邯鋼西區3200 m3高爐噴煤系統的改進及實踐

馮 帥，王自學，王明松，李 麗

(河鋼集團邯鋼公司 邯寶煉鐵廠，河北 邯鄲 056000)

煤粉穩定均勻地從噴煤罐噴入高爐，有利于穩定高爐操作和高爐爐溫控制，同時可以提高煤粉的燃燒率，降低未燃煤粉的數量。邯寶煉鐵廠兩座高爐采用并罐、雙系列噴煤，由高爐分煤瓶均勻分配煤粉，通過噴煤支管、煤槍噴至風口回旋區。目前遇到以下問題，噴煤罐排氣裝置過濾面積小，瞬間氣體量大，氣孔易堵塞，且裝煤時間較長，進而影響充壓流化時間[1-3]。噴煤罐實際壓力與設定壓力的差值頻繁超過±0.02 MPa，造成罐壓不穩，噴煤速率不均勻。噴煤支管、煤槍堵塞情況經常發生，難以實現每支煤槍均勻噴吹。

1 噴煤罐排氣裝置的改進

1.1 改造前缺點

改造前高爐噴煤罐的排氣裝置如圖1(a)所示，煤粉倉在頂部，通過下煤管將煤裝入噴吹罐，下煤管從上到下依次安裝下煤粉閥(DN350氣動蝶閥)和進煤閥(DN350氣動半球閥)。兩個閥門之間安裝排氣管，排氣管末端安裝過濾板。裝煤時，氣體可以透過過濾板排出，煤粉則留在管內。上述裝置的缺點如下：過濾板直徑為200 mm，過濾面積(π·r2)為0.031 m2，面積小，瞬間氣體量大，氣孔易堵塞，氣體無法排出。一方面導致裝煤時間延長，裝20 t煤的時間超過5 min，縮短了煤粉的充壓流化時間，影響噴煤的穩定性；另一方面影響噴煤罐稱重，導致設定裝煤量與實際裝煤量不符，時間一長，噴煤罐有噴空，高爐停煤的風險。此外，過濾板、排氣管與下煤管呈90°夾角，煤粉會堆積成“死角”，存在安全隱患。氣體和煤粉反復沖刷排氣管，易磨損漏煤，污染環境。

(a)改造前 (b)改造后圖1 噴煤罐排氣裝置改造前后示意圖

1.2 改造方法

改進后的噴煤罐排氣裝置如圖1(b)所示，由半圓椎體、支撐架、圓環條、濾袋構成。排氣管改造成半圓椎體，直徑為300 mm，高度為150 mm。材質為高錳耐磨鋼，尖頭朝下安裝在下煤管上。濾袋支撐架為碳鋼Q235鍍鋅材質，直徑為133 mm，長度為1 600 mm，上部為網狀形式，下部敞口，與水平呈60°～ 75°夾角，焊接在半圓椎體頂部；支撐架由10根鍍鋅絲環繞制成，從上到下每隔300 mm由同樣材質鍍鋅絲焊接成骨架形式；碳鋼Q235鍍鋅絲直徑為5 mm。濾袋為抗靜電滌綸耐磨材質，直徑為135 mm，長度為1 600 mm，上部封口，下部敞口，安裝在支撐架外部，底部用圓環條固定。

裝煤時，先打開進煤閥，噴煤罐內剩余壓力通過半圓椎體從濾袋卸出，8～10 s后打開下煤閥，噴煤罐裝15～20 t煤粉后，先關閉下煤閥，氣體從針刺氈卸出的同時，煤粉通過半圓椎體耐磨裝置落回噴煤罐，30～40 s后關閉進煤閥，保證煤粉不殘存在半圓錐體內，之后噴煤罐內煤粉開始充壓流化。整個裝煤工序時間為1～1.5 min，大大縮短了裝煤時間，保證了煤粉在罐內的充分流化，為穩定噴吹奠定前提條件。

1.3 改造后效果

改造后排氣裝置的過濾面積(π·d·h+πr2)為0.693 m2，是原面積的22.4倍。過濾面積增大，以裝20 t煤粉為例，裝煤時間由5 min以上縮短到1.5～2 min以內。緩慢充壓，煤粉充分流化，保證噴煤的穩定性。高爐風口內進煤量均勻，提高了煤粉的燃燒率，降低了未燃煤粉數量，有利于高爐順行。半圓錐體無任何死角，避免了積煤，保證了噴煤的安全性。半圓錐體采用高錳耐磨鋼，抵制了氣體和煤粉的反復沖刷，避免了污染環境。

2 噴煤罐穩壓裝置的改進

2.1 改造前缺點

改進前的高爐噴煤罐的穩壓裝置如圖2(a)所示，有以下缺點：(1)噴煤罐壓力難以控制，實際壓力與設定壓力的差值頻繁超過±0.02 MPa，罐壓不穩，造成噴煤速率不穩。(2)小放散閥頻繁開關，高壓氣體反復沖擊放散管道，導致管道經常磨漏、漏煤，不僅影響生產，還污染環境。(3)噴煤過程中，實際壓力超過設定壓力0.02 MPa后，小放散開啟，由于小放散管道直徑為100 mm，泄壓太快，導致罐壓下降較快，噴煤速率會瞬間降低。(4) 噴煤過程中，實際壓力小于設定壓力0.02 MPa后，通過增加錐部流化、底部流化進氣量，罐壓升高較快，噴煤速率會瞬間升高。隨著實際壓力升高，超過設定壓力0.02 MPa后，小放散又開啟，反復惡性循環，罐壓、噴煤速率難以穩定。

(a) (b)圖2 噴煤罐穩壓裝置改造前后示意圖

2.2 改造方法

改進后的噴煤罐穩壓裝置如圖2(b)所示，噴煤罐頂部設有大放散管道(φ150 mm)、小放散管道(φ100 mm)、新小放散管道(φ50 mm)，并分別安裝氣動半球閥，可以遠程控制。新小放散管道和小放散管道在大放散管道的匯集處安裝耐磨鋼板，半圓環型(瓦狀)，長為300 mm，厚度為20 mm，避免高壓氣體反復沖擊大放散管道，導致漏煤，造成環境污染。在噴煤罐中上部安裝穩壓管道(φ100 mm)，并安裝穩壓調節閥、穩壓切斷閥。穩壓調節閥采用PID控制，根據實際罐壓和設定罐壓差值的大小，自動調節，使得噴煤罐的實際罐壓維持在設定罐壓±0.005 MPa之間，提高了噴煤速率的穩定性。

噴煤過程中，關閉進煤閥、大放散閥、小放散閥；打開出煤閥、底部流化閥、錐部流化閥、穩壓切斷閥。新小放散閥和穩壓調節閥根據實際罐壓和設定罐壓差值的大小，自動調節。當實際罐壓高于設定罐壓0.005 MPa時，新小放散閥打開，卸壓，待兩者相等時，新小放散閥關閉。當實際罐壓低于設定罐壓0.001 MPa時，穩壓調節閥開度根據差值大小自動調節。實際罐壓小于設定罐壓越大，閥門開度越大，進氣量越大，罐壓升高；實際罐壓接近或等于設定罐壓時，閥門開度越小，進氣量變小，直至開度為零，進氣量為零。

2.3 改造后效果

改造后噴煤罐的實際罐壓維持在設定罐壓±0.006 MPa之間，減小了噴煤罐壓力的波動，提高了噴煤速率的穩定性，杜絕了因噴煤速率波動導致高爐減風的情況，為高爐長期穩定順行創造了前提條件。同時，在大放散管道上安裝的耐磨裝置，避免了管道磨漏造成漏煤的情況。穩壓調節閥采用PID調節，新小放散閥、穩壓切斷閥不必頻繁開關，不僅提高了閥門的使用壽命，還降低了高壓氮氣的消耗量，節約了能源。

3 高爐分煤瓶吹堵裝置的改進

3.1 改造前缺點

邯寶煉鐵廠兩座高爐均采用雙系列噴吹，以1#高爐為例，有I、II系列噴吹主管道，每條主管道連接1套分煤瓶，每套分煤瓶有16根支管，對應16支煤槍。改進前的高爐分煤瓶裝置如圖3(a)所示(以1套分煤瓶和1根噴煤支管為例)，有以下缺點：(1)噴煤支管、煤槍經常堵塞，導致煤粉無法均勻噴吹至高爐各個風口，造成高爐壓差不穩定，不利于高爐操作。(2)高爐單支煤槍需停煤時，不得不關閉槍門閥，“停煤送風”無法實現。風口回旋區溫度在2000℃以上，長時間關閉槍門閥，導致槍頭變形，再次送煤時會出現磨風口現象。(3)噴煤支管堵塞，必須卸掉金屬軟管處理，操作危險。疏通噴煤支管，無法收集殘存煤粉，污染環境。(4)人工無法及時觀測每支煤槍是否有煤以及噴煤是否均勻，不利于高爐操作的穩定。

3.2 改造方法

改進后的噴煤罐吹堵裝置如圖3(b)所示，在分煤瓶出口的每根支管上安裝吹堵裝置、排污裝置和收集裝置。以1套分煤瓶為例，在分煤瓶支管上安裝16套吹堵裝置，在吹堵支管上依次安裝逆止閥和吹堵閥(DN25 mm)，吹堵閥可遠程控制。為保證吹掃效果，同時減小分煤瓶壓力的波動，設定吹掃時間5 s，吹掃間隔400 s，吹掃周期為3.6 h。納入自動化程序后，32個吹堵閥(2套分煤瓶)依次反復進行吹掃。32套監測儀安裝在噴煤支管上，可在線檢測支管是否有煤，達到及時發現及時處理的目的。在噴煤支管末端和金屬軟管之間安裝三通閥，三通閥由前閥、后閥、反吹閥組成，可在線判斷、并處理堵塞情況。

圖3 高爐分煤瓶吹堵裝置改造前后示意圖

在分煤瓶支管上安裝16套排污裝置，在排污支管(φ25 mm)上安裝排污閥(DN25 mm)，16根排污支管匯集到排污主管(φ50 mm)上，排污主管引至風口平臺處。收集裝置由支撐架、濾袋和圓環條構成。支撐架由12根碳鋼Q235鍍鋅絲環繞制成，直徑為195 mm，長度為500 mm，下部為網狀形式，上部敞口。濾袋為抗靜電滌綸耐磨材質，直徑為200 mm，長度為650 mm，下部封口，上部敞口，安裝在濾袋支撐架外部，頂部用圓環條固定在排污主管末端。處理噴煤支管堵塞時，氣體可以通過濾袋排出，煤粉則落在濾袋內部，避免污染環境。

噴煤過程中，打開給煤閥，打開三通閥前閥、后閥，打開槍門閥。關閉吹堵閥、關閉排污閥，關閉反吹閥，煤粉由分煤瓶，經噴煤支管、監測儀、三通閥、金屬軟管、煤槍噴至高爐風口回旋區。自動吹堵程序為：打開吹堵閥，高壓氮氣一部分由噴煤支管進入煤槍，一部分進入分煤瓶，持續5 s，吹掃間隔400 s，吹掃周期為3.6 h，可保證吹通整條噴煤支管，同時分煤瓶壓力變化在±0.005 MPa以內，可避免噴煤速率波動。當高爐需要某支煤槍“停煤送風”時，先打開吹堵閥，再關閉給煤閥，可保證高爐不“燒槍”，不必關槍門閥。

當噴煤支管“堵死”時，先采用“正吹法”，第一步打開吹堵閥，第二步關閉給煤閥，使用高壓氮氣反復進行吹掃操作，噴煤支管通暢后，打開給煤閥，關閉吹堵閥，正常送煤；如若不通，再用“反吹法”，使用排污裝置處理。第一步關閉槍門閥，第二步關閉給煤閥，第三步關閉前閥、打開后閥，第四步，打開排污閥，第五步，打開反吹閥，采用高壓氮氣反向吹掃噴煤支管，煤粉和高壓氣體經排污支管、排污主管，進入收集裝置，氣體可以通過濾袋排出，煤粉則落在濾袋內部，人工排至磨機，重新磨制再利用。處理通噴煤支管后，依次關閉排污閥、反吹閥，打開給煤閥、三通后閥、前閥、槍門閥，將煤粉送至高爐風口回旋區。

3.3 改造后效果

通過在分煤瓶出口的每根支管上安裝吹堵裝置，設定自動吹堵程序，可以避免噴煤支管、煤槍經常堵塞的情況，實現均勻穩定地噴煤。高爐需要某支槍停煤時，可實現“停煤送風”。噴煤支管堵塞甚至 “堵死”時，通過排污裝置、三通閥、收集裝置可在線處理，不必卸掉金屬軟管，操作安全，同時也可避免污染環境。

4 結論

通過對高爐噴煤罐排氣裝置、穩壓裝置的改進，增加了過濾面積，縮短了裝煤時間，減小了噴煤罐壓力的波動，提高了噴煤的穩定性。分煤瓶吹堵裝置的改進，實現了均勻穩定地噴煤，實踐效果明顯。