第一煉鐵廠2#高爐噴煤管道設施技術改造

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所需，如需加大噴煤量則會發生煤搶堵塞情況，易造成煤槍燒毀等事故。第一煉鐵廠現對噴煤噴吹管道系統進行改造，通過減少噴煤管道的總體長度、彎頭數量、擴大煤粉分配器進口管徑、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量、濕度、溫度等多重因素影響。現今，高爐噴煤系統是高爐正常生產的重要組成部分，高爐噴煤量是在噴煤系統中極其重要的工作參數，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據，同時也是噴煤噴吹設備操作的重要參考數據。噴煤量是否滿足高爐日常所需是高爐爐況的能否穩定順行關鍵因素之一。

中天鋼鐵第一煉鐵廠2#高爐現在的噴煤量為16噸/小時，而2#高爐日常生產所需的最大噴煤量為17噸/小時，以目前的設備條件若加大噴煤量則易發生煤搶堵塞情況，進而可能造成高爐煤搶燒壞、直吹管燒穿等惡性事故的發生，因此需對噴煤管道進行改造，穩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，有利于高爐的穩定順行。

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設置了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，經由分配器分配至16個風口進行噴吹。并罐式噴吹具有如下特點：整體工藝流程簡單，可節約投資費用，極大的降低了噴吹設備的高度，方便噴煤設備的檢查與維護，噴煤粉計量準確，但同時存在設備占地面積大，噴吹罐中的煤粉需經流化氣體流化后才能進入總管等不足。

噴煤噴吹系統（如圖1所示）煤粉經由上鐘閥、下鐘閥、充壓閥、補壓閥、放散閥、錐部流化閥、噴吹氣閥、泄壓閥、調節閥、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執行[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，順次執行，穩定進行。假設二號罐在處于噴吹狀態，三號罐即處于待噴吹狀態，一號罐剛剛完成噴吹，首先將一號罐放散閥和泄壓閥打開，泄其罐內壓力，然后打開上鐘閥、下鐘閥，煤粉順著管道進入一號罐內，一號罐罐重到達上限重量，關閉上鐘閥和下鐘閥，打開補壓閥，對一號噴吹管進行沖壓，一號罐即進入待噴吹狀態。當二號罐罐重達到倒罐下限時，三號管進入倒罐狀態，二號罐關閉下煤閥、補壓閥，此時三號罐打開下煤閥，三號罐開始進入噴吹狀態，同時二號罐罐體停止噴吹，并執行罐壓泄壓程序，執行過程與一號罐泄壓方式相同。基于上述噴吹過程，一號、二號和三號三個噴吹罐依次交替噴吹，噴吹程序穩定執行。

2 設備阻損分析

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備、噴吹管道、煤粉溫度、煤粉分配器、煤槍等進行綜合分析，考慮到噴煤設備改造成本和煤槍類型的固定，因此此次技術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，λzi為煤粉摩擦阻力系數，u為固氣比，ρa為氣體質量密度，v為氣體流動速度，l為噴煤管道總長度，d為噴煤管道內徑。

由于實際生產中，噴煤輸送管道總長約800m較長，煤粉從分配器出來至風口區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不變的情況下，其壓損與長度（含彎頭）成正比，和與管道內徑成反比。

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

3 管道技術改造措施

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量，進而可以減少煤粉壓損。

2）對分配器進口管道進行改造

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

3）利用煤粉加熱器對煤粉進行加熱，并噴煤管道進行保溫。

在噴煤煤粉未進行加熱以及煤粉管道未進行保溫情況下，煤粉進入高爐風口時，溫度僅為50度左右。若煤粉在進入高爐風口時溫度較低，理論上噴煤量在大于100 kg/t時，風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。在進行技術改造以后，一煉鐵利用熱風爐廢氣給煤粉加熱，對高爐噴吹煤粉進行預熱到150～200 ℃后噴吹，提高煤粉在風口回旋區的燃燒率，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。

在實際生產中，若煤粉槍出現堵槍，容易造成煤搶燒毀，若操作人員發現不及時，可能會造成直吹管燒壞等嚴重事故，而以前檢測方法主要通過人工觀察各風口煤搶噴煤情況、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。現經技術改造以后，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堵塞現象。

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

Q=kAρavβ（2）

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

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

4 結論

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量，擴大煤粉分配器進口管徑，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行加熱，并噴煤管道進行保溫，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生。

參考文獻

［1］ 金艷娟. 高爐噴煤技術［M］. 冶金工業出版社， 2005.

［2］ 王國雄，現代高爐煤粉噴吹北京：冶金工業出版社， 2002： 201-263

［3］ 夏江波. 高爐噴煤量算法模型的優化改進［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］. 鋼鐵研究學報， 1993.

［5］ 王建強. 高爐噴吹煤粉總管質量流量在線測量技術研究與應用［D］. 東北大學， 2013.