略钢高炉喷煤工程采用制粉和喷吹于一体的直接喷吹技术。制粉系统采用了中速磨煤机和高浓度低压脉冲袋式收集器进行一级收粉的短流程工艺，喷吹系统采用了并联罐、上出粉、总管加分配器的浓相单管路直接喷吹工艺。在总结以往生产经验的基础上，通过对该工程进行优化设计，投产后迅速达产达效，高炉各项技术经济指标跃上了一个新台阶。
关键词  高炉  浓相喷吹  烟煤  设计
 
1  前言
略钢现有3座高炉（300m³×1座、425m³×2座），合计炉容1150m³，原喷煤生产线因工艺落后、制粉喷吹能力严重不足，2座425m³高炉处于低喷煤冶炼状态，1座300m³高炉处于全焦冶炼状态。略钢没有自产焦化厂，主要依赖外购高价焦炭维持生产，且来源不固定、化学成分和冶金性能差异较大，时常导致炉况不稳定不顺行，冶炼成本居高不下，在全国同级高炉中，各项技术经济指标长期处于下游水平。
为了降低高炉生产成本，略钢公司决定新建1条工艺先进、技术可靠的喷煤生产线，为3座高炉实现大喷煤强化冶炼提供保障。设计时遵循“先进、可靠、实用、高效”的原则，采取了单系列制粉，三系列喷吹，分别对应3座高炉的布置方案。干燥剂按就近原则，抽送轧钢加热炉废烟气与新建烟气炉高温烟气混合后使用；制粉系统采用了30t/h中速磨煤机制粉和布袋收粉器一级收粉的短流程工艺；喷吹系统采用了并联罐、上出粉、总管加过滤器和分配器的直接喷吹工艺。全系统负压操作，全烟煤喷吹设计，采用计算机远程集中自动控制。该喷煤生产线于2010年1月29日建成投产。
2  喷煤生产线组成
略钢喷煤生产线由原煤贮运系统、干燥剂制备系统、制粉系统、喷吹系统等组成。按全烟煤喷吹设计，具备无烟煤、烟煤、混合煤种的制粉、喷吹条件，设计能力为150kg/t，设备能力为180kg/t。
2.1  原煤贮运系统
利用原有炼钢区域36m×15m的维修厂房作为缓冲煤场，经改造后其总有效堆存面积为360㎡，分成2个煤池，最大贮煤量为1650t，能满足3座高炉3d的喷煤需求量；原有5t单梁电动葫芦改造成3t抓斗桥式起重机；增加2个20m³的配煤仓，2台圆盘给料机，3台胶带机和2台除铁器，完成原煤贮运过程。
2台除铁器分别设置在M1胶带机和M3胶带机的机头部位，除去原煤中的铁质物。若喷吹混合煤种时，可通过变频控制圆盘给料机的转速来实现配料。
2.2  干燥剂制备系统
干燥剂是制粉过程中原煤的干燥介质和煤粉的输送载体，抽送轧钢加热炉废烟气中兑入新建烟气炉高温烟气作为干燥剂，营造含氧量低于6%的惰性气氛，来保证系统安全可靠运行。
该工程选用1台HPS863型中速磨煤机制粉，铭牌出力≥30t/h。最大入磨一次风量为55000Nm³/h。考虑到节能降耗及热能利用，设计选用1台高温风机，用于抽送轧钢加热炉废烟气，同时新建1座容积为4.28m³的烟气炉，配备了1台助燃风机，高炉煤气和助燃风在烟气炉内燃烧产生高温烟气。高炉煤气消耗量为3200Nm³/h，助燃风消耗量为2100Nm³/h，燃烧后产生高温烟气5070Nm³/h。烟气炉一段设混风室，新建烟气炉高温烟气和轧钢加热炉废烟气在此汇合，形成180～280℃含氧量低于6%的惰性干燥剂，供制粉使用。
2.3  制粉系统
制粉系统是原煤经过磨煤机的研磨，达到一定粒度的煤粉以干燥剂作为载体，输送到布袋收粉器内进行气固两相分离并收集的全部过程。在此过程中完成了煤粉的干燥，水分降至1.5%以下。本设计采用了中速磨煤机制粉和布袋收粉器一级收粉的单系列短流程工艺。
密闭电子给煤机将定量的原煤从原煤仓喂入磨煤机顶部的中心落煤管中，经过中心落煤管落到旋转运行中的磨盘上，在离心力作用下原煤向磨盘碗的边缘移动，通过磨盘和与之有一定压力的磨辊之间时，被研磨成粉，已经磨成煤粉的颗粒继续移动，最后从磨盘碗周缘溢出。
干燥剂从磨煤机入口进入并围绕磨盘碗边缘自下而上通过，煤粉颗粒被干燥剂烘干并被携带上升进入粗粉分离器，比较粗大的煤粉颗粒碰撞到分离器壁体衬板上，再返回磨盘碗上进行二次研磨，粒度合格的煤粉从中速磨煤机的出口，通过煤粉管道进入布袋收粉器内进行气固两相分离，分离出的煤粉落到布袋收粉器的灰斗里，定期排放到煤粉仓内，分离出的气体通过主排烟风机排放到大气中。整个系统在负压下进行，负压由主排烟风机的抽力形成。
2.4  喷吹系统
喷吹系统是由压缩空气或氮气作为载体，把煤粉喷入高炉风口的全过程。本设计采用1个煤粉仓、6个喷吹罐、3个喷吹系列并列布置形式，分别对应3座高炉。煤粉仓有效容积为196m³，能储存96t煤粉，煤比按150kg/t计，可供3座高炉4h的喷煤量，满足高炉变料需求。下设6个方形灰斗，每个灰斗设氮气流化装置，通过插板阀、多层次金属硬密封蝶阀、充压密封式球阀和有效容积为18m³的喷吹罐相连接。
3个喷吹系列均采用了并联罐、上出粉、浓相输送、总管加过滤器和分配器的直接喷吹方式，每2个喷吹罐组成1个喷吹系列，2个喷吹罐的出料口合并成1根总管，离喷吹罐15m以内的总管上并列布置2个过滤器，一工一备，定期清除杂质。3根总管可实现两两互换。高炉风口平台上设置分配器，支管安装时当量长度趋于相近，保证均匀分配各风口的煤粉量。
3  设计特点
3.1  干燥剂制备系统
( 1 ) 轧钢加热炉废烟气与新建烟气炉高温烟气混合使用，投资省，建设周期短，施工难度小，达到余热回收利用的目的，符合国家倡导的循环经济的产业政策。
( 2 ) 选用10～12个天然气液化罐，其液化气作为烟气炉伴明火介质，循环使用。
( 3 ) 烟气炉选用卧式加热炉，具有节能效果好、易实现自动远程集中控制、结构简单、成本低、效率高等特点。
3.2  制粉系统
制粉系统采用了中速磨煤机制粉、布袋收粉器一级收粉的先进的单系列短流程工艺。该工艺系统阻力小、生产能力大、装机容量小、运行稳定可靠、噪音低、效率高。
磨煤机 选用1台HPS863型中速磨煤机，铭牌出力≥30t/h，负压操作。该机具有电耗小、出力大、噪音低、磨辊使用寿命长、维修方便等特点。
布袋收粉器 选用1台高浓度低压脉冲袋式收集器，处理量为80000Nm³/h，该设备进口允许含尘浓度高达500～1000g/Nm³，出口含尘浓度小于30mg/Nm³，收集效果好、使用寿命长、运行稳定可靠。
3.3  喷吹系统
( 1 ) 并联罐、上出粉布置形式有效降低了厂房高度，投资省，施工难度小。
( 2 ) 采用浓相输送工艺。该工艺与传统的稀相输送相比，节省了压缩空气用量，降低了运行费用，是高炉喷煤技术发展的主方向。本工程的主要设计参数为：最大煤比180kg/t，固气比40～60kg/kg，调节范围0.6～12t/h，误差≤±5%。
( 3 ) 每层平面各种阀门集中布置，便于操作和检修。
( 4 ) 总管设置煤粉回收回路，遇到以下两种情况之一时需要启动：
①高炉长时间停止喷煤，相对应的喷吹罐和煤粉仓灰斗内的煤粉按喷吹程序，经回收管道输送到磨煤机入口，进行二次回收，增加了煤粉的流动性，提高了煤粉的温度。
② 总管堵塞后反向吹扫出的煤粉经回收管道进入磨煤机入口，进行二次回收。
( 5 )总管上并列布置2个过滤器，实现了高炉在不停煤、不停风状态下进行杂质的交替清除，有效防止总管经常堵塞。
( 6 ) 总管每30m设置了伴风吹扫装置，若遇到煤粉堵塞时顺序反向吹扫总管，处理方便难度小。
( 7 ) 采用了锥式仰角分配器，其特点是：体积小、重量轻、分配均匀、磨损小、阻力小、使用寿命长。
3.4  电气及自动化
( 1 ) 整个控制系统采用西门子系列PLC控制系统，以太网内部工控网络，原煤贮运系统、干燥剂制备系统、制粉系统、喷吹系统均实现了自动远程集中控制和现场无人值守。
( 2 ) 系统硬件配置能满足所有控制参数、数据全部进入喷煤主PLC控制系统，干燥剂制备系统实现自动烧炉，制粉系统实现顺序开机，喷吹系统实现自动倒罐等功能。
( 3 ) 主要工艺参数在工控画面上可查询历史数据，如压力、温度、流量、压差、重量、浓度等，为精细操作、故障判断、设备点检、事故分析等提供方便。
3.5  采取的安全措施
( 1 ) 制粉采用含氧量低于6%的惰性废烟气作为干燥剂和输送载体。
( 2 ) 原煤仓、煤粉仓和布袋收粉器灰斗均设置高、低料位，到达相应料位时，启动相应程序，或提示操作人员进行相应的操作，并发出声、光报警。
( 3 ) 原煤仓、煤粉仓、布袋收粉器、喷吹罐、总管等温度超出设定范围时，启动相应程序，提示操作人员注意相关参数变化或进行相应的操作，并发出声、光报警。
( 4 ) 磨煤机入口、布袋收粉器出口和煤粉仓的氧气浓度或一氧化碳浓度或温度超出设定范围时，打开相应的紧急充氮阀进行充氮保护，并发出声、光报警，提示操作人员注意相关参数变化或进行相应的操作。
( 5 ) 实时检测高炉煤气压力，若低于3kPa时自动切断并发出声、光报警。
( 6 ) 喷吹罐的充压、补压和流化、煤粉仓的流化、各紧急充氮等介质均采用了氮气。
( 7 ) 高炉煤气和助燃风按1:0.7的比例互锁控制。
( 8 ) 压缩空气和氮气总管上设置空氮转换阀组，在事故状态下压缩空气可改为氮气进行喷吹。
( 9 ) 所有法兰连接处均用宽20mm，厚1mm的铝片跨接且系统总体接地线，防止静电累积产生火花。
4  设计新理念
4.1 优化工厂设计，降低厂房高度，降低工程造价
布袋收粉器2个灰斗收集到的煤粉直接落入煤粉仓内，煤粉仓采用1个方箱下设6个方形灰斗的形式，每个方形灰斗直接通过插板阀、多层次金属硬密封蝶阀、充压密封式球阀与喷吹罐连接，与相同规模相同类型的同类设计相比，厂房高度低8～15m，大大降低了工程投资。
4.2 大胆应用新技术、新工艺、新设备
（1）先进技术。如中速磨煤机制备煤粉，短流程制粉收粉工艺，利用轧钢加热炉废烟气作为干燥剂，并联罐直接喷煤技术，喷吹罐底部整体流化上出粉方式，煤粉仓流化装料技术，高精度锥式分配器技术，全系统计算机远程集中控制技术等。
（2）先进工艺。制粉系统采用了中速磨煤机和高浓度低压脉冲袋式收集器进行一级收粉的短流程工艺；喷吹系统采用了并联罐、上出粉、总管加过滤器和分配器的浓相单管路直接喷吹工艺。
（3） 先进设备。用多层次金属硬密封蝶阀和充压密封式球阀组合替代传统的上、下球面偏置钟阀。其中，充压密封式球阀是启东市冶金机械有限公司的专利产品，专利号为032639341，型号为QYCYMFQ648MX-10-B，该设备结构简单、体积小、安装方便、开闭迅速、流通能力大，开启时密封圈经释压离开密封面，关闭时密封圈经充压紧贴于密封面，由于阀芯在开启和关闭过程中不接触密封面、磨损少、密封好、寿命长。
4.3 对喷吹管道采用了分类分套独立设计
针对喷吹管道种类多，路由复杂的特点，采用了分类分套独立设计，各种阀门分层集中布置，图纸简明易懂，同类管道可独立分步施工。喷吹系统采用3个系列分别对应3座高炉，每个系列2个喷吹罐并列布置，每个喷吹罐设充压、补压、流化、放散等管道，煤粉仓6个灰斗设流化管道，煤粉仓、布袋收粉器、中速磨煤机均设紧急充氮管道，各种气动阀门执行气管道，压缩空气管道等，敷设错综复杂，以往根据现场实际情况确定路由，导致拥挤、混乱、不便于操作和维修等。
5  运行实践
略钢新喷煤生产线2010年1月29日建成投产，炼铁分厂通过一年的喷煤实践后，与2009年的技术指标进行了对比，对比结果显示：煤比提高77.92kg/t，焦比下降84kg/t，燃料比下降17kg/t，工序能耗由479.6kgce/t降低到451.87kgce/t，各项经济技术指标明显提升，年节省焦炭约8.6万t，年创经济效益950余万元。
新喷煤生产线投产四年半以来，设备运行平稳，故障率低，流程科学合理，运行费用低，炼铁各项经济技术指标逐步提升，为炼铁生产提高冶炼强度，降低冶炼成本起到了一定的作用，同时证明设计是成功的，采用的新技术、新工艺、新设备得到了实践检验，在今后的设计中值得应用和推广。
6  存在的问题
( 1 ) 受到场地限制，车间紧凑布置，烟气炉出口至磨煤机入口之间的管道当量长度不到10m，高、低温烟气混合不均匀，中速磨煤机入口处偶现高温烟气股。
( 2 ) 煤粉总管跨河段因架空敷设，不具备上人条件，未设置反吹阀组，总管堵塞时反吹困难。
( 3 ) 轧钢加热炉废烟气作为干燥剂，制粉过程易受轧钢生产的制约。
7  结语
( 1 ) 略钢高炉喷煤工程设计充分采纳了生产单位多年来累积的丰富经验，大胆采用了新技术、新设备，制粉、喷吹系统一次试喷成功，达产迅速，生产稳定顺行，实现了略钢高炉强化冶炼，增加了炉况调剂的手段，降低了生铁冶炼成本，提高了各项技术经济指标，同时也证明了设计是成功的，一些成功经验值得借鉴。
 ( 2) 自投产至今，制粉操作一直定量操作，建议制粉工根据原煤不同的质量、水分、配比和烟气温度，寻找中速磨煤机最大出力，积累经验，指导生产，提高制粉效率，降低制粉成本。