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北京科技大学硕士学位论文马政峰-27-3喷煤系统参数优化与安全控制3.1概况喷煤包括制粉系统与喷吹系统，其中制粉系统肩负着全系统的制粉任务，无论是煤种的变化，还是混合煤配比的变化，乃至全烟煤的喷吹，都对制粉系统提出了不同的要求。特别是参数控制，若控制不当，容易造成严重的后果，或影响制粉系统顺利生产，增加了制粉的成本。针对以上情况，对制粉系统的工艺参数进行合理优化，有利于喷煤系统安全稳定生产。系统参数控制受多方面因素影响,现以安钢高炉喷煤系统为例说明。安钢炼铁厂1~5号高炉自1995年开始喷吹煤粉，经过多年的探索和经验积累，高炉煤比逐年上升，至98年元月煤比以达100kg/t·Fe。为了进一步降低喷煤成本，安钢高炉1998年3月开始烟煤和无烟煤混合喷吹，1999年3月实现了全烟煤喷吹。由于烟煤挥发份较高，煤粉爆炸性比无烟煤大得多，所以喷煤系统喷吹烟煤时与无烟煤相比，安全性大大降低。于是针对烟煤的特点采取了相应的安全措施。3.2喷吹烟煤前对系统进行的改造为了实现全烟煤喷吹，保证烟煤的安全性和可靠性，对系统进行了改造，改造包括以下几项：3.2.1引入热风炉废气，降低系统氧含量。安钢高炉喷煤系统原来喷无烟煤时所用的干燥气为烟气炉烟气与冷风的混合干燥气。通过调节冷风量与煤气量调节系统温度，没有控制氧含量，此时出口氧含量一般为16%左右。改造后利用两台引风机从热风炉引入热风炉废气与烟气炉烟气混合作为干燥气。关闭冷风阀。此时干燥气由90~95%的热风炉烟气和5~10%的燃烧炉烟气组成。具体特性见表3-1。经过在球磨机入口处实测其氧含量浓度在6%以下，能够满足制粉系统的安全需要。废气系统、反吹系统和圆盘给料机的改造如图改造分别如图3-1至图3-3所示。北京科技大学硕士学位论文马政峰-28-图3-1引入废气系统改造图3-2反吹系统改造北京科技大学硕士学位论文马政峰-29-图3-3圆盘给料机改造表3-1安钢热风炉烟气和5~10%的燃烧炉烟气组成化学成分%项目种类CO2O2N2OH2O温度℃在干燥气中所占的比例%热风炉废气22~250.5~1.068~725~8150~30090~95烟气炉烟气22~251.0~2.068~723~6900~10005~10喷吹无烟煤时制粉系统利用冷风调节温度，不控制氧含量，系统漏风对系统影响不大。喷吹烟煤后，系统漏风会严重影响系统氧含量。系统漏风的地方主要包括球磨机进出口、下煤口、布带箱三通阀、煤粉筛等。对于球磨机进出口，通过调整球磨机风口与螺旋筒之间的间隙，减小漏风量，另外通过调整球磨机内压力，控制负压，也有利于减少漏风量。对于下煤口，把原来的圆盘给料机改成密封型圆盘给料机，减少了漏风。原来布带箱三通阀密封不严，造成冷风通过反吹阀进入系统，通过改造，把原来的翻转式三通阀改成了平移式，减少了漏风，同时把原来利用空气反吹改成利用北京科技大学硕士学位论文马政峰-30-废气反吹以保证生产时系统氧含量，如图3-4。另外增加了放散风机以保证停车时系统氧含量，如图所示。对于煤粉筛，把原来的旋转筛改成了密封振动筛。另外加强了法兰等部位的密封。经过对可能发生漏气的设备全面检修之后，系统正常生产时气氛中的氧含量降低了四个百分点左右，一般都能够保持在8.5~11.5%之间。图3-4制粉系统利用废气反吹工艺流程3.2.2改造设备，减少系统积粉。改造不适合原生产实际的机械设备。布袋箱是积粉较为严重的地方，特别是水平管和积灰斗处。1996年二系列布袋箱水平管内曾发生过一起因长期积粉而自燃的事故。为了彻底解决水平管内积粉问题，将水平管整体抬升，使其出口由原来的水平伸出改为倾斜向下，并在管内加装了吹扫装置，使煤粉不能在水平管底部沉积。具体改法如图3-5。图3-5制粉系统布袋箱入口水平管改造布袋除尘器三通阀反吹风主风机放散风排放大气北京科技大学硕士学位论文马政峰-31-3.2.3其他设备改造1998年发生一起因布袋箱下卸灰阀质量差，电机与叶板脱离，造成灰斗内煤粉长时间积存没被发现而产生自燃的严重后果。针对这一事故，我们对卸灰阀的结构特点进行了改造，原卸灰阀虽然结构紧凑、锁风好，但其对喷煤系统来说不合理部分有几方面，1)轴端密封困难，易冒粉。2)润滑系统、工作环境要求高，无法适应煤粉区的工作，故障率高。3)内部传动观察不便，当发生接手脱离时，不易被发现，造成积灰斗内积粉时间过长，引起火灾。不能适应全烟煤大喷吹的需要，通过研究我们把卸灰阀改成锁气器，使煤粉积存到一定重量时，自动下落到粉仓内，从而避免了煤粉在积灰斗内因长其存放而发生自燃的危险。还有，煤粉仓内的煤粉在其中要存留几个小时，此时煤粉温度较高，氧化速度快，也易发生自燃，特别是当某座高炉长时间检修时，发生自燃的可能性增大。所以在生产实际中，粉仓采用氮气惰化，降低仓中氧含量，减缓煤粉的氧化速度。当高炉需长时间停煤检修时，要将此炉粉仓中的煤粉清除掉或转喷入其它高炉。3.2.4完善安全保障的监测系统与消防系统制粉、喷吹系统各部位的温度，氧含量等数据，是由仪表监测系统完成的。其工作的灵敏性与准确性是为安全生产提供依据的重要手段。在喷吹无烟煤时，由于无烟煤为非爆炸性煤，对仪表设备所监测出的数据偏差，要求的并不是很严，其中的一些常规测点，由于经常性的堵塞和安装位置不易维修已废弃不用，如粉仓的一氧化碳的浓度测点。在喷吹烟煤之前，我们对监测系统进行了全面的检修，将废弃测点全部恢复，并将不适合或不好维修的装置作了改型。最重要的是更换了氧含量监测设备，提高了氧含量数据的准确性，增加了烟气及球磨机进口氧含量的测点。这样指示系统氧含量的排煤风机出口氧含量数值过低或过高时，可将三个数据进行经验比较，以判断此数值是真实反映还是仪表显示错误。并对仪表定期校验，及时更换磨损的探头，保证提供的数据准确可靠。安钢喷煤系统在设计时已有了较完善的防爆、消防设施。由于设计的一些缺陷，使得一些消防设施不能充分发挥作用，我们做了以下工作，我厂喷煤系统主厂房高43m，但消防用水只能打到21m，为了解决21m以上设备的消防问题，我们在21m处增设两个10m3的水箱。平时水箱注满水，用时，可在高压水泵的传输下达到21m北京科技大学硕士学位论文马政峰-32-以上的任何地方，完善了喷煤系统的消防设施。3.2.5喷吹系统的进一步优化喷吹系统采用双罐并列式单管路加分配器的喷吹，喷吹罐采用流化板加上出煤的浓相输送技术，单高炉设计最多喷煤能力为5.5t/h。随着煤种的变化，高炉各方面条件的改善，高炉喷煤量有了明显的提高。目前，高炉喷煤量最高达到6.5t/h。由于烟煤的流动性变差，而输煤量的增加，使喷吹罐压及输煤管道的前后压力等与以前相比，有了很大的改变。以前，在喷无烟煤时，高炉要煤量少，固气比相对较低，而且安全性可靠，罐压为0.25~0.3MPa,前后压差0.08MPa。实行全烟煤喷吹后，由于烟煤流动性较差，而且高炉要煤量增加，罐压一般在0.4~0.5MPa,前后压差为0.12MPa。为了克服煤粉流动性差的问题，我们优化了喷煤系统的工艺参数，以适应全烟煤的喷吹。首先增加补气压力，提高补气量，适当降低固气比；但补气量的增加，提高了气流速度，相对增大了管道阻力，又限制了喷煤量进一步提高。经过分析，改进了全烟煤条件下不同罐压下喷煤量与补气量之间的关系。通过提高罐压来弥补由于补气量增大而带来的压力损失。我们把罐压在原来的基础上提高了0.1MP，保证了全烟煤条件下的大喷煤量。由于喷煤量的增加，固气比升高，会造成进入罐内的流化气量减小，使罐内煤粉流动性变差且易穿孔，并且煤粉在流化板上“沸腾”不充分，导致出煤不畅，造成喷煤管道内煤量忽大忽小的“脉动”现象。为此，通过流化系统的改造，在流化罐的上下部分分别加装流化阀，增强煤粉在流化板上的“沸腾”，改善了流化效果。实践证明，这一改造使煤粉与气体在流化罐内达到充分混合，使高罐压状态煤粉流动性增强，大大提高了喷吹罐的出粉能力。由于烟煤的煤粉吸水性较大，如果压缩空气中含水量较高，会使烟煤更加难以喷吹。尤其在冬天，我们加强了空压机后的空气主气包及喷吹气包的排水次数，提高了压缩空气温度，确保了压缩空气的干燥。使喷吹系统适应了大喷吹的各种条件3.3烟煤的成分、特性及煤粉燃烧爆炸的必要条件安钢使用的烟煤为鹤壁三矿、九矿煤。其成分特性与无烟煤相比如表3-2所示。煤粉燃烧、爆炸的必要条件[29](1)可燃粉尘浓度处于爆炸下限与上限之间的爆炸区；北京科技大学硕士学位论文马政峰-33-(2)有足够氧化剂支持燃烧；(3)有足够能量的点火源点燃粉尘；(4)粉尘处于分散悬浮状态，即粉尘云状态。表3-2安钢使用的烟煤与无烟煤成分对比煤种水分灰份挥发份着火点爆炸性烟煤8%16%15%360℃中等无烟煤8%10%10%420℃弱由烟煤成分可看出，其挥发份在15%左右，按煤种划分已属爆炸性煤[29]，所以在喷吹烟煤时，我们从操作工艺、设备状况、监测手段、消防设施等方面采取了相应的措施，以保证安全生产。3.4参数与安全控制引起煤粉爆炸的因素很多，只要控制好其中的重要参数，安全生产是完全可以实现的。合理控制参数是保证生产安全的关键。3.4.1控制系统气氛氧含量和温度根据煤粉爆炸必要条件，在制备、输送煤粉的过程中，悬浮浓度很难控制，所以控制系统内部气氛中氧含量和火源是防止煤粉爆炸的关键。下图3-6为安钢在喷吹混合煤时所做的不同烟煤配比在不同氧含量下爆炸性曲线图：非爆炸区图3-6不同烟煤配比在不同氧含量下爆炸性曲线图北京科技大学硕士学位论文马政峰-34-由图可看出：只要气氛氧含量低于12%，就可避免爆炸的发生。从文献[30]所记载的实验也表明：在空气中的悬浮煤粉浓度为0.02-2kg/m3时为煤粉爆炸区间。当气相中氧浓度降至14%以下时，煤粉浓度虽在上述范围，即使煤粉达到煤的燃点以上也无爆炸发生。所以在实际生产中，要求制粉系统含氧浓度小于12%，以保证整个系统氧含量远离煤粉燃烧爆炸的氧浓度的临界值。安钢高炉喷煤系统所用的干燥气为混合干燥气。它由90~95%的热风炉烟气和5~10%的燃烧炉烟气组成。经过在球磨机入口处实测其氧含量浓度在6%以下，能够满足制粉系统的安全需要。系统温度的控制受煤种、生产工艺、生产环境等因素影响。安钢所用烟煤的着火点在360℃~400℃之间，所以球磨机入口温度要低于此值，现在一般最高控制在280℃~300℃。出口温度：夏季控制在80±5℃；冬季由于环境温度低，加之原煤水分含量较高，一般控制在90±5℃。还有，粉仓是煤粉停留时间较长的地方。如果制出的煤粉温度较高，氧化速度较快，易在粉仓中发生煤粉自燃现象。所以粉仓温度应控制在70℃以下。当发现粉仓温度高于70℃并继续上升时，要尽快将仓中煤粉喷出并用氮气进行吹扫。待温度下降到正常范围后，再接受新煤粉。3.4.2一氧化碳监测系统与煤粉水分的控制根据煤粉自燃时首先释放出CO的原理，通过对CO浓度监测，可及时发现煤粉的自燃，通过对粉仓、布袋箱CO浓度监测，当CO的浓度增加到一定值时可自动报警并联锁打开粉仓、布袋箱的充氮系统以确保安全。新磨的煤粉由于自身带静电，能吸附气体在煤粒表面形成气膜，且都是同性电荷，具有相斥作用，使煤粉之间的摩擦力变小，具有教好的流动性。如果煤粉水分含量过高则表面不易形成气膜以及产生静电，使得煤粉流动性变差，容易结块，造成堵枪。另一方面，煤粉喷入高炉后，在风口前燃烧带煤粉燃烧时，带入的水分要分解，加剧高炉内理论燃烧温度的下降,会影响喷煤量。造成煤粉潮湿的主要原因是：制粉系统对球磨机出口温度偏低，或原煤含水量太高，一般要求制成的煤粉水分必须降至2%以下，一般为1%左右。如果出口温度调的太高，影响生产的安全，太低煤粉不易烘干，根据这一情况，一般夏季控制球磨机北京科技大学硕士学位论文马政峰-35-的出口温度在80℃＋5℃；冬天针对天气较冷，煤粉降温速度快，易结露，我们把球磨机的出口温度调到90℃＋5℃，这样，控制了煤粉中的水分，减少了堵枪，保证了喷煤的顺利进行。3.4.3粒度合理控制粒度影响煤粉在风口前燃烧带中的燃烧率，合理的煤粉粒度有利于提高煤粉在风口前的燃烧速度，可以