降低高爐噴吹煤粉水分的研究
王宇哲 康丙路 李立彬
高爐噴吹煤粉水分過高會造成噴煤量上升，導(dǎo)致中速磨作業(yè)率增加，設(shè)備維護(hù)和檢修時間減少。另一方面，噴吹煤粉水分高會使煤粉燃燒率下降，未燃煤粉增多，惡化高爐順行狀態(tài)。此外，噴吹煤粉水分升高，將導(dǎo)致煤耗增加。根據(jù)理論計算，煤粉水分每升高 1%，則煤耗增加 2%。因此，降低噴吹煤粉水分對鐵前節(jié)能、穩(wěn)定、高效生產(chǎn)意義重大。
高爐噴吹煤粉水分含量是影響其熱值的重要因素。2018 年首鋼股份有限公司針對高爐噴吹煤粉水分偏高、高爐日均煤比近 170kg/t 的情況開展了降低煤粉水分的技術(shù)攻關(guān)。
1 生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析
研究人員利用六西格瑪工具對高爐噴吹煤粉相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，得出煤粉水分單值控制圖、煤粉水分概率圖及煤粉過程能力報告，如圖 1-圖 3 所示。檢驗(yàn)數(shù)據(jù)由鐵前 EMS 系統(tǒng)中導(dǎo)出，經(jīng)檢驗(yàn)中心進(jìn)行了測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)校驗(yàn)，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。從煤粉水分概率圖和煤粉能力報告的數(shù)據(jù)可知，P 值（特定抽檢驗(yàn)概率）等于 0.085，大于 0.05，為正態(tài)數(shù)據(jù)，但 Ppk（過程穩(wěn)定性分析）等于 0.01,說明工程能力不夠充分,需要進(jìn)行改進(jìn)。
2 原因查找
研究人員通過 FMEA 對影響水分升高的 30 個因子進(jìn)行打分確認(rèn)，利用 Pareto 圖（見圖 4）對因子進(jìn)行分析，查找出 8 個關(guān)鍵的輸入因子，即制粉系統(tǒng)出口溫度、噴吹風(fēng)用量、噴煤系統(tǒng)放散、排渣設(shè)備、熱煙氣用量、給煤機(jī)、倉頂除塵器放散管、配煤。由此，先對可以直接控制管理的因子實(shí)施快速整改，整改后再作 2 次 FMEA，重新對“影響因子”進(jìn)行優(yōu)先度評價。
3 快速改善
根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況，研究人員對其中四個因子進(jìn)行了整改。
1）噴煤放散系統(tǒng)的改善
改善前，放散時間長，換熱導(dǎo)致放散噴嘴和放散閥門處溫度降至露點(diǎn)以下，由此形成大量冷凝水，冷凝水聚集后流入噴煤罐、粉倉。通過在放散閥門前后加手動球閥、優(yōu)化管道布局、改造放散管路彎頭和改變孔板數(shù)量、位置及孔徑等四個方面進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后冷凝水明顯減少，降低了設(shè)備故障概率。
2）倉頂除塵器放散管改善
因原始設(shè)計未考慮到高溫放散氣體降溫冷凝問題，使部分冷凝水，通過放散管道，回流到倉頂除塵器罐體內(nèi)，與煤粉混合，造成板結(jié)。另外，有部分高溫氣體進(jìn)入除塵器罐體后，與溫度較低的罐體接觸形成的冷凝水與煤粉形成板結(jié)。由于倉頂除塵器的卸灰閥直徑僅有 300mm，板結(jié)的煤粉逐步增多，導(dǎo)致卸灰閥堵塞，無法將回收的煤粉送入煤粉倉。
經(jīng)研究后，對測溫點(diǎn)位置進(jìn)行了更改，便于及時發(fā)現(xiàn)并判斷倉頂除塵器的異?，F(xiàn)象，避免因不能準(zhǔn)確判斷，造成大量積粉，從而影響生產(chǎn)。另外，通過增加氮?dú)獯祾?，及時清理板結(jié)的煤粉。
此外，增設(shè)擋風(fēng)閥，改變熱風(fēng)走向，避免了放散管道冷凝水回流，解決了倉頂除塵器阻塞的問題。
圖 5 示出倉頂除塵器放散管的改造。
3）給煤機(jī)改善
因給煤機(jī)密封不嚴(yán)，導(dǎo)致外界潮濕空氣容易進(jìn)入。據(jù)此，對密封門進(jìn)行改造并增設(shè)氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)。給料機(jī)每連續(xù)運(yùn)行 30min，進(jìn)行氮?dú)獯祾?3-5min，每個吹掃點(diǎn)位均安裝了控制閥門，可以進(jìn)行單獨(dú)吹掃，解決了給料機(jī)物料水分大的問題。
4）排渣設(shè)備改善
中速磨排渣口改造前，入口溫度高，煤粉水分大。通過排渣量分析發(fā)現(xiàn)，煙氣總管對側(cè)流量低，特別是噴嘴環(huán)處尤為明顯。據(jù)此，通過在煙氣管道上方增加一路熱煙氣管，對煙道總管對側(cè)噴嘴環(huán)處原煤進(jìn)行烘干處理。
4 操作參數(shù)及生產(chǎn)組織的改善
通過質(zhì)檢分析，原煤水分主要來自占總配比 40%-50%的神華煤，其含水量最高達(dá) 30%。因此可知，控制神華煤含水量是控制水分的關(guān)鍵。據(jù)此，首先對神華煤進(jìn)行多次翻倒晾曬處理，有效降低了原煤水分。其次，進(jìn)行系統(tǒng)操作參數(shù)調(diào)整。在含氧 21%的空氣中做實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論：煙煤比例控制在 46%以下時，煤粉著火點(diǎn)在 410℃以上，結(jié)合國家安全規(guī)范 GB16543 的相關(guān)規(guī)定，確定提高中速磨出入口溫度 10℃，出口溫度提高 5℃，以保證原煤最大程度烘干，降低煤粉含水量。
同時，為了確保系統(tǒng)安全，嚴(yán)格控制中速磨出入口殘氧含量，增加三級連鎖報警，當(dāng)中速磨出入口殘氧含量達(dá)到三級報警時，中速磨停機(jī)。
5 結(jié)語
通過系統(tǒng)分析，找到了最合適的煤粉水分控制措施，經(jīng)一系列改善調(diào)整，噴吹煤粉水分得到有效控制和降低，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，為以后工作提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。