1080m3 高爐噴煤設計及經濟效益分析

張 磊 續飛飛 任江濤

（北京中冶設備研究設計總院有限公司 北京100029）

1 引言

某鋼鐵廠目前擁有1×450m3、1×300m3鑄鐵高爐和新建1×1080m3高爐?，F有制粉噴吹站只能供1×450m3和1×300m3鑄鐵高爐噴煤。為此，決定在廠區原有設施的基礎上，新建一處高爐噴煤車間，由此來滿足1080m3高爐正常噴煤量噸鐵為160kg／t、最大噴煤量噸鐵為180kg／t的需求。

噴煤車間由原煤上料皮帶機系統、干燥氣供應系統、制粉噴吹主廠房、主控室（內設有控制室、變電室、配電室）以及公輔設施等組成。其中制粉噴吹系統包括中速磨加一級布袋收塵負壓制粉系統以及采用3噴吹罐并列、主管加分配器濃相輸送煤粉的直接噴吹系統。

2 噴吹煤粉系統設計分析

2.1 整體布置

該噴煤車間位于1080m3高爐的東側，在原一期原煤場、制粉噴吹站拆除后的基礎上進行新建；由北向南呈一字型布置，其中北邊為原煤場，南邊為制粉噴吹站以及主控室。原煤場與制粉和噴吹站分置兩地，相隔10.60m，二者由煤粉輸送管線連接。噴煤車間場地設計標高為海拔1843.15m，與1080m3高爐廠區地基齊平。

2.2 原煤場設計

在原有煤場設施的基礎上進行改造，改造后原煤場南北方向長60m，東西方向寬49m，分為?－?－?2跨，?－?跨為新建制粉噴吹系統存儲和提供原煤，其中干煤棚廠房跨距27m，長度為54m，廠房頂部設置防雨頂蓬；可儲煤約7500t，滿足新建1×1080m3高爐噴煤7天用量要求。?－?跨為原有制粉系統存儲和供應原煤，其中干煤棚廠房跨距21m，長度為54m，可儲煤約5000t，滿足1×450m3和1×300m3高爐噴煤7天用量要求；同時還利用了原有配煤斗、振動給料機、大傾角上煤皮帶機及電磁除鐵器等設施。設計時，考慮了原煤采購運輸的周期，噴煤連續作業的需要，同時結合了現場場地大小，建設投資等因素，在兩干煤棚廠房內分別采用2臺5t抓斗橋式起重機（抓斗容積2m3），來完成倒堆作業及供煤作業。

主要設備有：倉壁振動器，托料式配料皮帶機，大傾角皮帶運輸機，盤式電磁吸鐵器，受煤斗（有效容積15m3）。

2.3 制粉噴吹廠房設計

該設計考慮到新建制粉噴吹廠房可與原有制粉噴吹站共同使用廠內原有輔助設施。將制粉噴吹廠房與原煤場相鄰而建，位于原煤場南側，南北方向長27.4m，東西方向寬22m。西南角為原有循環水池、加壓機房等輔助設施，為項目建設節省了投資。制粉噴吹廠房分為制粉系統和噴吹系統。

2.3.1 制粉系統

制粉系統由煤粉制備和煤粉收集系統組成。采用全負壓系統，在干燥氣發生爐出口處負壓最小，依次是磨煤機入口、磨煤機出口、袋式收粉器入口，負壓逐漸增大，到主排風機入口處負壓最大。

結合某廠的現有情況，煤粉制備選用ZGM95型中速磨煤機，其最大制粉能力為30t／h，具有能耗低、占地面積小、設備密封性能好、工作效率高、設備可靠性高、煤粉質量高及運行噪音低等特點［1］。

煤粉的收集采用箱式高濃度脈沖袋式收粉器進行煤粉收集，不設專門的細粉分離器。從磨煤機出來的合格煤粉和干燥氣體混合物經管道進入袋式收粉器收集后，煤粉從袋式收粉器下部，經木屑分離器進行篩分后，進入煤粉倉；殘余廢氣由主風機排放至高空大氣。

干燥及輸送煤粉過程中所用的干燥氣是采用高爐煤氣在煙氣發生爐中燃燒產生約1000℃的煙氣與熱風爐廢氣的混合氣體，其溫度在240～280℃之間。其中熱風爐廢氣是在高溫引風機的抽引下，從高爐熱風爐煙囪前引出的1根1320mm 的熱風爐廢氣管道中進入煙氣發生爐混合室；然后混合干燥氣通過1420mm 的管道進入中速磨煤機作為干燥和輸送煤粉的氣源，將合格的煤粉輸送至煤粉倉。這樣既可以有效利用熱風爐廢氣的顯熱﹑節約燃料，降低冶煉焦比［2］，而且系統安全性高。

主要設備有：煙氣發生爐，高溫引風機，助燃風機，中速磨煤機，氣箱脈沖袋式收粉器，封閉帶式稱重給煤機，主排粉風機，袋式收塵器。

2.3.2 噴吹系統

考慮到煉鐵廠的具體情況，煤粉倉容積設為310m3，可以在最大180kg／tHM 噴煤比下噴吹7小時。煤粉倉下設有3個并列25m3噴吹罐，采用3罐并列交替噴吹以及主管加分配器的濃相直接噴吹工藝向1080m3高爐噴吹煤粉。這樣不僅保證了噴吹工作連續性、節省氮氣消耗；而且還有利于提高置換比、降低焦比。圖1為1080m3高爐噴煤流程示意圖。

在噴吹系統內，3個噴吹罐上引出的3根煤粉管線分別連接到φ89×5的噴吹主管上，再由主管引至高爐附近的分配器。因噴吹站與高爐之間的距離約為100m，距離很近，所以主管不設變徑。同時，高爐的每條噴吹主管上均安裝二次風補氣裝置，通過二次風量對噴煤量設定值進行調節。煤粉經分配器后，再由支管線輸送到噴槍。為了保證煤粉分配的均勻性，每根支管的布置均按照等量行程進行布置。

噴吹系統主要設備有：煤粉倉（310m3）。噴吹罐（容積25m3），分配器，煤粉噴槍。

圖1 1080m3 高爐噴煤流程示意圖

3 噴吹煤粉經濟效益及節能分析

高爐噴煤是高爐煉鐵系統中非常重要的子系統之一，不僅是高爐調劑的一項重要手段，還是繼精料之后第二個能大幅度降低焦比的措施［3］。首先，用廉價的煤粉代替昂貴的焦炭使生產成本下降，降低了焦炭的需求量，減少了焦化廠污染物的排放；其次，制粉過程中采用熱風爐廢氣作為干燥氣，節能環保。

3.1 鋼廠經濟效益

根據噴煤系統設計所用原煤量、運行所需的燃氣動力消耗量以及管理等運行費用，計算噸鐵噴煤所需總費用如表1所示。

表1 噸鐵噴煤成本

根據高爐噴煤生鐵成本降低值計算公式［4］［5］：

式中 J—生鐵成本的降低值（元／t）；

M—噴煤量（kg／t）；

R—煤焦置換比（0.9）［6］；

Px—焦炭價格（元／t）；

Pm—噴吹一噸煤粉所需費用（包括原料、加工和輸送成本）（元／t），其數值取（制造成本／0.17）。

焦炭價格：根據當前焦炭市場價格取1450元／t。

經計算

J＝170×（1450×0.9－189／0.17）／1000＝32.85元

因此：噸鐵節約成本為32.85元。

達產年生鐵產量94.5萬t，年營業節約成本為3104.3萬元，噴煤項目投資成本可在高爐達產一年后收回。

3.2 噴煤節能分析

1080m3高爐噴吹煤粉過程中所需要消耗的能源有高爐煤氣、新水、電、壓縮空氣、氮氣等。根據各工序的能源消耗及回收二次能源的情況計算出工序能耗參數見表2。

表2 1080m3 高爐噸鐵噴煤能源消耗

從表中可以看出：本噴煤工序能耗為噸鐵22.33kg。

3.2.1 以煤代替焦炭節能

1080m3高爐設計正常噴煤量為160kg／t，最大噴煤量180kg／t。計算中取噸鐵噴煤量170kg。則由表2可知每噴吹1噸煤粉需要消耗131.35kg標準煤，同時噴吹1噸煤粉需要原煤1.11噸，折合為872.5kg標準煤（原煤的載能量為786kg／t）。因此，噴吹1噸煤粉所需總的能量為1003.85kg標準煤。

同時根據煤粉與焦炭的置換比為0.9［6］，則噴吹1噸煤粉相當于0.9t的焦炭，可計算出對應焦炭的能量消耗為1036kg標準煤（每噸焦炭的載能量為972kg標準煤，其加工能耗為180kg標準煤）。

因此，用噴吹1t煤粉來替代0.9t焦炭可節能為（1036－1003.85）＝32.15kg標準煤。

3.2.2 煤氣含量增加節能

高爐噴吹煤粉后，其高爐煤氣含量也發生變化。據統計［6］：高爐噴吹煤粉后，煤氣產量增加，實踐中平均每千克煤可產生4.0m3煤氣，每千克焦炭可產生3.5m3煤氣。則噴吹1t煤粉產生煤氣量＝1000×4.0＝4000m3，其對應的焦炭為0.9t，對應產生煤氣量＝900×3.5＝3150m3；若高爐煤氣折合標煤系數按0.12kg／m3［6］計算（考慮到煤氣成分變化，其折合系數相比于標準值偏?。?，則增加的高爐煤氣量折合標準煤≈（4000－3150）×0.12＝102kg標煤。

綜上所示：噴吹1t煤粉可節約的能量為（32.15＋102）＝134.15kg標準煤。

3.3 噴煤減排污染物分析

高爐噴吹煤后，替代了部分冶金焦炭。不僅節約了生產成本、減少了能源消耗，而且還降低煉焦廠焦炭產量，大大減少了煉焦過程中總污染物的排放，具有可觀的環保效益。焦化廠冶煉1噸焦炭所排放的污染物見表3。

表3 生產1t焦炭污染物排放［5］

從表3可看出：當1080m3高爐達產后，年生產生鐵94.5萬t，按煤粉噴吹量噸鐵170kg計算，年噴煤約16萬t，相當于14.4萬t焦炭。通過噴煤來替代焦炭可使煉鐵廠每年減少排放廢氣223t、廢水17.3萬t、粉塵432多t。

4 結語

1）該設計結合廠區現有基礎設施，合理規劃；充分利用場地現有空間以及原有設施，包括原有原煤場上料設備以及輔助設施等，為項目建設節省了成本，為今后的優化設計提供了寶貴個經驗。

2）該噴煤項目建成投產后，每噴吹1噸煤粉將為煉鐵系統實現節能134.15kg標準煤，同時噸鐵節約成本32.85元，年營業節約成本為3104.3萬元，噴煤項目投資成本在高爐達產一年后收回。同時，每年可使煉焦環節減少排放廢氣223t、廢水17.3萬t和粉塵432多t。

［1］鐘章格.韶鋼新噴煤站制粉系統設計［J］.煉鐵，2004，Vol.23（2）：42－45.

［2］高艷宏，粱中渝，邊凌濤.噴吹預熱煤粉對高爐能量影響的計算分析［J］.工業爐，2010，Vol.32（3）：37－41.

［3］王筱留.鋼鐵冶金學（煉鐵部分）（第2版）［M］.北京：冶金工業出版社，2008：230－234.

［4］項鐘勛，王筱留，等.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，2007.11：674－675.

［5］湛燕，劉仁生，趙兵，等.潞安高爐噴吹煤經濟效益分析［J］.煤炭加工與綜合利用，2009（1）：34－36.

［6］盧立紅.唐山不銹鋼新建噴煤生產工藝及節能分析［J］.河北冶金，2009（6）：30－32.