新型泄压返粉工艺在高炉喷煤中的应用

孙刘恒，杨继敏，周飞，肖红涛

（中冶华天工程技术有限公司钢铁设计研究总院，江苏南京210019）

0 前言

高炉喷煤是从高炉风口向炉内直接喷吹磨细了的无烟煤粉或烟煤粉或者这两者的混合煤粉，以替代焦炭起到提供热量和还原剂的作用，从而降低焦比，降低生铁成本[1]，是高炉不可缺少的提高生产效率、节约能源、减少环境污染并用廉价的动力煤代替昂贵的冶金焦的重大技术措施[2]。高炉喷煤设施主要由原煤储运、煤粉制备系统、干燥惰化系统、喷吹系统、空压站及辅助设施组成[3]。高炉喷煤按制粉间和喷吹间位置的不同分为直接喷吹和间接喷吹两种工艺，按喷吹罐的排列方式的不同可分为串罐和并罐两种形式[4]。目前高炉喷煤主要采用并罐直接喷吹工艺。

1 现状及其存在的问题

并罐喷吹系统就是将喷吹罐并列设置，一般设两个喷吹罐，两个喷吹罐交替运行。一个喷吹罐喷吹时，另一个喷吹罐卸压、装粉和充压。当喷吹罐内煤粉喷完后，罐内的高压气体需排出泄压后才能接收煤粉仓卸下的煤粉，泄压的气体含有煤粉不能直接外排，目前主要有以下两种工艺流程。

1.1 传统型工艺

将泄压管和返粉管直接接入煤粉仓或收粉器其工艺流程见图1-1。主要用于小容量喷吹罐的喷煤系统，每次泄压的气体体积较小，泄压或返粉的气体通过管道直接接入煤粉仓或收粉器，气体经收粉器净化后由主排风机抽取后排放。

传统型工艺主要存在以下问题：

（1）泄压或返粉高压气体对煤粉仓或收粉器的瞬间冲击力大。当管道直接接入煤粉仓时，由于煤粉仓顶设有泄爆阀，当在进行泄压或返粉作业时其瞬间的高压气体会使煤粉仓内压力迅速升高，而泄爆阀的泄爆压力很低，容易损坏泄爆膜而导致煤粉外泄；

（2）当泄压管和返粉管直接接入收粉器时，由于高炉喷煤在操作过程中，制粉系统间断工作，而喷吹系统是连续工作，当制粉系统不工作时，主排风机就停止运行，喷吹系统泄压高压气体对收粉器瞬间冲击非常大，而且泄压的气体无法及时排出，大量的气体积聚在收粉器内会存在较大的安全隐患。当管道直接接入煤粉仓时，其气体仍然需要通过收粉器经主风机抽取后排放，存在同样的安全隐患。

图1-1 传统式工艺流程

1.2 改进型工艺

为消除泄压或返粉过程中，高压气体对煤粉仓和收粉器的冲击，在煤粉仓顶部增设仓顶除尘器，将泄压管和返粉管直接接入仓顶除尘器，其工艺流程见图1-2，该工艺流程是在图1-1的基础上演变而成，是现在最常用的处理工艺，泄压或返粉过程中含尘气体经仓顶除尘器净化后由其配套风机抽取后直接排放。

图1-2 改进式工艺流程

改进型工艺主要存在以下问题：

（1）根据国家相关规范要求，当高炉喷吹全烟煤或混合煤时，煤粉仓氧含量不应超过12%。由于仓顶除尘器风机全压比主风机的全压小很多，容易导致空气通过仓顶除尘器出口被倒抽进煤粉仓，引起煤粉仓氧含量超标，存在较大的安全隐患。

（2）在冬季，由于外部温度低而形成仓顶除尘器内外温差大，就造成仓顶除尘器内壁冷凝水的形成，继而与其内部煤粉混合并板结[4]。煤粉板结形成大块后自然脱落进入煤粉仓，会造成煤粉仓堵煤或喷吹管道堵塞等生产事故，影响正常生产；如果煤粉板结形成的大块自然脱落也可能积聚在仓顶除尘器底部出料口，如果底部出料口设有高速旋转的叶轮给料机，这些大块煤粉又无法在短时间内破碎进入煤粉仓，就会在此处长时间与叶轮给料机进行摩擦而形成高温，从而会引起煤粉自燃[4]，存在严重的安全隐患。

2 新型泄压及返粉工艺及实际应用

为解决上述工艺在生产过程中存在的问题，结合生产实际，中冶华天公司开发了一种新型泄压返粉工艺，流程见图2-1，同步申请了实用新型专利和发明专利，其中实用新型专利已授权，专利号：ZL 201620206979.2。该专利技术主要通过取消仓顶除尘器，与主排风机并联设置泄压风机来实现。

2.1 新型工艺的流程

该工艺主要的生产流程包括：

2.1.1 原煤在磨机内同时进行细磨和干燥，合格的煤粉由主排风机抽取沿管道进入收粉器被收集，由收粉器通过管道进入煤粉仓，煤粉仓内的煤粉按控制指令装入喷吹罐内；

2.1.2 喷吹罐内的煤粉经充压流化后将煤粉送入喷吹管道，通过补气系统将煤粉送入高炉；

2.1.3 当喷吹罐煤粉输送完毕后，打开高压泄压阀开始泄压，当压力降到设定压力后打开低压泄压阀，泄压管道与收粉器连接，泄压气体中的煤粉经收粉器收集后装入煤粉仓，气体通过主排风机抽取后由收粉器净化后排放；

2.1.4 当喷吹罐泄压完成后，关闭高压泄压阀和低压泄压阀，进行装粉作业，进入下一个喷吹周期；

2.1.5 当高炉应生产需要要求紧急停止喷煤后，煤粉在喷吹罐内储存一定时间后必须将煤粉返回至煤粉仓，当进行返粉作业时只需打开返粉阀、关闭喷吹阀，可将煤粉送入磨机进行再加工，煤粉最终经收粉器收集后装入煤粉仓，气体通过主排风机抽取后经收粉器净化后排放。

所述工艺C还包括工艺C’，所述工艺E还包括工艺E’。

其中工艺C’为：当磨机及主排风机不工作时，启动泄压风机、打开切换阀3并停止主排风机、关闭切换阀2，喷吹罐泄压的气体经泄压风机抽取经收粉器净化后排放，煤粉经收粉器收集后装入煤粉仓。

工艺E’为：当磨机及主排风机不工作时，启动泄压风机、打开切换阀3并停止主排风机、关闭切换阀2，通过操作2台切换阀1，使返粉气体直接进入收粉器，通过泄压风机抽取后经收粉器净化后排放，煤粉经收粉器收集后装入煤粉仓。

图2-1 新型泄压及返粉工艺工艺流程

2.2 新型泄压及返粉工艺的优点

2.2.1 通过将喷吹罐泄压管道接入煤粉收集器，避免了泄压气体对煤粉仓的冲击，可延长煤粉仓顶防爆阀的使用寿命。

2.2.2 通过分别设置高压泄压阀和低压泄压阀，降低了高压泄压气体对煤粉收集器的冲击。

2.2.3 通过设置切换阀1和切换阀1’，可实现磨机工作时，喷吹罐返回的煤粉可通过磨机重新加热降低了水分，提高了煤粉质量，有利于煤粉喷吹。

2.2.4 通过设置泄压风机，取消煤粉仓顶除尘器避免了空气通过仓顶除尘器出口被倒抽进煤粉仓的发生，保证了系统安全。

2.2.5 通过设置泄压风机，取消煤粉仓顶除尘器节省了相关工程费用；通过开关切换阀2及切换阀2’，泄压风机与主排风机交错使用，节省了运行费用，降低了生产成本。

2.3 新型工艺的应用

该工艺已在长江钢铁、青钢环保搬迁等工程中应用，其中长江钢铁1#、2#高炉喷煤系统于2011年投产，青钢环保搬迁喷煤系统于2015年投产，投产以来生产运行稳定。

3 结语

通过实践证明，中冶华天公司开发的新型泄压及返粉工艺是一种投资省、运行稳定可靠、运行费用低的煤粉喷吹系统泄压及返粉工艺，它减少了喷吹系统泄压及返粉过程中高压气体对煤粉仓及煤粉收集器的冲击，提高了高炉煤粉喷吹系统运行的可靠性，为高炉的稳定运行提供了保证。

[1]汤清华马树涵等.高炉喷吹煤粉知识问答[M].北京:冶金工业出版社,1997.4:1.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB50607-2010高炉喷吹煤粉工程设计规范[S].北京:中国计划出版社,2011.1:35.

[3]项钟庸王筱留等.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,2007.11:678

[4]张杨.喷煤系统仓顶除尘器内部自燃的预防与控制[J].工业技术,2013.20:74