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高爐噴吹操作噴煤技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì):
噴煤量大幅度提高,焦比大幅度降低。
高爐噴吹煙煤,或煙煤、無(wú)煙煤甚至褐煤進(jìn)行混配噴吹。
在大量噴煤的同時(shí)采用高風(fēng)溫、富氧操作。
一.煤的化學(xué)組成與分類
1.煤的化學(xué)組成
各種化合形式的有機(jī)物質(zhì)。
這些有機(jī)物的組成元素有C、H、O、N和一部分S。
灰分。
煤中不能燃燒的礦物質(zhì)統(tǒng)稱為灰分,由SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、Na2O等礦物質(zhì)組成。
根據(jù)灰分的來(lái)源,煤中的灰分分為原生灰分和再生灰分。
水分。
煤中的水分是有害成分。
煤中的水分以外部水分、吸附水分和結(jié)晶水三種形式存在。
2. 煤的化學(xué)成分表示方法
煤的成分通常用各組成物的質(zhì)量百分含量來(lái)表示。通常要用下述幾種表示方法:
應(yīng)用成分。將碳、氫、氧、氮、硫、灰分和水分在應(yīng)用基中的質(zhì)量百分含量定義為煤的應(yīng)用成分,表示方法為在對(duì)應(yīng)組成的右上角加標(biāo)y,即:
Cy+Hy+Oy+Ny+Sy+Ay+Wy=100%
干燥成分。用不含水分的干燥基中的各組分百分含量來(lái)表示煤的化學(xué)組成,用這種方法表示的成分稱為煤的干燥成分,表示方法為在相應(yīng)組成的右上角加標(biāo)g,即:
Cg+Hg+Og+Ng+Sg+Ag=100%
可燃成分。用C、H、O、N、S在可燃基中的百分含量來(lái)表示,稱為可燃成分,表示方法為在對(duì)應(yīng)組成的右上角加標(biāo)r,即:
Cr+Hr+ Or +Nr+Sr=100%
煤的工業(yè)分析成分。將一定重量的煤加熱到110℃,使其水分蒸發(fā)以測(cè)出水分的百分含量w,,再在隔絕空氣的條件下,將煤樣加熱到850℃,并測(cè)出揮發(fā)分的百分含量V,,然后再將煤樣通以空氣,使固定碳全部燃燒,以便測(cè)出灰分的百分含量A,后可確定出煤的固定碳百分含量為:
Cy=(100-(Wy+Ay+Vy))×100%
3.煤的分類
煤的分類主要是按使用上的要求、煤的質(zhì)量特性、煤的變質(zhì)特性等劃分。
按煤的質(zhì)量特性分類
按煤中灰分(A)含量分類:A≤15%,為低灰分煤;A=15%~25%,為中灰分煤;A= 25%~40%,為高灰分煤。
按煤中硫(S)含量分類:S≤l%,為低硫煤;S=1%~l.5%,為中硫煤;S>1.5%,為高硫煤。
按煤的發(fā)熱量來(lái)分類
l kg煤完全燃燒后所放出的熱量稱為煤的發(fā)熱量,單位為kJ/kg。
發(fā)熱量有高發(fā)熱量和低發(fā)熱量?jī)煞N表示方法。高發(fā)熱量是在實(shí)驗(yàn)室條件下評(píng)價(jià)煤質(zhì)的一個(gè)指標(biāo),而低發(fā)熱量則主要用于燃燒計(jì)算和熱工計(jì)算。
所謂高發(fā)熱量QG,是指煤完全燃燒,并且燃燒產(chǎn)物冷卻到使其中的水蒸氣凝結(jié)成0℃的水時(shí)所放出的熱量。
所謂低發(fā)熱量QD,是指煤完全燃燒,并且燃燒產(chǎn)物中水蒸氣冷卻到20℃的蒸汽時(shí)所放出的熱量。
QD>29300 kJ/kg,為高發(fā)熱量煤;QD>25100~29300 kJ/kg,為中高發(fā)熱量煤;QD >18800~25100 kJ/kg,為中發(fā)熱量;QD>12500~18800 kJ/kg,為低發(fā)熱量。
二.高爐噴吹用煤的性能要求
高爐噴煤對(duì)煤的性能要求:
1.煤的灰分越低越好,一般要求小于15%。
2.硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低越好,一般要求小于1.0%。
3.膠質(zhì)層越薄越好,Y值應(yīng)小于10mm,以免在噴吹過程中結(jié)焦堵塞噴槍和風(fēng)口。
4.煤的可磨性要好,HGI值應(yīng)大于50。
5.燃燒性和反應(yīng)性要好。燃燒性和反應(yīng)性好的煤允許大量噴吹,并允許適當(dāng)放粗煤粉粒度,降低制粉能耗。
6.發(fā)熱值越高越好。
三.噴煤工藝的基本流程
1.噴煤系統(tǒng)的組成
原煤貯運(yùn)系統(tǒng)
該系統(tǒng)應(yīng)包括綜合煤場(chǎng)、煤棚、貯運(yùn)方式。
綜合煤場(chǎng)的設(shè)計(jì),一般要充分考慮能分別堆放兩種或兩種以上原煤及其他噴吹物,并方便存取或按工藝需要進(jìn)行配煤作業(yè)。
煤棚主要用于原煤的風(fēng)干,以便于制粉,其設(shè)置應(yīng)盡可能靠近制粉車間。
煤場(chǎng)與煤棚間的運(yùn)輸方式可以采用火車、汽車或皮帶,而煤棚至制粉間通常采用皮帶運(yùn)輸。
為控制原煤粒度和除去原煤中的雜物,在原煤貯運(yùn)過程中還須設(shè)置篩分破碎裝置和除鐵器。
制粉系統(tǒng)
煤粉制備是通過磨煤機(jī)將原煤加工成粒度和含水量均符合高爐噴吹需要的煤粉。
制粉系統(tǒng)主要由給料、干燥與研磨、收粉與除塵幾部分組成。在煙煤制粉中,還設(shè)置相應(yīng)的惰化、防爆、抑爆及監(jiān)測(cè)控制裝置。
煤粉的輸送
煤粉的輸送有兩種方式可供選擇,即采用煤粉罐裝專用卡車或采用管道氣力輸送。依據(jù)粉氣比的不同,管道氣力輸送又分為濃相輸送(μ>50 kg/kg)和稀相輸送(μ=10~30 kg/kg)。
噴吹系統(tǒng)
噴吹系統(tǒng)由不同形式的噴吹罐組和相應(yīng)的鐘閥、流化裝置等組成。
煤粉噴吹通常是在噴吹罐組內(nèi)充以壓縮空氣,再自混合器引入二次壓縮空氣將煤粉經(jīng)管道和噴槍噴入高爐風(fēng)口。
噴吹罐組可以采用并列式布置或采用重疊式布置,底罐只做噴煤罐。
供氣系統(tǒng)
高爐噴煤工藝系統(tǒng)中主要涉及壓縮空氣、氮?dú)?、氧氣和少量的蒸汽?/span>
壓縮空氣主要用于煤的輸送和噴吹,同時(shí)也為一些氣動(dòng)設(shè)備提供動(dòng)力。
氮?dú)夂驼羝饕糜诰S持系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
氧氣則用于富氧鼓風(fēng)或氧煤噴吹。
煤粉計(jì)量
目前煤粉計(jì)量主要有噴吹罐計(jì)量和單支管計(jì)量?jī)纱箢悺?/span>
噴吹罐計(jì)量,尤其是重疊罐的計(jì)量,是高爐實(shí)現(xiàn)噴煤自動(dòng)化的前提。
單支管計(jì)量技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)風(fēng)口均勻噴吹或根據(jù)爐況變化實(shí)施自動(dòng)調(diào)節(jié)的重要保證。
控制系統(tǒng)
高爐噴煤系統(tǒng)廣泛采用了計(jì)算機(jī)控制和自動(dòng)化操作。
控制系統(tǒng)可以將制粉與噴吹分開,形成兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的控制站,再經(jīng)高爐控制中心用計(jì)算機(jī)加以分類控制;也可以將制粉和噴吹設(shè)計(jì)為一個(gè)操作控制站,集中在高爐控制中心,與高爐采用同一方式控制。
2.噴煤工藝流程的分類及特點(diǎn)
按噴吹方式分:
直接噴吹和間接噴吹。
直接噴吹方式是將噴吹罐設(shè)置在制粉系統(tǒng)的煤倉(cāng)下面,直接將煤粉噴入高爐風(fēng)口,高爐附近無(wú)需噴吹站。其特點(diǎn)是節(jié)省噴吹站的投資及相應(yīng)的操作維護(hù)費(fèi)用。
間接噴吹則是將制備好的煤粉,經(jīng)專用輸煤管道或罐車送入高爐附近的噴吹站,再由噴吹站將煤粉噴入高爐。其特點(diǎn)是投資較大,設(shè)備配置復(fù)雜,除噴吹罐組外,還配制相應(yīng)的收粉、除塵裝置。
按噴吹罐布置形式分:
并列式噴吹和串罐式噴吹。
為便于處理噴吹事故,通常并列罐數(shù)好為3個(gè)。并列式噴吹若采用順序倒罐,則對(duì)噴吹的穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生一定的影響;而采用交叉倒罐則可改善噴吹的穩(wěn)定性,但配備的測(cè)量和控制手段。另外,并列式噴吹占地面積大,但噴吹罐稱量簡(jiǎn)單,投資較重疊式的要小。因此,常用于小高爐直接噴吹流程系統(tǒng)。
串罐式噴吹是指將兩個(gè)主體罐重疊設(shè)置而形成的噴吹系統(tǒng)。其中,下罐也稱為噴吹罐,它總是處于向高爐噴煤的高壓工作狀態(tài)。而上罐也稱為加料罐,它僅當(dāng)向下罐裝粉時(shí)才處于與下罐相連通的高壓狀態(tài),而其本身在裝粉稱量時(shí),則處于常壓狀態(tài)。裝卸煤粉的倒罐操作須通過連接上下罐的均排壓裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)實(shí)際需要,串罐可以采用單系列,也可采用多系列,以滿足大型高爐多風(fēng)口噴煤的需要。串罐式噴吹裝置占地小,噴吹距離短,噴吹穩(wěn)定性好,但稱量復(fù)雜,投資也較大。這種噴吹裝置是目前國(guó)內(nèi)外大型高爐采用較多的一種噴吹裝置。
按噴吹管路形式分:
多管式噴吹和單管路加分配器方式噴吹。
多管方式噴吹,是指噴吹罐直接與同風(fēng)口數(shù)目相等的支管相連接而形成的噴吹系統(tǒng)。一般一根支管連接一個(gè)風(fēng)口。其主要特點(diǎn)有:
①每根支管均可裝煤粉流量計(jì),用以自動(dòng)測(cè)量和調(diào)節(jié)每個(gè)風(fēng)口的噴煤量。其調(diào)節(jié)手段靈活,誤差小,有利于實(shí)現(xiàn)高爐均勻噴吹和大噴煤量的操作調(diào)節(jié)。
②噴吹距離受到限制,一般要求不超過200~300 m。這是因?yàn)樵趪姶稻嚯x相同的條件下,多管方式的管道管徑小,阻力損失大,過長(zhǎng)的噴吹距離將導(dǎo)致系統(tǒng)壓力的增加,從而使壓力超過噴吹罐的允許罐壓**限。
③單支管流量計(jì)數(shù)目多,儀表和控制系統(tǒng)復(fù)雜,因此投資亦較大。
④支管數(shù)目多,需要轉(zhuǎn)向的閥門太多,因此多管噴吹僅適用于串罐方式,而不適用于并列式。
單管加分配器方式,是指每個(gè)噴吹罐內(nèi)接出一根總管,總管經(jīng)設(shè)在高爐附近的煤粉分配器分成若干根支管,每根支管分別接到每個(gè)風(fēng)口上。其主要特點(diǎn)有:
①一般在分配器后的支管上不裝流量計(jì),通過各風(fēng)口的煤粉分配關(guān)系在安裝試車時(shí)一次調(diào)整完畢,因此不能進(jìn)行生產(chǎn)過程中的自動(dòng)調(diào)節(jié)。此外,通過分配器對(duì)各支管煤粉量的控制精度不僅取決于分配器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),而且還受運(yùn)行過程中分配器的各個(gè)噴嘴不等量磨損的影響。因此,需要經(jīng)常加以檢查和調(diào)整。
②系統(tǒng)的阻力損失較少,噴吹距離可達(dá)600 m。
③支管不必安裝流量計(jì),控制系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)化,投資較少。
④對(duì)噴吹罐的安裝形式無(wú)特殊要求,既適用于并列式,又可用于串罐式。