。高炉计划休风期间实施1号和2号喷吹罐底部流化室的改造以及总管对接。风口吹管和煤枪更换工作。

2.1.3不停煤改造实施

从2021年1月10日设备进场开始，按照计划逐一改造喷吹罐，喷吹总管，喷吹支管，分配器等辅助设施。

2.2休风切换完美对接

2.2.1单罐程序模拟

本系统具备单罐向煤粉仓返粉，单罐向中速磨返粉的功能，在3号喷吹罐离线彻底改造完成后，通过对管道的试压和吹扫完成后，实施了单管模拟返粉的程序功能，为新喷吹系统投用程序正常运行提供了试验基础。

2.2.2休风对接投用

2021年2月2日至2月3日高炉计划休风36小时，实施对接完成，2月3日晚上19点40分高炉复风，21点10分，高炉开始试验喷吹。

3.喷吹系统智能喷吹能力试验

为了验证新喷吹系统的能力，二号高炉于2021年3月4日，利用高炉热制度稳定的机会，对喷吹系统的一键停止喷吹，一键启动喷吹和喷吹系统的最大能力进行了短期的测试。具体如下：

3.1一键停止喷吹功能测试

结合老喷吹系统一键停止喷吹的功能，对新喷吹系统的功能进行完善，生产方提供工艺方案，程序员实施程序的修改和完善。通过反复的斟酌，在确保风口煤枪能够自动进入反吹，喷吹罐出煤粉阀能够自动关闭的条件下，确保其他两个喷吹罐不应为一键停煤而自动投入喷吹状态，于3月4日实施了一键停煤。在停煤过程中，对出现的程序不执行问题，再次修改。3月5日再次实施一键停煤。功能完全投用。利用两次停煤的机会，通过20分钟停煤，利用余下的40分钟喷吹机会，将喷吹设定值从启动喷吹的6000kg/h，逐步提升到39000kg/h的喷吹速率，维持40分钟，确保了本小时基本喷吹量不低于要求设定值。

3.2一键启动喷吹功能测试

利用两次一键停煤的机会，实施一键启动喷煤的试验，通过两次的程序优化，实现了半自动启动到全自动启动的突破。一键启动喷煤试验成功，投用生产状态。新喷吹20只风口煤枪自动反吹功能投用，通过检查煤流密度，设定自动反吹的下限，单只煤枪可实现在线检堵，智能反吹，在确定单只煤枪吹通后，点击确认，实现煤枪恢复喷吹。

3.3最大喷吹能力试验

通过20分钟一键停煤试压，利用余下的40分钟喷吹机会，将喷吹设定值从启动喷吹的6000kg/h，逐步提升到39000kg/h的喷吹速率，维持40分钟，确保了本小时基本喷吹量不低于要求设定值。总体喷吹小时误差控制在±300kg以内，实时速率波动95%以上时间控制在±1500kg以内。喷吹罐压随喷吹量提升，罐压分级提升，一次补气量分级降低。喷吹至39000kg/h时，喷吹系统的固气比维持在30-40kg/kg之间。

3.4高爐产量稳定提升，喷煤比稳定提升

二号高炉提升产能，高炉喷吹能力是限制环节，系统改造前，小时的喷吹能力在18000-20000kg/h之间。系统改造后，使用90%兰炭、10%提质焦粉混合喷吹，小时的喷吹能力提升到20000-26000kg/h吨之间。煤比从108kg/t.fe提升到130kg/t.fe。高炉利用系数从2.9t/m3.d提升到3.1t/m3.d。克服了老系统无法喷吹兰炭的瓶颈。炼铁成本同步下降。

表1：高炉技术经济指标提升趋势表

4.存在问题及解决措施

4.1新喷吹系统存在的问题

新喷吹系统在投用后，还存在一些细节问题。1）喷吹罐的退出检修操作繁琐;2）新喷吹系统喷吹罐出口总管在停煤后容易堵塞;3）新喷吹系统喷吹罐加煤风机管道堵塞严重，导致振动筛的软连接容易破损。

4.2解决措施

针对新系统存在的问题，多方协同共同解决。喷吹罐的退出操作，通过设置检修操作按钮，程序自动实现罐体所有设备和阀门停止工作，紧急放散阀自动打开泄压，为喷吹罐检修安全做好保障。针对喷吹总管容易堵塞的问题，通过将喷吹罐出口的手动阀和气动阀换位后，将气动切断阀执行机构安装在底部流化器的出口，出煤阀关闭后，管道内的残余煤粉减少，管道换罐和停煤时堵塞的情况得到解决。针对加煤风机管道堵塞问题，通过对加煤风机管道实施外部保温，减少氮气在管道内的冷凝量，减少煤粉的板结，消除管道堵塞，消除振动筛软连接受压破损的问题。

5.结论

新喷吹系统投用后，为二号高炉的煤比提升提供了条件;为二号高炉产量水平的提升奠定了基础。新系统投用后，喷吹精度，过程速率波动，小时误差精度都达到了技术协议要求的目标。投产2个月以来，新系统喷吹煤枪没有堵塞的问题。在90%比例兰炭，10%提质焦粉制粉喷吹的情况下，喷吹系统依然稳定，风口煤枪也未出现任何堵塞的问题。彻底改善了老喷吹系统固有的问题，极大的减轻了岗位的作业负荷。在生产运行中，需要关注高比例兰炭喷吹，对管道和设备的磨损，以利于后续在耐磨设备的改进上做好数据支撑。在炼铁生产降本增效的大趋势下，需要进一步的摸索如何进一步的控制喷吹系统的氮气消耗量，通过匹配高炉热风压力，匹配合适的喷吹罐压和一次补气量。

参考文献：

[1]孙利柱.气力浓相输送煤流计在喷煤系统中的应用[J].梅山科技.2005年第4期

[2]仇彬等.一个喷吹系统供3座高炉喷煤的新工艺.梅山科技[J].2005年炼铁增刊