高炉煤粉喷吹系统工艺简介

摘　要：高炉煤粉喷吹是优化炼铁系统结构的重要环节，是国内外高炉炼铁技术发展的大趋势，。本文结合实际工程介绍了高炉煤粉喷吹系统的工艺及其取得的重大意义。

关键词：高炉原煤储运；煤粉制备；煤粉喷吹

　　一、高炉煤粉喷吹概述
　　近年来随着钢铁行业的高速发展，矿石资源和焦炭资源日趋紧张，节能降耗已经成为钢铁行业刻不容缓的重大课题，而炼铁系统又占钢铁行业能耗的70％左右，是名副其实的耗能大户，而高炉煤粉喷吹系统在高炉生产过程中已成为节焦和改进冶炼工艺最有效的措施之一。
　　喷煤工艺种类繁多，按喷吹方式可分为直接喷吹和间接喷吹，按喷罐布置可分为并罐布置和串罐布置，按喷吹管路可分为多管路喷吹和单管路加分配器喷吹，按制粉系统烟气循环方式可分为引热风炉废气和烟气自循环方式。
　　完整的高炉喷煤工艺流程应包括原煤储运系统、制粉系统、煤粉输送系统、喷吹系统、供气系统和煤粉计量系统，最新设计的高炉喷煤系统还包括整个喷煤系统的计算机控制中心。
　　二、工艺介绍
    高炉喷煤就是把原煤（无烟煤、烟煤）经过烘干、磨细，用压缩空气输送，通过喷煤枪从高炉风口直接喷入炉缸的生产工艺。高炉喷煤系统的工艺流程主要由原煤贮运、煤粉制备、煤粉喷吹、热烟气和供气等几个部分组成。如下图所示。

　　1. 原煤储运系统：为保证高炉喷煤作业的连续性和有效性，在喷煤工艺系统中，首先要考虑的是建立合适的原煤储运系统，该系统应包括综合煤场、煤棚、储运方式。为控制原煤粒度和除去原煤中的杂物，在原煤储运过程中还必须设置筛分破碎装置和除铁器。筛分破碎即可以控制磨煤机入口的原煤粒度，除铁器则主要用于清除煤中的磁性金属杂物
　　2. 煤粉制备系统: 煤粉制备是指通过磨煤机将原煤加工成粒度和含水量均符合高炉喷吹需要的煤粉。制粉系统主要由给料、干燥与研磨、收粉与除尘几部分组成。
　　3.  喷吹系统：喷吹系统由不同形式的喷吹罐组和相应的钟阀、流化装置等组成。煤粉喷吹通常是在喷吹罐组内充以压缩空气，在自混合器引入二次压缩空气将煤粉经管道和喷枪喷入高炉风口。
　　4. 供气系统: 供气系统是高炉喷煤工艺系统中不可缺少的组成部分，主要涉及压缩空气、氮气、氧气和少量的蒸汽。压缩空气主要用于煤的输送和喷吹，同时也为一些气动设备提供动力。氮气和蒸汽主要用于维持系统的安全正常运行。而氧气则用于富氧鼓风或氧煤喷吹。
　　5. 热烟气系统: 将高炉煤气在燃烧炉内燃烧生成的热烟气送入制粉系统,用来干燥煤粉
　　三、天铁2800m3高炉煤粉喷吹系统简介
　　1．工艺流程：天铁2800m3高炉煤粉喷吹系统分为原煤系统、制粉系统和喷吹系统三大部分。喷吹品种为烟煤和无烟煤。
　　1.1原煤系统
　　原煤运输包括M1~M3三个转运站，采用普通带式输送机加大倾角输送机。由抓斗起机、放闭塞振动器、全封闭带式称重给料机、电液闸门、电液卸料器等组成。
　　工艺流程：干煤棚---10t抓斗起重机---三个受料斗---三台称重给料机---M101皮带---M102波状大倾角皮带---M103皮带---犁式电液卸料器---主厂房原煤仓。
　　1.2制粉系统
　　原煤由新建干煤棚用胶带输送机输入原煤仓。原煤仓内的煤经出口挡板阀进入带有电子皮带秤的给煤机，由给煤机进入磨煤机。
　　从磨煤机排出的合格煤粉与干燥气体的混合物经输送管道进入带式除尘器，煤粉被收集入灰斗。分离后的尾气通过主排风机排入大气。灰斗内的煤粉经振动筛后，落入煤粉仓。煤粉仓下部的落粉管、软连接、气动阀门及进料阀与喷吹管相连。
　　1.3喷吹系统
　　喷吹罐并列布置。当一个喷吹罐在进行喷吹时，另一个喷吹罐进行泄压、装粉、充压、喷吹过程，周而复始，按顺序循环完成。
　　2．自动化控制
　　2.1原煤系统
　　2.1.1控制方式
     原煤系统的控制方式分为：自动、集中键盘手动和机旁三种方式。
　　A． 自动方式：
　　启动：操作人员在控制室操作站发出启动指令，整个运输系统沿线发出声光信号，接着沿线设备按逆流程依次开始启动。
　　停车：操作人员在控制室操作站发出停车指令，整个运输系统按顺流程待料运完后依次停车。
　　紧急停车：当出现要求紧急停车故障信号时，在控制室操作站发出紧急停车指令，所有的设备一齐停止。
　　故障停机：系统中某一带式输送机故障停机，其来料方向所有设备同是停机，后面的设备继续运转，至物料全部排空立即停机。
　　B． 集中键盘手动：
　　各设备在控制室操作站上手动操作，设备间有连锁要求，主要用于部分设备故障状态下的操作。
　　C. 机旁：
　　各设备在机旁操作箱无连锁操作，主要用于机械设备调试和检修。所有设备可以通过设置在机旁的单独运转开关进行单独运转。
　　2.1.2连锁及顺序控制
　　A．系统启动时的连锁：设备启动时，自料线的终端设备开始，按逆流程依次开始启动设备。
　　B. 系统停机时的连锁：设备停机时，自系统始端的供料设备开始，按顺流程待料运完后依次停车。
　　C. 设备故障时的连锁：某来料方向所有设备同是停机，后面的设备运转至物料全部排空即停机。
　　D. 动作控制室或机旁的紧急停车开关，可使联动系统所有设备一齐停机。
　　E. 抓斗起重机、仓壁振动器、电液平板闸门、犁式卸料器、除铁器不参与系统的连锁控制。
　　F． 永磁除铁器上卸铁皮带机不参与连锁控制，在系统启动前先将其启动。
　　G. 除尘系统连锁：
　　风机启动前，风机入口调节阀关闭，风机启动一分钟后，调节阀开启，风机关闭后，调节阀自动关闭。
　　开运输机时，除尘系统提前二分钟开始；运输机停车时，除尘系统滞后二分钟停机。
　　2.1.3带式输送机保护设备和操作信号
　　A．胶带跑偏开关：每一带式输送机的靠近头尾部各设2~3对跑偏开关，该开关为双程限位开关，一度跑偏时发出报警信号，二度跑偏时带式输送机故障停车。
　　B.胶带机打滑检测信号：当检测装置测出胶带在传动轮上打滑时，发出胶带打滑信号，带式输送机故障停车。
　　C.料流检测信号：带式输送机配置一套料流检测信号，当带式输送机上有料时，料流检测发出信号到控制室，使控制室知道料流位置及方向，并由控制室发出指令降尘装置启动运行。
　　D．事故开关：所有作业设备的近旁都设有标志明显的事故紧急停车开关，在每条皮带的头尾各设置一事故开关，并在带式输送机沿线每30~50米设置事故

开关。
　　E.纵向撕裂开关：在带式输送机设置纵向撕裂开关，当输送机发生纵向撕裂故障时及时发出停车指令，防止故障扩大。
　　F.开车信号：连锁系统开始作业时，发出声光信号并维持20~30秒钟，通知沿线人员离开设备，然后再启动设备。系统各处均能听到、看到开车信号。
　　2.2制粉系统
　　控制方式
　　制粉系统的控制方式分为：集中键盘手动和机旁两种方式。
　　A. 集中键盘手动：
　　各设备在控制室操作站上手动操作，设备间有连锁要求，主要用于设备正常状态下操作。
　　B. 各设备在机旁操作箱无连锁操作，主要用于机械设备调试和检修。所有设备可以通过设置在机旁的单独运转开关进行单独运转。
　　2.2.2连锁及顺序控制
　　A．原煤仓的控制：
   当原煤仓发出料满信号时，与装煤控制系统连锁，不得向本煤仓装煤。
   当原煤仓发出料空信号时，在操作站键盘上向给煤机控制系统发求给煤信号。
　　B. 中速磨煤机的控制：
　　当磨煤机入口干燥气含氧量高于上限时报警，当含氧量高于上上限连锁开事故充氮阀。
　　当磨煤机出口温度高于100℃时自动停止烟气炉燃烧并通过电气程序自动充氮。
　　C. 布袋收尘器的控制：
　　布袋收尘器出口气体中O2含量高于上限报警，高于上上限开事故充氮阀。
　　布袋收尘器出口气体中CO含量高于上限报警，高于上上限开事故充氮阀。
　　布袋收尘器出口温度高于上限报警，同是送电控系统打开收尘器的充氮阀，自动向收尘器内充氮。
　　布袋收尘器内部温度高于上限时 报警，同时送电控系统打开收尘器的充氮阀，自动向收尘器内充氮。
　　布袋收尘器灰斗温度高于上限时报警，同时送电控系统，打开收尘器的充氮阀。
　　D. 主排风机机组的监控：
　　主排风机机组由电机、液力耦合器、风机组成，与PLC进行信息交换，完成启停机。
　　主排风机电机前、后轴承：高于上限报警，高于上上限停机。
　　主排风机电机定子绕组温度：高于上限报警，高于上上限停机。
　　3．过程检测和控制功能描述
　　3.1制粉系统
　　A. 给煤机给煤量的控制
　　给煤机控制柜向PLC送出实测给煤量信号并接受PLC的设定给煤量信号作为给煤机内部皮带机调速系统的给定，以控制给煤量。在PLC操作站上显示给煤量设定值、实际给煤量、累计给煤量。
　　B. 磨煤机出口温度控制：
　　控制磨机出口温度高于露点，低于布袋吸尘器允许温度。安全温度范围70~90℃.检测磨机出口介质温度，控制烟气炉燃烧以维持所需温度，控制目标设定为SP=80℃，当温度高于95℃或低于65℃时报警。高于100℃时自动停止烟气炉燃烧并通过电气程度自动充氮。
　　C. 烟气炉的燃烧控制
　　送往磨煤机的干燥气体约百分之九十来自热风炉废气，温度为150~300℃。其余百分之十来自烟气炉燃烧产生的高温烟气，两者组成的干燥气体的温度控制磨煤机出口温度在规定的范围内。烟气炉的燃料气体是高炉煤气，当磨煤机出口温度测量值低于设定值，使高炉煤气和助燃空气调节阀逐步开大，则自动地强化燃烧增加高温烟气量。若高于设定值H则报警；高于设定值HH则停止燃烧。干燥气体发生装置正常运行是制粉系统地正常工作条件之一。
　　D. 烟气炉的炉内压力控制
　　当烟气炉的炉内压力调节废气引风机入口调节阀开度调节烟气炉内压力，烟气炉的炉内压力控制时单回路控制系统。
　　E. 主排风机出口流量及转速控制
　　当主排风机出口流量测量值与设定值有偏差时，PLC根据其差值进行PID运算，输出控制信号，调节主排风机液力耦合器转速以控制主排风机出口气体流量。所以该控制系统时流量-转速串级控制回路。
　　3.2喷吹系统
　　3.2.1喷吹罐的顺序控制
　　该工程包括一个喷吹系列；每个喷吹系列有两个喷吹罐，对高炉喷吹是一个连续的过程，即自始自终有一个罐处于喷吹状态；两个罐流量喷吹，喷吹罐的顺序控制由PLC完成
　　3.2.2喷吹罐内煤粉总量的称重、喷吹速率的计算和控制
　　喷吹罐内煤粉总量不仅显示装粉量以保证每罐都装到所需的粉量，也是各阀门等的连锁条件。喷吹速率由罐重量对喷吹时间的微分值得出。、
　　3.2.3喷吹罐内压力控制
　　为保证喷吹系统的安全与稳定运行，喷吹罐内的罐压与高炉送风压力需有一定的正偏差，并随高炉送风压力的增减而增减。所以将罐内的测量值与设定值与高炉送风压力进行比较，在PLC中进行计算，若为正偏差并达到一定的正偏差值，冲压阀可维持原开度。如果高炉送风压力急剧增高，由于罐内调节滞后不能及时跟踪，为此需紧急开充压阀以快速升高罐内压力，从而保证喷吹系统的安全。
　　3.2.4喷吹二次风流量控制
　　由喷吹罐内送出的煤粉至混合器时在此加入二次风进行输送，输送气体流量需要调节。为保证换罐时喷吹量无波动，当第一个罐快放空时，对其喷吹率进行“冻结”。这一喷吹率就作为第二个罐的起始喷吹率。 在正常喷吹时，二次风量由流量调节回路控制，当不论何种原因使煤粉停喷时，二次风量以最高流量在设定时间内进行管路吹扫。
　　3.3喷吹过程中的安全保护：
　　除了在系统设计和控制程序中采取必要的安全措施外，对喷吹过程还特设了如下安全措施：
　　A. 喷吹罐内的罐压始终保持高于高炉送风压力0.3Mpa。跟踪高炉送风压力变化速率，当热风压力升高很快,而喷吹罐压由于调节滞后不能很快跟上时，立即打开冲压阀，迅速升高罐压，以保证罐压对热风压力的差值
　　B. 对分配器前压力与高炉送风压力的差值进行跟踪，当这个值小于0.15Mpa时喷吹系统紧急停机
　　C. 当出现下列情况之一时立即自动停止喷吹：
　　氮气气源压力低于下下限
　　热风压力低于下下限
　　3.4监控画面：
　　采用软件对操作界面汉化，进行制煤、喷煤的主要操作及状态显示；能根据生产需要实现参数修改，故障报警显示及查找等。控画面动态显示分类（动态显示包括：过程数据实时显示、切断阀开／关状态、调节阀开度、料仓／料罐料位高度变化、传动电机运转／停止状态、报警窗口自动弹出等）：原煤运输系统全貌工艺流程画面；制粉全貌工艺流程画面；喷吹全貌工艺流程画面；制煤系统电气传动启车控制及状态监控画面；制煤系统重要参数实时趋势记录画面；过程报警及运行报表打印；操作说明画面等。
　　四、结束语
　　高炉喷煤对现代高炉炼铁技术来说具有重大意义，其以价格低廉的煤粉部分替代价格昂贵而日趋匮乏的冶金焦炭，使高炉炼铁焦比降低，生铁成本下降

；喷吹煤粉替代部分冶金焦炭，既缓和了焦煤的需求，也减少了炼焦设施，可节约基建投资，尤其是部分运转时间已达30年需要大修的焦炉，由于以煤粉替代焦炭而减少焦炭需求量，需大修的焦炉可停产而废弃；喷煤粉代替焦炭，减少焦炉座数和生产的焦炭量，从而可降低炼焦生产对环境的污染等等。
参考文献：
[1]煤炭网.COM.
[2]中国工控网.