天津軋三2×1 260 m3高爐噴煤系統設計特點及運行實踐

楊繼敏, 肖紅濤, 張璞锜

（1.中冶華天工程技術有限公司，馬鞍山243000；2.天津冶金集團軋三鋼鐵有限公司，天津301606）

天津軋三2×1 260 m3高爐噴煤系統設計特點及運行實踐

楊繼敏1, 肖紅濤1, 張璞锜2

（1.中冶華天工程技術有限公司，馬鞍山243000；2.天津冶金集團軋三鋼鐵有限公司，天津301606）

介紹了天津軋三鋼鐵有限公司2×1 260 m3高爐噴煤系統的設計特點,討論了煤粉計量、噴吹罐壓力控制等問題。該噴煤系統采用三罐并列、噴吹主管加分配器的直接噴吹形式，系統噴吹能力大，單座高爐最大可達29 t/h；三罐并列形式實現了充壓氮氣的回收，延長了設備使用壽命。一年多的生產實踐表明，該設計合理，布局緊湊，系統運行平穩，噸鐵噴煤比控制在150 kg，有效地降低了生產成本。

高爐；噴煤；三罐并列噴吹；氮氣；回收；直接噴吹系統

1 引言

隨著氣力輸送技術的發展，高爐噴煤技術已經成為改變高爐能源結構的重要技術。高爐噴吹煤粉可以節約大量焦炭，降低單位生鐵成本，已經成為國內外煉鐵技術發展的大趨勢。天津軋三鋼鐵有限公司2×1 260 m3高爐噴煤系統分別于2012年12月、2013年4月正式投產，成功實現了遠距離、大煤比噴吹，有效降低了高爐單位生鐵成本，取得了較好的經濟效益。

2 工藝布置概述

噴煤系統工藝布置為兩個系列對應兩座高爐，每個系列設置一套煙氣爐系統、一套制粉系統及一套噴吹系統。每套制粉系統配置一臺磨煤機、一臺布袋收粉器及一個煤粉倉。每套噴吹系統并列設置三個噴吹罐，采用流化上出料、單主管加雙分配器的直接噴吹工藝。

高爐噴吹煤粉按混合噴吹設計，由于煙煤與無煙煤相比采購價格優勢明顯，在安全、合適的置換比前提下，煙煤比越高，經濟效益越好。設計煙煤與無煙煤配比為6∶4。此外，煙煤相較無煙煤更易磨制，通過提高煙煤占比，提高了制粉臺時產量，降低了制粉生產成本。表1為設計噴吹煤粉工業分析成分，表2為噴吹系統設計工藝參數。

表1 煤粉成分分析 ω/%

表2 主要工藝參數

3 工藝設計特點

整個噴煤車間設計采用主流成熟技術，設施布置緊湊，制粉設施和噴吹設施布置在同一個構筑物內，主排煙風機緊鄰主廠房布置靠近噴吹罐一側，噴煤主廠房占地面積約800 m2。整個車間工藝流程圖見圖1。

圖1 高爐噴煤系統流程框圖

3.1 原煤儲運系統

原煤貯運系統設計一座干煤棚，原煤由汽車運輸至干煤棚。干煤棚貯存兩座高爐噴煤用煙煤與無煙煤，貯煤總量為約10 000 t，滿足2座高爐7天的需要。煤場設2臺10 t抓斗起重機，原煤經受煤斗下的皮帶稱、膠帶機，輸送至主廠房原煤倉中，煙煤與無煙煤配比由皮帶稱控制。

原煤含水份較高（8%～10%），為消除原煤在原煤倉中“搭拱”現象，在原煤倉錐體部位用雙曲線漏斗，以保證原煤倉下煤順暢。并在煤場配煤斗、原煤倉內壁安裝高分子襯板，在配煤斗下部設倉壁振動器，原煤倉錐體部位設置氮氣炮并采用蒸汽盤管伴熱。

3.2 干燥劑系統

每套制粉系統設一臺煙氣發生爐，全燒高爐煤氣，可產生900 ℃的高溫煙氣，煙氣爐內設有隔墻，鋼殼內壁澆筑耐火澆注料。為適應制備煙煤粉的安全要求，制粉用干燥劑由煙氣爐高溫煙氣和熱風爐廢氣混合而成。熱風爐廢氣含氧量底、氣量大、溫度高，約占制粉用干燥劑總量的80%，有效降低了制粉系統氧含量。

3.3 制粉系統

設計采用一級布袋收粉工藝，具有生產環節少、管道布置簡單、系統漏風低、能耗低等突出優點。依靠主排煙風機的吸力，整個系統處于全負壓操作，工作環境好，沒有煤粉外泄。煤粉倉、磨機進口、排煙風機進口設計了CO 、O2濃度分析儀進行監控，當O2、CO濃度達到設定值時報警，可立即啟動充N2保護。

每套制粉系統選用一臺ZGM95G-Ⅰ型立式中速磨煤機，磨機煤粉出力為35 t/h。磨機出粉口采用靜態分離器，根據實踐經驗，靜態分離器分離效果及煤粉粒度完全可以滿足高爐噴煤的要求，而且維護檢修工作量相比動態分離器少很多。收粉器采用高濃度脈沖袋式收粉器，進口氣-粉混合物的含塵濃度允許高達1 000 g/m3。實際生產中進口處氣粉混合物的含粉濃度約400 g/m3，最高時達450 g/m3，出口氣體的含塵濃度＜30 mg/m3。

3.4 噴吹系統

目前國內高爐噴煤系統噴吹罐的數量配置以及各自特點見表3。

表3 典型噴吹工藝系統比較

表3所列噴吹形式在國內各鋼鐵企業均有應用，且大都可滿足鐵廠生產的需要。綜合考慮各噴吹工藝的優缺點，結合本工程設計情況，設計采用“三罐并列+單主管+雙煤粉分配器”的工藝布置。正常生產時，三個噴吹罐并列輪流噴吹，噴吹能力大，設備開、閉次數少，設備使用壽命長。當某個噴吹罐的附屬設備出現故障，需要檢修、更換時，改為雙罐并列噴吹，不影響高爐正常生產，可靠性高。

此外，三罐并列布置為氮氣回收創造了條件，當A罐處于噴吹狀態，B罐噴吹處于等待泄壓狀態，C罐裝粉完畢等待加壓時，將B罐高壓氣體通過氮氣回收管道泄至C罐，當B、C兩罐壓力達到平衡時，關閉回收管道聯通閥，將B罐殘余氣體泄至煤粉倉內。三個罐根據倒罐順序依次循環，實現了對高壓氮氣的回收，根據參考文獻[1]，這樣可以節約40%的充壓用氣量，創造了較好的經濟效益。

4 系統自動控制特點

噴煤工藝生產過程采用三電一體化的自動化系統方案，由控制站、操作站組成，控制范圍包括原煤貯運系統、干燥劑系統、制粉系統、噴吹系統以及其它輔助系統的過程檢測與控制。程序控制系統全部采用PLC，PLC采用西門子S7 400，現場采用工業總線。自動化儀表檢測到的各個生產工藝參數的電信號送入計算機系統，操作人員通過操作站控制工藝設備的運行，檢測各個生產設備的狀態及工藝參數，并可按確定的控制原則對各個生產設備進行控制與調節。

4.1 煙氣爐燃燒及爐膛壓力控制

磨煤機干燥劑主要由煙氣爐燃燒煙氣與熱風爐廢氣組成，通過高溫風機引過來的熱風爐廢氣溫度基本維持在150 ℃左右，為了達到滿足磨機要求的干燥劑溫度及流量，通過調節煤氣與助燃空氣的流量來得到滿足要求的混合廢氣。

正常生產時，煙氣爐爐膛呈微負壓運行，如果出現正壓，爐子可能回火冒煙；負壓太大可能導致脫火。因此控制好、調節好爐膛壓力是爐子正常運行的重要問題。爐膛壓力出現異常時，一般通過調節熱風爐廢氣流量來控制爐膛壓力。

4.2 磨煤機出口溫度自動調節

磨機出口溫度越高，越有利于煤粉中的水分向煙氣中擴散，從而降低煤粉含水量。但是，出口溫度不得高于規定的上限值，尤其是在磨制煙煤時，否則一旦煤粉濃度及氣氛含氧量達到一定的條件，很容易導致爆炸事故。

根據設計計算及生產實踐，磨機出口溫度一般控制在80～90 ℃。實際生產中影響磨機出口溫度的因素主要是給煤量，其次是磨機入口一次風溫度及流量。磨機生產中給煤量與一次風量要滿足一定的比例，即風煤比要控制在一定的范圍，所以磨機出口溫度的自動調節一般要同時調節給煤量及一次風兩個參數。

4.3 噴吹系統控制

噴吹系統控制要點主要包括噴吹罐壓力的控制以及噴吹量的計量與控制。

噴吹罐在噴吹過程中保持壓力穩定是噴吹量計量以及系統穩定運行的基本條件。正常生產時，通過控制補壓調節閥的開度將噴吹罐壓力波動范圍控制在容許值以內。

噴吹量的計量主要是根據噴吹罐重量變化來求得，應用微積分的計算思想，將噴吹時段內噴吹罐重量的減少值平均分割為N等份，求出N個時間等份中罐重的差值，在整個時間段內積分就可以得到本次時間段內的噴煤量。同時，可以在本時間段內任意時間區間積分，除以相應時間區間值，就得到噴吹量的瞬時平均值。

噴吹量的控制主要通過控制罐壓、調節輸送壓縮空氣流量來實現。由于調節輸送氣流量，噴吹系統波動比較大，一般生產中，根據計算所得瞬時噴吹量與噴吹量給定值進行比較，通過調節噴吹罐罐壓來控制噴吹量。

5 生產實踐

天津軋三鋼鐵集團2×1 260 m3高爐噴煤系統采用全自動模式進行噴吹，投產至今，系統運行平穩，各項生產指標均符合設計要求，滿足高爐生產的需要。1#高爐噴煤系統運行參數見表4。由于受到高爐入爐原料條件及市場行情的限制，目前噸鐵噴煤量在150 kg左右，噴吹罐工作壓力在0.65 MPa左右，僅為噴吹罐設計工作壓力的65%，噴吹量具有較大的提升空間。

表4 1#高爐噴煤系統運行參數

6 結語

天津軋三鋼鐵集團2×1 260 m3高爐噴煤系統設計采用成熟技術，布局合理緊湊。投產以來，主廠房內部干凈、整潔，設備運行穩定，噴吹量控制方便，增加了爐況調劑手段，在現有爐料結構及能源條件下，有效地降低了單位生鐵成本，為高爐實現“高產、優質、低耗、長壽、環保”創造了良好條件。

[1] 項鐘庸,王攸留.高爐設計—煉鐵工藝設計理論與實踐[M].北京:冶金工業出版社，2007：674.

[2] 湯清華，馬樹函.高爐噴吹煤粉知識問答[M].北京:冶金工業出版社，1997：68.

[3] 翟興華.高爐噴煤系統設計探析[J].煉鐵，2003 （5）:5.

[4] GB50607，高爐噴吹煤粉工程設計規范[S].

Design Characteristics and Running Practice of Coal Injection System of 2×1260 m3BF in Tianjin ZISC

YANG Ji-min1, XIAO Hong-tao1and ZHANG Pu-qi2
（1.Huatian Engineering & Technology Corporation, MCC, Jiangsu Province 243000, China; 2.Zhasan Iron and Steel Co., Ltd., Tianjin Metallurgy Group, Tianjin 300000, China）

The paper introduces the design characteristics of the coal injection system of 2×1 260 m3BF at Zhasan Iron and Steel Co., Ltd.（ZISC）, Tianjin Metallurgy Group and discusses issues such as pulverized coal dosing and pressure control over injection tank. This system adopts a direct injection style of three tank parallel arrangement and main injection pipe plus distributor. The system possesses big injection capability and the injection ratio for single blast furnace can be up to 29 t/h. The three tank parallel arrangement achieves the recovery of filling nitrogen and prolongs equipment life. Production practice for more than one year shows that this system is reasonably designed and compactly arranged and runs smoothly and stably. Coal injection ratio per ton hot metal is controlled at 150 kg. Production cost is effectively reduced.

blast furnace; coal injection; three tank parallel injection; nitrogen; recovery; direct injection system

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.05.001

2014-04-15

2014-05-07

楊繼敏（1983—），男，碩士，工程師， E-mail：yangjimin@htzy.cn。