主题词:太钢 煤

太钢浓相喷煤技术的优化

2015-08-24 中国建材投资网
 

  1前言

  浓相喷煤技术由于喷吹煤粉的浓度高,输送介质的消耗少,煤粉在管道内的流速较低,对管道的磨损减少,不仅喷煤量相对稳定,而且高炉各风口间煤粉的分配也比较均匀,这就为提高高炉喷煤比创造了有利的条件。因此,浓相喷煤技术在国内外高炉生产中得到了广泛采用。我国许多单位在推广实用过程中积极探索、不断创新,使浓相喷煤技术在我国高炉喷煤生产中日趋成熟与完善。

  然而,如何达到最佳的浓相喷煤状况,并取得比较理想的喷煤量,当前还存在一些不同的认识。例如,国外一些从事高炉喷煤的专业公司,在提出的功能规格书中,强调其浓相喷煤可以达到50kg/kg的固气比水平,并认为这是浓相喷煤的理想状态。为了获得正确的认识,太钢结合本公司高炉喷吹条件与实际要求,从准确了解浓相喷煤的本质,深入探索影响浓相喷煤各因素之间的关系入手,认识并掌握浓相技术的科学定位和有效范围,以促进太钢高炉浓相喷煤技术的优化与发展。

  要实现高炉浓相喷煤技术的优化,应当从提高对浓相喷煤各相关因素的本质认识、对工艺和设备的优化和实现技术操作的优化三个方面入手。

  2正确认识浓相喷煤状态下影响浓度的主要因素

  在分析各种因素对喷煤浓度的影响之前,应当明确煤粉浓度的基本概念。一般认为,当煤粉喷吹固气比大于40kg/kg时可视为浓相喷煤。

  煤粉浓度分为体积浓度和质量浓度,体积浓度指在标准状态下或实际状态下每立方米气体中所带煤粉的质量。质量浓度指在任何状态下每公斤气体中所带煤粉的质量。在一定罐压条件下,煤粉的实际体积浓度会随着管道压力的降低而减小,而煤粉的质量浓度随着管道压力的降低不变。煤粉在喷吹过程中,其浓度受喷吹罐压力、喷吹煤粉量、煤粉流速、煤粉输送管径等多种因素的综合影响。

  喷吹罐压力与喷煤浓度的关系

  ①一般情况下,喷煤浓度随着喷吹罐压力增加而降低。目前,国内、外提出的浓相喷煤其固气比分别为40kg/kg和50kg/kg。通过反算试验发现,在相对低压状态下完全可以实现超过50kg/kg的固气比。喷吹罐压力在3~10bar的范围内可以实现大于50kg/kg的固气比,而喷吹罐压力大于10bar时就实现不了50kg/kg的固气比。以煤粉在堆密度0.6t/m3的情况为例,通过实验和理论计算,煤粉在不同的罐压下能够达到的最大质量浓度不同,但实际状态下的体积浓度却相等。当喷吹罐压力增大后,煤粉内会压缩更多的气体,在喷吹过程中,气体会随煤粉一同喷入高炉,喷吹罐压力越大,能够达到的质量浓度越低。

  ②当喷吹罐压力为14bar时,最大浓度只能达到42kg/kg,若再加上二次补气,最大喷吹浓度也只能在30kg/kg左右;当喷吹罐压力为3bar时,最大浓度就可以达到148kg/kg,加上二次补气,最大喷吹浓度也可以达到90kg/kg左右。由此可见,实际喷吹质量浓度的大小与罐压有着直接关系,并且,在罐压相对低的情况下,更有利于实现高浓相喷煤。

  煤粉喷吹量与喷吹浓度的关系

  在喷吹罐压力一定时,随着喷吹浓度增加,喷吹量相应增加。以太钢4350m3高炉喷煤系统为例,在喷吹罐压力13bar,喷吹浓度32kg/kg时,最大喷吹量只有90t/h,制约了高炉喷煤量的提高。通过浓相操作,喷吹罐压力仍然是13bar,喷吹浓度可提高到41kg/kg,喷吹能力达到了120t/h,为高炉高煤比创造了条件。

  煤粉流速与喷吹浓度的关系

  当喷煤量一定时,随着喷吹浓度的增加,管道内气粉混合物流速会降低。通过实验证明,管道内气粉混合物流速低于一定值时可视为对管道无磨损,并能有效地降低管道阻力,有利于实现浓相喷吹,相反当流速大于一定值时对管道磨损增大,不易实现浓相喷吹。

  喷煤管径与喷吹浓度的关系

  当喷煤量一定时,管道直径对喷煤浓度有着一定的制约关系,选择合理的管道直径直接影响到喷吹浓度。管道直径过小会造成喷吹罐压力过高,煤粉中含有大量气体喷入高炉,浓相喷吹难以保证。而管道直径过大则需要增加二次补气提高管道的流速,也会影响浓相喷吹,只有选择合理的管道直径才可实现浓相喷吹。

  以上分析了喷吹罐压力、煤粉喷吹量、煤粉流速、喷煤管径等因素对浓相喷煤的影响,正确认识和掌握这些因素内在的合理关系及合理配置,是浓相喷煤系统得以实现优化的前提条件。通过理论计算和实践证明,在压力适当、管道直径合理、流速较低、喷煤量正常的情况下,在相对低压的范围,实现了比较理想的浓相喷煤,取得了高煤比、低消耗、长寿命的实效,从而突破了国外一些公司提出的在相对高压情况下可以实现50kg/kg固气比的认识局限。由于在认识上的突破,太钢在相对低压下,曾在太钢1

  、2

  高炉上固气比达到了70kg/kg,在4

  高炉上固气比达到了60kg/kg;而在相对高压下的5

  高炉也实现了40kg/kg固气比。在大高炉喷煤时,由于热风压力高,所以煤粉喷吹罐压力必须维持在较高水平,虽然从质量浓度来看浓度有所降低,但实际上喷吹罐出口喷煤的体积浓度接近于最大值,高达600kg/m3,其体积浓度很高,也实现了浓相喷煤的优化。

  3工艺和设备的优化

  优化工艺和设备是实现浓相喷煤的重要基础。根据对浓相喷煤技术优化的基本认识,采取了被实验证明了的合理参数,详见表1。

  表1太钢高炉喷吹系统主要参数

  项目

  4

  高炉

  3

  高炉

  5

  高炉

  高炉容积

  1650m3

  1800m3

  4350m3

  喷吹形式

  间接喷吹

  间接喷吹

  直接喷吹

  工艺形式

  两罐并列双分配器

  三罐并列双分配器

  三罐并列单分配器

  煤粉仓

  60m3

  150m3

  1220m3

  喷吹罐

  24m3

  40m3

  100m3

  氮气罐

  70m3

  40m3

  100m3×2

  喷吹总管长度

  80m

  110m

  350m

  喷吹支管长度

  40m×24

  55m×26

  80m×38

  为了改善和保持煤粉的输送性能,在工艺、设备优化中控制了以下三个环节。

  第一个环节,是在制粉系统的布袋收粉器和煤粉仓之间加煤粉筛,并适当控制煤粉筛孔径大小。这样,不仅可以有效去除煤粉中的纤维杂物,还可以避免煤粉结块现象,为改善和提高煤粉的输送性能起到重要作用。

  第二个环节,是防止煤粉容器内煤粉温度降低而析出水分,对布袋收粉器、煤粉仓、喷吹罐采取了保温措施。对锥体部分进行蒸汽环管伴热,保证煤粉温度。对喷吹系统的充压氮气和喷吹压缩空气通过蒸汽加热器预热,在蒸汽加热器出口管道安装温度检测,根据温度蒸汽调节阀的自动调节,将气体预热到80℃。在喷吹主管上缠绕电伴热带,安装温控开关,自动控制电热带,保证管道的环境温度保持在65℃。

  第三个环节,是防止公司气源管网波动和在喷吹期间用气量变化引起气源压力不稳,采用增大储气罐容积的技术,在储气罐入口安装气动调节阀,根据储气罐压力自动调节阀门,保证氮气和压缩空气的压力稳定。

  4技术操作上的优化

  技术操作的优化是浓相喷煤的保证措施。太钢在喷吹技术操作上进行了一系列改进与优化,在自动装料、自动充压、自动喷吹、自动倒罐、自动泄压的基础上,最后形成了太钢的自动调节喷煤量的“一键式”智能化全自动操作,即控制喷吹罐压力与热风压力之间的压差的方式,根据dw/dt计算出喷吹速度,与设定值进行比较后串级调节压差,使喷吹量误差控制在0.5%以内。在参数设定与安全联锁上进一步进行了优化,倒罐时喷吹罐内保留一定的煤粉,防止因煤粉过少引起空吹导致瞬时量下降;减少煤粉在充压状态的时间,煤粉长时间在加压状态下不利于在喷吹时的流动,在程序控制上采用了等待另一个喷吹罐几乎变空开始加压;氮气回收操作,三罐喷吹时进行氮气回收操作。氮气回收的原理是:当一罐喷吹完毕后不直接泄压,罐内含尘氮气通过管道及阀门排到另一个装满煤但还未充压的喷吹罐内,当两罐均压完毕后再将剩余气体排至布袋除尘器内,这项技术的应用,节约了大量氮气,并且减轻了泄压管道的磨损和仓顶除尘器的负担。

  技术操作优化后的效果:

  ①煤粉喷吹量大幅度地提高

  4350m3高炉通过浓相喷煤操作,最大喷吹能力由90t/h提高到120t/h。

  ②喷吹系统运作稳定均匀

  从喷吹系统的运行情况来看,喷吹均匀稳定,各支管煤粉分配均匀、经过测试各风口之间煤粉误差<4%。通过喷吹量串级调节,煤粉喷吹量误差控制在0.5%以内。

  ③管道寿命延长

  喷吹管道内流速控制小于一定值时,有效避免了管道磨损,大大延长了管道寿命。太钢4

  高炉喷煤系统喷吹管道,已使用18年,没有磨损现象。

  ④气体消耗量降低

  实现浓相喷煤后,耗气量大幅度降低,吨煤耗气量在30Nm3/t以下。

  ⑤管道堵塞现象减少

  浓相喷煤后,管道内煤粉流动均匀,消除了脉动现象,避免了管道堵塞现象。

  ⑥系统密闭安全

  通过浓相喷吹与自动化操作,减少了故障与污染,环境得到明显改善,保证安全生产。

  ⑦高炉煤比在国内处于领先水平

  太钢通过浓相喷煤的应用与优化,使高炉煤比稳步提升,目前已达到较高水平。近年来的喷煤情况见表2。

  表2太钢高炉生产指标

  日期

  产量

  t/d

  利用系数

  t/m3·d

  综合焦比

  kg/t

  焦比

  kg/t

  焦丁

  kg/t

  煤比

  kg/t

  风温

  ℃

  2003年

  7872

  2.266

  478

  367

  20

  116

  1098

  2004年

  7733

  2.228

  481

  358

  20

  132

  1100

  2005年

  7991

  2.296

  483

  356

  19

  137

  1087

  2006年

  7787

  2.242

  488

  362

  21

  134

  1077

  2007年

  18192

  2.244

  475

  329

  19

  162

  1171

  2008年

  18038

  2.323

  471

  285

  44

  184

  1194

  5结语

  浓相喷吹技术的优化势在必行

  在当前钢铁企业环保、节能、降耗实现可持续发展的要求下,优化浓相喷煤技术势在必行。

  认真分析浓相喷煤过程中各种因素的相互关系,切实掌握浓相喷煤基本概念与客观规律是优化浓相喷吹技术的前提。太钢浓相喷煤优化的实践证明,当罐压在1~14bar范围可以保持相对低压下高浓相喷吹。突破了当前国内外通常认为的浓相喷吹的范围。在喷吹罐压3bar时就可以达到70kg/kg,远高于国内外普遍认为的40kg/kg和50kg/kg。

  浓相喷吹技术的优化是可行的

  合理控制罐压、喷煤量、流速,保证操作、工艺、设备的优化,实现“一键式”智能化全自动操作,减少人为因素干预,是实现浓相喷煤的有效途径。

  浓相喷煤技术的优化是有效的

  通过对浓相喷煤技术的优化,开创了高炉喷吹高煤比、低成本、长寿命的新局面。

 
 
 
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