第一煉鐵廠2#高爐噴煤管道設(shè)施技術(shù)改造

楊路　馬得豐　李曉波

摘要：中天鋼鐵第一煉鐵廠2#高爐噴煤量正常在16噸/小時，無法滿足高爐正常生產(chǎn)所需，如需加大噴煤量則會發(fā)生煤搶堵塞情況，易造成煤槍燒毀等事故。第一煉鐵廠現(xiàn)對噴煤噴吹管道系統(tǒng)進(jìn)行改造，通過減少噴煤管道的總體長度、彎頭數(shù)量、擴(kuò)大煤粉分配器進(jìn)口管徑、安裝煤粉加熱裝置以及給噴煤管道加裝保溫等措施，減少煤粉噴吹阻損率，提高高爐的煤粉噴吹量。

關(guān)鍵詞：煤粉；噴煤量；堵塞；管道改造；阻損率。

0 前言

高爐噴煤是一種典型的氣力輸送過程，其屬于氣固兩相流的范疇[1-2]，在實際生產(chǎn)中，煤粉噴吹量受到噴煤噴吹罐罐壓、噴煤管道壓力以及煤粉質(zhì)量、濕度、溫度等多重因素影響?，F(xiàn)今，高爐噴煤系統(tǒng)是高爐正常生產(chǎn)的重要組成部分，高爐噴煤量是在噴煤系統(tǒng)中極其重要的工作參數(shù)，高爐噴煤量可以分為瞬時噴吹量和小時噴煤量，兩者主要應(yīng)用于高爐燃料比分析和熱量計算，均為高爐日常操作的重要參考數(shù)據(jù)，同時也是噴煤噴吹設(shè)備操作的重要參考數(shù)據(jù)。噴煤量是否滿足高爐日常所需是高爐爐況的能否穩(wěn)定順行關(guān)鍵因素之一。

中天鋼鐵第一煉鐵廠2#高爐現(xiàn)在的噴煤量為16噸/小時，而2#高爐日常生產(chǎn)所需的最大噴煤量為17噸/小時，以目前的設(shè)備條件若加大噴煤量則易發(fā)生煤搶堵塞情況，進(jìn)而可能造成高爐煤搶燒壞、直吹管燒穿等惡性事故的發(fā)生，因此需對噴煤管道進(jìn)行改造，穩(wěn)定均勻地提高煤粉噴吹量，不但可以降低高爐焦比，降低高爐生鐵成本，而且可以改善高爐爐缸工作狀態(tài)，有利于高爐的穩(wěn)定順行。

1 噴煤工藝流程

常州中天鋼鐵2#高爐為510 m3高爐，高爐采用并罐式噴吹工藝，即在一個噴煤場地內(nèi)設(shè)置了3個噴吹罐，采用3罐并列交替噴吹，通過同一個輸煤主管輸送至分配器，經(jīng)由分配器分配至16個風(fēng)口進(jìn)行噴吹。并罐式噴吹具有如下特點：整體工藝流程簡單，可節(jié)約投資費用，極大的降低了噴吹設(shè)備的高度，方便噴煤設(shè)備的檢查與維護(hù)，噴煤粉計量準(zhǔn)確，但同時存在設(shè)備占地面積大，噴吹罐中的煤粉需經(jīng)流化氣體流化后才能進(jìn)入總管等不足。

噴煤噴吹系統(tǒng)（如圖1所示）煤粉經(jīng)由上鐘閥、下鐘閥、充壓閥、補(bǔ)壓閥、放散閥、錐部流化閥、噴吹氣閥、泄壓閥、調(diào)節(jié)閥、下煤閥等組成，分為一、二、三號三個噴吹罐。整個煤粉噴吹過程按照泄壓、裝煤、等待、倒罐和噴煤五個步驟依次循環(huán)執(zhí)行[3]，三個煤粉噴吹罐，其中一個在噴吹，一個待噴吹，一個在待裝煤，順次執(zhí)行，穩(wěn)定進(jìn)行。假設(shè)二號罐在處于噴吹狀態(tài)，三號罐即處于待噴吹狀態(tài)，一號罐剛剛完成噴吹，首先將一號罐放散閥和泄壓閥打開，泄其罐內(nèi)壓力，然后打開上鐘閥、下鐘閥，煤粉順著管道進(jìn)入一號罐內(nèi)，一號罐罐重到達(dá)上限重量，關(guān)閉上鐘閥和下鐘閥，打開補(bǔ)壓閥，對一號噴吹管進(jìn)行沖壓，一號罐即進(jìn)入待噴吹狀態(tài)。當(dāng)二號罐罐重達(dá)到倒罐下限時，三號管進(jìn)入倒罐狀態(tài)，二號罐關(guān)閉下煤閥、補(bǔ)壓閥，此時三號罐打開下煤閥，三號罐開始進(jìn)入噴吹狀態(tài)，同時二號罐罐體停止噴吹，并執(zhí)行罐壓泄壓程序，執(zhí)行過程與一號罐泄壓方式相同?；谏鲜鰢姶颠^程，一號、二號和三號三個噴吹罐依次交替噴吹，噴吹程序穩(wěn)定執(zhí)行。

2 設(shè)備阻損分析

欲提高高爐的煤粉噴吹量，必需先分析影響高爐噴煤量的因素。第一煉鐵廠針對噴煤設(shè)備、噴吹管道、煤粉溫度、煤粉分配器、煤槍等進(jìn)行綜合分析，考慮到噴煤設(shè)備改造成本和煤槍類型的固定，因此此次技術(shù)改造主要針對噴煤管道、煤粉分配器以及煤粉的加熱保溫進(jìn)行技改。

煤粉氣體輸送壓力總損失ΔP包括煤粉運動壓力損失和氣體流動壓力損失[4]，輸送壓力損失公式如下：

（1）

式中，λa為空氣摩擦阻力系數(shù)，λzi為煤粉摩擦阻力系數(shù)，u為固氣比，ρa(bǔ)為氣體質(zhì)量密度，v為氣體流動速度，l為噴煤管道總長度，d為噴煤管道內(nèi)徑。

由于實際生產(chǎn)中，噴煤輸送管道總長約800m較長，煤粉從分配器出來至風(fēng)口區(qū)的壓力損失與噴煤輸送總管壓力損失相比，可以忽略不計。因此，通過上式可以得出：管道沿程壓力損失在λa、λzi、u和ρa(bǔ)不變的情況下，其壓損與長度（含彎頭）成正比，和與管道內(nèi)徑成反比。

另外，在原先噴煤管道整體裸露情況下，煤粉在噴煤區(qū)域溫度為70度左右，但在進(jìn)入高爐風(fēng)口平臺時溫度降低較多，尤其在冬天天冷時僅有30度左右，煤粉容易結(jié)露，加大壓損，不但造成煤粉量下降，而且降低風(fēng)口燃燒溫度，同時也容易造成噴煤管道堵賽。

3 管道技術(shù)改造措施

1）噴煤管道距離和彎頭改造

噴煤管道前半程長度約500 m，管道均為直線且彎頭較少，而后半程長度約300 m，彎曲路徑較多，且有彎頭數(shù)量為21個。因此，此次改造主要針對后半程噴煤管道，將后半程管道總長度由原來的300 m縮減至200 m，彎頭數(shù)量也由原來的21個縮減為3個，極大的縮短了噴煤管道長度和減少了彎頭數(shù)量，進(jìn)而可以減少煤粉壓損。

2）對分配器進(jìn)口管道進(jìn)行改造

噴煤分配器改造前的進(jìn)口噴吹管徑為DN65，出口有16個支管管徑為DN20，根據(jù)噴煤分配器標(biāo)準(zhǔn)（表1）可知：煤粉在進(jìn)入分配器后，進(jìn)口管徑與出口支管數(shù)量不匹配，因而造成煤粉流速下降，限制了噴煤量的提升。噴煤分配器在經(jīng)過技術(shù)改造以后，分配器進(jìn)口管道管徑改為DN80，在出口支管數(shù)量不變的情況下，可以加大煤粉量，煤粉由16只支管均勻平穩(wěn)地進(jìn)入高爐風(fēng)口回旋區(qū)。

3）利用煤粉加熱器對煤粉進(jìn)行加熱，并噴煤管道進(jìn)行保溫。

在噴煤煤粉未進(jìn)行加熱以及煤粉管道未進(jìn)行保溫情況下，煤粉進(jìn)入高爐風(fēng)口時，溫度僅為50度左右。若煤粉在進(jìn)入高爐風(fēng)口時溫度較低，理論上噴煤量在大于100 kg/t時，風(fēng)口理論燃燒溫度會下降150～250度，且煤粉燃燒效率變低，變相地增了加煤比和冶煉成本。在進(jìn)行技術(shù)改造以后，一煉鐵利用熱風(fēng)爐廢氣給煤粉加熱，對高爐噴吹煤粉進(jìn)行預(yù)熱到150～200 ℃后噴吹，提高煤粉在風(fēng)口回旋區(qū)的燃燒率，同時也提高了高爐了煤比。通過表2中的各種煤的燃點可以得知，煤粉在該溫度不會發(fā)生爆炸事故，不存在安全隱患。

4）爐前各噴煤支管安裝測溫裝置，通過檢測煤管溫度判斷煤粉支管堵槍情況。

在實際生產(chǎn)中，若煤粉槍出現(xiàn)堵槍，容易造成煤搶燒毀，若操作人員發(fā)現(xiàn)不及時，可能會造成直吹管燒壞等嚴(yán)重事故，而以前檢測方法主要通過人工觀察各風(fēng)口煤搶噴煤情況、分配器壓力變化情況以及對各煤粉支管測溫，以此判斷噴煤煤搶是否堵槍?，F(xiàn)經(jīng)技術(shù)改造以后，在噴煤分配器的各支管上安裝熱電偶，其信號傳輸至值班室電腦，操作人員通過觀察熱電偶溫度變化情況即可知煤槍有無出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。

綜上所述，一煉鐵2#爐經(jīng)過技術(shù)改造完成以后，通過如下公式[5]計算可得出煤粉噴煤量。

Q=kAρa(bǔ)vβ（2）

其中，Q為瞬時噴煤量，k表示比例系數(shù)，A為管道截面面積，ρa(bǔ)為噴煤密度，v為煤粉噴吹速度，β為煤粉濃度。

根據(jù)計算得知，噴煤改造完成后，2#爐最大噴煤量最高可達(dá)17.5噸/小時，現(xiàn)高爐所需煤粉噴吹量為16.5噸/小時，煤粉噴吹運行平穩(wěn)，完成了將2#高爐噴煤量穩(wěn)定提升至17噸/小時的目標(biāo)。

4 結(jié)論

1）煤粉噴吹條件確定的情況下，煤粉噴吹的壓力損失與管道總長近正比，管道長度越長，壓力損失越大。輸送管道中采用縮短噴煤管道長度，減少噴煤總管中彎頭數(shù)量，擴(kuò)大煤粉分配器進(jìn)口管徑，有效地減少了噴煤在管道中的流動阻力。

2）通過煤粉加熱器對煤粉進(jìn)行加熱，并噴煤管道進(jìn)行保溫，不僅可以減少煤粉噴吹阻損，提高高爐煤比，還可以增加煤粉燃燒率。

3）通過在爐前各噴煤支管安裝測溫裝置，可以幫助操作人員及時判斷高爐煤搶是否堵塞，減少煤搶燒毀等事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

［1］ 金艷娟. 高爐噴煤技術(shù)［M］. 冶金工業(yè)出版社， 2005.

［2］ 王國雄，現(xiàn)代高爐煤粉噴吹北京：冶金工業(yè)出版社， 2002： 201-263

［3］ 夏江波. 高爐噴煤量算法模型的優(yōu)化改進(jìn)［J］. 山東冶金， 2016， 38（5）：3.

［4］ 周建剛， 張述， 王炳生. 煤粉氣力輸送管道壓損的實驗研究（Ⅰ）［J］. 鋼鐵研究學(xué)報， 1993.

［5］ 王建強(qiáng). 高爐噴吹煤粉總管質(zhì)量流量在線測量技術(shù)研究與應(yīng)用［D］. 東北大學(xué)， 2013.