高炉喷煤使用高挥发分烟煤确保安全的生产实验

日期:2016年11月03日/ 人气: /编辑:袁万能 郑拥军 /来源:本站原创


摘要  八钢高炉喷煤通过选择可磨性较好的烟煤来提高制粉能力,为确保安全通过不同煤种的理化指标及经济适应性对比选择,经过实验室和生产实践研究,寻找了一条即能提高磨机产能,又能确保安全的可行之路,同时也产生了较好的经济效益。
关键词  高炉  喷煤  烟煤  可磨性  含氧量
1前言
由于265m2烧结机即将投产,生产烧结矿的燃料焦粉将产生很大的缺口(如果小烧结机停产焦粉缺口6-9万吨)。因此,喷煤将没有焦粉可以配加。所以必须研究喷煤不配加焦粉的生产技术。只有不断提高烟煤配比,才能为逐步取消焦粉配入量,因为HGI指标的差异取消焦粉增加制粉能力6-8%,可以部分缓解喷煤制粉能力不足的矛盾。所以此研究有较大的现实意义。
喷煤是钢铁行业重要的节能降耗手段,每吨生铁多喷吹1Kg煤粉,将产生约0.36元的吨铁效益,如何提高喷煤比,如何提高煤粉的置换比,是市场经济条件下,行业竞争的重要手段之一。喷煤自1994年投产以来,喷煤比曾连续多年达到国内钢铁企业的领先水平。投产初期原煤的灰分不超过8%,挥发分含量不超过25%,近70%的固定炭含量为高炉节焦创造了良好的物质基础。
但是,随着国家对采煤行业的整顿,适合高炉喷吹用原煤资源的相继减少,目前原煤市场普遍为高灰分、高挥发分原煤,火烤煤灰分普遍超过15%。为适应原料质量的变化,只有逐步使用高挥发分烟煤,才能拓展高炉喷煤用煤的资源范围。
随着新建高炉的投产,由于集团公司资金有限,5#高炉没有配套建设煤粉制备系统,为发挥球式热风炉高风温以及高炉强化冶炼的需要,炼铁分公司工程技术人员通过改造,利用现有 喷吹装置改造为“六喷四”,实现了5#高炉喷煤的需求。但是由于制粉能力的限制,总体煤量无法提高。只有选择可磨性较好的烟煤,取消焦粉,才能满足高炉喷煤需求、降低煤粉灰分和弥补高炉使用焦炭的缺口。
以上的状况和需求必须建立在喷煤系统的安全条件下,方可实施。
2试验方法
本试验主要的试验设备为:粉尘层最低着火温度测定装置、火焰返回长度测定装置。粉尘层最低着火温度测定装置是由中国煤炭科学研究院重庆分院和新疆钢铁研究所,按国际电工委员会(IEC)标准推荐的测试系统研制而成,火焰返回长度测定装置由北京科技大学研制。
2.1粉尘层最低着火温度试验装置
     a.设备概况:
测定装置如图2.3所示,该试验装置由热表面、粉尘层热电偶、温度测量元件和环境温度测量元件及金属环等几个主要部件构成。
 
 
 
 
高炉喷煤使用高挥发分烟煤确保安全的生产实验
图2.3粉尘层最低着火温度测试装置简图
 
热表面是直径为200mm的带裙边的不锈钢圆盘,圆盘平板由加热器加热,无粉尘时平板能达到的最高温度是400℃,试验期间,平板温度可保持恒定,温度偏差在±5℃的范围内。
温度测量元件可控制平板温度在放置粉尘期间的温度变化不超过±5℃,温度控制装置和测量装置的温度偏差在±3℃范围内。
c.名词解释:粉尘层最低着火温度是指粉尘层着火时,热表面的最低温度。
d.测定方法:粉尘层最低着火温度方法采用标准:GB/T16425—1996。
2.2火焰返回长度测定
a.设备概况:火焰长度自动测定仪由北京科技大学研制而成,主要由喷煤嘴、恒温引爆源、测长光电管及中央处理系统等组成。其试验装置如图所示。
测长光电管用于测量火焰长度,误差一般仅为5mm。恒温引爆源主要由电热丝、热电偶、XCT-191型动圈示仪表、ZK-1型可控电压调整器、硅可控元件及可调变压器等组成。
其温度则是通过PID 调节形式实现恒温自动控制的,最高温度可达1600℃。整套系统全部采用单片机进行自动操作控制与数据采集。
b.试验方法:调节恒温引爆源温度在1100℃范围内,恒温一段时间,每次称取1.0克,如此对同一煤样重复10次,取其中火焰长度的最大值作为该煤粉的火焰返回长度。
2.3哈氏可磨性测定装置
a.设备型号:KM78-1型哈氏可磨性测定仪。
b.试验方法采用标准:GB2565-87。
2.4其它
a.煤的反应性、工业分析、灰分分析、元素分析、灰熔融性分析、S、P分析等分析委托煤炭工业部新疆煤炭质量监督检验站和技术开发中心化学室测定。
b.试验流程图
 
 
 
高炉喷煤使用高挥发分烟煤确保安全的生产实验 
 
 
 
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高炉喷煤使用高挥发分烟煤确保安全的生产实验 
 
 
 
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高炉喷煤使用高挥发分烟煤确保安全的生产实验 

3.煤种选择
3.1煤种选择的依据和原则
   高炉喷吹用煤应能满足高炉冶炼工艺要求和对提高喷吹量和置换比有利,以便替代更多的焦炭。高炉喷吹对煤质性能的要求及相关的指标有:工业分析指标、发热量、粒度及均匀性、可磨性、燃烧性、爆炸性、反应性、灰熔点、着火点、煤岩结构、灰成分分析、比表面积和密度等。归结起来主要有以下几方面。
⑴煤的灰分越低越好,灰分含量应相同或低于使用的焦碳灰分。我国目前喷吹的煤粉一般灰分含量与焦碳灰分含量相当,或煤的灰分含量略大于焦碳灰分含量。在这两种起下,喷吹煤粉形成的渣量比全焦冶炼时大些,因为在两者灰分含量相同时,只有置换比为1.0时,两者灰分形成的渣量相等,而在置换比小于1.0时,喷吹煤粉灰分形成的渣量将大于置换焦碳形成的渣量。但这种差异也只占灰分形成渣量的一小部分,例如吨铁渣量在490kg/t左右,喷煤比为150kg/t铁,置换比0.8kg/kg,两者灰分均为13%,则增加的渣量为3.9kg/t左右,占灰分形成渣量的10%,占吨铁总渣量的0.8%左右。如果喷吹煤粉灰分高于焦碳灰分,则增加的渣量将多些,例如煤粉灰分为15%,则增加的渣量为10.5kg/t左右,增加的渣量占吨铁总渣量的2.15%,所以要求喷吹煤粉的灰分越低越好。
⑵硫含量越低越好,煤的含硫量应与使用的焦碳的含硫量相同(或低于),一般要求S<1.0%。煤的含硫量变化的结果与灰分变化结果相同,若煤的含硫量高于使用的焦碳含硫量,所增加的渣量更多。
⑶胶质层越薄越好,Y<10mm,这样可避免在喷吹过程中结焦、堵塞喷枪和风口影响喷吹和高炉正常生产。利用Y值可以指导配煤炼焦、一般Y值的烟煤均用于炼焦,Y值极低或为0的烟煤可作为高炉喷吹用煤,如果用Y值大的煤来喷吹不仅浪费了炼焦煤,而且在高炉风口易结焦,造成风口烧坏或堵塞喷枪。
⑷煤的可磨性好,现高炉喷吹用煤需要将煤磨到一定细度,可磨性好,则制粉消耗的电能就少,可降低喷吹费用。目前认为,喷吹无烟煤时,粒度应小些,-200目的应达到70%-80%;而喷吹烟煤粒度则可大些,-200目的达到60%-65%即可,而内在水分含量高的烟煤,在高炉富氧率较高时,粒度还可以更粗些,例如西欧一些高炉喷吹的这种烟煤平均粒度达到0.5mm。
⑸煤的燃烧性能好(即其着火点低,反应性好等),可使喷入高炉的煤粉能在有限空间和时间内尽可能多 的气化,少量未及气化的煤粉也因反应性好而与高炉煤气中的CO2和H2O反应而气化,不给高炉冶炼带来麻烦。另外燃烧性能好的煤也可以磨得粗一些,即-200目占的比例少一些,这为降低磨煤能耗和费用提供了条件。高炉喷吹反应好的煤,不仅可提高煤粉燃烧率,扩大喷吹量,而且风口区未燃烧的煤粉在高炉的其它部位参加了与CO2的气化反应,减少了焦碳的气化反应。煤的气化反应火性比焦碳气化反应强的多。这就在某种程度上对焦碳强度起到了保护作用。
⑹煤的发热量越高越好,喷入高炉的煤粉是以其放出的热量和形成的还原气体CO、H2来代替焦碳在高炉内提供热源和还原剂。因此煤的发热量越高,在高炉内放出的热量越多,置换的焦碳量也越多。
总之,以喷吹煤的性能要求来对照生产用的各种煤,可以发现任何一种煤都不能达到全部要求,只能满足其中的1-3项。另外各种煤源由于产地远近、开采方法、运输方式等不同,其价格也不相同,为了获得较全面的安全的喷吹效果和经济效果只有利用配煤才能达到。虽然无烟煤具有安全性好、发热值高等优点,但是可磨性、燃烧性差。而烟煤具有燃烧性、可磨性好的优点,但固定炭低、发热值低且易爆炸,不安全。
3.2煤种选择
喷吹用煤的需要,适应今后富氧大喷煤的发展,有必要寻找出适宜高炉喷吹的煤源,用以供应高炉喷煤生产,因此需要进行广泛 的不同煤种的理化性能及爆炸性能的研究,找出适合高炉喷煤用的煤种,共调查煤矿9处,取样16个。煤样为硫磺沟地区、艾矿地区和吉木萨尔地区的可用于高炉 喷煤的周边资源。其中宏鼎及哈密煤业煤样为首次采样,其余煤样为高炉现在使用的资源。在做了大量理化性能测定及各方面考虑之后,确定了需要的煤种,见表3.1,可以保证八钢喷煤批量使用的煤矿有哈密煤业和黑山两个矿点。
 
表3.1     八钢周边煤资源状况
产地   硫磺沟地区     艾矿地区 吉木萨尔地区
矿名 西山 金田 新焦 福江 哈密煤业 宏鼎 黑山 力拓 力拓火烤
储量                  
供应量(t/d) 50 100 200 80 2000 100 1500 150 100
价格(元/吨)   132       142   152  
 
 
3.3煤的理化性能分析
   结果见表3.2、表3.3、表3.4,总体上看灰分和全硫较低,挥发份和固定炭适中,煤灰熔融性温度较高;其焦渣特性均为粘着,手指轻压即碎;固定炭及发热量均较低;可磨性指数最好的是金田,最差的是新焦、力拓煤,比焦沫难磨。弹桶发热量及含炭量拓火烤煤最高,黑山煤最低,其它各矿点煤发热量基本相同。
 
表3.2  理化成分
煤种 Mad% Ad(%) Vdaf(%) Fcad(%) St.ad(%) Qbdaf MJ/kg 焦渣特征
力拓火烤 4.74 8.2 17.09   0.4 36.46 2
黑山 8.92 5.56 35.2   0.34 27.1 2
新焦 6.52 6.53 28.2   0.38 31.2 2
宏鼎 5.58 11.3 42.9   0.38 31 2
福江 7.39 6.42 29.1   0.7 30.6 2
哈密煤业 6.13 14.4 33.9   0.23 30.5 2
西山 7.8 5.55 31.7   0.25 30.2 2
大北 7.58 7.76 31.9   0.64 30.4 2
金田 5.82 16.5 29.6   0.15 30.5 2
 
 
 
表3.3理化成分
 
 
煤种 Cdaf % Hdaf % Ndaf % Odaf+Sdaf % HGI %
力拓火烤 88.25 2.16 1.93 7.66 48
黑山 72.7 3.37 1.95 21.9 62
新焦 80 3.82 0.9 15.3 47
宏鼎 76.9 4.98 1.25 16.9 48
福江 81.4 3.5 0.86 14.2 55
哈密煤业 79.5 4 1.06 15.5 59
西山 81 3.88 0.97 14.1 61
大北 79.9 3.66 0.94 15.5 63
金田
焦沫
80.9 3.61 0.88 14.8 64
        49
 
 
 
表3.4 理化成分
 
      灰分成分          灰熔点℃
 
 
项目 sio2 Al2o3 Fe2O3 CaO MgO SO3 TiO2 DT ST HT FT
力拓 40.72 19.01 9.22 7.22 2.54 3.07 1.1 1140 1160 1180 1200
黑山 27.08 16.33 13.85 19.65 2.03 9.65 0.78 1080 1100 1120 1140
新焦 24.74 15.87 9.72 20.23 5.92 8.94 1.06 1160 1180 1200 1220
宏鼎 38.62 21.92 8.21 7.8 0.68 4.6 1.16 1250 1270 1270 1280
福江 24.62 10.35 17.84 20.52 2.2 6.26 0.78 1140 1150 1160 1160
哈密煤业 41.42 16.62 5.43 14.16 2.71 1.79 1.19 1160 1190 1200 1220
西山 25.84 12.16 14.33 25.43 4.91 14.2 1.06 1320 1330 1330 1340
大北 11.22 7.44 9.13 45.37 6.43 6.93 0.72 1330 1350 1360 1380
金田 48.85 18.04 6.86 10.69 1.86 1.44 1.11 1130 1160 1190 1240
 
 
4.爆炸性试验
4.1各矿点原爆炸性试验
   着火点最低的为黑山和福江,最高的为哈密煤业,力拓虽然为火烤煤,其易然的程度依然高于哈密煤业。新焦煤在1050℃时才完全被还原,反应性最好,福江次之,大北在1150℃时才完全被还原。反应性最差的是力拓火烤煤。除力拓火烤煤外,其余煤均有强爆炸性。见表4.1
表4.1 理化成分
项目 火焰返回长度mm 反应性α% MIT(L)℃
力拓   98.8   307
黑山 >400   100   305
新焦 >401       298
宏鼎 >402   100   300
福江 >403   100   305
哈密煤业 200-300   100   355
西山 >400   100   315
大北 >400   98.2   317
金田 100-200   100   315
 
表4.2  新老系统煤粉成分  (%)
检验项目 Mad Aad Vdaf Fcad -200目
新系统 4.63 8.02 24.4 62.95 27.02*
老系统 4.59 6.58 25.07 63.76 74.72*
注:新系统筛分取样点为煤粉仓振动筛,老系统筛分取样点为喷吹管道
 
表4.3  不同含氧量条件下MIT(L)
氧浓度 21% 19% 18% 17% 12%
新系统 220 300 400 400 400
老系统 240 320 400 400 400
最低着火温度MIT(L)最这氧含量的降低而升高,当含氧量低于18%时,煤粉已达到不着火的状态。
 
4.2模拟不同含氧量条件下煤粉的着火点变化
   随着新建高炉的增加,以及喷煤总量的提高,喷煤在制粉和喷吹 投入不足的情况下,为了满足高炉的需求,磨机入口温度从94年投产初期的230℃,逐步提高到325℃,入口温度已超过煤粉的着火点温度,为了摸清不同含氧量情况下的煤粉着火点变化情况,测定了煤粉在不同含氧量条件下的着火点变化,见表4.2、表4.3。
4.3安全参数的确定
安全着火温度的确定:
当氧浓度低于18%时,MT(L)>400℃,即在氧浓度<18%时磨机入口温度控制在<400℃时是安全的。
避免系统发生爆炸的条件确定:
根据《高炉喷煤用煤煤质性能研究》结论:界限氧浓度测定Vdaf22%、Vdaf25%、Vdaf28%三种混合煤样的Pmax随着氧浓度的降低都有不同程度的降低。当氧浓度降至10%时,Pmax减少了50%;当氧浓度大于10%时,Pmax随挥发分的升高而升高;当氧浓度小于10%时,三种挥发分的混合煤样Pmax趋于一致,当氧浓度降至6%时,三种挥发分的混合煤样都不爆炸,见图2。只要氧浓度达到≤6%,不会发生爆炸。
5.生产试验
5.1生产试验方案
    根据试验结论:喷煤系统只要将磨机入口温度控制在≤400℃、布袋出口含氧量控制在≤6%,即可实现全烟煤喷吹安全生产。
5.2喷煤生产现状
    喷煤从94年投产到本次试验前,根据以往的原料条件,制定以下的关键工艺、安全控制参数:规定热风炉废气含氧量≤3%、磨机入口含氧量≤8%、布袋出口含氧量≤12%、磨机入口温度≤325℃、煤粉挥发分≤26%。2005没生产工艺控制参数控制见表5.1、表5.2。
 
表5.1  2005年喷煤新系统(4#磨)含氧量统计表(%)
月份 热风炉废气含氧量 磨机入口含氧量 布袋出口含氧量
8月 2.74   3.48   8.43  
9月 2.51   3.15   8.15  
10月 3.02   3.54   8.74  
11月 4   4.38   9.07  
12月 3.17   3.45   10.07  
平均 3.09   3.6   8.89  
 
表5.2  2005年喷煤老系统(1#磨2#磨3#磨)含氧量统计表  (%)
 
月份 热风炉废气含氧量 磨机入口含氧量   布袋出口含氧量  
      1# 2# 3# 1# 2# 3#
1月 3.68   4.01 3.53 3.78 8.34 8.01 8.09
2月 3.81   4.41 3.81 4.61 8.14 7.93 8
3月 4.52   5.41 4.19 4.54 8.65 8.1 8.06
4月 4.27   5.22 3.98 4.22 8.82 7.76 7.64
5月 4.62   5.3 4.6 4.69 8.85 7.61 7.74
6月 3.8   4.55 3.74 3.89 8.55 6.99 7.11
7月 3.69   4.34 3.54 3.75 8.7 6.73 7.01
8月 3.03   3.47 2.83 3.02 8.03 6.88 7.49
9月 3.06   3.56 3.11 3.42 8.13 7.48 7.66
10月 3.32   4.13 3.11 3.43 8.09 6.79 7.17
11月 3.91   4.25 3.37 3.68 8.22 7.08 7.5
12月 3.06   4.04 3.72 4.03 8.11 7.55 8.87
平均值 3.73   4.39 3.63 3.92 8.39 7.41 7.7
 
表5.3    系统含氧量对比表   (%)
 
阶段 废气含氧 磨机入口含氧     布袋出口含氧  
  新系统 老系统 1# 2# 3# 4# 1# 2# 3# 4#
系统漏风处理前含氧量 3.24 无测氧装置 4.63 3.63 3.92 3.6 8.39 7.41 7.7 8.89
(05年下半年平均值                    
系统漏风处理后含氧量 3.47 无测氧装置 3.8 2.9 3.15 3.97 7.04 6.89 6.78 7.12
(06年5月平均值                    
老系统换热器安装后   2.28 3.6 2.7 3.18   5.12 4.18 5.11  
(6月16日-23日)                    
新系统换热器安装后 2.48         2.64       4.66
(7月28日-30日)                    
 
从表5.1、表5.2可以看出,2005年8~12月0#热风炉废气含氧量平均在3.09%,4#磨机入口含氧量平均在3.60%,布袋出口含氧量平均在8.89%。2005年1#、2#热风炉废气含氧量平均在3.73%,3台磨机入口含氧量平均为1#为4.39%、2#为3.63%3#为3.92%,布袋出口含氧量平均为1#为8.39%、2#为7.41%、3#为7.70%。热风炉废气到磨机入口,1#磨机含氧量最高增加了0.66%,4#磨机增加了0.51%。从磨机入口到布袋出口含氧量增加幅度较大,1系列增加了4.0%、2系列增加了3.78%、3系列增加了3.98%、4系列增加了5.29%。从以上数据可看出系统含氧量较高的主要原因为以下几点因素。
⑴热风炉在烧炉过程中空气过剩系数过大,导致废气含氧量控制较高,平均在3.09%~3.73%之间。
⑵系统设备漏风率较高,特别是1、4系列全负压生产系统漏风尤其严重。
⑶为了控制布袋反吹废气温度低于120℃,而配入的冷风带入的氧气。
⑷喷煤烟气炉在烧炉过程中空气过剩系数过大带入系统的氧气。
通过表5.1、表5.2可以看出,尽管新老制粉系统的含氧量的控制比作业指导书低约4~5%,但是,通过磨机入口和布带出口的氧平衡计算,仍然有28.3%的漏风量,此种状况即影响制粉系统的能力提高,同时也不利于安全生产。
5.3第一阶段试验
5.3.1系统漏风处理
2006年3月开始,喷煤作业区对制粉系统漏风点进行密封处理。
⑴针对布袋系统漏风进行处理。对老系统3个系列的布袋部分变形盖板进行了校正,将布袋盖板及布袋防爆孔密封条全部进行了更换,基本解决了布袋箱体的漏风问题。同时对新系统布袋盖板密封条全部进行了更换,并将新系统布袋防爆孔进行了改造(原盖板加配重的密封方式改为法兰螺栓加防爆膜密封),改造后布袋系统的漏风基本得到解决。
⑵对新系统振动筛及老系统鸡毛筛漏风进行处理。将新系统振动筛筛盖进行了改造,密封面用废旧皮带作为密封件进行紧固密封。现振动筛处的漏风明显减少。
⑶对新、老系统的给煤机、插板阀、磨机的漏风点利用平时每周磨机列检进行处理。
⑷对1#、2#、3#引风机壳体的漏风点利用检修进行处理。
⑸对制粉系统的设备和管道连接处使用密封胶进行密封。
5.3.2热风炉含氧量控制
热风炉投产初期都安装了煤气、助燃空气流量计,便于煤气安全燃烧。但是随着使用时间的延长,流量计准确程度降低直至损坏,近两年新建高炉热风炉都未安装流量计,热风炉操作工普遍靠经验调烧。根据热风炉燃烧的热平衡计算,当空气过剩系数为1.15时,燃烧产物的含氧量为0.5%。因此,过多的助燃空气不但不利于提高理论燃烧温度,相反会降低理论燃烧温度,降低实际风温水平。为便于热风炉调烧,通过课题费用订购两套北京YB-88智能DW-1型氧量检测仪安装在热风炉烟道上,便于控制烟气中合适的含氧量。系统含氧量变化见表5.3。
5.3.3布袋反吹加装换热器
以往的布袋反吹是通过反吹风机从热风炉烟道废气管中抽取250℃的高温烟气再配加空气将反吹温度调整到130℃以下,通过计算反吹风量将提高布袋含氧量1~1.5%。针对制粉系统反吹风中配加冷风增加系统含氧量,进行了如下处理:将新系统反吹风管道的保温拆除,降低反吹风废气温度,从而减少配入的冷风(17#冷风阀开度减少了8%),降低系统氧含量(效果欠佳),7月28日安装换热器。
在老系统、新系统反吹风管道上各增加了一个换热器,使反吹废气温度由250℃降低到130℃以下,目前环境温度条件下反吹风温最高118℃,最低67℃,平均风温保持在93℃。新老系统反吹废气中配加的冷空气已经全部去除,冷风阀现在已经全部关闭,换热器在新老系统使用效果非常明显。经过以上工作及热风炉对烟气含氧量的控制,制粉系统含氧量降低约3.3%。
5.4第二阶段试验
5.4.1试验期工艺参数拟定
    为确保试验的顺利进行和安全生产得到保证,首先确保原煤质量的稳定,为此通过与供应分公司和采购中心相关人员协调,将原煤挥发分按25%为界限分堆堆放,通过原煤配比稳定煤粉的挥发分≤30%。二是热风炉废气含氧量≤1.5%,各班热风炉操作工与喷煤制粉工每小时电话联系一次含氧量调节情况。三是磨机入口含氧量≤2%。四是布袋出口含氧量≤6.5%。
课题组要求:喷煤制粉工和热风炉操作工试验期间除了作好作业日志,同时要作好试验期的记录,每周例会分析工艺参数的控制情况,并对存在的问题进行分析,制定下周的控制目标。
5.4.2制定试验期相关工艺参数考核
根据试验第一阶段所作工作取得的成果,为确保试验的安全顺利进行,课题组结合生产的实际情况分别对喷煤制粉岗位和热风炉岗位制定了试验期考核,该考核力度仍然沿用目前的作业指导书中考核办法,只是控制标准进一步提高。
由于高挥发分烟煤的爆炸性较强,试验期当制粉系统停机8小时以上时,要求提前4小时通过原煤配比将挥发分降低到25%。
5.4.3稳定控制原煤挥发分配比
生产使用前根据原煤取样挥发分的高低通过喷煤煤库三个上料料仓进行挥发分配比,其中两个料仓装≥25%的原煤,另一个料仓装≤25%的原煤。原煤的初次配比通过在1#上料皮带跑盘化验与制定的挥发分进行对比,通过调整料仓下部电振给料机角度和振幅的大小实现第一次配比调整。
为确保挥发分≤30%,煤粉取样频次由试验前每天新老系统各取一次,增加到每天新老系统各取6次进行成分化验,便于及时实现二次配比调整。尽管通过两次调整,但是由于电振给料机配煤的准确性相对圆盘给料难以控制,造成仍有一定比例的原煤挥发分超过试验要求。
试验期间磨机入口温度控制在320℃~325℃,磨机出口温度控制在80℃~95℃之间。取消焦沫配入后煤粉挥发分平均值从5月份25.39%,增加到实验期28.93%,增加了3.54%。试验期老系统煤粉挥发分超过30%有72次占了23%,新系统48次占了15.3%。煤粉挥发分在28%~30%之间老系统有174次占55.76%,新系统有150次占48%。试验期煤粉挥发分统计见表5.4。
 
表5.4     试验期煤粉挥发分统计
 
取样点 平均值 % 最高值 % 最低值 % 28%≤挥发分<30% 挥发分≥30%
        频次 所占比例% 频次 所占比例%
老系统 29.13 34.18 25.04 174 55.76 72 23
新系统 28.74 34.58 23.22 150 48 48 15.3
 
5.4.4取消焦粉试验含氧量控制
在系统含氧量降控制下来以后,与6月16日开始原煤中不再配入焦沫,进行全烟煤制粉喷吹实验。实验至8月5日生产参数控制见表5.5。
 
表5.5     试验期各参数平均值   (%)
 
日期   废气含氧   磨机入口含氧   布袋出口含氧  
6月16日-8月5日 新系统 老系统 1# 2# 3# 4# 1# 2# 3# 4#
    2.67 2.5 3.8 3.1 3.6 3 5.3 4.9 5.2 5.76
 
5.5第三阶段试验
5.5.1煤粉挥发分>30%
通过实验室试验和生产试验表明当喷煤煤粉的挥发分≥28%时,只要制粉系统 的含氧量控制在6%时,煤粉的Pmax爆炸压力趋于零。在煤粉爆炸的三要素条件中,控制制粉系统的含氧量和火源是唯一的可控因素,也是科学的。
根据《GB/T18511-2001煤的着火点测定方法》可以看出,黑山、力拓煤粉试样的着火点为300℃左右,当试样的气氛含氧量由19%降低到18%时,煤粉的着火温度从300℃提高到400℃维持30min,粉尘层仍未着火。
目前,八钢喷煤所使用的原煤的挥发分黑山原煤的平均挥发分为28.93%,最高挥发分为34.71%。力拓原煤的平均挥发分为24.95%,最高挥发分为34.35%。在实际生产中,由于各矿点原煤按挥发分高低堆放,起到了一定的混匀效果。煤粉的挥发分只有极个别煤样超过控制值,6月22日10:00时到6月23日22:00时共计10个煤粉试样有5个超过30%,最高达到31.2%。2006年6月16日至23日煤粉的挥发分范围为27.01%~31.2%之间,原煤在此期间的挥发分加权平均为28.31%。新、老制粉系统在6月22日~23日期间,挥发分>30%所占频次分别占25%和66.7%,新、老系统在此期间的平均挥发分分别为28.96%和29.76%。挥发分>30%成分见表5.6。在此期间制粉系统运行正常,主要由于试验前期课题组做了充分理论试验和现场不安全因素的评估和处理,为生产试验的安全顺利进行奠定了良好的基础。
  
 
表5.6   试验期新老系统挥发分>30%统计表  (%)
 
项目 时间 WQ Mad Aad Vad Fcad
    4.17 0.56 10.62 30.35 58.47
  6月22日 4.04 2.02 11.14 30.68 55.98
老系统   2.73 1.04 8.93 31.2 52.23
  6月23日 3.17 0.88 9.42 30.76 55.64
    3.93 0.52 12.86 30.3 56.32
新系统 6月22日 2.78 1.56 13.15 30.7 54.59
  6月23日 3.48 0.86 12.74 30.76 55.64
 
 
5.5.2试验期实际温度控制参数
试验期制粉系统各温度点控制符合试验期拟定的参数要求,具体见表5.7。
 
表5.7   试验期老系统温度统计表    (%)
 
项目 磨机入口温度(℃)   磨机出口温度(℃) 布袋出口温度(℃)  
时间 1#磨 2#磨 3#磨 4#磨 1#磨 2#磨 3#磨 4#磨 1#磨 2#磨 3#磨 4#磨
6月16日至 322.3 318.8 318.9 315.7 81 81.1 81 83.9 73.9 74.3 74.9 81.7
8月5日                        
 
 
5.5.3试验期生产能力的增长
随着原煤挥发分的提高,原煤的可磨性指数(HGI)有的大幅度提高,力拓、新焦、焦沫的可磨性指数分别为40%、47%、49%。通过生产能力与历史同期对比,06年6月老系统小时平均产量为26.75t/h、新系统为17.34t/h,比05年6月同期产量分别增加了6.7%、5.15%,06年7月老系统小时平均产量为26.36t/h、新系统为17.50t/h比05年7月同期产量分别增加了5.27%、11%。实验前后老系统产量平均增加了5.98%,新系统产量平均增加了8.075%。具体数据见表5.8。
 
表5.8    试验期与同期产量对比表
 
时间 老系统   开机时间(h) 老系统平均 新系统 开机 新系统
  月产量(t)     小时产量(t) 月产量(t) 时间(h) 平均小
    1# 2# 3#     4# 时产量(t)
2005年6月 16629.92 620.28 679.02 690.83 25.07 10338.21 626.87 16.49
7月 17369.9 684.58 693.55 703 25.04 11216.54 711.92 15.76
2006年6月 18354.07 701.83 653.92 702.67 26.75 11600.99 668.92 17.34
7月 18612.93 725.83 669.67 723.08 26.36 12523.95 715.77 17.5
 
 
生产能力的增长主要来源两种因素:一是通过含氧量控制制粉系统的漏风率由28%下降到15~20%,二是使用高挥发分烟煤,原煤的可磨性提高。两种因素共同促成制粉能力的提高。
6总结
6.1新、老系统布袋出口的含氧量平均分别达到4.66%和5.11%,含氧量控制水平达到了国际电工委员会(IEC)≤6%的标准,喷煤系统达到了国际公认的安全状况。降低了原煤选择过程中对价格、灰分、硫分、挥发分、热值、反应性、可磨性、爆炸特性的筛选条件。
6.2磨机入口温度控制在320℃~325℃(距离400℃还有75℃的空间),磨机出口温度控制在80℃~95℃之间,课题组下达的工艺参数控制目标温度、含氧量等14项指标自6月16日工业试验开始一直沿用到2007年2月,生产安全可靠,并修改作业指标书和作业日志。
6.3高挥发分原煤可磨性较好,磨机的制粉能力有平均提高6%~8%,由于原煤的可磨系数提高,磨机钢球的使用周期由3个月提高到4.5个月。煤源的选择范围更加广泛。
6.4随着哈密煤业用量的逐渐加大,由于原含水量相对较低,在制粉温度、风量控制不变的情况下,煤粉的水分由4~6%下降到2.0~2.5%,为高炉提高煤焦置换比提供了条件。
6.5该课题研究制粉能力平均提高6%~8%,小时制粉能力提高2.5~3.2吨,产生年直接经济效益约2.85*24*355*0.7*400=679万元(不包括煤源使用范围扩大后运输距离缩短的效益)。
6.6煤粉的爆炸取决于煤粉浓度、煤粉温度及含氧量三要素控制,制粉喷吹过程煤粉浓度在爆炸极限内外波动,因而无法控制。煤粉温度在0~325℃之间波动,上限已超过原煤着火点。因而控制系统含氧量是唯一可行因素。
6.7尽管10余年前通过配煤比和配加焦粉降低煤粉的爆炸强度,但是,次种方式仍有爆炸的危险,通过次次研究可以看出,控制含氧量可以消除爆炸的可能性。
6.8定期演练喷煤停电、停氮和喷煤爆炸着火应急预案有利于提高职工和管理人员处置突发事迹的能力。
7存在的问题
7.1尽管目前生产系统已经达到了喷煤使用高挥发分烟煤安全生产的控制要求,但是,目前的漏风系统仍为15~20%,主要原因是设备本身的气密性有待提高。
7.2系统含氧量未实现在线监测,不利于烟气炉配风烧炉工作。建议喷煤烟气炉使用氧化锆测氧仪实现在线监测。
7.3老系统如果有一个系列停机例检,就会造成另一系列含氧超标(因部分阀门关不严造成冷风倒抽)。建议更换为调节切断阀使其能够密闭。
7.4热风炉单烧或换炉时易造成含氧量超标,热风炉调烧烟气含氧量与热风炉热平衡计算的生成物含氧量差别约为2.5%。此问题需进一步解决。
7.5当1#、2#任意高炉停产检修时,烟气量的供给平衡不足导致氧含量提高,建议将3#热风炉废气引入喷煤烟气总管。
8附件
8.1新、老系统煤粉检验成分(略)
8.2新疆八钢炼铁分公司高炉分厂喷煤动力源全停应急预案LT-206/YG-2006(略)
8.3新疆八赶钢炼铁分公司高炉分厂喷煤爆炸着火应急预案LT-201/YG-2006(略)

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