石灰窯噴煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用*

李學(xué)華，武新萍，徐廣龍

(大峘集團(tuán)有限公司， 江蘇 南京　211112)

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石灰窯噴煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用*

李學(xué)華，武新萍，徐廣龍

(大峘集團(tuán)有限公司， 江蘇 南京211112)

介紹了石灰窯噴煤系統(tǒng)工藝流程以及工藝設(shè)備選型。

噴煤系統(tǒng)； 設(shè)備選型； 粉體喂料機(jī)； 燃燒器

1　噴煤系統(tǒng)簡(jiǎn)介

經(jīng)過(guò)考察、研究國(guó)內(nèi)石灰窯噴煤系統(tǒng)的運(yùn)行情況，聯(lián)峰鋼鐵公司的噴煤系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)窯燒嘴設(shè)計(jì)為煤粉和轉(zhuǎn)爐煤氣五通道煤、氣混燒燃燒器，煤粉用量4～5 t/h， 轉(zhuǎn)爐煤氣用量25000～27000 m3/h。因回轉(zhuǎn)窯煤粉使用量少，且高爐噴煤車(chē)間制粉能力富裕，決定不再新建設(shè)制粉系統(tǒng)，由高爐噴煤車(chē)間將煤粉輸送至噴吹站煤粉倉(cāng)內(nèi)；煤粉倉(cāng)內(nèi)煤粉經(jīng)粉體喂料機(jī)、轉(zhuǎn)子秤、螺旋泵供給，由羅茨風(fēng)機(jī)送入燃燒器內(nèi)。噴吹站主要由收粉器、煤粉倉(cāng)、倉(cāng)頂布袋、粉體喂料機(jī)、轉(zhuǎn)子秤、螺旋輸送機(jī)和羅茨風(fēng)機(jī)等設(shè)備組成，煤粉倉(cāng)設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留600 t/d石灰窯噴煤系統(tǒng)接口，流程圖如圖1所示。

圖1　噴煤系統(tǒng)工藝流程圖

2　工藝設(shè)備選型

2.1煤粉輸送

3#1080 m3高爐噴煤車(chē)間磨機(jī)為EM110立式球磨機(jī)，產(chǎn)量約為60 t/h，除高爐煤粉需求外，富裕產(chǎn)量約20 t/h。因此回轉(zhuǎn)窯的煤粉供應(yīng)可不再新建設(shè)制粉系統(tǒng)，利用高爐噴煤車(chē)間的噴吹罐向回轉(zhuǎn)窯噴吹站煤粉倉(cāng)內(nèi)輸送煤粉，遠(yuǎn)距離輸送管道采用擴(kuò)徑技術(shù)來(lái)減少壓力損失，控制流速，實(shí)現(xiàn)低壓輸送；并設(shè)置一根吹掃管與輸煤管路同時(shí)抵達(dá)噴吹站，在沿途設(shè)置吹掃點(diǎn)，直至噴吹站煤粉倉(cāng)。

2.2煤粉倉(cāng)

煤粉倉(cāng)的容積設(shè)計(jì)為90 m3，材質(zhì)為碳鋼 (Q235B)，煤粉倉(cāng)下端共有三個(gè)支腿，設(shè)稱重傳感器計(jì)量，為保證煤粉輸送暢通，錐體角度大于70°。每個(gè)錐體都設(shè)有沸騰裝置，使用N2沸騰，一則解決安全防爆問(wèn)題，另一方面，通過(guò)沸騰解決煤粉倉(cāng)掛灰問(wèn)題。

考慮煤粉輸送以及煤粉儲(chǔ)放的安全要求，煤粉倉(cāng)設(shè)有倉(cāng)頂布袋除塵器，保持倉(cāng)內(nèi)負(fù)壓操作。若預(yù)算充足，風(fēng)機(jī)可采用變頻電機(jī)，煤粉停止輸送時(shí)，電機(jī)低頻運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能效果。

2.3粉體喂料機(jī)

喂料系統(tǒng)的可靠、連續(xù)、準(zhǔn)確、穩(wěn)定運(yùn)行是穩(wěn)定窯的熱工制度、降低煤耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量和保證設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素。

煤粉經(jīng)稱重倉(cāng)穩(wěn)流后再由FR喂料機(jī)均勻、穩(wěn)定地喂入RWF轉(zhuǎn)子秤。進(jìn)入RWF轉(zhuǎn)子秤的煤粉由轉(zhuǎn)子從進(jìn)料口帶至出料口并喂入下級(jí)設(shè)備。特殊設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)使得稱重傳感器能精確地測(cè)出RWF圓盤(pán)體中粉體的重量，并由SPU信號(hào)處理單元將此弱信號(hào)進(jìn)行采集、放大、轉(zhuǎn)換,然后傳輸?shù)絇LC的模擬輸入接口。系統(tǒng)通過(guò)磁電式測(cè)速傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子秤的轉(zhuǎn)速，并將此信號(hào)送入PLC的高速計(jì)數(shù)接口。采集到的物料重量與電機(jī)速度信號(hào)經(jīng)控制系統(tǒng)處理運(yùn)算得到粉體的實(shí)際流量，通過(guò)調(diào)節(jié)喂料機(jī)和轉(zhuǎn)子秤的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)粉體定量給料。對(duì)FR喂料機(jī)的調(diào)節(jié)引入預(yù)置加前饋的控制理念，使得系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。

粉體喂料機(jī)的技術(shù)參數(shù)：

供給物：煤粉；容重(BD)：0.5 t/m3；細(xì)度：-200目≥80%；溫度：≤80 ℃ ；水分：≤1.0% ；壓力：常壓；能力：MIN.0.9 t/h，NOR.4～5 t/h，MAX. 6 t/h；精度：短期精度為±1.0 % ，長(zhǎng)期精度為±0.5 %；電源：3 PH，AC 380 V，50 Hz；使用區(qū)間：室內(nèi)安裝。

2.4羅茨風(fēng)機(jī)

羅茨風(fēng)機(jī)的選型主要取決于已知的空氣需求量和系統(tǒng)管道操作壓力，以及空氣損失和所需的儲(chǔ)備系數(shù)及安全系數(shù)。煤粉輸送氣流速度一般由經(jīng)驗(yàn)確定，輸送速度為25～30 m/s時(shí)，才能保障煤粉與輸送空氣風(fēng)量在輸送管中處于全紊流狀態(tài)，否則輸送管內(nèi)會(huì)出現(xiàn)噎堵現(xiàn)象，輸送受阻。粉料輸送量和空氣消耗量的比可用“料氣比”來(lái)表示，料氣比的數(shù)值主要取決于輸送物料的特性、操作參數(shù)和氣固噴射器的幾何參數(shù)；這是個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于螺旋泵輸送煤粉，料氣比的設(shè)計(jì)值一般取<3 kg/m3。經(jīng)過(guò)計(jì)算，羅茨風(fēng)機(jī)選型為：

風(fēng)量：40 m3/min；壓損：58.8 kPa。

2.5燃燒器

燃燒器型號(hào)為SR1-MQ/33YS型五通道煤、氣混燒燃燒器，燃燒能力：煤粉4～5 t/h、轉(zhuǎn)爐煤氣25000～27000 m3/h。煤粉指標(biāo)要求：熱值≥6000 kcal/kg、揮發(fā)分≥20%、細(xì)度(-200目)≥85%、水分≤1.5%。燃燒器具有以下性能特點(diǎn)：

(1)噴頭選用Cr25Ni20鑄造后精加工而成，耐高溫、抗氧化，使用壽命長(zhǎng)；

(2)火焰形狀規(guī)則，完整；火焰無(wú)波動(dòng)，穩(wěn)定。不會(huì)出現(xiàn)火焰吹掃窯襯的現(xiàn)象，可延長(zhǎng)窯襯的使用壽命；

(3)煤粉、煤氣和一次風(fēng)及二次風(fēng)混合良好，燃燒充分，故可提高窯的熱力強(qiáng)度，同時(shí)降低一次風(fēng)的比例，從而提高窯的產(chǎn)量并降低熱耗；

(4)攏焰罩形成碗狀效應(yīng)和火焰一開(kāi)始沒(méi)有強(qiáng)渦流避免了溫度峰值，使火焰溫度分布均勻合理，可有效地保護(hù)窯口筒體和護(hù)板；

(5)降低CO和NOx的含量：由于燃料和風(fēng)混合更為充分，燃燒更為快速完全，降低了窯尾廢氣中CO和NOx的含量，有利于電收塵的安全運(yùn)行和環(huán)保。

3　應(yīng)用分析

3.1預(yù)計(jì)成本節(jié)約情況

根據(jù)目前生產(chǎn)情況，石灰窯產(chǎn)量約為960 t/d 。只采用轉(zhuǎn)爐煤氣時(shí)石灰窯的能源消耗量為轉(zhuǎn)爐煤氣800 m3/t.灰(轉(zhuǎn)爐煤氣的熱值為1600 kcal/m3)；改為噴煤后，用煤粉代替一半的焦?fàn)t煤氣(煤粉的熱值為7100 kcal/kg)，煤粉的消耗量約為90 kg/t.灰。能源的價(jià)格成本為：轉(zhuǎn)爐煤氣 0.2元/m3，煤粉0.8元/kg； 噴煤后噸灰產(chǎn)量預(yù)計(jì)可節(jié)約成本為 8元/t.灰，每年可節(jié)省近300萬(wàn)元。

3.2實(shí)施效果

1) 投產(chǎn)以后，整套系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，石灰窯產(chǎn)量約為960 t/d，管道未出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。喂料系統(tǒng) 能夠可靠、連續(xù)、準(zhǔn)確、穩(wěn)定地輸送煤粉至燃燒器內(nèi)。

2) 經(jīng)分析能源消耗量：轉(zhuǎn)爐煤氣約為15000 m3/h，煤粉約為4.5 t/h，石灰窯產(chǎn)量約為960 t/d，實(shí)際能源消耗沒(méi)有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，并且窯頭有碳顆粒，煤粉燃燒不充分。經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試、研究，總結(jié)出以下原因：

(1)轉(zhuǎn)爐煤氣含有水分，煤氣與煤粉混合過(guò)程中，形成碳顆粒，致使煤粉難以燃燒；

(2)煤粉指標(biāo)：揮發(fā)分約為10%、細(xì)度(-200目)約為70%。由于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)負(fù)壓燃燒，燃料在爐膛內(nèi)存在時(shí)間短，煤粉揮發(fā)性低，難以迅速燃燒，造成煤粉燃燒不充分。

查閱回轉(zhuǎn)窯噴煤資料，煤粉充分燃燒需要保證煤粉揮發(fā)分不低于18%、細(xì)度(-200目)不低于80%，并且灰熔點(diǎn)溫度高于爐膛溫度，否則會(huì)出現(xiàn)煤粉燃燒不充分，能源消耗高，窯內(nèi)出現(xiàn)結(jié)圈現(xiàn)象。

4　結(jié)束語(yǔ)

(1)石灰窯噴煤系統(tǒng)改造投資不大，且利用了高爐噴煤系統(tǒng)的富裕產(chǎn)量，以減少轉(zhuǎn)爐煤氣的使用量，達(dá)到節(jié)約能源、降低消耗的目的；

(2)石灰窯噴煤系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，生產(chǎn)穩(wěn)定；

(3)實(shí)際能源消耗尚未達(dá)到理想值，經(jīng)原因分析，有待加以改進(jìn)。

2016-01-23

李學(xué)華(1986—)，男，工程師。電話：15895910477

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