天津轧三2×1 260 m3高炉喷煤系统设计特点及运行实践

杨继敏, 肖红涛, 张璞锜

（1.中冶华天工程技术有限公司，马鞍山243000；2.天津冶金集团轧三钢铁有限公司，天津301606）

天津轧三2×1 260 m3高炉喷煤系统设计特点及运行实践

杨继敏1, 肖红涛1, 张璞锜2

（1.中冶华天工程技术有限公司，马鞍山243000；2.天津冶金集团轧三钢铁有限公司，天津301606）

介绍了天津轧三钢铁有限公司2×1 260 m3高炉喷煤系统的设计特点,讨论了煤粉计量、喷吹罐压力控制等问题。该喷煤系统采用三罐并列、喷吹主管加分配器的直接喷吹形式，系统喷吹能力大，单座高炉最大可达29 t/h；三罐并列形式实现了充压氮气的回收，延长了设备使用寿命。一年多的生产实践表明，该设计合理，布局紧凑，系统运行平稳，吨铁喷煤比控制在150 kg，有效地降低了生产成本。

高炉；喷煤；三罐并列喷吹；氮气；回收；直接喷吹系统

1 引言

随着气力输送技术的发展，高炉喷煤技术已经成为改变高炉能源结构的重要技术。高炉喷吹煤粉可以节约大量焦炭，降低单位生铁成本，已经成为国内外炼铁技术发展的大趋势。天津轧三钢铁有限公司2×1 260 m3高炉喷煤系统分别于2012年12月、2013年4月正式投产，成功实现了远距离、大煤比喷吹，有效降低了高炉单位生铁成本，取得了较好的经济效益。

2 工艺布置概述

喷煤系统工艺布置为两个系列对应两座高炉，每个系列设置一套烟气炉系统、一套制粉系统及一套喷吹系统。每套制粉系统配置一台磨煤机、一台布袋收粉器及一个煤粉仓。每套喷吹系统并列设置三个喷吹罐，采用流化上出料、单主管加双分配器的直接喷吹工艺。

高炉喷吹煤粉按混合喷吹设计，由于烟煤与无烟煤相比采购价格优势明显，在安全、合适的置换比前提下，烟煤比越高，经济效益越好。设计烟煤与无烟煤配比为6∶4。此外，烟煤相较无烟煤更易磨制，通过提高烟煤占比，提高了制粉台时产量，降低了制粉生产成本。表1为设计喷吹煤粉工业分析成分，表2为喷吹系统设计工艺参数。

表1 煤粉成分分析 ω/%

表2 主要工艺参数

3 工艺设计特点

整个喷煤车间设计采用主流成熟技术，设施布置紧凑，制粉设施和喷吹设施布置在同一个构筑物内，主排烟风机紧邻主厂房布置靠近喷吹罐一侧，喷煤主厂房占地面积约800 m2。整个车间工艺流程图见图1。

图1 高炉喷煤系统流程框图

3.1 原煤储运系统

原煤贮运系统设计一座干煤棚，原煤由汽车运输至干煤棚。干煤棚贮存两座高炉喷煤用烟煤与无烟煤，贮煤总量为约10 000 t，满足2座高炉7天的需要。煤场设2台10 t抓斗起重机，原煤经受煤斗下的皮带称、胶带机，输送至主厂房原煤仓中，烟煤与无烟煤配比由皮带称控制。

原煤含水份较高（8%～10%），为消除原煤在原煤仓中“搭拱”现象，在原煤仓锥体部位用双曲线漏斗，以保证原煤仓下煤顺畅。并在煤场配煤斗、原煤仓内壁安装高分子衬板，在配煤斗下部设仓壁振动器，原煤仓锥体部位设置氮气炮并采用蒸汽盘管伴热。

3.2 干燥剂系统

每套制粉系统设一台烟气发生炉，全烧高炉煤气，可产生900 ℃的高温烟气，烟气炉内设有隔墙，钢壳内壁浇筑耐火浇注料。为适应制备烟煤粉的安全要求，制粉用干燥剂由烟气炉高温烟气和热风炉废气混合而成。热风炉废气含氧量底、气量大、温度高，约占制粉用干燥剂总量的80%，有效降低了制粉系统氧含量。

3.3 制粉系统

设计采用一级布袋收粉工艺，具有生产环节少、管道布置简单、系统漏风低、能耗低等突出优点。依靠主排烟风机的吸力，整个系统处于全负压操作，工作环境好，没有煤粉外泄。煤粉仓、磨机进口、排烟风机进口设计了CO 、O2浓度分析仪进行监控，当O2、CO浓度达到设定值时报警，可立即启动充N2保护。

每套制粉系统选用一台ZGM95G-Ⅰ型立式中速磨煤机，磨机煤粉出力为35 t/h。磨机出粉口采用静态分离器，根据实践经验，静态分离器分离效果及煤粉粒度完全可以满足高炉喷煤的要求，而且维护检修工作量相比动态分离器少很多。收粉器采用高浓度脉冲袋式收粉器，进口气-粉混合物的含尘浓度允许高达1 000 g/m3。实际生产中进口处气粉混合物的含粉浓度约400 g/m3，最高时达450 g/m3，出口气体的含尘浓度＜30 mg/m3。

3.4 喷吹系统

目前国内高炉喷煤系统喷吹罐的数量配置以及各自特点见表3。

表3 典型喷吹工艺系统比较

表3所列喷吹形式在国内各钢铁企业均有应用，且大都可满足铁厂生产的需要。综合考虑各喷吹工艺的优缺点，结合本工程设计情况，设计采用“三罐并列+单主管+双煤粉分配器”的工艺布置。正常生产时，三个喷吹罐并列轮流喷吹，喷吹能力大，设备开、闭次数少，设备使用寿命长。当某个喷吹罐的附属设备出现故障，需要检修、更换时，改为双罐并列喷吹，不影响高炉正常生产，可靠性高。

此外，三罐并列布置为氮气回收创造了条件，当A罐处于喷吹状态，B罐喷吹处于等待泄压状态，C罐装粉完毕等待加压时，将B罐高压气体通过氮气回收管道泄至C罐，当B、C两罐压力达到平衡时，关闭回收管道联通阀，将B罐残余气体泄至煤粉仓内。三个罐根据倒罐顺序依次循环，实现了对高压氮气的回收，根据参考文献[1]，这样可以节约40%的充压用气量，创造了较好的经济效益。

4 系统自动控制特点

喷煤工艺生产过程采用三电一体化的自动化系统方案，由控制站、操作站组成，控制范围包括原煤贮运系统、干燥剂系统、制粉系统、喷吹系统以及其它辅助系统的过程检测与控制。程序控制系统全部采用PLC，PLC采用西门子S7 400，现场采用工业总线。自动化仪表检测到的各个生产工艺参数的电信号送入计算机系统，操作人员通过操作站控制工艺设备的运行，检测各个生产设备的状态及工艺参数，并可按确定的控制原则对各个生产设备进行控制与调节。

4.1 烟气炉燃烧及炉膛压力控制

磨煤机干燥剂主要由烟气炉燃烧烟气与热风炉废气组成，通过高温风机引过来的热风炉废气温度基本维持在150 ℃左右，为了达到满足磨机要求的干燥剂温度及流量，通过调节煤气与助燃空气的流量来得到满足要求的混合废气。

正常生产时，烟气炉炉膛呈微负压运行，如果出现正压，炉子可能回火冒烟；负压太大可能导致脱火。因此控制好、调节好炉膛压力是炉子正常运行的重要问题。炉膛压力出现异常时，一般通过调节热风炉废气流量来控制炉膛压力。

4.2 磨煤机出口温度自动调节

磨机出口温度越高，越有利于煤粉中的水分向烟气中扩散，从而降低煤粉含水量。但是，出口温度不得高于规定的上限值，尤其是在磨制烟煤时，否则一旦煤粉浓度及气氛含氧量达到一定的条件，很容易导致爆炸事故。

根据设计计算及生产实践，磨机出口温度一般控制在80～90 ℃。实际生产中影响磨机出口温度的因素主要是给煤量，其次是磨机入口一次风温度及流量。磨机生产中给煤量与一次风量要满足一定的比例，即风煤比要控制在一定的范围，所以磨机出口温度的自动调节一般要同时调节给煤量及一次风两个参数。

4.3 喷吹系统控制

喷吹系统控制要点主要包括喷吹罐压力的控制以及喷吹量的计量与控制。

喷吹罐在喷吹过程中保持压力稳定是喷吹量计量以及系统稳定运行的基本条件。正常生产时，通过控制补压调节阀的开度将喷吹罐压力波动范围控制在容许值以内。

喷吹量的计量主要是根据喷吹罐重量变化来求得，应用微积分的计算思想，将喷吹时段内喷吹罐重量的减少值平均分割为N等份，求出N个时间等份中罐重的差值，在整个时间段内积分就可以得到本次时间段内的喷煤量。同时，可以在本时间段内任意时间区间积分，除以相应时间区间值，就得到喷吹量的瞬时平均值。

喷吹量的控制主要通过控制罐压、调节输送压缩空气流量来实现。由于调节输送气流量，喷吹系统波动比较大，一般生产中，根据计算所得瞬时喷吹量与喷吹量给定值进行比较，通过调节喷吹罐罐压来控制喷吹量。

5 生产实践

天津轧三钢铁集团2×1 260 m3高炉喷煤系统采用全自动模式进行喷吹，投产至今，系统运行平稳，各项生产指标均符合设计要求，满足高炉生产的需要。1#高炉喷煤系统运行参数见表4。由于受到高炉入炉原料条件及市场行情的限制，目前吨铁喷煤量在150 kg左右，喷吹罐工作压力在0.65 MPa左右，仅为喷吹罐设计工作压力的65%，喷吹量具有较大的提升空间。

表4 1#高炉喷煤系统运行参数

6 结语

天津轧三钢铁集团2×1 260 m3高炉喷煤系统设计采用成熟技术，布局合理紧凑。投产以来，主厂房内部干净、整洁，设备运行稳定，喷吹量控制方便，增加了炉况调剂手段，在现有炉料结构及能源条件下，有效地降低了单位生铁成本，为高炉实现“高产、优质、低耗、长寿、环保”创造了良好条件。

[1] 项钟庸,王攸留.高炉设计—炼铁工艺设计理论与实践[M].北京:冶金工业出版社，2007：674.

[2] 汤清华，马树函.高炉喷吹煤粉知识问答[M].北京:冶金工业出版社，1997：68.

[3] 翟兴华.高炉喷煤系统设计探析[J].炼铁，2003 （5）:5.

[4] GB50607，高炉喷吹煤粉工程设计规范[S].

Design Characteristics and Running Practice of Coal Injection System of 2×1260 m3BF in Tianjin ZISC

YANG Ji-min1, XIAO Hong-tao1and ZHANG Pu-qi2
（1.Huatian Engineering & Technology Corporation, MCC, Jiangsu Province 243000, China; 2.Zhasan Iron and Steel Co., Ltd., Tianjin Metallurgy Group, Tianjin 300000, China）

The paper introduces the design characteristics of the coal injection system of 2×1 260 m3BF at Zhasan Iron and Steel Co., Ltd.（ZISC）, Tianjin Metallurgy Group and discusses issues such as pulverized coal dosing and pressure control over injection tank. This system adopts a direct injection style of three tank parallel arrangement and main injection pipe plus distributor. The system possesses big injection capability and the injection ratio for single blast furnace can be up to 29 t/h. The three tank parallel arrangement achieves the recovery of filling nitrogen and prolongs equipment life. Production practice for more than one year shows that this system is reasonably designed and compactly arranged and runs smoothly and stably. Coal injection ratio per ton hot metal is controlled at 150 kg. Production cost is effectively reduced.

blast furnace; coal injection; three tank parallel injection; nitrogen; recovery; direct injection system

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.05.001

2014-04-15

2014-05-07

杨继敏（1983—），男，硕士，工程师， E-mail：yangjimin@htzy.cn。