紅鋼煉鐵廠噴煤系統(tǒng)整合優(yōu)化設(shè)計

李曉芹 李碧中

(昆鋼集團(tuán)設(shè)計院有限公司)

1 概況

根據(jù)紅鋼煉鐵廠產(chǎn)量提升工作計劃，3#高爐(1 350m3) 計劃年產(chǎn)鐵163 萬噸，而3#高爐的噴煤車間2#噴煤系統(tǒng)現(xiàn)有的磨煤機(jī)制粉實際出力已不能滿足3#高爐噴煤量提升的要求，為了更好的滿足3#高爐高效、穩(wěn)定、安全的生產(chǎn)，對紅鋼煉鐵廠噴煤車間1#噴煤系統(tǒng)、2#噴煤系統(tǒng)工藝進(jìn)行整合，優(yōu)化工藝設(shè)計，恢復(fù)1#噴煤系統(tǒng)生產(chǎn)，以彌補2#噴煤系統(tǒng)制粉產(chǎn)量的不足，從而滿足3#高爐的噴煤提升需求。

2 生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在問題

紅鋼煉鐵廠噴煤車間1#噴煤系統(tǒng)于2006年7月10日建成投入生產(chǎn)，距3#高爐約400 m，設(shè)計最大制粉能力32 t/h，對應(yīng)1#、2#兩座450 m3高爐的噴煤，工藝為直接噴吹，在3#高爐開爐初期曾短時配套3#高爐的噴煤使用。

2#噴煤系統(tǒng)于2010年8月16日建成投產(chǎn)，距3#高爐約170 m，設(shè)計制粉最大能力36 t/h，對應(yīng)3#高爐直接噴吹煤粉。2016年1月隨著1#、2#兩座450 m3高爐的去產(chǎn)能置化停爐，1#噴煤系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備也隨之?dāng)R置停止生產(chǎn)。按3#高爐2018年實際生產(chǎn)水平，2#噴煤系統(tǒng)制粉能力最大僅能滿足141 kg/t的噴煤比[1，2]。

根據(jù)紅鋼煉鐵廠2019年產(chǎn)量提升工作計劃，3#高爐計劃年產(chǎn)鐵163 萬噸，產(chǎn)鐵量的增加，要求對3#高爐年噴煤量也要提升，煤比按150 kg/t計，正常噴煤量需保證30 t/h。目前，3#高爐的2#噴煤系統(tǒng)制粉工藝設(shè)施基本處于20 h/天以上的運行狀態(tài)，根據(jù)生產(chǎn)條件，現(xiàn)有原煤的可磨性差及水分含量高，2#噴煤系統(tǒng)磨煤機(jī)實際產(chǎn)量僅可保24 t/h，制粉能力已經(jīng)沒有提升空間，嚴(yán)重制約著3#高爐噴煤比的進(jìn)一步提升[3-5]。

屬1#、2#兩座高爐的1#噴煤系統(tǒng)未停產(chǎn)前，其磨煤機(jī)等設(shè)備一直處于帶病工作，部分關(guān)鍵設(shè)備性能降低，停產(chǎn)后也未對該系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行過維護(hù)，現(xiàn)已無法直接投入生產(chǎn)。

針對全廠噴煤設(shè)施的現(xiàn)實條件及實際需求，因1#噴煤系統(tǒng)與2#噴煤系統(tǒng)為各自獨立系統(tǒng)，為充分利用現(xiàn)有紅鋼全廠制粉噴煤工藝設(shè)施，降低提升改造投資，滿足生產(chǎn)需求，建議對1#噴煤系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化升級改造、將其與2#噴煤系統(tǒng)整合，形成統(tǒng)一的3#高爐噴煤制粉系統(tǒng)，提升3#高爐的噴煤能力，以滿足3#高爐噴煤量提升需求，達(dá)到提量降本的目的。

3 系統(tǒng)整合優(yōu)化設(shè)計方案

本次噴煤系統(tǒng)整合優(yōu)化設(shè)計，工藝技術(shù)路線采用分散制粉，統(tǒng)一噴煤的方案。1#噴煤系統(tǒng)煤粉磨制后，通過其原有噴吹罐組氣力輸送管道系統(tǒng)把煤粉輸送至2#噴煤系統(tǒng)新增的高濃度布袋收粉器進(jìn)行收粉，再通過空氣斜槽把煤粉裝入2#噴煤系統(tǒng)的200 t煤粉倉，由2#噴煤系統(tǒng)統(tǒng)一集中對3#高爐進(jìn)行噴煤的直接+間接噴吹工藝。

對煉鐵廠噴煤車間1#噴煤系統(tǒng)生產(chǎn)工藝進(jìn)行改造及優(yōu)化設(shè)計，新增輸粉管線1 條，把1#噴煤系統(tǒng)磨制的煤粉輸送至2#噴煤系統(tǒng)進(jìn)行收粉并進(jìn)入粉倉，配套相應(yīng)的高濃度粉氣收粉設(shè)施;新增二套煤粉氣力輸送斜槽煤粉配倉系統(tǒng)(取消原有的2 套埋刮板機(jī));對制粉煙氣爐系統(tǒng)進(jìn)行改造，配套設(shè)置的高溫引風(fēng)機(jī)及引熱風(fēng)爐廢煙氣管道;新增在線C0、02監(jiān)測及安保報警儀表設(shè)施3 套，滿足1#噴煤系統(tǒng)制粉安保規(guī)范要求;對設(shè)備冷卻水系統(tǒng)改造等。

3#高爐噴煤系統(tǒng)整合優(yōu)化后噴吹煤粉生產(chǎn)工藝流程如圖1。

圖1 整合優(yōu)化后3#高爐噴吹煤粉工藝生產(chǎn)工藝流程圖

4 工藝設(shè)備設(shè)施優(yōu)化改造

4.1 制粉煙氣爐系統(tǒng)改造優(yōu)化

原有1#噴煤系統(tǒng)煙氣爐抽引1#、2#高爐熱風(fēng)爐廢氣供磨煤機(jī)磨制煤粉，1#高爐、2#高爐停爐后，無低含氧量的熱風(fēng)爐廢氣可以供應(yīng)，不能滿足制粉安全生產(chǎn)及節(jié)能減排需要，設(shè)計配置一條引3#高爐熱風(fēng)爐廢煙氣的總管，接管從3#高爐熱風(fēng)爐煙囪前廢氣管道上開孔搭接，把熱風(fēng)爐燃燒廢氣抽引至1#噴煤系統(tǒng)2 座煙氣爐進(jìn)行高低溫?zé)煔獾幕旌希怨?#噴煤系統(tǒng)的兩臺磨煤機(jī)磨制煤粉需要，部份管道利舊原1#、2#高爐風(fēng)機(jī)房至3#高爐的冷風(fēng)管道，煙氣爐廢氣消耗量為35 000-44 000 m3/h。

原有2 套廢氣引風(fēng)機(jī)抽引全壓不能滿足，對兩臺引煙氣爐廢氣引風(fēng)機(jī)升級更新，煙氣爐的煤氣調(diào)節(jié)閥、空氣調(diào)節(jié)閥、熱風(fēng)調(diào)節(jié)閥、冷風(fēng)調(diào)節(jié)閥、放散閥等閥門原采用電動控制，電控器長期處于高溫露天環(huán)境，內(nèi)部元件壽命短，損壞頻繁導(dǎo)致閥門經(jīng)常卡阻，設(shè)備故障率高，改造為氣動調(diào)節(jié)方式，并提高閥門調(diào)整精度。兩座煙氣爐耐火材料內(nèi)襯全部更新修砌、噴涂。

4.2 對煤粉倉頂煤粉配倉輸送設(shè)施進(jìn)行改造

煤粉倉頂煤粉配倉輸送設(shè)施，優(yōu)化為兩套煤粉氣力輸送斜槽系統(tǒng)及對應(yīng)的卸灰閥等，完成收粉器多個灰斗煤粉入多倉的功能需求。取代故障率高、跑灰漏粉嚴(yán)重的2 套刮板機(jī)煤粉輸送機(jī)，新增木屑分離器二套，對煤粉中的雜物進(jìn)行清除，避免堵塞噴煤槍，確保煤粉噴吹的正常，斜槽廢氣引入制粉工藝管道過濾后排放。

4.3 制粉系統(tǒng)設(shè)置在線C0、02 監(jiān)測及安保報警儀表設(shè)施

根據(jù)《高爐噴吹煤粉工程設(shè)計規(guī)范》50607-2010、《高爐噴吹煙煤系統(tǒng)防爆安全規(guī)程》16543-2008 的要求，針對混合煤粉的制備，1#噴吹系統(tǒng)的制粉系統(tǒng)設(shè)置新增在線C0、02監(jiān)測安保儀表設(shè)施3 套。以滿足制粉系統(tǒng)工藝粉氣管線中C0、02監(jiān)測、報警、自動充氮消火消防安全的要求，配套分析小屋，確保精密儀器在線氣體含量分析儀對清潔工作環(huán)境需求。

4.4 新增至2#噴煤系統(tǒng)氣力輸粉管線、配置高收粉器及配倉輸粉設(shè)施

新增1 條氣力輸粉管線，爐前段管線與現(xiàn)有2#噴吹系統(tǒng)制粉引3#高爐熱風(fēng)爐廢氣管線平行敷設(shè)，并置于輕鋼桁架上，在原支架間設(shè)置輕鋼桁架及局部設(shè)吹堵平臺鋼梯，至2#噴吹系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)后沿大傾角原煤上料通廊上行至2#噴煤系統(tǒng)的制粉站屋頂新增的高濃度布袋收粉器進(jìn)行收粉。

高濃度布袋收粉器采用1 套氣箱脈沖高濃度布袋收粉器，出口排放濃度:≤10 mg/Nm3，濾袋材質(zhì):防靜電聚脂針刺氈復(fù)膜濾料。濾袋規(guī)格:130×3 100。(與現(xiàn)有1#、2#噴煤系統(tǒng)制粉除塵器布袋同規(guī)格)

4.5 設(shè)備冷卻水系統(tǒng)改造

設(shè)備冷卻水主要用于排粉風(fēng)機(jī)、高溫引風(fēng)機(jī)、稀油站等設(shè)備冷卻、消防用水以及其他零星用水等，原來由2 座450 m3高爐的凈環(huán)水系統(tǒng)供給，由于停產(chǎn)，需要從3#高爐熱風(fēng)爐旁外網(wǎng)水管搭接，回水經(jīng)管道循環(huán)至3#高爐水渣池，供水、回水管為明管敷設(shè)，并按規(guī)范要求進(jìn)行防腐處理。

4.6 2#噴煤系統(tǒng)至3#高爐的噴吹管道新增改造

由于3#高爐噴煤量的增大，現(xiàn)有噴吹管道彎管段磨損量較大，本次增加一條備用噴煤管道，可在發(fā)生一條噴煤管道堵塞或管道磨損漏粉時，及時切換至備用管道進(jìn)行噴吹作業(yè)，保證高爐不斷煤，正常噴煤。

4.7 1#噴煤系統(tǒng)中控室防靜電地板改造

對中控室電纜重新布置電纜槽，其余地面鋪設(shè)地板磚，規(guī)范電纜布置，便于故障的排查，大幅度降低防靜電地板破損而頻繁更換的費用。

4.8 1#噴煤系統(tǒng)原煤運輸可逆皮帶機(jī)驅(qū)動裝置改造

運煤環(huán)境粉塵含量高，可逆皮帶機(jī)的電動油冷滾筒故障率高，維護(hù)困難，改造為外置式減速機(jī)電機(jī)驅(qū)動裝置，進(jìn)行正反轉(zhuǎn)驅(qū)動，可分別輸送原煤進(jìn)入1#、2#原煤倉，易維護(hù)，可以降低設(shè)備故障率，降低設(shè)備維護(hù)成本。

4.9 2#噴煤系統(tǒng)原煤倉防堵料裝置改造

2#噴煤系統(tǒng)原煤倉容量大，料易壓實，噴吹罐組裝粉進(jìn)料不暢，容易堵塞，在原煤倉錐體部加裝兩套空氣炮及平臺樓梯，保證原煤下料順暢，不掛料、堵料，延長供料系統(tǒng)啟機(jī)間隔時間，避免設(shè)備頻繁啟停，同時減少了因堵煤，導(dǎo)致中速磨作業(yè)率及產(chǎn)量降低的問題。

4.10 新增一套氮氣加熱器改造

氮氣作為噴煤制粉的主要氣力介質(zhì)，由于空分系統(tǒng)制造供給來的氮氣溫度較低，在粉氣接觸混合后，造成一方面在煤粉輸送過程中容易造成煤粉溫度下降造成水分析出結(jié)露，煤粉受潮結(jié)成大小顆粒，煤粉顆粒發(fā)生沉降，甚至管道堵塞，另一方面也造成煤粉燃燒盡率降低。新增一套氮氣加熱器改造提溫。

5 系統(tǒng)整合設(shè)計特點

(1) 系統(tǒng)整合一體化優(yōu)化:工藝技術(shù)路線采用分散制粉，統(tǒng)一集中噴煤的方案，為多方案分析比較后的最優(yōu)方案。系統(tǒng)整合一體后，煤粉噴吹入爐煤量計量準(zhǔn)確，煤量波動小，過程穩(wěn)定、可靠、安全。制粉方式比較靈活、安全。以2#噴煤系統(tǒng)生產(chǎn)為主生產(chǎn)時為直接噴吹模式;1#噴煤系統(tǒng)作為2#噴煤系統(tǒng)制粉能力不足的補充時為直接+間接噴吹模式，1#、2#噴煤系統(tǒng)異地協(xié)力，完全滿足3#高爐噴煤量提升的需求。

(2) 各項新技術(shù)的配置使用，特別是煤粉氣力輸送斜槽配倉系統(tǒng)的引入，使煤粉配倉功能完美解決，氣力輸送斜槽基本屬免維護(hù)設(shè)備，安全可靠，極大的提升制粉設(shè)施的作業(yè)率和可靠性。

(3) 改造投資投入小，實現(xiàn)了產(chǎn)量提升計劃功能需求，提升了經(jīng)濟(jì)效益。整合后的分散制粉統(tǒng)一噴煤系統(tǒng)能力儲備充足。在目前3#高爐的風(fēng)溫原燃料操作條件下，可以提高煤比9 kg/t，按煤焦置換比1:0.8 計算，可替換7.2 kg/t焦比，使用低價煤替換高價焦炭可降低生產(chǎn)成本，達(dá)到提煤降焦的目的。

6 結(jié)語

紅鋼煉鐵廠制粉噴煤系統(tǒng)整合優(yōu)化設(shè)計實施后，制粉能力不足的問題得到了有效解決。在2#噴煤系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)備故障，導(dǎo)致煤粉制備停機(jī)或檢修、維護(hù)等情況時，高爐不斷煤，避免對高爐平穩(wěn)生產(chǎn)的影響。噴煤車間制粉量的提升，使各制粉系統(tǒng)磨煤機(jī)有一定的停機(jī)時間，可較好地開展設(shè)備維護(hù)、檢修工作。另一方面也降低了設(shè)備故障處理時對高爐煉鐵生產(chǎn)影響的風(fēng)險。制粉系統(tǒng)生產(chǎn)穩(wěn)定，煤粉的質(zhì)量也會得到明顯的改善，提高煤粉的燃燒率，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，確保3#高爐長周期爐況穩(wěn)定順行。