摘  要  通過優(yōu)化制粉工藝提升制粉系統(tǒng)產(chǎn)能，建立最佳的混煤配比模型提高煤粉燃燒利用率，采取自動倒罐等系列新技術(shù)改進，滿足了萊鋼四座1000m3高爐煤比160kg/t鐵以上的噴吹需求。

關(guān)鍵詞  制粉產(chǎn)能  噴吹穩(wěn)定性  煤粉質(zhì)量  煤比

1  前言

噴煤系統(tǒng)作為高爐的服務(wù)單位，生產(chǎn)的首要方向就是滿足高爐煤比需求。萊鋼老區(qū)共配置四座1000m3高爐，與其匹配的老區(qū)噴煤生產(chǎn)共有三套生產(chǎn)系統(tǒng)，分別建成于1999年9月、2003年4月和2007年1月，改進前主要存在三方面難題：一是制粉系統(tǒng)產(chǎn)能低，二是原煤煤種質(zhì)量不穩(wěn)定問題，三是噴吹系統(tǒng)穩(wěn)定問題。

2  現(xiàn)狀分析

近幾年隨著高爐冶煉技術(shù)的不斷發(fā)展，噴煤需求不斷增加，噴煤生產(chǎn)線配套設(shè)施出現(xiàn)了生產(chǎn)能力不足、煤粉綜合質(zhì)量差、噴吹系統(tǒng)穩(wěn)定性差，硬件配置偏差、系統(tǒng)之間制約因素多等問題?，F(xiàn)1＃、2＃中速磨由于投產(chǎn)按照750型高爐噴煤能力設(shè)計，單臺磨生產(chǎn)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不滿足擴容后的1000m3高爐需求。3#中速磨自投產(chǎn)以來，由于生產(chǎn)壓力大工況惡劣，出現(xiàn)磨輥軸承密封裝置效果差，后期大修時磨輥安裝位置不正，降低研磨面積，制粉產(chǎn)量僅為45t/h，無法滿足3#、4#高爐160kg/t的煤比需求，對低成本冶煉極為不利。

3  技術(shù)改進

3.1  制粉系統(tǒng)產(chǎn)量提升的技術(shù)開發(fā)

3.1.1  實施中速磨磨輥找正技術(shù)

3#中速磨由于生產(chǎn)壓力大工況惡劣，出現(xiàn)磨輥軸承密封裝置效果差，磨輥油腔內(nèi)沉積大量煤粉，嚴(yán)重時會發(fā)生磨輥“抱死”的惡劣事故。后期大修時磨輥安裝位置不正，三個磨輥不同心，出現(xiàn)磨輥“啃”邊現(xiàn)象。通過對3#制粉系統(tǒng)設(shè)備運行情況的分析，實施中速磨磨輥找正技術(shù)提升制粉系統(tǒng)產(chǎn)量，通過延長磨輥中心線，使其中心點作用在同一平面、同一點上（圖1）。使用時將三套基本結(jié)構(gòu)體分別放置在三套磨輥的絞軸座上，先通過反復(fù)調(diào)整磨輥同心度、傾斜度和標(biāo)高，使其三套基本結(jié)構(gòu)最終成如圖2所示，使三個角處輔助下連接端上表面與輔助上連接端下表面間距，使其成為一近似值。

通過此技術(shù)手段調(diào)整好的三個磨輥中心作用在一個點上，增大了研磨面積 ，解決磨輥“啃”邊的問題，在標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)煤比情況下實現(xiàn)了中速磨磨輥加載的調(diào)整和均勻度最佳的工藝配置，提高中速磨產(chǎn)能12%左右。

3.1.2  兩套制粉系統(tǒng)共用一套臥式煙氣爐送溫工藝實施

1#、2#制粉系統(tǒng)單臺磨煤氣用量在4200m3/h左右，同時生產(chǎn)需消耗煤氣量8500 m3/h左右，為了節(jié)約生產(chǎn)成本，拆除原來漏風(fēng)嚴(yán)重的立式多燒嘴煙氣爐，設(shè)計共用一套單燒嘴圓形臥式送溫系統(tǒng)，如圖6所示，燃燒能力：高爐煤氣16000Nm3/h；值班常明火：焦?fàn)t煤氣100 Nm3/h（間斷使用）。單燒嘴圓形臥式送溫工藝先進、燃燒能力強，煙氣爐的密封性好。采用鼓風(fēng)機為系統(tǒng)提供助燃風(fēng)配煤氣進行燃燒，大大提高了煤氣的燃燒值，供風(fēng)管道上安有電動、手動的調(diào)節(jié)蝶閥，用以調(diào)節(jié)風(fēng)壓和風(fēng)量。配用大功率高溫風(fēng)機，更加充分的利用了熱風(fēng)爐的廢氣余熱，減少了高爐煤氣的消耗，系統(tǒng)的含氧量得到更好的控制。密封的煙氣爐微正壓操作，一般爐內(nèi)壓力控制在-50Pa至+150Pa之間，高爐廢氣調(diào)節(jié)閥開度可達到100%，提高干燥煙氣中高爐廢氣比例，減少高爐煤氣消耗量在2000m3/h左右，入磨風(fēng)量達到45000 m3/h以上，可滿足單臺磨小時產(chǎn)量35t的供氣需求。

3.1.3  1#、2#制粉系統(tǒng)產(chǎn)能互補工藝改進

由于1#、2#制粉系統(tǒng)產(chǎn)量一直維持在28-30t左右，均不能單獨滿足3#、4#高爐噴煤需求，且1#制粉系統(tǒng)使用的是舊A、B、C、D噴吹罐噴吹，裝煤量僅為6.5t，使用小罐噴吹倒罐次數(shù)頻繁，噴吹穩(wěn)定性差，通過罐壓恒定情況、倒罐次數(shù)和以及高爐風(fēng)壓波動情況進行研究分析，在配比穩(wěn)定滿足制粉條件的情況下，噴吹罐壓波動值大于50 kPa，倒罐過程高爐風(fēng)壓波動約3-4kPa，且高爐反饋有懸料現(xiàn)象，因此舊A、B、C、D不適合為高爐長期噴煤，1#制粉系統(tǒng)的產(chǎn)能得不到有效的利用。為了均衡兩套系統(tǒng)的產(chǎn)能，滿足高爐的用煤需求，實施1#、2#制粉系統(tǒng)產(chǎn)能優(yōu)化改造。將1#磨制粉系統(tǒng)旋風(fēng)分離器下方更換星型排料閥1臺、螺旋輸送機1臺，將旋風(fēng)分離器收集的煤粉輸送到FG煤粉倉（圖4），在星形排料閥下煤粉下料管上增設(shè)螺旋輸送機1臺。1#布袋箱下星型排料閥增設(shè)螺旋輸送機，將1#布袋箱收集的煤粉輸送至三期HI煤粉倉（圖5），實現(xiàn)1#、2#制粉系統(tǒng)共同為4#900m3高爐制備輸送煤粉。

改造后解決了2#中速磨因產(chǎn)量不足，每天倒用小罐進行噴煤的問題，減少高爐風(fēng)壓波動的影響，而且可以提高1#中速磨的生產(chǎn)效率，實現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)效率均衡，煤粉產(chǎn)能達到40t/h以上，降低了煤粉的制備成本，保證高爐的穩(wěn)定順行。 

3.1.4  給煤機電控系統(tǒng)升級改進

噴煤2#給煤機控制系統(tǒng)以申克計量控制器為控制核心的電控系統(tǒng)，自投運以來，計量控制器故障頻繁，瞬時給煤量、累積給煤量等參數(shù)無法顯示，機尾煤粉堆積造成屏蔽觀察孔、開門困難、磨損皮帶等工藝故障，影響中速磨生產(chǎn)或者故障停機。由于給煤機處于“全密封”工作狀態(tài)，使得煤粉堆積死角很難得到及時清理。每次清理死角積料要停機進行，且作業(yè)環(huán)境較為惡劣。因此決定對給煤機計量控制器、測速裝置、控制系統(tǒng)更新?lián)Q代，采用西門子原裝進口流量計量控制器BW500及西門子原裝進口波紋管式稱重傳感器，實現(xiàn)計量控制器根據(jù)主控室給定的給煤率信號（4-20mA）控制變頻器的頻率進而控制實際給煤流量，采取PID閉環(huán)自動控制恒定給煤流量。

3.2  高爐噴吹用煤性能技術(shù)研究

3.2.1  對現(xiàn)用煤種進行生產(chǎn)實踐分析

萊鋼高爐噴吹煤種較多，主要是無煙煤和貧瘦煤，統(tǒng)計2012年以來主要噴吹煤的工業(yè)分析，得出平均值如下表1。

高爐噴吹用煤的可磨性指數(shù)應(yīng)在60～90，低于50 的煤質(zhì)很硬，難磨；高于80 的煤雖然易磨，但是粘結(jié)性強的煤，容易給磨煤和輸煤造成困難。對各種原煤分2批次取樣進行哈氏方法實驗，得出可磨行指數(shù)HGI如表2。

在3#中速磨進行單一煤種制粉產(chǎn)量、噴吹性實驗，得出具體參數(shù)實踐效果對比情況，見下表3。

從表3 看到，主要噴吹煤種中玉門溝、店上、桑樹坪易磨，而東田良、長治北、晉城北、新井煤可磨性相差不大，相對較易磨。焦作、待旺在所取煤種中可磨性最差。因此，從磨煤能耗來考慮選擇東田良、長治北、晉城北、新井煤更為經(jīng)濟。為最大限度滿足高爐生產(chǎn)需求，在保證煤粉質(zhì)量、制粉系統(tǒng)趨近理想的經(jīng)濟產(chǎn)量和煤粉噴吹燃燒率之間尋求最佳結(jié)合點，避免噴槍頻繁結(jié)焦等技術(shù)問題，是噴吹用煤性能分析、實驗工作的重點方向。

3.2.2  提高煤粉燃燒率

試驗利用熱分析測定煤粉燃燒至600 ℃煤粉燃燒率。利用北京光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的WCT-2C 微機差熱天平，首先需精確稱量試樣重量，然后將所稱量的一定量煤粉，加入試樣坩堝中，放置于差熱天平上，通入一定量的空氣流（60 ml/min），依照一定的升溫速率（20 ℃/min）加熱煤粉。隨著溫度的升高，煤粉首先被快速加熱，隨后進行脫氣和快速熱分解（即煤的熱分解和揮發(fā)分的二次分解），然后著火，揮發(fā)物進行燃燒，最后殘?zhí)浚ɑ虬虢梗┡c氧氣進行燃燒的多相反應(yīng)，直至煤粉燃燒完全，具體實驗結(jié)果見表4。

分析表5：無煙煤燃燒率低于貧瘦煤，尤其是在噴煤量比較高時，過多的未燃煤粉不僅影響高爐順行，還會降低置換比。對于目前噴吹的無煙煤，東田良煤種具有較好的燃燒性能，因此制定配比時在理論計算固定碳不低于78%的基礎(chǔ)上，控制無煙煤不超過40%，但可以增加?xùn)|田良的配加比例，且東田良可磨性較好。

3.2.3  控制合理的煤粉粒度

高爐噴吹煤粉粒度越小，燃燒率越高；但粒度過小，磨煤機產(chǎn)能降低、電耗升高，且容易造成風(fēng)口結(jié)焦、堵塞噴槍。通過調(diào)整高效粗粉分離器及主風(fēng)機電流來控制煤粉粒度，風(fēng)機電流38A、折

向門角度50%，控制200目煤粉45-50%左右，中速磨產(chǎn)量為58t/h，當(dāng)煤比達到160 kg/t以上時高爐出現(xiàn)了堵槍現(xiàn)象，噴吹壓力升高30-50kPa，為此一方面擴大槍口直徑由15mm到19mm；同時調(diào)整高效粗粉分離器，折向門角度調(diào)整為45%，中速磨產(chǎn)量為52t/h；另外增大燃燒率較高的貧瘦煤配加比例。在煤比160 kg/t的條件下，高爐能保證正常運行，在高爐中心沒有產(chǎn)生大量的未燃煤。綜合考慮，一般控制煤粉粒度一200目以下55-60％左右為宜。

另外，生產(chǎn)實踐表明高爐除塵灰中碳含量的增加不僅與高爐煤粉不能全燃燒有關(guān)，還與高爐順行程度有很大的關(guān)系，在噴吹煤種、煤粉粒度組成、高爐風(fēng)溫、富氧率等工藝條件相對穩(wěn)定的前提條件下，對高爐重力灰和布袋灰取樣，通過礦相顯微分析方法，定量分析高爐爐塵中的碳含量以及碳的來源，即分析爐塵中未消耗焦炭與未燃燒煤粉的比例以及含量，結(jié)合爐塵中碳含量，計算出高爐噴吹煤粉在高爐內(nèi)的利用率。圖6為萊鋼高爐爐塵中 （重力灰和布袋灰） 未消耗焦炭和煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)與噴煤比的關(guān)系。圖7給出了爐塵中未消耗焦炭和煤粉的總量與噴煤比的關(guān)系。通過檢測分析定量獲得除塵灰中未燃煤粉含量，進而計算高爐煤粉利用率見表5。 

從表中可以看出，4 座高爐取樣煤粉利用率達到98.14%以上。

3.2.4  煤種綜合評價和實踐

從灰分及冶金性能上綜合考慮，任何單一煤種都不能達到較理想綜合指標(biāo)?；烀簢姶档睦碚撝脫Q比等于單一煤種理論置換比的加權(quán)平均數(shù)，與噴吹無煙煤相比，混噴在犧牲少量置換比的條件下獲得了較高的煤比和熱值，降低了生產(chǎn)成本。研究和生產(chǎn)實踐表明：煤粉在風(fēng)口前的燃燒率為50％～60％。過多的未燃煤粉會給高爐冶煉帶來不利影響。通過對煤種成分、可磨性指數(shù)、流動性、燃燒性等進行探究，在滿足制粉性能、噴吹性能、高爐冶煉性能的情況下，以配煤成本最優(yōu)為前提，使用混合煤噴吹，得到了高爐大噴煤時各種煤的兩個最佳配比模型，提高了煤粉與焦炭的置換比，從而達到大幅度降低噸鐵成本的目的。

配比模型1：無煙煤（焦作、待旺、晉城北）：貧瘦煤（長治北、玉門溝、新井、大成）：=3:7；

配比模型2：無煙煤（東田良、焦作）：貧瘦煤（長治北、玉門溝、新井、大成）=2:3

經(jīng)過多次生產(chǎn)實踐（以老區(qū)3#磨為例），得出以下結(jié)論見表6。

3.3  提高噴吹系統(tǒng)穩(wěn)定性

高爐噴煤是一個連續(xù)不間斷的過程，但是并列式噴吹罐料位到底部時，總管壓力下降，下煤量就會減少，煤粉在爐缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生的煤氣量就會減少，料柱的透氣性就變好，風(fēng)壓就會減?。ㄒ妶D13原倒罐方法1-2階段）。倒罐后，由于罐內(nèi)煤粉最多，必須提高罐壓，使總管壓力變大，下煤量變大，此時的噴吹速度向快的趨勢發(fā)展，煤粉在爐缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生的煤氣量增多，使得爐料的透氣性變差，熱風(fēng)壓力升高，嚴(yán)重時還會造成高爐懸料（見圖8原倒罐方法2-3階段）。由此可見，在倒罐前后，由于總管壓力由小到大的變化使得噴吹速度的發(fā)展趨勢是罐底變慢，倒罐后變快，從而導(dǎo)致高爐風(fēng)壓波動達到4-5 kPa。

高爐噴煤量的控制是采用調(diào)整輸送載氣量和噴吹罐罐壓的方式，通過調(diào)整罐壓和輸送氣量的大小來改變噴煤量。通常情況下，預(yù)先設(shè)定好一定的罐壓，噴煤量瞬時值的控制就是依靠人工加大或減小輸送氣流量，來改變噴煤量的大小，調(diào)節(jié)效果有滯后的現(xiàn)象。針對倒罐引起高爐風(fēng)壓波動的問題，通過研制一套完善的倒罐程序，工作罐罐重值和罐壓參數(shù)設(shè)置，保證倒罐過程總管壓力不低于500kPa，提高了倒罐時噴吹的穩(wěn)定性和下煤量的均勻。 在主控室實行“五分鐘一看，十分鐘一算，十五分鐘一調(diào)劑”的操作方式，改進噴吹罐倒罐程序后，實現(xiàn)噴煤全程自動倒罐，減輕了工人勞動強度，高爐風(fēng)壓波動降低到2-3kPa，噴吹誤差率控制在2％以內(nèi)，做到高爐減煤時不多噴，高爐加煤時不少噴，按高爐要求均勻、穩(wěn)定、連續(xù)、安全送煤。

噴吹程序改變后倒罐過程1-2階段與2-3階段的風(fēng)壓波動情況與原來倒罐過程的對比圖8。

4  改進效果

系列改進實施后，2017年10月煤粉固定碳（平均值）達到78.79%，S＜0.5%，灰分＜12%，混合煤粉燃燒率達到了57.63%，煤粉利用率達到98.14%以上。3#中速磨的產(chǎn)量達到50t/h以上，作業(yè)效率達到95%以上，2#制粉系統(tǒng)與1#制粉系統(tǒng)產(chǎn)能合并后生產(chǎn)能力達到40t/h以上。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：改進后的噴煤系統(tǒng)設(shè)備運行穩(wěn)定，生產(chǎn)能力大幅提升，打破了原設(shè)計產(chǎn)能落后影響噴煤指標(biāo)提升的桎梏，提高了制粉能力、煤粉質(zhì)量以及噴吹穩(wěn)定性，滿足高爐冶煉要求滿足老區(qū)四座高爐煤比160kg/t鐵以上的噴吹需求，燃料比低于530kg/t鐵，為鐵前系統(tǒng)的降本增效下良好的基礎(chǔ)。但在提高設(shè)備運行的經(jīng)濟性方面還需要繼續(xù)努力，尤其是在保證完成成本指標(biāo)前提下，綜合降低運行成本。

今后工作，一是根據(jù)條件變化，繼續(xù)優(yōu)化混煤生產(chǎn)方案，提升煤粉綜合性能，在保證高爐需求順利的基礎(chǔ)上，適當(dāng)配加煙煤，進一步降低入爐成本。二是噴煤量自動調(diào)節(jié)控制需進一步完善，通過可靠的計量及完善的自動控制及提高操作水平，提高噴煤量穩(wěn)定率。