高爐噴煤系統(tǒng)采用較小容積噴吹罐的探討

余紅燕 王艷民 唐文權(quán)

【摘 要】本文結(jié)合國內(nèi)外兩個鋼廠的實踐，對高爐煤粉噴吹系統(tǒng)噴吹罐的倒罐周期的各階段時間進行了分析并探討了縮短各階段時間的可能性以及帶來的操作變化。實際操作數(shù)據(jù)和分析表明在保證噴吹能力和生產(chǎn)穩(wěn)定性基礎(chǔ)上，合理采用較小容積的噴吹罐配合性能可靠的設(shè)備是可以滿足生產(chǎn)需要的。

【關(guān)鍵詞】高爐 噴吹罐 容積

【Abstract】The different phase time of injection tank change of blast furnace pulverized coal injection system was analyzed and the feasibility of reduction of different phase time and the operation change were discussed according to two steel plants operation at home and abroad. The operation data and analysis shows that the operation requirement could be satisfied by rational adoption smaller injection tank and reliable matched equipment on the base of guarantee injection capacity and stable operation.

【Key word】Blast furnace； injection tank； volume

1 引言

合理地選用較小體積的設(shè)備，不僅可以減小設(shè)備本身的制造成本，同時可以降低國際運輸成本以及廠房高度。隨著我國國際總承包工程的增多，這對于提高我國國際工程的價格競爭力有著重要意義。目前，我國國內(nèi)噴吹罐容量較多按維持噴吹25～40 min 設(shè)計。然而，在印度以及東南亞等焦炭缺乏的國家，業(yè)主往往要求噴吹系統(tǒng)在設(shè)計時按照噴煤比250kg/tHM的指標設(shè)計噴吹系統(tǒng)能力。若采取較長的倒罐周期，勢必造成噴吹罐較大。噴吹罐屬于壓力容器，一般在出廠前檢驗完畢后采取整體運輸。因此，噴吹罐往往屬于超限設(shè)備，體積的增加將造成高昂的國際運輸費用。對于EPC總承包的項目，較大的噴吹罐容易導(dǎo)致廠房增加，進而導(dǎo)致總投資增加，對項目總承包成本控制不利。

本文結(jié)合國內(nèi)外兩個著名鋼廠的實踐，對高爐煤粉噴吹系統(tǒng)噴吹罐的倒罐周期進行了分析，對在保證噴吹能力和生產(chǎn)穩(wěn)定性基礎(chǔ)上，采用較小容積的噴吹罐進行了探討。

2 國內(nèi)某鋼廠4996m3高爐噴吹罐操作數(shù)據(jù)及分析

該噴吹系統(tǒng)原為3罐并列直接噴吹系統(tǒng)，噴吹罐設(shè)計有效容積52m3。由于大修，擴容至4996 m3，噴吹罐利舊，容積保持不變。高爐大修后，操作數(shù)據(jù)如下表：

表1 國內(nèi)某鋼廠噴吹罐操作數(shù)據(jù)

Table1 The operation data of injection tank of one steel plant in China

項目 單位 生產(chǎn)數(shù)據(jù)

噴吹罐設(shè)計有效容積 m3 52

最大裝煤量 t 28.5

最小裝煤量 t 7.2

小時噴煤量 t/h 85

操作罐壓 MPa 1

噴吹時間 min 15

排壓時間 min 3

加煤時間 min 4

充壓時間 min 2.2

閥門動作時間 min 1

裝煤作業(yè)周期 min 10.2

噴吹時間=排壓時間+加煤時間+充壓時間+閥門動作時間+待噴時間。由表中數(shù)據(jù)可以看出，該噴吹系統(tǒng)的一罐噴吹時間只有15分鐘。采用2罐操作時，待噴時間為4.8分。而采用3罐操作時，待噴時間為19.8分。

從表中數(shù)據(jù)可以看出，雖然一罐噴吹時間較短，但相應(yīng)的裝煤作業(yè)周期也較短。較小的噴吹罐容積所對應(yīng)的需要排放和充入的氮氣體積減小，在相同的速度下，所用時間相應(yīng)減少。同樣，裝煤的量也減少，在同樣直徑的裝煤管道下，裝煤時間相應(yīng)減少。

該工程的一罐排壓時間只有3分鐘。除了減少噴吹罐容積，要獲得較短的排壓時間還可以通過較大的排氣流量來實現(xiàn)。系統(tǒng)的泄壓排氣流量與排放處過濾裝置的過濾面積有關(guān)。將噴吹罐中的氮氣泄放至制粉系統(tǒng)的收粉大布袋，可以接受較大的排氣流量而對制粉系統(tǒng)并不會帶來過多的影響。在印度的很多噴煤工程中，業(yè)主標書往往要求在煤粉倉上設(shè)倉頂布袋，噴吹罐排壓至煤粉倉。這種設(shè)計理念來源于歐洲早期的噴吹系統(tǒng)與制粉系統(tǒng)不在一處，噴吹罐沒有制粉系統(tǒng)大布袋可泄壓，只能在煤粉倉上設(shè)倉頂布袋，將氣體排放到煤粉倉。這樣設(shè)計，排壓流量將受到倉頂布袋面積的限制。因此，在設(shè)計時就需要平衡倉頂布袋面積和噴吹罐體積對投資影響。對于制粉噴吹合建的噴煤工程，可以盡量說服業(yè)主將泄壓氣體排放到制粉系統(tǒng)大布袋。這在中國已經(jīng)實踐證明是行之有效的設(shè)計方案。

該工程同樣也采取了大充壓流量來縮短充壓時間。如果準備罐充壓的氮氣和正在噴吹的罐的補壓和流化的氮氣都來源于氣源總管，增大充壓流量勢必會影響工作罐氮氣的穩(wěn)定。為解決此矛盾，在系統(tǒng)設(shè)計時可設(shè)置氮氣緩沖罐，準備罐充壓氣體取自氮氣緩沖罐后，工作罐補壓和流化的氮氣取自氮氣總管。氮氣緩沖罐可以適當緩沖充壓氮氣對氮氣總管的影響。同時氮氣總管設(shè)置調(diào)壓閥，自動調(diào)節(jié)總管壓力。對于有效容積52m3的噴吹罐，只用2.2分鐘的時間將噴吹罐充壓至1.0MPa并沒有對系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來過多的影響。

該工程留用高爐大修前的DN250的加煤閥，使得加煤時間為4分鐘。若通過改善煤粉倉底部流化狀態(tài)和增大裝煤管道至DN300或DN400，可進一步縮短裝煤時間。

閥門動作時間壓縮比較困難，但是在該工程中只占1分鐘，對噴吹時間的確定影響不大。

待噴時間為一個噴吹周期內(nèi)除掉裝煤周期的時間。待噴階段并沒有非完成不可的工作，目前尚無統(tǒng)一定論應(yīng)該取多少待噴時間。從該工程來看，采用2罐操作時，待噴時間為4.8分，噴吹時間為裝煤作業(yè)周期的1.47倍，也能滿足兩罐互倒。此數(shù)據(jù)顯示，如果采用2罐操作，也符合《高爐噴吹煤粉工程設(shè)計規(guī)范》要求的“噴吹罐有效容積滿足其所裝煤粉的噴吹時間大于裝煤作業(yè)周期的1.25倍～1.40倍。”

3 意大利某鋼廠2253 m3高爐噴吹罐操作數(shù)據(jù)及分析

該意大利鋼廠噴煤系統(tǒng)為德國某公司設(shè)計，該噴煤系統(tǒng)為2罐并列，遠距離直接噴吹系統(tǒng)，噴吹距離為550m。

表2 意大利某鋼廠噴吹罐操作數(shù)據(jù)

Table2 The operation data of injection tank of one steel plant in Italy

項目 單位 設(shè)計參數(shù) 實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)

小時噴煤量 t/h 50 44.257

最大裝煤量 t 18.5 18.632

最小裝煤量 t 2 0.984

一罐噴煤量 t 16.5 17.648

噴吹罐有效容積 m3 37 37.264

噴吹時間 min 19.8 23.9

由表中數(shù)據(jù)可知，歐洲公司在設(shè)計時就采用較小的噴吹罐，相應(yīng)的一罐噴吹時間也小于20分鐘。在實際操作中由于噴煤量減少，以及留底煤的減少，導(dǎo)致噴吹時間比設(shè)計值偏大。不過該值也小于25分鐘。噴吹罐的有效容積為37m3，低于國內(nèi)相同噴煤量下一般噴吹罐設(shè)計體積。

4 采用較小容積的噴吹罐所帶來的操作變化的探討

采用較小容積的噴吹罐會導(dǎo)致一罐噴吹時間減少，因此，在操作上會導(dǎo)致在線檢修時間的減少和閥門動作頻次增加。由于在線檢修時間的減少，在連續(xù)噴吹中要盡量避免設(shè)備故障。由于噴吹系統(tǒng)的設(shè)備相對較少，容易出現(xiàn)突發(fā)問題是閥門氣缸故障和限位開關(guān)故障。要避免突發(fā)問題打斷連續(xù)噴吹，應(yīng)使用性能可靠的閥門設(shè)備。由于印度等國家工人維修水平相對國內(nèi)較低，更應(yīng)選擇性能可靠的設(shè)備。否則即使設(shè)計時延長待噴時間也不一定足夠工人進行在線維修。此外，在高爐休風時應(yīng)配合檢修噴吹設(shè)備，對于長時間受煤粉磨損的設(shè)備應(yīng)定期更換，防止連續(xù)噴吹時突然故障。同時設(shè)計時可以對閥門限位開關(guān)等設(shè)置備用。選擇性能可靠的閥門同時也可以確保閥門動作頻次增加對閥門壽命的影響。無料鐘爐頂加料系統(tǒng)的實踐證明，閥門工作周期為4到6分鐘時依然非常可靠。若一個噴吹罐的配套設(shè)備出現(xiàn)問題，可暫時采用單罐噴吹，這在國內(nèi)也是有實踐前例的。

5 結(jié)語

通過國內(nèi)外鋼廠實踐證明，采用較小容積的噴吹罐在實際操作中是穩(wěn)定可靠的。在國際化總承包工程競爭日益激烈的情況下，精細化設(shè)計和選用性能可靠的設(shè)備才是提高競爭力同時贏得好口碑的方法。

作者簡介：余紅燕（1982—），女，工程師，碩士，2008年畢業(yè)于北京科技大學材料科學與工程，現(xiàn)工作單位為中冶京誠工程技術(shù)有限公司，從事煉鐵工程設(shè)計及國際工程營銷。