探究包钢大型高炉喷煤系统设计缺陷与改进措施

李鹏林

（南京韬恒工业科技有限公司， 江苏 南京 211102）

自20世纪60年起我国高炉开始喷吹煤粉，迄今为止已经有50多年的发展历程。有资料记载，2013年我国高炉年喷煤总量约为1亿t左右，高炉喷煤制粉用的磨机样式与尺寸基本上和火力发电厂相同[1]。伴随着科技发展与设备功能的改进，以制粉喷吹为一体的直接喷吹结构在高炉设备制造领域有广泛应用，该结构所具备的功能迎合了高炉75～92t/h的喷煤需求，和传统喷吹工艺相比，其规避了热风层流造成的缺陷，并体现出喷吹准确、操作过程简易与智能化水平高等优势。

1 喷煤工艺程序概述

包钢稀土钢炼铁厂在生产运营过程中，引进了1座4 100 m3大型高炉喷煤系统，该系统在2012年被初步建设，坐落在6号高炉西北处。制粉系统囊括了4个系列，规划台每小时的生产量为65 t/h，每两个系列与1座高炉相对应。构成系统的主要设备设施以原煤仓、HPS1103型中速磨、排煤风机、仓顶除尘器等为主。该系统在运行过程中主要应用三罐并联、单管路联合三分配器、旋转给料机精准投放煤料的联动运行模式[2]。为强化高炉封口喷煤过程的匀称性，支管应用了等间距的设计形式，每根支管上均设有具有检查支管是否阻塞的装置。喷煤工艺程序图见图1。

图1 喷煤工艺程序简图

2 喷煤系统设计缺陷

2.1 调节阀频繁烧损

该喷煤加热炉应用的加热炉类型为卧式筒型，筒状前半、后部分的结构分别为燃烧室与混风室，前者内安设烧嘴、点火检修炉门等设施；后者的结合部安设了混风设施，其功能是将一定量的热风炉废气整合至加热炉烟气内，实质上就是整合一定量的制粉系统尾气，其采用旋切搅混的混风法，且混风效果相对较理想。

加热炉烧嘴上安设的焦炉煤气助燃风管道与高炉煤气助燃风管道在水平方向保持一致，与水平地面间距均为500 mm，管道上部均安设两道调节阀，调节阀与对点火炉门两者处于相对独立运行状态。在生产作业早期，加热炉遇到制粉系统在短时间内停运，或在系统运行状态的调节缺乏时效性，加热炉炉膛出现反正压的情况时，火焰就会顺沿炉门朝外部反向流动，2个调节阀结构在短时间内快速烧损与破坏通常是最后结局，在后续的生产作业中，系统中又有5个调节阀被烧损。因为助燃风管道装置和水平地面间距较小，若生产过程中有突发状况时，很可能使行走的人摔倒，进而诱发较为严重的安全事故[3]。

结合系统该种设计缺陷，拟定整改助燃风管道的所处方位，现决定将助燃风管道安设在4.1 m平台上，问题相继被处理。

2.2 仓顶除尘器的设计缺陷

2.2.1 泄爆装置选型不合适

1）该座4 100 m3高炉的制喷系统生产运作所在厂房中，还有一个小型高炉设备，两者不管是在设备所处位置与操作运行状态均处于相对独立状态。但在现实生产实践中，存在因为设备设施检修或其他诱发因素导致煤粉供应量不充足的问题。处理措施为决定在系统设计过程中加设倒粉设施。

2）喷吹系统在调试运行过程中，在应用倒粉设施进行自体循环调试过程中，仓顶除尘器的重锤式泄爆孔中有大量煤粉泄露，同时导致仓顶除尘器中布袋结构完整性损坏。处理措施：技术人员早期应用增设重锤式泄爆设施方法后，煤粉泄露现象有所局部改善，继而有应用强化重锤式泄爆设施方位稳定性的结构——翻板，煤粉泄露问题尽管得到有效处理，但却衍生出较大的安全隐患问题。最后在维持原设计思想理念的引导下，用防爆膜式泄爆设施将重锤式泄爆设施取而代之，进而维持喷煤生产作业的常态性与安全性[4]。

2.2.2 排气不畅造成仓体变形

问题：仓顶除尘器坐落在煤粉仓顶盖位置，其下端和煤粉仓存在连通关系，衔接位置安设有规格为50 mm×50 mm的栅格。在系统运行过程中，，仓顶除尘器的功能是采集喷吹罐泄压过程中携带的煤粉。因为系统中仓顶除尘器排风风道横截截面积相对窄小，经由布袋过滤后的风无法快速排放至大气环境中，造成仓顶除尘器仓形体发生明显改变，煤粉仓上盖严重凸起。在对设备运行性能的某次检修作业中，因为喷吹罐泄压现象极为显著，造成煤粉仓上盖与侧壁完整性破坏的安全生产作业问题。在高炉生产作业中，喷吹罐进行的是循环作业，在喷吹工序结束后均会泄压，均会造成仓顶除尘器侧壁结构出现一定膨胀，仓形体快速变形[5]。

处理措施：拟定在系统操作过程中管控喷吹罐放散阀的张开度，进而减轻由整体开放散阀导致大量气体集中对仓顶除尘器产生冲击的严重性。并规划给仓顶除尘器增设一条排风管道，同时使用槽钢去强化仓顶除尘器侧壁方位的稳定性。因为高炉已停运，不能参与正常的生产作业活动，故此应把限流孔板增设在喷吹罐的放散管道上，适度拖延放散时间，用放散调节阀张开度的形式缓慢启动的方法。经由数次试运后，系统喷吹罐泄压时对仓顶除尘器产生的冲击程度有所降低。运行一段时间后，把该方法整合至计算机系统内。或利用消缺的时机，对仓顶除尘施以加固措施，并加设了一条排风管道。仓顶除尘器在运行过程中再无形体改变问题出现。

2.3 喷吹罐加压组件缺陷

2.3.1 过滤网缺陷

问题：该高炉系统内设有三个喷吹罐，每个喷吹罐上附有44套加压组件。在运行半年后，设备常规检修作业中发现煤粉喷吹罐加压组件过滤网的局部结构发生磨漏现象，这部分加压组件多处于喷吹罐的上半部分。并且检查结果提示加压组件过滤网边界由于点焊、过滤网与=和加压组件壁间存在一定缝隙，对煤粉流动方向造成影响，在煤粉作用下加压组件壁被磨漏，喷吹罐也有沟产生。

处理措施：可应用高炉系统休风时机，拆除全部加压组件，对过滤网磨损的部分实施贴板修复，对过去点焊的过滤网和侧壁给予满焊处理，进而处理了由煤粉变线冲刷罐壁的问题。

2.3.2 逆止阀及软连接破损

问题1：该系统在2016年3月份中旬对喷煤系统开展了半焦试验，因为半焦的供货单位可选择性众多，故此设施质量存在明显差异，甚至存在一定质量问题，对设备结构完整性造成较为严重的影响，原来到了使用年限的加压组件，由于过滤网结构发生破损，就会导致煤粉被整合至加压管道冲刷加压组件弯头和逆止阀内[6]。

问题2：喷吹罐加压属于间歇式加压的类型，当罐压加压指标达到某一层次时终止加压，此时罐压压力值明显高于加压管道，喷吹罐中的煤粉经由存在缝隙的逆止阀、或弹簧不能恢复原位的逆止阀而持续运转时，通过软连接整合至加压管网。再加压工作启动时，加压管网中的气体携带回流煤粉对全部逆止阀进行冲刷，进而导致逆止阀在短时间内大规模破损，软管承受的压力增加，弯头磨损与泄漏现象也会严重化，造成大量煤粉在厂房中停滞不能顺利排放，为厂房中的生产作业带来巨大安全隐患。

处理措施：设备检修人员经过数次拆卸喷吹罐上的逆止阀操作后，发现喷吹罐上端集中于7.5 m平台上两环16套逆止阀会经常性破损且程度较为严重，大部分磨漏点也汇集在两环处，喷吹罐下端处于零米以下的28个逆止阀基本完好如初。此外，在处理过程中还发现零米以上的28个加压组件中70%已经堵塞，但对喷吹罐的正常喷吹作业过程造成明显干扰。经精密测算后，拟定封堵喷吹罐下半三环28套加压组件，上部两环16套加压组件的逆止阀整体行换新处理。再次投入生产作业后，喷吹罐的加压速度、精度均得到保证，完全迎合了厂房生产需求。

3 结语

包钢稀土钢炼铁厂喷煤系统在生产运行过程中，采用了边生产边改造的技术原则，加强对喷吹罐封堵部分加压组件相关设备工艺的改造作业，以不断协助厂房降低设备运行成本。