煉鐵部煤粉系統(tǒng)氮氣優(yōu)化實踐

文/胡紹磊 孫岳琦 侯金龍

實習(xí)編輯 李楠楠

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈分公司煉鐵部煤粉系統(tǒng)于2008 年竣工投產(chǎn)，采用中速磨制粉工藝。其主要由原煤儲運系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、噴吹系統(tǒng)、干燥氣制備系統(tǒng)以及供氣動力系統(tǒng)五部分組成。年平均為鲅魚圈高爐提供噴吹用煤粉100 萬t，為鲅魚圈分公司煉鐵部兩座高爐的穩(wěn)定順行提供了有利保障。

煤粉工序氮氣使用工藝

鲅魚圈分公司煉鐵部煤粉噴吹系統(tǒng)采用全氮氣噴吹，氮氣消耗量大，氮氣是煤粉生產(chǎn)成本中的重要組成部分。

煤粉工序用氮氣分為低壓保安氮氣、2高爐煤槍環(huán)冷風用氮氣、1和2高爐噴吹、倒罐充壓用氮氣、1高爐煤槍環(huán)冷風用氮氣、煤粉布袋除塵用氮氣等五個部分。其中低壓保安氮氣用于三個方向，一部分供給磨機入口、磨機和磨機出口，一部分供給布袋箱保安氮氣，最后一部分用于燃燒爐爐頂元件冷卻和管道吹掃。1、2高爐煤槍環(huán)冷風用氮氣屬于高壓氮氣，一旦煤槍停煤開啟環(huán)冷風對煤槍進行冷卻，這部分氮氣消耗量較大。1和2高爐噴吹、倒罐充壓用氮氣屬于高壓氮氣，這部分主要包括噴吹罐充壓、底部和錐體流化、噴吹二次補氣風量，其中噴吹罐充壓和二次補氣風量用氮氣量較大。煤粉布袋除塵用氮氣屬于0.5 MPa 的中壓氮氣，用于4 臺布袋箱和2 臺倉頂布袋的氮氣脈沖。

氮氣消耗超標的影響

鲅魚圈分公司煉鐵部煤粉噴吹系統(tǒng)采用全氮氣噴吹，保持穩(wěn)定的氮氣總管壓力是噴吹系統(tǒng)穩(wěn)定生產(chǎn)的必要條件，正常氮氣總管壓力在1.4 ～1.5 MPa 之間，一旦氮氣消耗量大，將造成氮氣總管壓力下降，當?shù)獨饪偣軌毫档偷絿姶倒拊O(shè)定的臨近罐壓，煤粉噴吹系統(tǒng)將無法繼續(xù)，只能停止產(chǎn)煤，嚴重影響高爐的生產(chǎn)順行。在鲅魚圈分公司煉鐵部所有生產(chǎn)工序中煤粉是氮氣消耗的“大戶”，氮氣消耗是煤粉生產(chǎn)成本中的一個重要指標，氮氣消耗量大會導(dǎo)致煤粉生產(chǎn)成本升高。煤粉區(qū)域有很多閥門，由于年久失修存在外漏或內(nèi)漏現(xiàn)象，一旦某區(qū)域出現(xiàn)氮氣泄漏并大量聚集，崗位人員在巡檢或在此處作業(yè)時將會出現(xiàn)氮氣窒息，輕則出現(xiàn)嘔吐，重則導(dǎo)致人員傷亡事故的發(fā)生。由此可見，如何控制氮氣消耗是煤粉生產(chǎn)工序中的一個重要環(huán)節(jié)，降低氮氣消耗有3 個優(yōu)點：一是可以保持穩(wěn)定的氮氣總管壓力，繼而保證煤粉噴吹系統(tǒng)的正常生產(chǎn)；二是降低工序生產(chǎn)成本，實現(xiàn)節(jié)能降耗；三是消除區(qū)域內(nèi)的安全環(huán)保隱患，保證企業(yè)的安全生產(chǎn)。

影響氮氣消耗的因素分析及控制措施

煤粉系統(tǒng)氮氣消耗因素分析

1.低壓保安氮氣

低壓保安氮氣主要作用控制磨機、布袋箱等部位的氧含量，一旦氧含量超標立即啟動保安氮氣降低氧含量，在制粉系統(tǒng)啟動和停止期間對磨機出口充氮降氧降溫，另外為防止磨機入口積煤自燃，需要定期對磨機入口進行氮氣吹掃。燃燒爐爐頂元件冷卻和管道吹掃采用低壓保安氮氣，爐頂元件冷卻需要24 h 連續(xù)使用，氮氣消耗量較大。其中制粉系統(tǒng)啟停充氮和磨機入口氮氣吹掃屬于常規(guī)作業(yè)，燃燒爐管道吹掃只是在檢修作業(yè)時使用，可以忽略。對于低壓保安氮氣消耗的控制措施，一是降低制粉系統(tǒng)氧含量，減少充氮頻次；二是燃燒爐爐頂元件冷卻改用壓縮空氣。

2.煤槍環(huán)冷風用氮氣

1、2高爐煤槍環(huán)冷風用氮氣屬于高壓氮氣，當某顆煤槍因風口或其他原因停煤時需要對煤槍通氮氣冷卻，鲅魚圈分公司煉鐵部兩座高爐72 顆煤槍每天都有煤槍停煤，每顆煤槍冷卻需要氮氣量在500 m/h 左右，氮氣消耗量巨大。針對這個問題，通過研究采取停煤煤槍停氮氣，并將煤槍回退，最大限度保護煤槍，并降低氮氣消耗。

3.噴吹罐噴吹、倒罐充壓用氮氣

噴吹罐罐壓、二次補氣風量與氮氣消耗量成正比關(guān)系，合理的噴吹罐罐壓和二次補氣氮氣風量不但可以提高噴煤的準確性，而且可以節(jié)約氮氣消耗。根據(jù)不同的噴煤量調(diào)節(jié)噴吹罐罐壓和二次補氣風量，表1 為在不同噴煤量條件下噴吹罐壓、二次補氣風量和末端壓力的關(guān)系，在條件滿足的情況下實現(xiàn)濃相噴吹，將二次補氣風量控制在1 000 ～1 500 m/h。

4.布袋除塵用氮氣

布袋除塵用氮氣為中壓氮氣，為煤粉1～4布袋箱除塵器和1、2倉頂布袋除塵器提供脈沖氮氣，每個除塵器都設(shè)有一臺氮氣風包，用于儲存氮氣和調(diào)節(jié)氮氣壓力。氮氣脈沖壓力過高會造成布袋脫落，氮氣消耗增加，過低起不到脈沖效果，造成布袋粘附煤粉，留下著火隱患。通過長期生產(chǎn)實踐證明，氮氣壓力在0.25 MPa 時，不但可以降低氮氣消耗，還可以有效清除布袋粘附的煤粉。

5.系統(tǒng)閥門泄漏

制粉噴吹系統(tǒng)個別閥門由于磨損等因素出現(xiàn)內(nèi)漏或外漏現(xiàn)象，大量氮氣從閥門及管道泄漏，一旦此處有人作業(yè)易發(fā)生氮氣窒息事故。例如，磨機沖氮閥門出現(xiàn)過泄漏現(xiàn)象，造成磨機檢修人員無法進入，影響了生產(chǎn)進度。針對此類閥門，作業(yè)區(qū)通過強化崗位巡檢，及時發(fā)現(xiàn)并更換閥門，杜絕氮氣泄漏情況的發(fā)生。此外，噴吹系統(tǒng)個別閥門用風為氮氣，經(jīng)常出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，通過與設(shè)備部門的協(xié)調(diào)逐步將噴吹系統(tǒng)所有閥門的用風全部改為壓縮空氣，解決了閥門泄漏所引起的危害。

實施控住措施之后的效果

1.安全管控

煤粉制粉系統(tǒng)日常主要的安全管控手段是控制系統(tǒng)的“氧含量”。在制粉生產(chǎn)以及粉塵爆炸要素中，“氧含量”是唯一可控因素，也是粉塵爆炸條件中的一個重要環(huán)節(jié)。制粉系統(tǒng)的惰性氣體主要有兩種，一種是煤粉燃燒爐干燥氣和高爐熱風爐廢氣的混合煙氣，此煙氣是控制磨煤機入口的“氧含量”，是將燃燒爐產(chǎn)生的高溫煙氣，通過與高爐熱風爐的低溫廢氣綜合，形成較低溫、低氧的惰性氣體，既滿足原煤的干燥又滿足“氧含量”的控制；另一種是由能源動力部提供的中壓保安氮氣和高壓氮氣，中壓氮氣為磨機、制粉收集系統(tǒng)及布袋脈沖提供惰性保護氣體，確保“氧含量”≤12%以下。高壓氮氣是噴吹系統(tǒng)所使用的氮氣，由于噴吹系統(tǒng)內(nèi)部的煤粉含量極大，基本不具備懸浮狀態(tài)，且遠遠高于煤粉爆炸極限的上限，因此，高壓氮氣的主要作用為煤粉輸送功能，氣體惰化為輔的效能。

表1 噴吹系統(tǒng)各參數(shù)設(shè)定表

鲅魚圈分公司結(jié)合工藝特點在制粉噴吹系統(tǒng)現(xiàn)場合理設(shè)置多個固定式氧氣報警儀，避免由于氮氣泄漏造成巡檢作業(yè)人員窒息事故，同時利用安全生產(chǎn)費采購磨機入口、磨機出口、布袋箱出口氧分析儀，為系統(tǒng)高效安全運行提供數(shù)據(jù)支撐。惰化氣體氮氣的科學(xué)使用，使之成為制粉系統(tǒng)安全保障運行的有效措施之一。

2.優(yōu)化降本

降低氮氣消耗相關(guān)措施實施后，氮氣消耗指標明顯有了改善，2018年鲅魚圈分公司煤粉制備所用氮氣單位定額實際為106.516 m/t，2019 年下降至99.053 m/t，2019全年節(jié)約氮氣降本147.98 萬元。氮氣總管壓力穩(wěn)定在1.4 MPa 以上，為煤粉噴吹生產(chǎn)提供了有效保證，為下道工序高爐生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。改進后閥門泄漏現(xiàn)象得到有效控制，氮氣泄漏導(dǎo)致窒息的隱患徹底消除，崗位人員作業(yè)環(huán)境及安全環(huán)保指標得到了優(yōu)化和提高。（本文作者單位系鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司）