邯鋼西區(qū)3200 m3高爐噴煤系統(tǒng)的改進(jìn)及實(shí)踐

馮 帥，王自學(xué)，王明松，李 麗

(河鋼集團(tuán)邯鋼公司 邯寶煉鐵廠，河北 邯鄲 056000)

煤粉穩(wěn)定均勻地從噴煤罐噴入高爐，有利于穩(wěn)定高爐操作和高爐爐溫控制，同時(shí)可以提高煤粉的燃燒率，降低未燃煤粉的數(shù)量。邯寶煉鐵廠兩座高爐采用并罐、雙系列噴煤，由高爐分煤瓶均勻分配煤粉，通過(guò)噴煤支管、煤槍噴至風(fēng)口回旋區(qū)。目前遇到以下問(wèn)題，噴煤罐排氣裝置過(guò)濾面積小，瞬間氣體量大，氣孔易堵塞，且裝煤時(shí)間較長(zhǎng)，進(jìn)而影響充壓流化時(shí)間[1-3]。噴煤罐實(shí)際壓力與設(shè)定壓力的差值頻繁超過(guò)±0.02 MPa，造成罐壓不穩(wěn)，噴煤速率不均勻。噴煤支管、煤槍堵塞情況經(jīng)常發(fā)生，難以實(shí)現(xiàn)每支煤槍均勻噴吹。

1 噴煤罐排氣裝置的改進(jìn)

1.1 改造前缺點(diǎn)

改造前高爐噴煤罐的排氣裝置如圖1(a)所示，煤粉倉(cāng)在頂部，通過(guò)下煤管將煤裝入噴吹罐，下煤管從上到下依次安裝下煤粉閥(DN350氣動(dòng)蝶閥)和進(jìn)煤閥(DN350氣動(dòng)半球閥)。兩個(gè)閥門之間安裝排氣管，排氣管末端安裝過(guò)濾板。裝煤時(shí)，氣體可以透過(guò)過(guò)濾板排出，煤粉則留在管內(nèi)。上述裝置的缺點(diǎn)如下：過(guò)濾板直徑為200 mm，過(guò)濾面積(π·r2)為0.031 m2，面積小，瞬間氣體量大，氣孔易堵塞，氣體無(wú)法排出。一方面導(dǎo)致裝煤時(shí)間延長(zhǎng)，裝20 t煤的時(shí)間超過(guò)5 min，縮短了煤粉的充壓流化時(shí)間，影響噴煤的穩(wěn)定性；另一方面影響噴煤罐稱重，導(dǎo)致設(shè)定裝煤量與實(shí)際裝煤量不符，時(shí)間一長(zhǎng)，噴煤罐有噴空，高爐停煤的風(fēng)險(xiǎn)。此外，過(guò)濾板、排氣管與下煤管呈90°夾角，煤粉會(huì)堆積成“死角”，存在安全隱患。氣體和煤粉反復(fù)沖刷排氣管，易磨損漏煤，污染環(huán)境。

(a)改造前 (b)改造后圖1 噴煤罐排氣裝置改造前后示意圖

1.2 改造方法

改進(jìn)后的噴煤罐排氣裝置如圖1(b)所示，由半圓椎體、支撐架、圓環(huán)條、濾袋構(gòu)成。排氣管改造成半圓椎體，直徑為300 mm，高度為150 mm。材質(zhì)為高錳耐磨鋼，尖頭朝下安裝在下煤管上。濾袋支撐架為碳鋼Q235鍍鋅材質(zhì)，直徑為133 mm，長(zhǎng)度為1 600 mm，上部為網(wǎng)狀形式，下部敞口，與水平呈60°～ 75°夾角，焊接在半圓椎體頂部；支撐架由10根鍍鋅絲環(huán)繞制成，從上到下每隔300 mm由同樣材質(zhì)鍍鋅絲焊接成骨架形式；碳鋼Q235鍍鋅絲直徑為5 mm。濾袋為抗靜電滌綸耐磨材質(zhì)，直徑為135 mm，長(zhǎng)度為1 600 mm，上部封口，下部敞口，安裝在支撐架外部，底部用圓環(huán)條固定。

裝煤時(shí)，先打開(kāi)進(jìn)煤閥，噴煤罐內(nèi)剩余壓力通過(guò)半圓椎體從濾袋卸出，8～10 s后打開(kāi)下煤閥，噴煤罐裝15～20 t煤粉后，先關(guān)閉下煤閥，氣體從針刺氈卸出的同時(shí)，煤粉通過(guò)半圓椎體耐磨裝置落回噴煤罐，30～40 s后關(guān)閉進(jìn)煤閥，保證煤粉不殘存在半圓錐體內(nèi)，之后噴煤罐內(nèi)煤粉開(kāi)始充壓流化。整個(gè)裝煤工序時(shí)間為1～1.5 min，大大縮短了裝煤時(shí)間，保證了煤粉在罐內(nèi)的充分流化，為穩(wěn)定噴吹奠定前提條件。

1.3 改造后效果

改造后排氣裝置的過(guò)濾面積(π·d·h+πr2)為0.693 m2，是原面積的22.4倍。過(guò)濾面積增大，以裝20 t煤粉為例，裝煤時(shí)間由5 min以上縮短到1.5～2 min以內(nèi)。緩慢充壓，煤粉充分流化，保證噴煤的穩(wěn)定性。高爐風(fēng)口內(nèi)進(jìn)煤量均勻，提高了煤粉的燃燒率，降低了未燃煤粉數(shù)量，有利于高爐順行。半圓錐體無(wú)任何死角，避免了積煤，保證了噴煤的安全性。半圓錐體采用高錳耐磨鋼，抵制了氣體和煤粉的反復(fù)沖刷，避免了污染環(huán)境。

2 噴煤罐穩(wěn)壓裝置的改進(jìn)

2.1 改造前缺點(diǎn)

改進(jìn)前的高爐噴煤罐的穩(wěn)壓裝置如圖2(a)所示，有以下缺點(diǎn)：(1)噴煤罐壓力難以控制，實(shí)際壓力與設(shè)定壓力的差值頻繁超過(guò)±0.02 MPa，罐壓不穩(wěn)，造成噴煤速率不穩(wěn)。(2)小放散閥頻繁開(kāi)關(guān)，高壓氣體反復(fù)沖擊放散管道，導(dǎo)致管道經(jīng)常磨漏、漏煤，不僅影響生產(chǎn)，還污染環(huán)境。(3)噴煤過(guò)程中，實(shí)際壓力超過(guò)設(shè)定壓力0.02 MPa后，小放散開(kāi)啟，由于小放散管道直徑為100 mm，泄壓太快，導(dǎo)致罐壓下降較快，噴煤速率會(huì)瞬間降低。(4) 噴煤過(guò)程中，實(shí)際壓力小于設(shè)定壓力0.02 MPa后，通過(guò)增加錐部流化、底部流化進(jìn)氣量，罐壓升高較快，噴煤速率會(huì)瞬間升高。隨著實(shí)際壓力升高，超過(guò)設(shè)定壓力0.02 MPa后，小放散又開(kāi)啟，反復(fù)惡性循環(huán)，罐壓、噴煤速率難以穩(wěn)定。

(a) (b)圖2 噴煤罐穩(wěn)壓裝置改造前后示意圖

2.2 改造方法

改進(jìn)后的噴煤罐穩(wěn)壓裝置如圖2(b)所示，噴煤罐頂部設(shè)有大放散管道(φ150 mm)、小放散管道(φ100 mm)、新小放散管道(φ50 mm)，并分別安裝氣動(dòng)半球閥，可以遠(yuǎn)程控制。新小放散管道和小放散管道在大放散管道的匯集處安裝耐磨鋼板，半圓環(huán)型(瓦狀)，長(zhǎng)為300 mm，厚度為20 mm，避免高壓氣體反復(fù)沖擊大放散管道，導(dǎo)致漏煤，造成環(huán)境污染。在噴煤罐中上部安裝穩(wěn)壓管道(φ100 mm)，并安裝穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥、穩(wěn)壓切斷閥。穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥采用PID控制，根據(jù)實(shí)際罐壓和設(shè)定罐壓差值的大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)，使得噴煤罐的實(shí)際罐壓維持在設(shè)定罐壓±0.005 MPa之間，提高了噴煤速率的穩(wěn)定性。

噴煤過(guò)程中，關(guān)閉進(jìn)煤閥、大放散閥、小放散閥；打開(kāi)出煤閥、底部流化閥、錐部流化閥、穩(wěn)壓切斷閥。新小放散閥和穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥根據(jù)實(shí)際罐壓和設(shè)定罐壓差值的大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)實(shí)際罐壓高于設(shè)定罐壓0.005 MPa時(shí)，新小放散閥打開(kāi)，卸壓，待兩者相等時(shí)，新小放散閥關(guān)閉。當(dāng)實(shí)際罐壓低于設(shè)定罐壓0.001 MPa時(shí)，穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)度根據(jù)差值大小自動(dòng)調(diào)節(jié)。實(shí)際罐壓小于設(shè)定罐壓越大，閥門開(kāi)度越大，進(jìn)氣量越大，罐壓升高；實(shí)際罐壓接近或等于設(shè)定罐壓時(shí)，閥門開(kāi)度越小，進(jìn)氣量變小，直至開(kāi)度為零，進(jìn)氣量為零。

2.3 改造后效果

改造后噴煤罐的實(shí)際罐壓維持在設(shè)定罐壓±0.006 MPa之間，減小了噴煤罐壓力的波動(dòng)，提高了噴煤速率的穩(wěn)定性，杜絕了因噴煤速率波動(dòng)導(dǎo)致高爐減風(fēng)的情況，為高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定順行創(chuàng)造了前提條件。同時(shí)，在大放散管道上安裝的耐磨裝置，避免了管道磨漏造成漏煤的情況。穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥采用PID調(diào)節(jié)，新小放散閥、穩(wěn)壓切斷閥不必頻繁開(kāi)關(guān)，不僅提高了閥門的使用壽命，還降低了高壓氮?dú)獾南牧?，?jié)約了能源。

3 高爐分煤瓶吹堵裝置的改進(jìn)

3.1 改造前缺點(diǎn)

邯寶煉鐵廠兩座高爐均采用雙系列噴吹，以1#高爐為例，有I、II系列噴吹主管道，每條主管道連接1套分煤瓶，每套分煤瓶有16根支管，對(duì)應(yīng)16支煤槍。改進(jìn)前的高爐分煤瓶裝置如圖3(a)所示(以1套分煤瓶和1根噴煤支管為例)，有以下缺點(diǎn)：(1)噴煤支管、煤槍經(jīng)常堵塞，導(dǎo)致煤粉無(wú)法均勻噴吹至高爐各個(gè)風(fēng)口，造成高爐壓差不穩(wěn)定，不利于高爐操作。(2)高爐單支煤槍需停煤時(shí)，不得不關(guān)閉槍門閥，“停煤送風(fēng)”無(wú)法實(shí)現(xiàn)。風(fēng)口回旋區(qū)溫度在2000℃以上，長(zhǎng)時(shí)間關(guān)閉槍門閥，導(dǎo)致槍頭變形，再次送煤時(shí)會(huì)出現(xiàn)磨風(fēng)口現(xiàn)象。(3)噴煤支管堵塞，必須卸掉金屬軟管處理，操作危險(xiǎn)。疏通噴煤支管，無(wú)法收集殘存煤粉，污染環(huán)境。(4)人工無(wú)法及時(shí)觀測(cè)每支煤槍是否有煤以及噴煤是否均勻，不利于高爐操作的穩(wěn)定。

3.2 改造方法

改進(jìn)后的噴煤罐吹堵裝置如圖3(b)所示，在分煤瓶出口的每根支管上安裝吹堵裝置、排污裝置和收集裝置。以1套分煤瓶為例，在分煤瓶支管上安裝16套吹堵裝置，在吹堵支管上依次安裝逆止閥和吹堵閥(DN25 mm)，吹堵閥可遠(yuǎn)程控制。為保證吹掃效果，同時(shí)減小分煤瓶壓力的波動(dòng)，設(shè)定吹掃時(shí)間5 s，吹掃間隔400 s，吹掃周期為3.6 h。納入自動(dòng)化程序后，32個(gè)吹堵閥(2套分煤瓶)依次反復(fù)進(jìn)行吹掃。32套監(jiān)測(cè)儀安裝在噴煤支管上，可在線檢測(cè)支管是否有煤，達(dá)到及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理的目的。在噴煤支管末端和金屬軟管之間安裝三通閥，三通閥由前閥、后閥、反吹閥組成，可在線判斷、并處理堵塞情況。

圖3 高爐分煤瓶吹堵裝置改造前后示意圖

在分煤瓶支管上安裝16套排污裝置，在排污支管(φ25 mm)上安裝排污閥(DN25 mm)，16根排污支管匯集到排污主管(φ50 mm)上，排污主管引至風(fēng)口平臺(tái)處。收集裝置由支撐架、濾袋和圓環(huán)條構(gòu)成。支撐架由12根碳鋼Q235鍍鋅絲環(huán)繞制成，直徑為195 mm，長(zhǎng)度為500 mm，下部為網(wǎng)狀形式，上部敞口。濾袋為抗靜電滌綸耐磨材質(zhì)，直徑為200 mm，長(zhǎng)度為650 mm，下部封口，上部敞口，安裝在濾袋支撐架外部，頂部用圓環(huán)條固定在排污主管末端。處理噴煤支管堵塞時(shí)，氣體可以通過(guò)濾袋排出，煤粉則落在濾袋內(nèi)部，避免污染環(huán)境。

噴煤過(guò)程中，打開(kāi)給煤閥，打開(kāi)三通閥前閥、后閥，打開(kāi)槍門閥。關(guān)閉吹堵閥、關(guān)閉排污閥，關(guān)閉反吹閥，煤粉由分煤瓶，經(jīng)噴煤支管、監(jiān)測(cè)儀、三通閥、金屬軟管、煤槍噴至高爐風(fēng)口回旋區(qū)。自動(dòng)吹堵程序?yàn)椋捍蜷_(kāi)吹堵閥，高壓氮?dú)庖徊糠钟蓢娒褐Ч苓M(jìn)入煤槍，一部分進(jìn)入分煤瓶，持續(xù)5 s，吹掃間隔400 s，吹掃周期為3.6 h，可保證吹通整條噴煤支管，同時(shí)分煤瓶壓力變化在±0.005 MPa以內(nèi)，可避免噴煤速率波動(dòng)。當(dāng)高爐需要某支煤槍“停煤送風(fēng)”時(shí)，先打開(kāi)吹堵閥，再關(guān)閉給煤閥，可保證高爐不“燒槍”，不必關(guān)槍門閥。

當(dāng)噴煤支管“堵死”時(shí)，先采用“正吹法”，第一步打開(kāi)吹堵閥，第二步關(guān)閉給煤閥，使用高壓氮?dú)夥磸?fù)進(jìn)行吹掃操作，噴煤支管通暢后，打開(kāi)給煤閥，關(guān)閉吹堵閥，正常送煤；如若不通，再用“反吹法”，使用排污裝置處理。第一步關(guān)閉槍門閥，第二步關(guān)閉給煤閥，第三步關(guān)閉前閥、打開(kāi)后閥，第四步，打開(kāi)排污閥，第五步，打開(kāi)反吹閥，采用高壓氮?dú)夥聪虼祾邍娒褐Ч?，煤粉和高壓氣體經(jīng)排污支管、排污主管，進(jìn)入收集裝置，氣體可以通過(guò)濾袋排出，煤粉則落在濾袋內(nèi)部，人工排至磨機(jī)，重新磨制再利用。處理通噴煤支管后，依次關(guān)閉排污閥、反吹閥，打開(kāi)給煤閥、三通后閥、前閥、槍門閥，將煤粉送至高爐風(fēng)口回旋區(qū)。

3.3 改造后效果

通過(guò)在分煤瓶出口的每根支管上安裝吹堵裝置，設(shè)定自動(dòng)吹堵程序，可以避免噴煤支管、煤槍經(jīng)常堵塞的情況，實(shí)現(xiàn)均勻穩(wěn)定地噴煤。高爐需要某支槍停煤時(shí)，可實(shí)現(xiàn)“停煤送風(fēng)”。噴煤支管堵塞甚至 “堵死”時(shí)，通過(guò)排污裝置、三通閥、收集裝置可在線處理，不必卸掉金屬軟管，操作安全，同時(shí)也可避免污染環(huán)境。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)高爐噴煤罐排氣裝置、穩(wěn)壓裝置的改進(jìn)，增加了過(guò)濾面積，縮短了裝煤時(shí)間，減小了噴煤罐壓力的波動(dòng)，提高了噴煤的穩(wěn)定性。分煤瓶吹堵裝置的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了均勻穩(wěn)定地噴煤，實(shí)踐效果明顯。