祝和利 黃金堂 雷發(fā)榮 劉華慶
(柳州鋼鐵股份有限公司煉鐵廠)
摘 要：針對柳鋼高爐制粉系統(tǒng)、噴吹系統(tǒng)工藝技術(shù)及生產(chǎn)實(shí)踐中出現(xiàn)的問題，采取了一系列的改進(jìn)措施。噴煤系統(tǒng)通過對柳鋼高爐優(yōu)化配煤，穩(wěn)定進(jìn)口貧瘦煤比例在50%,提高噴煤質(zhì)量；噴煤系統(tǒng)的改造和自動控制高爐噴煤量，提高噴煤穩(wěn)定性；噴吹煤粉預(yù)熱技術(shù)，提高其燃燒率；同時減少流化裝置的板結(jié)現(xiàn)象，提高噴吹的均勻性，減少噴吹壓力波動；淘汰氮?dú)夂蛪嚎s空氣的混合噴吹，實(shí)行全氮?dú)鈬姶档燃夹g(shù)。
關(guān)鍵詞：優(yōu)化配煤；噴煤穩(wěn)定性；煤粉預(yù)熱；全氮?dú)鈬姶?/p>
煉鐵廠目前擁有1座2650 m3高爐，2座2000 m3 高爐，3 座 1500 m3 高爐，1 座 1250 m3高爐，總有效爐容12400 m3,具備年產(chǎn)生鐵1200萬t的能力。柳鋼高爐噴吹工藝技術(shù)一直建立在以高爐噴吹站為主體工藝的宜接噴吹模式下。隨著高爐噴煤量的不斷增加，以爐況穩(wěn)定為中心的生產(chǎn)指導(dǎo)方針，為了滿足對噴煤工藝操作嚴(yán)格要求，針對制粉系統(tǒng)、噴吹系統(tǒng)工藝技術(shù)及生產(chǎn)實(shí)踐中出現(xiàn)的問題，技術(shù)人員采取了一系列的改進(jìn)措施。2017 - 2018年，通過優(yōu)化配煤，提高噴煤穩(wěn)定性，噴吹煤粉預(yù)熱技術(shù)，全氮?dú)鈬姶导夹g(shù)，達(dá)到了提高高爐噴煤質(zhì)量、穩(wěn)定噴吹、均勻噴吹、穩(wěn)定分配器壓力的效果。通過改進(jìn)噴煤系統(tǒng),2018年在3座高爐處于爐役后期護(hù)爐生產(chǎn)的情況下，生鐵年產(chǎn)量完成1215. 49萬t,燃料比533. lkg/t,噴煤比154 kg/t,噴吹煤粉濃度40 - 60kg/m3,均創(chuàng)歷史最好水平。通過對柳鋼高爐噴煤技術(shù)創(chuàng)新，使其工藝技術(shù)、裝備水平及操作技能都上升到國內(nèi)先進(jìn)水平，為柳鋼高爐各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)入全國先進(jìn)行列創(chuàng)造了條件，為降低生鐵成本做出了貢獻(xiàn)。
1 采用配煤技術(shù)，提高煤粉質(zhì)量
無煙煤的揮發(fā)分低，可磨性和燃燒性不好, 但是含碳量高，發(fā)熱值高，因此其煤焦置換比較高。煙煤的燃燒性能比無煙煤的燃燒性能好，并且煤的揮發(fā)分越高，其燃燒性能越好，成本比無煙煤低，但是它的發(fā)熱值低，爆炸性較強(qiáng)，對安全條件要求比較嚴(yán)格?；谝陨显?，單獨(dú)噴吹任何一種煤都不經(jīng)濟(jì)[1]。配煤是根據(jù)不同煤種性能，將兩種或兩種以上的煤按一定比例混合起來的過程。因此高爐噴煤大多采用混合配煤，既滿足技術(shù)要求，也兼顧了經(jīng)濟(jì)性[2]。配煤技術(shù)可以充分利用各種噴吹煤優(yōu)點(diǎn)，揚(yáng)長避短，可獲得最佳噴吹效果[3]。目前柳鋼主要噴吹煤種有進(jìn)口貧瘦煤、無煙煤和混合煤。進(jìn)口貧瘦煤灰分較低(8.0% ~ 11.0%),無煙煤灰分較高(12. 0% - 14. 5% ),混合煤灰分為 10. 0% ~13.0%[4]。煤粉中的灰分會隨物料完全進(jìn)入爐渣中，過高的灰分會大幅增加高爐的渣量，增大了顯熱的損失，降低煤粉的置換比?；曳置刻岣?%,焦比提高1-5%[5]。 一般情況下，要求噴吹用煤的灰分比高爐焦炭低2%。進(jìn)口貧瘦煤燃燒性好，可磨性較好，灰分低，發(fā)熱值高，應(yīng)作為主要煤種[6-7]。柳鋼長期采用30%國內(nèi)貧瘦煤+70%無煙煤噴吹，由于國內(nèi)貧瘦煤主要在湖南一帶采購，質(zhì)量波動大，難磨、易堵槍，綜合噴吹效果不理想。公司根據(jù)市場情況，2017年9月開始穩(wěn)定進(jìn)口貧瘦煤比例在50%,控制噴吹煤灰分在10. 5%、揮發(fā)分在12% ~ 16% ,通過噴吹試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)噴吹效果特別好。實(shí)驗(yàn)室測定澳大利亞噴吹煤主要性能見表1。
2噴煤穩(wěn)定性提高的措施同
2.1噴煤系統(tǒng)的改造
(1) 增加中部流化。噴吹罐內(nèi)煤粉流化如何，將對輸送順暢與否產(chǎn)生影響。通過上部沖壓方式，將煤粉壓實(shí)，無法充分流化?，F(xiàn)在中部增加流化，使得煤粉得以充分疏松。中部流化3個流化孔，位于距罐底高2500mm處，以三角形形式環(huán)布一周；每個中部流化孔分別由氣動閥切斷閥和調(diào)節(jié)閥控制。
(2) 管道盲管改造。噴煤罐給煤閥距離前端匯聚的高爐噴煤管有較長的盲管，達(dá)6m左右。在使用噴煤罐噴煤過程中，盲管容易堵塞, 送氣不通，需要往噴煤罐內(nèi)反拉，反拉過程會造成倒灌時間長，高爐分配器壓力波動大。在匯聚前端增加氣動閥，縮短盲管距離，并設(shè)置程序進(jìn)行控制，使新增的氣動閥與原先的給煤閥進(jìn)行連鎖，實(shí)現(xiàn)同時開關(guān)，防止煤粉堵塞管道，減少倒罐時間，減少高爐壓力波動。
(3)補(bǔ)氣、補(bǔ)壓閥門改造。系統(tǒng)的補(bǔ)壓、補(bǔ)氣調(diào)節(jié)閥運(yùn)用的是電動調(diào)節(jié)閥，因此電氣控制部分具有制約作用。在使用過程中靈敏度差，設(shè)定開關(guān)量與實(shí)際開關(guān)量偏差達(dá)5%,造成補(bǔ)氣和補(bǔ)壓流量波動不穩(wěn)定，將電動調(diào)節(jié)閥改成氣動調(diào)節(jié)閥后，設(shè)定開關(guān)量與實(shí)際開關(guān)量偏差僅為1%,補(bǔ)氣和補(bǔ)壓流量穩(wěn)定，減少噴煤過程中的速率波動。
2.2實(shí)現(xiàn)高爐噴煤自動控制
(1)噴煤量自動控制方案
采用“定罐壓調(diào)補(bǔ)氣流量”方案，自動調(diào)節(jié)實(shí)時噴煤率，以此保障罐壓穩(wěn)定性，并結(jié)合補(bǔ)氣量對噴煤率進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制原理如圖1。由噴煤量設(shè)定，對噴煤率設(shè)定進(jìn)行推算；依據(jù)設(shè)定差異，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)曲線，對噴吹罐罐壓設(shè)定值進(jìn)行設(shè)定；并結(jié)合自動調(diào)節(jié)泄壓閥、補(bǔ)壓調(diào)節(jié)閥，對罐壓進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使罐壓處于設(shè)定值范圍。雖噴煤率不直接受到罐壓控制，但噴煤率偏差將對罐壓控制造成影響。當(dāng)實(shí)際值和設(shè)定值偏差超過2t/h時，將罐壓設(shè)定增減20kPa；當(dāng)該偏差達(dá)到5t/h,則增減30kPa。
結(jié)合補(bǔ)氣調(diào)節(jié)閥開展閉環(huán)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)噴煤率的調(diào)節(jié)。依據(jù)設(shè)定和實(shí)際噴煤率偏差，通過PID控制方式加以調(diào)節(jié)，穩(wěn)定噴煤率于設(shè)定范圍內(nèi)，達(dá)成均勻噴煤的目標(biāo)。因噴煤率很大程度上會受補(bǔ)氣調(diào)節(jié)閥開度的影響，且調(diào)節(jié)具備滯后性，在多次試驗(yàn)后，可限制開度于20%?45%,調(diào)節(jié)幅度不得過大。此外，當(dāng)實(shí)際值大于設(shè)定值時, 需調(diào)小補(bǔ)氣調(diào)節(jié)閥；當(dāng)實(shí)際值小于設(shè)定值時，需開大補(bǔ)氣調(diào)節(jié)閥。因此，在對補(bǔ)氣調(diào)節(jié)閥PID控 制參數(shù)進(jìn)行設(shè)定時，需對反作用加以選擇。
因?qū)⒔?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦\(yùn)用于噴吹初期，噴煤量調(diào)節(jié)偏差大。為使得lh、0. 5h噴煤量與高爐需求相符，有必要在噴吹時實(shí)時對噴煤量設(shè)定進(jìn)行補(bǔ)償。采取每l0min進(jìn)行一次補(bǔ)償?shù)姆绞絹碚{(diào)整噴煤量，即噴煤l0min后，對比當(dāng)前需要的噴煤量與設(shè)定噴煤值偏差，調(diào)整下一個l0min的噴煤量，依次反復(fù)。
3噴吹罐加熱預(yù)熱煤粉技術(shù)
通過設(shè)計增加噴吹罐蒸汽加熱裝置，對噴吹罐煤粉進(jìn)行蒸汽加熱，保證噴吹罐煤粉溫度一直處于70℃左右，促進(jìn)煤粉在風(fēng)口前氣化熱解, 減少了煤粉從室溫加熱到預(yù)熱溫度所需的熱量和時間，使煤粉燃燒區(qū)域前移。煤粉在高溫下反應(yīng)速率更快，更有利于提高其燃燒率。同時減少流化裝置的板結(jié)現(xiàn)象，提高噴吹的均勻性，減少噴吹壓力波動。
3.1裝置的設(shè)計方案
對蒸汽管路進(jìn)行系統(tǒng)地分析，繪制出噴吹罐改造前流程圖，探討方案的可行性。根據(jù)每個噴吹罐的實(shí)際管路走向，設(shè)計蒸汽管的安裝裝置。
在每個噴吹罐下部1. 5m處用?20mm無縫鋼管纏繞噴吹罐外部，每圈間隔16cm左右，在每個噴吹罐的進(jìn)蒸汽處安裝手動與氣動閥門，同時在蒸汽管末端安裝疏水閥裝置，自動排水。在電腦上設(shè)置控制程序，實(shí)現(xiàn)全自動開關(guān)閥門，噴吹罐改造前后流程如圖2。
3.2煤粉加熱原理
蒸汽是一種具有高傳熱性能的傳熱導(dǎo)體，通過密閉容器內(nèi)工作介質(zhì)來傳遞熱量，其傳熱性能類似于導(dǎo)體導(dǎo)電性能。其次，它具有傳熱能力大，傳熱效率高的特點(diǎn)。
3.3實(shí)施步驟
(1) 每個噴吹罐安裝無縫鋼管，進(jìn)氣處各安裝3個手動與氣動閥門。
(2) 進(jìn)氣與出氣處安裝軟連接便于稱重。
(3) 在蒸汽總閥處安裝閥門，便于設(shè)備出現(xiàn)故障關(guān)閉閥門檢修。
(4) 制作電腦控制程序，實(shí)現(xiàn)全自動開關(guān)閥門。
3.4裝置維護(hù)
(1) 蒸汽閥門、管路定期檢查更換。
(2) 發(fā)現(xiàn)噴吹罐煤粉溫度異常，及時關(guān)閉蒸汽閥門，檢查無異常再使用。
(3) 在蒸汽管路上懸掛警示標(biāo)識牌。
3.5程序控制說明
(1) 噴吹罐在裝煤粉階段，程序自動關(guān)閉蒸汽供給閥。
(2) 待噴吹罐煤粉裝滿后，程序判斷噴吹罐內(nèi)溫度，溫度小于65℃時，程序自動開啟蒸汽供給閥。
(3) 當(dāng)噴吹罐煤粉溫度大于70℃時，程序自動關(guān)閉蒸汽供給閥。
3.6噴吹罐蒸汽預(yù)熱效果
(1) 從投入使用以來，工作噴吹罐溫度保持在65 ~70℃范圍內(nèi)進(jìn)行噴煤。
(2) 噴吹罐出煤閥前端溫度大約65℃，分配器入口溫度大約62℃，風(fēng)口前的煤槍溫度大約56℃。
(3) 倒罐過程中分配器壓力波動減小，出煤較順暢(波動值由之前的250kPa降低到l00kPa)。
(4) 混合后壓力與噴吹罐壓力差值降低,更利于噴煤(差值由之前的30~40kPa降低到8~15kPa)。
(5) 補(bǔ)氣流量大約下降150m3/h、罐壓大約下降50kPa。
(6) 底部流化裝置未出現(xiàn)過板結(jié)。
(7) 高爐未因煤粉過濕出現(xiàn)堵槍。
4全氮?dú)鈬姶导夹g(shù)
壓縮空氣與氮?dú)饣旌蠂姶?，空壓機(jī)頻繁加卸載，空壓壓力不穩(wěn)定，造成空氣補(bǔ)氣量不穩(wěn)定，分配器壓力產(chǎn)生波動。例如1號爐B分配器壓力在0. 52-0. 62 MPa范圍波動，波動值超過了0.1 MPa,其波動幅度比較大。特別是換罐期間分配器壓力波動比較大，而首鋼高爐噴煤分配器壓力波動值不超過0.03 MPa,分配器壓力波動會影響高爐風(fēng)壓的穩(wěn)定性，風(fēng)壓波動會影響高爐操作的穩(wěn)定性和煤氣流分布的穩(wěn)定。為了解決分配器壓力頻繁波動的問題，2018年8月技術(shù)人員開始對高爐進(jìn)行全氮噴吹實(shí)驗(yàn)。根據(jù)各噴吹系統(tǒng)的實(shí)踐情況，技術(shù)、安全和設(shè)備等管理人員進(jìn)行多次探討、分析，制定詳細(xì)的生產(chǎn)安全組織方案，落實(shí)好安全，首先在2000m3高爐試驗(yàn)成功，然后逐步在全廠推廣全氮?dú)鉂庀鄧姶怠?/p>
4.1全氮?dú)鈬姶挡僮鲄?shù)控制
合理的噴吹罐罐壓和二次補(bǔ)氣風(fēng)量不但可以節(jié)約氮?dú)庀?，而且可以提高噴煤?zhǔn)確性。通過實(shí)踐摸索，找出各高爐的噴吹罐壓和補(bǔ)氣風(fēng)量,實(shí)現(xiàn)低耗節(jié)能生產(chǎn)。表2為各高爐正常生產(chǎn)時的噴吹罐壓、二次補(bǔ)氣風(fēng)量。
4.2全氮?dú)鈬姶档男Ч?/p>
(1)全氮噴吹穩(wěn)定分配器壓力。全氮?dú)鈬姶档那闆r下，氮?dú)饨?jīng)過減壓閥后，氮?dú)鈮毫Ψ€(wěn)定，分配器壓力波動小，減少了高爐因分配器壓力頻繁波動而導(dǎo)致風(fēng)壓波動，為高爐生產(chǎn)創(chuàng)造了穩(wěn)定的條件。全氮?dú)鈬姶岛突旌蠂姶档姆峙淦鲏毫皣姶笛a(bǔ)氣流量波動值進(jìn)行對比見表3。
(2) 全氮?dú)鈬姶禍p少噴煤介質(zhì)中的水分, 有利于煤粉輸送和燃燒。因?yàn)樵诘獨(dú)馍a(chǎn)工藝中對氮?dú)膺M(jìn)行了脫水，而壓縮空氣中還有水分，所以全氮?dú)鈬姶禃r降低噴煤介質(zhì)的含水量。噴煤介質(zhì)含水量減少后，煤粉黏度減小，噴吹阻力減小。噴吹壓力和流量相應(yīng)減小，從而降低動力介質(zhì)的消耗量，降低噴吹成本。
(3) 全氮?dú)鈬姶岛筇蕴諌簷C(jī)，減少人工成本和空壓機(jī)維修成本?？諌簷C(jī)停下來后，首先不用再頻繁地維修空壓機(jī)，節(jié)約空壓機(jī)的維修成本，同時減少人工對空壓機(jī)的點(diǎn)檢和維護(hù)，有利于噴吹系統(tǒng)人員優(yōu)化，節(jié)約人工成本。
5結(jié)論
柳鋼高爐噴煤采用配煤技術(shù)，提高了煤粉質(zhì)量，穩(wěn)定進(jìn)口貧瘦煤比例50%,控制噴吹煤灰分10. 5%、揮發(fā)分12% ~ 16% ,噴吹效果特別 好；通過增加中部流化、管道盲管改造、補(bǔ)氣、補(bǔ)壓閥門改造等噴煤系統(tǒng)的改造和自動控制噴煤量提高了噴煤穩(wěn)定性；對噴吹罐加熱預(yù)熱煤粉,有利于煤粉在風(fēng)口前燃燒，減少流化裝置的板結(jié)現(xiàn)象，減少分配器壓力波動，高爐堵槍次數(shù)明顯減少，提高噴吹穩(wěn)定性；通過全氮?dú)鈬姶担獨(dú)饨?jīng)過減壓閥后，氮?dú)鈮毫Ψ€(wěn)定，分配器壓力趨于穩(wěn)定，減少噴煤介質(zhì)中的水分，有利于煤粉輸送和燃燒，淘汰了空壓機(jī)，減少人工成本和空壓機(jī)維修成本。
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