新型泄壓返粉工藝在高爐噴煤中的應用

孫劉恒，楊繼敏，周飛，肖紅濤

（中冶華天工程技術有限公司鋼鐵設計研究總院，江蘇南京210019）

0 前言

高爐噴煤是從高爐風口向爐內直接噴吹磨細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效率、節約能源、減少環境污染并用廉價的動力煤代替昂貴的冶金焦的重大技術措施[2]。高爐噴煤設施主要由原煤儲運、煤粉制備系統、干燥惰化系統、噴吹系統、空壓站及輔助設施組成[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 現狀及其存在的問題

并罐噴吹系統就是將噴吹罐并列設置，一般設兩個噴吹罐，兩個噴吹罐交替運行。一個噴吹罐噴吹時，另一個噴吹罐卸壓、裝粉和充壓。當噴吹罐內煤粉噴完后，罐內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，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，氣體經收粉器凈化后由主排風機抽取后排放。

傳統型工藝主要存在以下問題：

（1）泄壓或返粉高壓氣體對煤粉倉或收粉器的瞬間沖擊力大。當管道直接接入煤粉倉時，由于煤粉倉頂設有泄爆閥，當在進行泄壓或返粉作業時其瞬間的高壓氣體會使煤粉倉內壓力迅速升高，而泄爆閥的泄爆壓力很低，容易損壞泄爆膜而導致煤粉外泄；

（2）當泄壓管和返粉管直接接入收粉器時，由于高爐噴煤在操作過程中，制粉系統間斷工作，而噴吹系統是連續工作，當制粉系統不工作時，主排風機就停止運行，噴吹系統泄壓高壓氣體對收粉器瞬間沖擊非常大，而且泄壓的氣體無法及時排出，大量的氣體積聚在收粉器內會存在較大的安全隱患。當管道直接接入煤粉倉時，其氣體仍然需要通過收粉器經主風機抽取后排放，存在同樣的安全隱患。

圖1-1 傳統式工藝流程

1.2 改進型工藝

為消除泄壓或返粉過程中，高壓氣體對煤粉倉和收粉器的沖擊，在煤粉倉頂部增設倉頂除塵器，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的基礎上演變而成，是現在最常用的處理工藝，泄壓或返粉過程中含塵氣體經倉頂除塵器凈化后由其配套風機抽取后直接排放。

圖1-2 改進式工藝流程

改進型工藝主要存在以下問題：

（1）根據國家相關規范要求，當高爐噴吹全煙煤或混合煤時，煤粉倉氧含量不應超過12%。由于倉頂除塵器風機全壓比主風機的全壓小很多，容易導致空氣通過倉頂除塵器出口被倒抽進煤粉倉，引起煤粉倉氧含量超標，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外溫差大，就造成倉頂除塵器內壁冷凝水的形成，繼而與其內部煤粉混合并板結[4]。煤粉板結形成大塊后自然脫落進入煤粉倉，會造成煤粉倉堵煤或噴吹管道堵塞等生產事故，影響正常生產；如果煤粉板結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，如果底部出料口設有高速旋轉的葉輪給料機，這些大塊煤粉又無法在短時間內破碎進入煤粉倉，就會在此處長時間與葉輪給料機進行摩擦而形成高溫，從而會引起煤粉自燃[4]，存在嚴重的安全隱患。

2 新型泄壓及返粉工藝及實際應用

為解決上述工藝在生產過程中存在的問題，結合生產實際，中冶華天公司開發了一種新型泄壓返粉工藝，流程見圖2-1，同步申請了實用新型專利和發明專利，其中實用新型專利已授權，專利號：ZL 201620206979.2。該專利技術主要通過取消倉頂除塵器，與主排風機并聯設置泄壓風機來實現。

2.1 新型工藝的流程

該工藝主要的生產流程包括：

2.1.1 原煤在磨機內同時進行細磨和干燥，合格的煤粉由主排風機抽取沿管道進入收粉器被收集，由收粉器通過管道進入煤粉倉，煤粉倉內的煤粉按控制指令裝入噴吹罐內；

2.1.2 噴吹罐內的煤粉經充壓流化后將煤粉送入噴吹管道，通過補氣系統將煤粉送入高爐；

2.1.3 當噴吹罐煤粉輸送完畢后，打開高壓泄壓閥開始泄壓，當壓力降到設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收粉器收集后裝入煤粉倉，氣體通過主排風機抽取后由收粉器凈化后排放；

2.1.4 當噴吹罐泄壓完成后，關閉高壓泄壓閥和低壓泄壓閥，進行裝粉作業，進入下一個噴吹周期；

2.1.5 當高爐應生產需要要求緊急停止噴煤后，煤粉在噴吹罐內儲存一定時間后必須將煤粉返回至煤粉倉，當進行返粉作業時只需打開返粉閥、關閉噴吹閥，可將煤粉送入磨機進行再加工，煤粉最終經收粉器收集后裝入煤粉倉，氣體通過主排風機抽取后經收粉器凈化后排放。

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：當磨機及主排風機不工作時，啟動泄壓風機、打開切換閥3并停止主排風機、關閉切換閥2，噴吹罐泄壓的氣體經泄壓風機抽取經收粉器凈化后排放，煤粉經收粉器收集后裝入煤粉倉。

工藝E’為：當磨機及主排風機不工作時，啟動泄壓風機、打開切換閥3并停止主排風機、關閉切換閥2，通過操作2臺切換閥1，使返粉氣體直接進入收粉器，通過泄壓風機抽取后經收粉器凈化后排放，煤粉經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點

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 通過分別設置高壓泄壓閥和低壓泄壓閥，降低了高壓泄壓氣體對煤粉收集器的沖擊。

2.2.3 通過設置切換閥1和切換閥1’，可實現磨機工作時，噴吹罐返回的煤粉可通過磨機重新加熱降低了水分，提高了煤粉質量，有利于煤粉噴吹。

2.2.4 通過設置泄壓風機，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煤粉倉的發生，保證了系統安全。

2.2.5 通過設置泄壓風機，取消煤粉倉頂除塵器節省了相關工程費用；通過開關切換閥2及切換閥2’，泄壓風機與主排風機交錯使用，節省了運行費用，降低了生產成本。

2.3 新型工藝的應用

該工藝已在長江鋼鐵、青鋼環保搬遷等工程中應用，其中長江鋼鐵1#、2#高爐噴煤系統于2011年投產，青鋼環保搬遷噴煤系統于2015年投產，投產以來生產運行穩定。

3 結語

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

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

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB50607-2010高爐噴吹煤粉工程設計規范[S].北京:中國計劃出版社,2011.1:35.

[3]項鐘庸王筱留等.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,2007.11:678

[4]張楊.噴煤系統倉頂除塵器內部自燃的預防與控制[J].工業技術,2013.20:74