【正文】 ...... 43 1 前言 1 1 前言 高爐噴煤技術(shù)背景 高爐噴煤技術(shù)始于 1840年 S． M． Banks關(guān)于噴吹焦炭和無煙煤的設(shè)想；世界最早的工業(yè)應用即是根據(jù)這一設(shè)想于 1840～ 1845年間在法國博洛涅 附近的馬恩省煉鐵廠實現(xiàn)的。 高爐噴煤的意義 高爐噴煤對現(xiàn)在高爐煉鐵技術(shù)來說是一項重要的技術(shù)革命。 ，是高爐穩(wěn)定順行。 分焦炭，不僅緩解了焦煤的供需緊張狀況，也減少了對煉焦設(shè)施的投資和建設(shè)，更降低了煉焦生產(chǎn)對環(huán)境的污染。近十多年來， KvTTNER公司又推出了一種新流程：煤粉倉→并列噴吹罐→流化小罐→總管一分配器一支管一氧煤噴槍，并得到了更多的推廣。 2. 美國阿姆科 (ARMCO)流程 煤粉倉→并列噴吹罐→總管→分配器→支管→常規(guī)噴槍。 3． 日本住友流程 煤粉倉→并列噴吹罐→旋轉(zhuǎn)給料器→噴吹小罐→總管→第一分配器→第二分配器→支管→噴槍。 5． 盧森堡 Paul Wurth 流程 歷史上 PW公司與 KvTTNER公司曾有過一段較長時間的合作，因此無論新流程還是老流程，兩家的差異都不大，基本上大同小異，僅在個別設(shè)備的選用上有出入。也可以稱作混合流程。 以上各流程均有噸鐵噴吹 200kg的能力和生產(chǎn)實績，但無論是濃相或稀相，無論使用氧煤噴槍與否，抑或噴吹粉煤粒煤，近十年來新建噴煤裝置采用較多的流程當屬并罐、總管加分配器流程。原蘇聯(lián)是世界上富氧率最高的國家，鼓風中含氧一般在 3O％左右。 高爐富氧大噴煤量操作與常規(guī)的富氧鼓風不同，是用煤氧噴槍提高煤粉燃燒區(qū)局部氧氣濃度，以促進煤粉在風口區(qū)的燃燒和氣化 。 復合噴吹 技術(shù) 利用高爐噴煤設(shè)施開發(fā)復合噴吹技術(shù)， 除噴吹煤 粉 外，可根據(jù)高爐冶煉的需要同時噴 吹 鐵礦 粉 或熔劑。除噴吹煤粉外，還可噴吹礦粉和石灰粉。在 1991年 1O月到 1992年 2月進行的 l8周試驗期1 前言 5 間，維多利亞女王號高爐平均噴煤量為 196 kg／ t，最后 4周的平均噴煤量 達 207 kg／ t，焦比降至 289kg／ t，達到世界領(lǐng)先水平。 目前，這些國家的高爐噴煤已較普遍 ， 噴煤量和用氧量不斷提高 ， 噴煤工藝與配套技術(shù)日臻完善。 但我國非煉焦煤資源豐富 ， 并且分布較廣，用這些煤部分替代焦炭已成為保證鋼鐵工業(yè)發(fā)展的必要措施和煉 鐵 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的中心環(huán)節(jié)。因此 ， 發(fā)展和采用高爐氧煤強化煉鐵 新工藝意義十分重大。目前 ， 重點企業(yè)有噴煤裝置的高爐已占全部高爐的 90％ 。立方米，各項技術(shù)經(jīng)濟指標良好 ，達到 了國際先進水平 ?？梢哉f我國高爐噴吹煙煤的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)過關(guān)。 2） 噴煤整體水平較低 1 前言 7 因為我國絕大部分高爐噴煤設(shè)備是在 70～ 80年代建設(shè)的 ， 工藝流程已經(jīng)落后，設(shè)備陳舊，僅鞍鋼等少數(shù)企業(yè)對噴煤系統(tǒng)進行了現(xiàn)代化改造。 統(tǒng)計表明 ， 生鐵產(chǎn)量約占 5％ 的重點 鋼鐵企業(yè)噴煤量占全國噴煤總量的 80％ ， 其余為生鐵產(chǎn)量約占 27％ 的地方骨干企業(yè)的噴煤量 ； 從噴煤設(shè)施的建設(shè)來看 ， 18家重點企業(yè)中還有 1家沒有噴煤設(shè)備 ， 36家地方骨干企業(yè)中 有 15家沒有噴煤設(shè)備，地縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的高爐 ， 全無噴煤設(shè)備。 2． 超高噴煤 量 噸鐵 250千克工業(yè)試驗 目前 ， 西歐、日本的 一 些高爐實現(xiàn)了 200千克／噸鐵的目標后 ， 正在向 350千克／噸鐵的目標努力 ； 我國天 津鐵廠 也 將 于 1996年進行 250千克／噸鐵的超高噴煤量工業(yè)試驗 ?？梢灶A見 ， 隨著焦炭價格的進 一 步 上 漲和供應短缺加 劇，噴煤經(jīng)濟效益將越 來 越好 ， 有一大批地方骨干企業(yè)中尚未建設(shè)噴煤設(shè)施的高爐和地方煉鐵 廠 100m3級的小高爐將在 “ 九五 ” 期間建設(shè)噴煤設(shè)施 。在煤粉倉上是布袋收粉裝置。中間罐設(shè)置 2 點熱電阻測量中間罐溫度；設(shè)置 1 臺電子稱重傳感器測量中間罐煤粉重量；設(shè)置 1 個壓力傳感器測量中間罐壓力；設(shè)置 1 中間罐料空信號測量點。設(shè)置 1 個噴吹罐流化閥； 1 個中間罐與噴吹罐的均壓閥；設(shè)置 1 個噴吹罐放散閥；設(shè)置 1 個噴吹罐壓力調(diào)節(jié)閥。為防止冷氣直接接觸煤粉時，造成罐壁和管道粘連，氮氣和脫水、脫油的壓縮空氣經(jīng)蒸氣加熱到 60℃ ~~70℃ ，氣體溫度通過調(diào)節(jié)蒸氣量進行自動控制。從分配器上分配出 16 根噴吹支管。 3． 檢修操作：檢修操作是在手動操作之下的一種操作，是進行完全的人工手動操作個單體設(shè)備。 4． 停噴控制，既停止向高爐噴吹煤粉的控制。 3） 中間罐放散閥處于“打開”狀態(tài)。 煤粉從煤粉倉到中間罐倒罐順序： 1） 若上述條件沒有全部滿足，則先調(diào)整滿足上述條件后在進行以下操作 2） 開煤粉倉下錐形閥 3） 開中間罐上錐形閥 4） 關(guān)煤粉倉放散閥 5） 開煤粉倉流化閥 6） 中間罐“料滿”信號發(fā)出時再進行以下操作 7） 關(guān)煤粉倉流化閥 8） 開煤粉倉放散閥 9） 關(guān)煤粉倉下錐形閥 10） 關(guān)中間罐上錐形閥 2 高爐噴煤噴吹自動化控制整體方案 12 煤粉從煤粉倉到中間罐倒罐順序結(jié)束，中間罐處于“料滿”位置 備注： 1） 中間罐的加料同時受時間控制，倒罐開始計時，若在規(guī)定的時間（如 5 分鐘）內(nèi)，沒有達到“料滿”，則說明出現(xiàn)“故障”，發(fā)出報警信號，提示操作工人手動控制或檢修。若未達到，則首先開充壓閥和自動調(diào)節(jié)閥，使其達到設(shè)定值。 2) 當給料器出口壓力與熱風壓力的壓差低于 時，報警。 4) 當壓縮空氣壓力低于 或氮氣壓力低于 時，自動關(guān)閉安全閥、下煤球閥，停給料器。 不受壓力變化、真空、溫度變化、惰性氣體、煙塵、蒸汽等環(huán)境影響 安裝簡便，牢固耐用，免維護 HART 或 PROFIBUSPA 通信協(xié)議及基金會現(xiàn)場總線協(xié)議，標定簡便、通過數(shù)字液晶顯示輕松實現(xiàn)現(xiàn)場標定操作，通過軟件 GDPF 實現(xiàn)簡單的組態(tài)設(shè)定和編程 測量靈敏，刷新速度快。距離物料表面的距離 D與脈沖的時間行程 T成正比： D=C179。 測量條件 ： 3 設(shè)備選型 16 測量范圍從波束觸及罐低的那一點開始計算，但在特殊情況下，若罐低為凹型或錐形，當物位低于此點時無法進行測量。 最小測量范圍與天線有關(guān)。 MSTS 溫度傳感器技術(shù)指標 ： 熱電阻 產(chǎn)品型號 ： WZC 測溫范圍 ： 50～ +150℃ 分度號 ： Cu50 Y 允差 △t ： 177。 溫度測量設(shè)備選型 本設(shè)計所選用的 溫度 測量設(shè)備為 MST系列溫度變送器 ： 用途及特點 ： MSTS 溫度傳感器在 WZ 系列熱電阻、 WR 系列熱電偶的基礎(chǔ)上 ,嚴格參照國家標準 ,根據(jù)各行業(yè)使用及現(xiàn)場環(huán)境 ,以及國外的同類產(chǎn)品 ,又進行改進和創(chuàng)新。 理論上測量達到天線尖端的位置是可能的，但是考慮到腐蝕及粘附的影響，測量范圍的終值應距離天線的尖端至少 50mm。對應于 4－ 20mA 輸出。 3 設(shè)備選型 15 圖 2 料位測量示意圖 輸入 ： 天線接收反射的微波脈沖并將其傳輸給電子線路，微處理器對此信號進行處理，識別出微波脈沖在物料表面所產(chǎn)生的回波。 I/O 表 見附錄 A：模擬量 I/O 表 見附錄 B：數(shù)字輸入量 I/O 表 見附錄 C：數(shù)字輸出量 I/O 表 3 設(shè)備選型 14 3 設(shè)備選型 所用測量設(shè)備選型 料位測量設(shè)備選型 本設(shè)計所選用的料位測量設(shè)備為 GD智能雷達物位 GDPULS 系列 的 GDPULS61： 應用范圍： 過程條件簡單，腐蝕性的液體、漿料、固體 （ 比如：水液儲罐 ， 酸堿儲罐 ， 漿料儲罐 ， 固體顆粒 ， 小型儲油罐 等）； 測量范圍 ： 0~20m 過程連接 ： 螺紋、法蘭 過程溫度 ： 40...160℃ 精 度 ： 177。 3) 當噴吹罐壓力與熱風壓力壓差值低于 時，報警。 煤粉從中間罐到噴吹罐倒罐順序： 1） 關(guān)中間罐放散閥 2） 開中間罐充壓閥 3） 中間罐與噴吹罐壓差小于設(shè)定值時，關(guān)閉充壓閥，打開兩罐間均壓閥。 2． 噴吹罐加料（既將煤粉從中間罐到噴吹罐倒罐程序）： 噴吹罐加料前的條件： 1） 噴吹罐內(nèi)煤量顯示下限，自動發(fā)出允許加料信號。 5） 中間罐上錐閥和下錐閥處于“關(guān)閉”狀態(tài)。 噴吹 過程描述 1． 中間罐加料（ 既將煤粉從煤粉倉到中間罐倒罐順序）： 中間罐加料前的條件： 1） 中間罐必須為“空信號”。 2． 噴吹罐加料，既將煤粉從中間罐到噴吹罐倒罐控制。 工藝流程 示意圖 2 高爐噴煤噴吹自動化控制整體方案 10 圖 1 工藝流程 示意圖 倉流化閥 12.中間罐流化閥 22.給料器 噴吹控制過程描述 噴吹系統(tǒng)操作方式 基本操作方式分為：全自動操作、手動操作和檢修操作 1． 全自動操作：是在控制室人員通過鍵盤或鼠標發(fā)出“啟動”命令后，按規(guī)定的程序自動完成自動計量、自動倒罐等。 噴吹總管上設(shè)置 2 個噴吹總管壓力測試點。 煤粉倉、中間罐、噴吹罐的放散閥均接入不袋式除塵器。 中間罐下方設(shè)置噴吹罐，中間罐與噴吹罐之間采用由氣動錐形閥組成的軟連接。在煤粉倉中設(shè)置 1 個煤粉倉放散閥；設(shè)置 1 個煤粉倉流化閥；設(shè)置 1 個煤粉倉下錐形閥。此外 ， 還要 著手試驗煤、礦粉復合噴 吹 技術(shù)等。 3． 噴煤設(shè)備的現(xiàn)代化改造 目前 ， 鞍鋼完成了全 國 10座高爐的 l3套噴煤設(shè)備的現(xiàn)代化改造 ， 形成了 150萬噸／年的噴吹能力 ， 并在制粉能力 80萬噸的基礎(chǔ)上 ，計劃 新擴建 80萬噸制粉能力的車間 ， 現(xiàn)已進人施工設(shè)計、設(shè)備訂貸階段， 1996年底可望投產(chǎn)。 我國高爐發(fā)展前景 1． 噴煤目標 綜合考慮焦炭平衡能力、原燃料質(zhì)量、高怕設(shè)備狀況 以 及其它條件 ， 我國高爐噴煤技術(shù)將形成分層次發(fā)展的格局。 改造熱風爐提高風溫迫在眉捷；噴煤量要提高 到 120千克／噸鐵 上， 富氧是必不可少的工藝條件。 我國高爐噴煤存在的問題 盡管我國高爐噴煤技術(shù)有了長足的進步和發(fā)展，但還存在下列問題： 1） 噴煤量增長速度不能滿足要求 統(tǒng)計表明 ， 從 l990年到 l994年問平均年增噴煤量 28萬噸 ， 年增噴煤總量最多的1995年達到 55萬噸。開發(fā)的新工藝如煙煤噴吹工藝、噴吹系統(tǒng)新流程、制粉系統(tǒng)新流程、高濃度輸送、分配、檢測和控制新技術(shù)都達到很高水平 ， 高爐氧槍及安全技術(shù)、高爐的一些特殊檢測設(shè)備、氧煤燃燒等一些應用理論研究已躍居世界領(lǐng)先水平。 1995年在鞍鋼 3號高爐所進行的工業(yè)試驗連續(xù)個月噴煤量達到 203千克／噸鐵，成為世界上高噴煤量連續(xù)操作時間最長的高爐。全國噴煤量從 l990年的 218萬噸 ， 到 1995年將近翻一番 ， 1996年計劃達到 450萬噸。 我國現(xiàn)在 1000m3 以上的高爐有 38 座 ， 若噴煤量增加到 100 千 克／噸鐵 ， 就可節(jié)約焦炭 130萬噸，生鐵成本降低約 4元／噸 ， 年經(jīng)濟效益為 ， 噴煤時富氧量增加 1％ ， 可增產(chǎn)鐵 3～ 5％ 。英國、意大利、 荷蘭在聯(lián)營公司的支持下，準備投資 600萬英鎊，在一座爐缸直徑為 6米的高爐上進行富氧噴煤煉鐵試驗，其目標噴煤量為300～ 400千克／噸鐵 ， 國外大噴煤量高爐用氧量達到 40～ 70m3／噸鐵 ， 噴吹的煤種已向煙煤或煙煤加無煙煤發(fā)展。 我國噴煤噴吹技術(shù) 我國噴煤噴吹技術(shù)現(xiàn) 狀 高爐應用噴煤技術(shù)始于 6O年代，進 入 9O年代后 ， 西歐 、 美國和 日 本的一批焦爐開始老化 ， 由于焦煤資源 日 益短缺 ， 加上環(huán)保及投資等原因 ， 很難新建和改造焦爐 ， 必須大幅度降低焦炭消耗 。 粒 煤噴吹技術(shù) 英國鋼鐵公司的斯肯索普廠、 雷文斯克雷格廠首先采用粒煤噴吹技術(shù)并獲成功。從風口同時大量噴吹煤粉 (200kg／ t)和礦粉 (200 kg／ t)，在煤粉的燃燒性 、 礦粉的熔融還原性方面得到了有益的經(jīng)驗。富氧大噴畋是投資少 、 增鐵節(jié)焦有效且簡單易行的措施，已成為當今世界煉鐵技術(shù)發(fā)展的趨勢。我國鞍鋼 2號高爐在 “ 七五 ”期間進行富氧大噴煤量試驗， 鼓風含氧由 21％ 增至 ％ ，噴煤量由 73 kg／ t提高到 170kg／ t，取得了利用系數(shù) ／ m3178。最近 10年，世界高爐 噴煤技術(shù)發(fā)展很快， 普及率、噴吹量、計量及自動控制水平在不斷提高，噴吹技術(shù)也有創(chuàng)新，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。 7． 英鋼聯(lián)粒煤噴吹流程 煤粉倉、中間罐、噴煤泵三罐串接→總管→分配器→支管→噴槍；主要特點是用噴煤泵代替了傳統(tǒng)的噴吹罐，中間罐與噴煤泵之間使用圓頂閥聯(lián)接，同樣條件下，噴煤泵工作壓力通常小 于傳統(tǒng)噴吹罐工作壓力，噴煤泵出口設(shè)有由變頻電機驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)給料閥。武鋼 5號高爐噴煤選用的即是 PW流程，已于 2021年投產(chǎn)。 4． 日本川崎流程 1 前言 3 煤粉罐、中間罐、噴吹罐三罐串接→多支管→噴槍；噴吹罐上出料，底部設(shè)有攪拌器并在支管出口處接人二次風 (壓縮空氣 )稀釋。加壓、流化使用氮氣，因為是稀相輸送，所以還需添加壓縮空氣。 上鋼一廠 2500