新型泄壓返粉工藝在高爐噴煤中的應(yīng)用

孫劉恒，楊繼敏，周飛，肖紅濤

（中冶華天工程技術(shù)有限公司鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院，江蘇南京210019）

0 前言

高爐噴煤是從高爐風(fēng)口向爐內(nèi)直接噴吹磨細(xì)了的無煙煤粉或煙煤粉或者這兩者的混合煤粉，以替代焦炭起到提供熱量和還原劑的作用，從而降低焦比，降低生鐵成本[1]，是高爐不可缺少的提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、減少環(huán)境污染并用廉價(jià)的動(dòng)力煤代替昂貴的冶金焦的重大技術(shù)措施[2]。高爐噴煤設(shè)施主要由原煤儲(chǔ)運(yùn)、煤粉制備系統(tǒng)、干燥惰化系統(tǒng)、噴吹系統(tǒng)、空壓站及輔助設(shè)施組成[3]。高爐噴煤按制粉間和噴吹間位置的不同分為直接噴吹和間接噴吹兩種工藝，按噴吹罐的排列方式的不同可分為串罐和并罐兩種形式[4]。目前高爐噴煤主要采用并罐直接噴吹工藝。

1 現(xiàn)狀及其存在的問題

并罐噴吹系統(tǒng)就是將噴吹罐并列設(shè)置，一般設(shè)兩個(gè)噴吹罐，兩個(gè)噴吹罐交替運(yùn)行。一個(gè)噴吹罐噴吹時(shí)，另一個(gè)噴吹罐卸壓、裝粉和充壓。當(dāng)噴吹罐內(nèi)煤粉噴完后，罐內(nèi)的高壓氣體需排出泄壓后才能接收煤粉倉卸下的煤粉，泄壓的氣體含有煤粉不能直接外排，目前主要有以下兩種工藝流程。

1.1 傳統(tǒng)型工藝

將泄壓管和返粉管直接接入煤粉倉或收粉器其工藝流程見圖1-1。主要用于小容量噴吹罐的噴煤系統(tǒng)，每次泄壓的氣體體積較小，泄壓或返粉的氣體通過管道直接接入煤粉倉或收粉器，氣體經(jīng)收粉器凈化后由主排風(fēng)機(jī)抽取后排放。

傳統(tǒng)型工藝主要存在以下問題：

（1）泄壓或返粉高壓氣體對(duì)煤粉倉或收粉器的瞬間沖擊力大。當(dāng)管道直接接入煤粉倉時(shí)，由于煤粉倉頂設(shè)有泄爆閥，當(dāng)在進(jìn)行泄壓或返粉作業(yè)時(shí)其瞬間的高壓氣體會(huì)使煤粉倉內(nèi)壓力迅速升高，而泄爆閥的泄爆壓力很低，容易損壞泄爆膜而導(dǎo)致煤粉外泄；

（2）當(dāng)泄壓管和返粉管直接接入收粉器時(shí)，由于高爐噴煤在操作過程中，制粉系統(tǒng)間斷工作，而噴吹系統(tǒng)是連續(xù)工作，當(dāng)制粉系統(tǒng)不工作時(shí)，主排風(fēng)機(jī)就停止運(yùn)行，噴吹系統(tǒng)泄壓高壓氣體對(duì)收粉器瞬間沖擊非常大，而且泄壓的氣體無法及時(shí)排出，大量的氣體積聚在收粉器內(nèi)會(huì)存在較大的安全隱患。當(dāng)管道直接接入煤粉倉時(shí)，其氣體仍然需要通過收粉器經(jīng)主風(fēng)機(jī)抽取后排放，存在同樣的安全隱患。

圖1-1 傳統(tǒng)式工藝流程

1.2 改進(jìn)型工藝

為消除泄壓或返粉過程中，高壓氣體對(duì)煤粉倉和收粉器的沖擊，在煤粉倉頂部增設(shè)倉頂除塵器，將泄壓管和返粉管直接接入倉頂除塵器，其工藝流程見圖1-2，該工藝流程是在圖1-1的基礎(chǔ)上演變而成，是現(xiàn)在最常用的處理工藝，泄壓或返粉過程中含塵氣體經(jīng)倉頂除塵器凈化后由其配套風(fēng)機(jī)抽取后直接排放。

圖1-2 改進(jìn)式工藝流程

改進(jìn)型工藝主要存在以下問題：

（1）根據(jù)國家相關(guān)規(guī)范要求，當(dāng)高爐噴吹全煙煤或混合煤時(shí)，煤粉倉氧含量不應(yīng)超過12%。由于倉頂除塵器風(fēng)機(jī)全壓比主風(fēng)機(jī)的全壓小很多，容易導(dǎo)致空氣通過倉頂除塵器出口被倒抽進(jìn)煤粉倉，引起煤粉倉氧含量超標(biāo)，存在較大的安全隱患。

（2）在冬季，由于外部溫度低而形成倉頂除塵器內(nèi)外溫差大，就造成倉頂除塵器內(nèi)壁冷凝水的形成，繼而與其內(nèi)部煤粉混合并板結(jié)[4]。煤粉板結(jié)形成大塊后自然脫落進(jìn)入煤粉倉，會(huì)造成煤粉倉堵煤或噴吹管道堵塞等生產(chǎn)事故，影響正常生產(chǎn)；如果煤粉板結(jié)形成的大塊自然脫落也可能積聚在倉頂除塵器底部出料口，如果底部出料口設(shè)有高速旋轉(zhuǎn)的葉輪給料機(jī)，這些大塊煤粉又無法在短時(shí)間內(nèi)破碎進(jìn)入煤粉倉，就會(huì)在此處長時(shí)間與葉輪給料機(jī)進(jìn)行摩擦而形成高溫，從而會(huì)引起煤粉自燃[4]，存在嚴(yán)重的安全隱患。

2 新型泄壓及返粉工藝及實(shí)際應(yīng)用

為解決上述工藝在生產(chǎn)過程中存在的問題，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，中冶華天公司開發(fā)了一種新型泄壓返粉工藝，流程見圖2-1，同步申請(qǐng)了實(shí)用新型專利和發(fā)明專利，其中實(shí)用新型專利已授權(quán)，專利號(hào)：ZL 201620206979.2。該專利技術(shù)主要通過取消倉頂除塵器，與主排風(fēng)機(jī)并聯(lián)設(shè)置泄壓風(fēng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)。

2.1 新型工藝的流程

該工藝主要的生產(chǎn)流程包括：

2.1.1 原煤在磨機(jī)內(nèi)同時(shí)進(jìn)行細(xì)磨和干燥，合格的煤粉由主排風(fēng)機(jī)抽取沿管道進(jìn)入收粉器被收集，由收粉器通過管道進(jìn)入煤粉倉，煤粉倉內(nèi)的煤粉按控制指令裝入噴吹罐內(nèi)；

2.1.2 噴吹罐內(nèi)的煤粉經(jīng)充壓流化后將煤粉送入噴吹管道，通過補(bǔ)氣系統(tǒng)將煤粉送入高爐；

2.1.3 當(dāng)噴吹罐煤粉輸送完畢后，打開高壓泄壓閥開始泄壓，當(dāng)壓力降到設(shè)定壓力后打開低壓泄壓閥，泄壓管道與收粉器連接，泄壓氣體中的煤粉經(jīng)收粉器收集后裝入煤粉倉，氣體通過主排風(fēng)機(jī)抽取后由收粉器凈化后排放；

2.1.4 當(dāng)噴吹罐泄壓完成后，關(guān)閉高壓泄壓閥和低壓泄壓閥，進(jìn)行裝粉作業(yè)，進(jìn)入下一個(gè)噴吹周期；

2.1.5 當(dāng)高爐應(yīng)生產(chǎn)需要要求緊急停止噴煤后，煤粉在噴吹罐內(nèi)儲(chǔ)存一定時(shí)間后必須將煤粉返回至煤粉倉，當(dāng)進(jìn)行返粉作業(yè)時(shí)只需打開返粉閥、關(guān)閉噴吹閥，可將煤粉送入磨機(jī)進(jìn)行再加工，煤粉最終經(jīng)收粉器收集后裝入煤粉倉，氣體通過主排風(fēng)機(jī)抽取后經(jīng)收粉器凈化后排放。

所述工藝C還包括工藝C’，所述工藝E還包括工藝E’。

其中工藝C’為：當(dāng)磨機(jī)及主排風(fēng)機(jī)不工作時(shí)，啟動(dòng)泄壓風(fēng)機(jī)、打開切換閥3并停止主排風(fēng)機(jī)、關(guān)閉切換閥2，噴吹罐泄壓的氣體經(jīng)泄壓風(fēng)機(jī)抽取經(jīng)收粉器凈化后排放，煤粉經(jīng)收粉器收集后裝入煤粉倉。

工藝E’為：當(dāng)磨機(jī)及主排風(fēng)機(jī)不工作時(shí)，啟動(dòng)泄壓風(fēng)機(jī)、打開切換閥3并停止主排風(fēng)機(jī)、關(guān)閉切換閥2，通過操作2臺(tái)切換閥1，使返粉氣體直接進(jìn)入收粉器，通過泄壓風(fēng)機(jī)抽取后經(jīng)收粉器凈化后排放，煤粉經(jīng)收粉器收集后裝入煤粉倉。

圖2-1 新型泄壓及返粉工藝工藝流程

2.2 新型泄壓及返粉工藝的優(yōu)點(diǎn)

2.2.1 通過將噴吹罐泄壓管道接入煤粉收集器，避免了泄壓氣體對(duì)煤粉倉的沖擊，可延長煤粉倉頂防爆閥的使用壽命。

2.2.2 通過分別設(shè)置高壓泄壓閥和低壓泄壓閥，降低了高壓泄壓氣體對(duì)煤粉收集器的沖擊。

2.2.3 通過設(shè)置切換閥1和切換閥1’，可實(shí)現(xiàn)磨機(jī)工作時(shí)，噴吹罐返回的煤粉可通過磨機(jī)重新加熱降低了水分，提高了煤粉質(zhì)量，有利于煤粉噴吹。

2.2.4 通過設(shè)置泄壓風(fēng)機(jī)，取消煤粉倉頂除塵器避免了空氣通過倉頂除塵器出口被倒抽進(jìn)煤粉倉的發(fā)生，保證了系統(tǒng)安全。

2.2.5 通過設(shè)置泄壓風(fēng)機(jī)，取消煤粉倉頂除塵器節(jié)省了相關(guān)工程費(fèi)用；通過開關(guān)切換閥2及切換閥2’，泄壓風(fēng)機(jī)與主排風(fēng)機(jī)交錯(cuò)使用，節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用，降低了生產(chǎn)成本。

2.3 新型工藝的應(yīng)用

該工藝已在長江鋼鐵、青鋼環(huán)保搬遷等工程中應(yīng)用，其中長江鋼鐵1#、2#高爐噴煤系統(tǒng)于2011年投產(chǎn)，青鋼環(huán)保搬遷噴煤系統(tǒng)于2015年投產(chǎn)，投產(chǎn)以來生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定。

3 結(jié)語

通過實(shí)踐證明，中冶華天公司開發(fā)的新型泄壓及返粉工藝是一種投資省、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、運(yùn)行費(fèi)用低的煤粉噴吹系統(tǒng)泄壓及返粉工藝，它減少了噴吹系統(tǒng)泄壓及返粉過程中高壓氣體對(duì)煤粉倉及煤粉收集器的沖擊，提高了高爐煤粉噴吹系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，為高爐的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保證。

[1]湯清華馬樹涵等.高爐噴吹煤粉知識(shí)問答[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1997.4:1.

[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB50607-2010高爐噴吹煤粉工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2011.1:35.

[3]項(xiàng)鐘庸王筱留等.高爐設(shè)計(jì)—煉鐵工藝設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2007.11:678

[4]張楊.噴煤系統(tǒng)倉頂除塵器內(nèi)部自燃的預(yù)防與控制[J].工業(yè)技術(shù),2013.20:74