淺析煤粉制備在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用

摘 要：煤粉制備技術(shù)日趨成熟，在冶金行業(yè)應(yīng)用時(shí)，其運(yùn)行成本低、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、環(huán)境污染少的優(yōu)點(diǎn)得到業(yè)界的一致好評。文章從煤粉制備工藝出發(fā)，介紹了工藝中所用的主要設(shè)備及其工作原理，根據(jù)工程建設(shè)中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)分析了煤粉輸送管道的設(shè)計(jì)及安全防爆等問題。

關(guān)鍵詞：煤粉制備；中速磨煤機(jī)；氣力輸送；安全防爆

隨著煤粉制備關(guān)鍵技術(shù)的不斷完善和提升，市場的需求量也不斷的提高，尤其是近年來隨著我國優(yōu)質(zhì)煤炭資源的日漸減少，煤粉制備在電力、鋼鐵、化工等行業(yè)的應(yīng)用得到廣泛的認(rèn)可。在鋼鐵行業(yè)，為了減少冶煉運(yùn)行成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低環(huán)境污染等，煤粉制備正逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)非常重要的角色。文章根據(jù)工程建設(shè)中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)并參照相關(guān)單位的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，就煤粉制備及輸送工藝提出一些初步建議。

1 煤粉制備系統(tǒng)工藝描述

煤粉制備在各個(gè)行業(yè)都有著廣泛的應(yīng)用，其中的工藝流程大同小異，文章是某鎳鐵廠干燥窯和回轉(zhuǎn)窯提供煤粉制備及輸送的工藝描述。整個(gè)煤粉制備系統(tǒng)大致可以分為：原煤輸送、煤粉制備、煤粉輸送、沸騰爐系統(tǒng)、煤粉噴吹。

1.1 工藝流程

原煤輸送工藝流程：

地下受料倉→電液動(dòng)平板閘門→振動(dòng)給料機(jī)→膠帶機(jī)→原煤倉

煤粉制備工藝流程：

原煤倉→電子稱重給煤機(jī)→中速磨煤機(jī)→布袋收塵器→刮板輸送機(jī)→煤粉倉 ↓

主排煙風(fēng)機(jī)→大氣

煤粉輸送流程：

壓縮空氣

↓

煤粉倉→倉式泵→窯頭煤粉倉

↓

倉頂布袋除塵器→大氣

煤粉噴吹流程：

羅茨風(fēng)機(jī)

↓

窯頭煤粉倉→轉(zhuǎn)子秤→窯頭燃燒器

↓

倉頂布袋除塵器→大氣

1.2 工藝描述

干煤棚的原煤通過裝載機(jī)將其運(yùn)送到地下受料倉，倉下裝有電液動(dòng)平板閘門和調(diào)速型電機(jī)振動(dòng)給料機(jī)將原煤轉(zhuǎn)運(yùn)到帶式輸送機(jī)上，然后輸送到制粉車間的原煤倉內(nèi)。原煤經(jīng)原煤倉倉下閘門、電子稱重給煤機(jī)給入到中速磨煤機(jī)，與此同時(shí)來自沸騰煙氣爐系統(tǒng)的高溫惰化煙氣在負(fù)壓的作用下進(jìn)入到中速磨煤機(jī)，在磨煤機(jī)中同時(shí)進(jìn)行原煤的干燥和磨細(xì)。合格的煤粉在主排煙風(fēng)機(jī)作用下進(jìn)入到布袋收塵器，然后落入灰斗中。布袋收塵器灰斗中的煤粉經(jīng)刮板輸送機(jī)落至制粉車間的煤粉倉中。氣力輸送設(shè)備倉式泵將煤粉倉里的煤粉在壓縮空氣的作用下，遠(yuǎn)距離輸送到干燥窯和回轉(zhuǎn)窯的煤粉倉內(nèi)。煤粉倉內(nèi)多余的氣體通過倉頂布袋除塵器排出，布袋收集的煤粉通過下料落灰管再進(jìn)入煤粉倉中。

干燥窯和回轉(zhuǎn)窯的煤粉倉下部設(shè)轉(zhuǎn)子秤計(jì)量輸送系統(tǒng)，通過羅茨風(fēng)機(jī)將煤粉輸送至窯頭燃燒器或燒嘴內(nèi)。轉(zhuǎn)子秤與煤粉倉內(nèi)多余的氣體通過倉頂布袋除塵器排出，布袋收集的煤粉通過下料落灰管再進(jìn)入煤粉倉中。

2 主要設(shè)備概述

2.1 中速磨煤機(jī)

鎳鐵廠所用到磨煤機(jī)是MPS245型中速磨煤機(jī)，設(shè)計(jì)出粉能力65t/h（原煤HGI=56，水分10%，200目大于80%，煤粉水分大于1%）。中速磨煤機(jī)的工作原理都很相似，原煤由落煤管進(jìn)入磨輥和磨盤之間，在擠壓和碾磨的作用下被粉碎成煤粉。由于碾磨部件的旋轉(zhuǎn)，磨成的煤粉被拋至風(fēng)環(huán)處。熱風(fēng)以一定的速度通過風(fēng)環(huán)進(jìn)入干燥空間，對煤粉進(jìn)行干燥，并將其帶入碾磨上部的分離器中。在分離器的作用下，合格的煤粉由干燥劑帶出磨外，引至一次風(fēng)管。不符合燃燒要求的粗粉返回碾磨區(qū)重磨。在磨煤機(jī)研磨過程中，煤中較大的硬物，如石子、煤矸石等經(jīng)中速磨煤機(jī)自帶的旋轉(zhuǎn)刮板排至渣箱中，以便定期清理。

中速磨煤機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：（1）系統(tǒng)簡單、布局緊湊、占地面積小、可露天布置，能降低投資費(fèi)用；（2）磨輥在磨盤上直接碾壓磨碎物體，磨輥磨盤不直接接觸，能耗低、運(yùn)行成本低；（3）熱風(fēng)輸送物料，可以烘干入磨高達(dá)15%的物料，烘干效率高；（4）磨輥磨盤不直接接觸，噪音小，磨機(jī)采用全封閉系統(tǒng)，負(fù)壓工作，環(huán)境污染少；（5）物料在磨機(jī)中停留時(shí)間短，工作效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

2.2 沸騰爐

為了給磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)提供干燥劑，需要設(shè)置一座燃粒煤沸騰煙氣爐系統(tǒng)，煙氣爐以不大于5毫米的粒煤作為燃料產(chǎn)生高溫惰化煙氣，向制粉系統(tǒng)的磨煤機(jī)提供干燥劑。干燥劑系統(tǒng)由煙氣爐本體系統(tǒng)、引送高溫?zé)煔庀到y(tǒng)等組成。沸騰爐的優(yōu)點(diǎn)是：（1）對煤的品質(zhì)要求低；（2）沸騰床內(nèi)埋管的傳熱效果約為普通鍋爐管子的5-10倍；（3）沸騰床燃燒溫度低，煙氣中NOX的生成量少，往爐內(nèi)加入適量的石灰石或白云石可以起到脫硫作用，降低了對大氣SO2的排放量，起到環(huán)保的作用。

2.3 氣力輸送

氣力輸送是利用氣流的能量，在密閉管道內(nèi)沿氣流方向輸送顆粒狀物料，是流態(tài)化技術(shù)應(yīng)用的一種具體形式。稀相輸送和密相輸送在煤粉輸送中是最常用的兩種形式。稀相輸送是輸送管道內(nèi)高速氣體（約18-30m/s）將粉狀物料彼此分散、懸浮在氣流中進(jìn)行輸送，輸送距離一般小于100米。密相輸送是用高壓氣體壓送物料，氣源壓力可達(dá)0.7MPa，特點(diǎn)是低風(fēng)量和高固氣比，物料在管內(nèi)呈流化態(tài)或柱塞狀運(yùn)動(dòng)，輸送能力大，輸送距離長，可達(dá)100-1000m。鎳鐵廠的煤粉制備系統(tǒng)是采用密相輸送，制粉車間兩個(gè)煤粉倉下各設(shè)一臺倉式泵，用于煤粉的遠(yuǎn)距離輸送，兩臺倉式泵管道互為備用，倉式泵輸送介質(zhì)為壓縮空氣，沿程易堵處考慮設(shè)置氮?dú)庵笛b置。

2.4 羅茨風(fēng)機(jī)

羅茨風(fēng)機(jī)的用途廣泛，遍布污水處理、煙塵脫硫、物料輸送、高爐冶金、瓦斯及易燃易爆氣體輸送等領(lǐng)域。在輸送煤粉方面，羅茨風(fēng)機(jī)具有高效節(jié)能、精度高、噪音低、壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。羅茨風(fēng)機(jī)是一種容積型回轉(zhuǎn)氣體動(dòng)力機(jī)械，兩個(gè)相互嚙合但又保持固定嚙合間隙的轉(zhuǎn)子將機(jī)殼上的進(jìn)氣口與排氣口分開，一起做反方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，把葉輪型面與汽缸壁所形成的腔體氣體從進(jìn)氣口擠到排氣口，由排氣側(cè)的高壓氣體回流實(shí)現(xiàn)定容積壓縮達(dá)到升壓或強(qiáng)制排氣的目的。

3 煤粉輸送管道的設(shè)計(jì)

輸送管道直管段采用加厚無縫鋼管，彎頭采用復(fù)合陶瓷大曲率半徑耐磨彎頭，三通采用復(fù)合陶瓷耐磨三通，連接方式為法蘭類活連接，便于更換和清堵。對于輸送距離在500米以上的氣力輸送，可以采用改變輸送管道管徑的方法來減少壓縮空氣在管道內(nèi)的動(dòng)力損耗和對管道的磨損，具體操作可以將管道從進(jìn)料口到用戶點(diǎn)分幾段逐漸增大輸送管道的管徑。

煤粉輸送管道的設(shè)計(jì)需注意以下問題：第一，管道曲率半徑與風(fēng)機(jī)風(fēng)壓相匹配。由于管道曲率半徑設(shè)計(jì)不合理將會(huì)影響風(fēng)機(jī)的壓頭不能滿足管道系統(tǒng)，就保證不了煤粉正常的輸送和計(jì)量系統(tǒng)的穩(wěn)定。當(dāng)煤粉濃度增大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致阻力增加，一旦超過設(shè)計(jì)壓力，管道風(fēng)速就會(huì)下降，造成脈沖或塞流輸送狀態(tài)，甚至發(fā)生堵塞。合理的曲率半徑優(yōu)化是解決此類問題的根結(jié)所在。第二，輸送管道的管徑不能過大。對管道的配置不能抱著寧大勿小的想法而不去精確核算管道直徑。在煤粉輸送管道比較長的前提下，管徑過大，輸送風(fēng)速過低，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的管道煤粉沉積現(xiàn)象。隨著煤粉的沉降和重新被吹起，輸送管道內(nèi)的氣體與煤粉混合物的重度會(huì)出現(xiàn)大幅度的變化，導(dǎo)致輸送系統(tǒng)出現(xiàn)脈沖或塞流現(xiàn)象，煤粉輸送量和風(fēng)壓的振蕩加大。這樣對窯系統(tǒng)的熱工況的穩(wěn)定極為不利，對窯系統(tǒng)的產(chǎn)量和質(zhì)量的影響都比較大。第三，煤粉輸送管道直徑不能偏小。管徑設(shè)計(jì)小了，輸送管道風(fēng)速過高，阻力過大，輸送不經(jīng)濟(jì)。在風(fēng)機(jī)壓頭不足時(shí)會(huì)造成煤粉管道的堵塞，使作業(yè)被迫停止。解決此問題需要重新更換大管徑的管道，但由于管道安裝是高空作業(yè)，一旦完成后，更換管道就會(huì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。第四，管道在安裝時(shí)需要考慮水平和垂直布置，不能有傾斜段。如果煤粉管道給2個(gè)用戶點(diǎn)輸送煤粉時(shí)，需要將兩段分支管道設(shè)計(jì)成一致的，否則將導(dǎo)致兩分支管道的阻力不一致，形成一邊煤粉量多，另一邊少的情況。在焊接煤粉管道的彎頭時(shí)，兩個(gè)彎頭之間距離最少為6-8米。燃燒器前的煤粉噴吹管道的長度至少要有6-8米。煤粉輸送旁路管道不能設(shè)置成直角管道，否則將造成煤粉輸送氣流不穩(wěn)。

4 安全防爆措施

煤粉是易燃、易爆的物質(zhì)，且煤粉制備過程會(huì)產(chǎn)生有毒、易爆氣體CO，如操作不當(dāng)或巡檢不到位，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、消除各種不安全隱患，就會(huì)發(fā)生爆燃甚至爆炸事故，燒毀濾袋，損毀設(shè)備，使生產(chǎn)系統(tǒng)陷入癱瘓，甚至威脅人的生命安全。因此，為確保煤粉制備系統(tǒng)長期安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須在工藝方面做防爆安全措施的優(yōu)化。

4.1 安裝必要的安全防爆設(shè)備，確保各環(huán)節(jié)安全穩(wěn)定運(yùn)行

磨煤機(jī)、煤粉倉、布袋收塵器、倉式泵均設(shè)置自動(dòng)充氮緊急滅火防爆設(shè)施；磨煤機(jī)、布袋收粉器、煤粉倉設(shè)置安全泄爆裝置；關(guān)鍵部位設(shè)置泄爆孔，帶超壓安全閥；主要設(shè)備、容器和管道應(yīng)設(shè)置接地裝置，防止產(chǎn)生高壓靜電，防雷擊的設(shè)施；煤粉倉設(shè)氮?dú)饬骰杌O(shè)施，防止倉內(nèi)存煤粉時(shí)自燃；布袋收粉器的布袋選用抗靜電材質(zhì)等。

4.2 必要的氣體檢測，確保各環(huán)節(jié)氣體濃度在安全范圍內(nèi)

磨煤機(jī)入口、布袋收粉器和煤粉倉內(nèi)設(shè)置O2和CO含量的監(jiān)測裝置，嚴(yán)格控制O2含量和CO含量，按安全噴吹煤粉工程設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)《GB50607-2010》執(zhí)行。控制系統(tǒng)氧含量，當(dāng)系統(tǒng)中O2含量達(dá)到10%時(shí)，自動(dòng)報(bào)警，達(dá)12%時(shí)自動(dòng)充氮并停機(jī)。當(dāng)CO濃度≥500ppm時(shí)報(bào)警，≥1000ppm時(shí)則進(jìn)行緊急充氮?dú)獗Ｗo(hù)。

4.3 必要的溫度檢測，確保各環(huán)節(jié)溫度在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)

系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，需要控制入磨正常工作溫度240℃-300℃，最高330℃。出磨氣體溫度應(yīng)控制在65-75℃，不得超過85℃。密切注意袋收塵灰斗溫度的變化，宜控制在小于65℃，超過65℃報(bào)警，80℃跳停，跳停后應(yīng)關(guān)閉袋收塵進(jìn)出口閥門，并噴入惰性氣體，外排煤粉，檢查濾袋。如果灰斗溫度波動(dòng)較大，應(yīng)停磨檢查收塵情況。

控制煤粉倉溫度，正常情況下煤粉倉錐體溫度應(yīng)在50℃以下，倉位保持在85%狀態(tài)下生產(chǎn)，如錐體溫度持續(xù)上升，應(yīng)降低倉內(nèi)料位；超過85℃且還有上升趨勢，表明煤粉已經(jīng)自燃，應(yīng)立即噴入惰性氣體，阻止燃燒，采取放倉處理措施。

5 結(jié)束語

文章從工程建設(shè)項(xiàng)目實(shí)際遇到的問題出發(fā)，簡明介紹了對煤粉制備系統(tǒng)的工藝描述，又對煤粉輸送管道設(shè)計(jì)中遇到的問題進(jìn)行了分析，煤粉制備系統(tǒng)的研究是一個(gè)綜合性的問題，除了對系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)重視外，還需要混凝土、鋼結(jié)構(gòu)、建筑、通風(fēng)、熱力、電氣、自動(dòng)化等專業(yè)與之配合，共同把煤粉制備系統(tǒng)提高到一個(gè)新的臺階。

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