王宇哲 王衛(wèi)兵 趙滿祥
高爐噴吹用煤中的煙煤具有揮發(fā)分高、熱值低、著火點(diǎn)低的特點(diǎn)，但因其采購價(jià)格低廉，故相對(duì)于無煙煤具有較高性價(jià)比，首鋼股份公司通過六西格瑪（6σ）模型對(duì)噴吹煤質(zhì)量、價(jià)格及試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并與生產(chǎn)工藝相結(jié)合，使高爐噴吹煤中的煙煤比例得到合理優(yōu)化，噴吹煤灰分、硫分得到降低且鐵成本明顯下降，達(dá)到了優(yōu)化配煤的目的。
煉鐵作為鋼鐵企業(yè)中前端工序，能耗占整個(gè)工序的 70%左右，因而控制煉鐵的能源消耗意義重大，潛力也最大。高爐噴煤工藝在煉鐵工序的節(jié)能降耗中占有重要地位，降低配煤成本是降低鐵水成本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。煙煤為低價(jià)、低灰、低硫煤種，配比提高后，不僅可以降低配煤成本，而且可降低高爐硫負(fù)荷，同時(shí)減少硫排放，減少環(huán)境污染。但是提高煙煤比例會(huì)增大著火爆炸事故隱患，而且會(huì)影響煤粉的熱值，此項(xiàng)目通過 6σ數(shù)據(jù)分析手段，結(jié)合工藝生產(chǎn)實(shí)際，實(shí)施技術(shù)及設(shè)備改進(jìn)措施，最終在保證安全的前提下，將煙煤比例提高到合理數(shù)值，達(dá)到了降低煉鐵成本的目的。
1 生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析
目前，企業(yè)噴吹的煤有四種，三種無煙煤，一種煙煤。煙煤與無煙煤差價(jià)約 400 元/噸，同時(shí)煙煤為低灰低硫煤種，配比提高后可降低高爐硫負(fù)荷，同時(shí)減少硫排放，降低對(duì)環(huán)境的污染。
數(shù)據(jù)從鐵前系統(tǒng)中獲得，由檢驗(yàn)中心提供。檢驗(yàn)中心進(jìn)行了測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)校驗(yàn)，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。從煙煤配比概率圖（如圖 1）可知，P 值(特定抽檢樣概率）=0.479＞0.05，為正態(tài)數(shù)據(jù)。從煙煤配比的過程能力報(bào)告（如圖 2）可知，Ppk（過程穩(wěn)定性分析）為-0.3，說明工程能力不夠充分，需要繼續(xù)改善。
研究找出了 26 個(gè)影響水分升高的因子，通過 FMEA 對(duì) 26 個(gè)因子進(jìn)行打分確認(rèn)，利用 Paret o 圖對(duì)因子進(jìn)行分析，采用二八原則，查找出工程中 9 個(gè)關(guān)鍵的輸入因子，即混煤燃燒率、混煤爆炸性、混煤著火點(diǎn)、原煤水分、中速磨風(fēng)道、中速磨清潔室、倉頂除塵器、混煤灰分、混煤揮發(fā)分等，它們對(duì)配煤有較大的影響,并先對(duì)可以直接控制管理的因子實(shí)施快速改善。
2 快速改善措施
1）入磨原煤水分的改善。
由于之前來煤水分較高，煤粉不易烘干，造成出力低，排渣口著火。因此，要求上煤崗位采用先進(jìn)先出原則，延長了原煤在儲(chǔ)煤場(chǎng)存放時(shí)間。自然烘干，同時(shí)降低出口溫度，避免著火，同時(shí)原煤倉增加神華煤庫存量，不得小于 2500t，晾曬時(shí)間不得小于 10 天，從而解決了原煤水分高的問題。
2）中速磨風(fēng)道改善。
由于之前風(fēng)道設(shè)置位置不合理，原煤與風(fēng)道垂直，直接落至清潔室，造成清潔室積煤嚴(yán)重，排渣系統(tǒng)原煤自燃，給生產(chǎn)帶來隱患。因此，對(duì)出風(fēng)角度增加擋板，改變出風(fēng)方向，減少落煤，進(jìn)而保證清潔室內(nèi)無積煤，杜絕了清潔室著火。
3） 倉頂除塵器改造。
倉頂除塵器支管為 DN900，總管為 DN1200，由于支管為水平管路，管路直徑較大，造成每次放散都會(huì)有殘余煤粉堆積在 DN900 水平管路上，該位置為隱蔽部位，平時(shí)不能檢查，長時(shí)間堆積造成 DN900 閥門不能動(dòng)作，且存在著火隱患。設(shè)計(jì)院結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際繪制圖紙，提升總管高度至平臺(tái)上梁，這樣支管就可以保證有 30。角度，同時(shí)在入口蘭盤處增加個(gè)吹掃點(diǎn)，讓煤粉落進(jìn)除塵器。改造完成后，沒有直管部分，降低了煤粉殘留，同時(shí)入口增加 45。氮?dú)獯祾?，從根本上降低著火可能?/p>
通過快速改善，煙煤配比提升明顯，由 46%提升至 53%，下一步結(jié)合實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)和國家法律規(guī)范，規(guī)范操作，確保系統(tǒng)安全。
3 實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)研究
1） 混煤燃燒率的研究。
不同試驗(yàn)方案對(duì)應(yīng)的煤粉燃燒率見圖 3。由圖 3 可知，混煤揮發(fā)分在 21%-26%時(shí)，隨著混煤揮發(fā)分的提高，煤粉燃燒率基本呈增加趨勢(shì)，但是混煤揮發(fā)分達(dá)到 21%以后，提高混煤揮發(fā)分，燃燒率增加趨勢(shì)放緩?；烀簱]發(fā)分達(dá)到 23%以后，混煤燃燒率甚至出現(xiàn)降低趨勢(shì)。但是混煤揮發(fā)分過高，尤其是在當(dāng)前原燃料質(zhì)量劣化趨于嚴(yán)重的情況下，會(huì)面臨煤焦置換比過低的問題。
2）混煤爆炸性、著火點(diǎn)研究。
不同煙煤配比對(duì)應(yīng)不同的爆炸性，煙煤比例由 50%逐步提高到 70%，火焰長度均為 0，證明無煙煤對(duì)煙煤有很強(qiáng)的抑制爆炸作用，且煙煤配比在 70%以下時(shí)，揮發(fā)分 27%以下的混煤沒有爆炸性；不同煙煤配比對(duì)應(yīng)不同的著火點(diǎn)，隨著煙煤比例提高，著火點(diǎn)下降，煙煤比例每提高 1%，著火點(diǎn)下降 2℃，成正態(tài)分布，根據(jù)著火點(diǎn)結(jié)合操作規(guī)程，確定煙煤比例在制粉區(qū)域所能承受的上限。
利用擬合分析及優(yōu)化，找出合理的控制范圍，并對(duì)該控制范圍進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)際效果的確認(rèn)，從而達(dá)到最終優(yōu)化配煤目的。由于實(shí)際生產(chǎn)的特殊性，只能通過對(duì)以往數(shù)據(jù)的回歸預(yù)測(cè)，來找到最佳控制參數(shù)，使煙煤配比達(dá)到一個(gè)理想的狀態(tài)。
從響應(yīng)優(yōu)化器結(jié)果（見圖 4）結(jié)合實(shí)際情況可知，灰分、揮發(fā)越低越好，燃燒率越高越好，著火點(diǎn)根據(jù)實(shí)際情況結(jié)合 GB16543 規(guī)范著火點(diǎn)，目前只能控制在 420℃以上，這樣就限制了煙煤 比例的提高。
圖 5 是煙煤配比按階段的單值控制圖，由圖 5 可以看出，前期煙煤比例最高達(dá)到 54%以上，但是高爐在煙煤配比提高后，渣比升高，鐵水物理熱偏低，爐溫低，影響高爐順行。把配比調(diào)整到 51%，高爐適應(yīng)較好，同時(shí)該配比也降低了成本，達(dá)到了預(yù)期效果。經(jīng)過高爐生產(chǎn)實(shí)際驗(yàn)證，煙煤控制在 51%左右，高爐能較好適應(yīng)，也最利于降低成本。通過對(duì)改善后煙煤配比數(shù)據(jù)進(jìn)行能力分析，得出改善后的 Ppk 值為 0.42，較項(xiàng)目之初的-0.30 有了較大提高。
4 結(jié)語
6σ管理方法把數(shù)理統(tǒng)計(jì)的知識(shí)和哲學(xué)上一果多因的關(guān)系結(jié)合起來，從事物的根本原因出發(fā)，強(qiáng)調(diào)發(fā)散型思維，有助于找到真正解決問題的方法，帶給我們管理理念和思維方式上的改變。特別在做項(xiàng)目的過程中，對(duì)高爐的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步加深，提高了團(tuán)隊(duì)人員的技術(shù)水平。通過 6σ分析，找到了最合適的煙煤配比，為以后工作提供比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。找到了控制煙煤配比的有效措施，給以后的工作指明了方向，未來還可以繼續(xù)進(jìn)行改善。