毕业论文 高炉喷煤安全3章.pdf

北京科技大学硕士学位论文 马政峰 -27- 3 3 喷煤系统参数优化与安全控制喷煤系统参数优化与安全控制 3.1 概况 喷煤包括制粉系统与喷吹系统，其中制粉系统肩负着全系统的制粉任务，无论是煤种的变化，还是混合煤配比的变化，乃至全烟煤的喷吹，都对制粉系统提出了不同的要求特别是参数控制，若控制不当，容易造成严重的后果，或影响制粉系统顺利生产，增加了制粉的成本针对以上情况，对制粉系统的工艺参数进行合理优化，有利于喷煤系统安全稳定生产系统参数控制受多方面因素影响,现以安钢高炉喷煤系统为例说明 安钢炼铁厂 1~5 号高炉自 1995 年开始喷吹煤粉，经过多年的探索和经验积累，高炉煤比逐年上升，至 98 年元月煤比以达 100 kg/t·Fe为了进一步降低喷煤成本，安钢高炉 1998 年 3 月开始烟煤和无烟煤混合喷吹，1999 年 3 月实现了全烟煤喷吹由于烟煤挥发份较高，煤粉爆炸性比无烟煤大得多，所以喷煤系统喷吹烟煤时与无烟煤相比，安全性大大降低于是针对烟煤的特点采取了相应的安全措施。

3.2 喷吹烟煤前对系统进行的改造 为了实现全烟煤喷吹，保证烟煤的安全性和可靠性，对系统进行了改造，改造包括以下几项： 3.2.1 引入热风炉废气，降低系统氧含量 安钢高炉喷煤系统原来喷无烟煤时所用的干燥气为烟气炉烟气与冷风的混合干燥气通过调节冷风量与煤气量调节系统温度，没有控制氧含量，此时出口氧含量一般为 16 %左右改造后利用两台引风机从热风炉引入热风炉废气与烟气炉烟气混合作为干燥气关闭冷风阀此时干燥气由 90~95 %的热风炉烟气和 5~10 %的燃烧炉烟气组成具体特性见表 3-1经过在球磨机入口处实测其氧含量浓度在 6 % 以下，能够满足制粉系统的安全需要废气系统、反吹系统和圆盘给料机的改造如图改造分别如图 3-1 至图 3-3 所示 北京科技大学硕士学位论文 马政峰 -28- 图图 3-1 引入废气系统改造 图图 3-2 反吹系统改造 北京科技大学硕士学位论文 马政峰 -29- 图图 3-3 圆盘给料机改造 表表 3-1 安钢热风炉烟气和 5~10 %的燃烧炉烟气组成 化学成分 % 项目 种类 CO2 O2 N2O H2O 温度℃ 在干燥气中所占的比例 % 热风炉废气 22~25 0.5~1.0 68~72 5~8 150~300 90~95 烟气炉烟气 22~25 1.0~2.0 68~72 3~6 900~1000 5~10 喷吹无烟煤时制粉系统利用冷风调节温度，不控制氧含量，系统漏风对系统影响不大。

喷吹烟煤后，系统漏风会严重影响系统氧含量系统漏风的地方主要包括球磨机进出口、下煤口、布带箱三通阀、煤粉筛等对于球磨机进出口，通过调整球磨机风口与螺旋筒之间的间隙，减小漏风量，另外通过调整球磨机内压力，控制负压，也有利于减少漏风量对于下煤口，把原来的圆盘给料机改成密封型圆盘给料机，减少了漏风原来布带箱三通阀密封不严，造成冷风通过反吹阀进入系统，通过改造，把原来的翻转式三通阀改成了平移式，减少了漏风，同时把原来利用空气反吹改成利用北京科技大学硕士学位论文 马政峰 -30- 废气反吹以保证生产时系统氧含量，如图 3-4另外增加了放散风机以保证停车时系统氧含量，如图所示对于煤粉筛，把原来的旋转筛改成了密封振动筛另外加强了法兰等部位的密封经过对可能发生漏气的设备全面检修之后，系统正常生产时气氛中的氧含量降低了四个百分点左右，一般都能够保持在 8.5~11.5 % 之间 图图 3-4 制粉系统利用废气反吹工艺流程 3.2.2 改造设备，减少系统积粉 改造不适合原生产实际的机械设备。

布袋箱是积粉较为严重的地方，特别是水平管和积灰斗处1996 年二系列布袋箱水平管内曾发生过一起因长期积粉而自燃的事故为了彻底解决水平管内积粉问题，将水平管整体抬升，使其出口由原来的水平伸出改为倾斜向下，并在管内加装了吹扫装置，使煤粉不能在水平管底部沉积具体改法如图 3-5 图图 3-5 制粉系统布袋箱入口水平管改造 布袋除尘器 三通阀 反 吹 风 主风机 放 散 风排放大气 北京科技大学硕士学位论文 马政峰 -31- 3.2.3 其他设备改造 1998 年发生一起因布袋箱下卸灰阀质量差，电机与叶板脱离，造成灰斗内煤粉长时间积存没被发现而产生自燃的严重后果针对这一事故，我们对卸灰阀的结构特点进行了改造，原卸灰阀虽然结构紧凑、锁风好，但其对喷煤系统来说不合理部分有几方面，1)轴端密封困难，易冒粉2)润滑系统、工作环境要求高，无法适应煤粉区的工作，故障率高3)内部传动观察不便，当发生接手脱离时，不易被发现，造成积灰斗内积粉时间过长，引起火灾不能适应全烟煤大喷吹的需要，通过研究我们把卸灰阀改成锁气器，使煤粉积存到一定重量时，自动下落到粉仓内，从而避免了煤粉在积灰斗内因长其存放而发生自燃的危险。

还有， 煤粉仓内的煤粉在其中要存留几个小时， 此时煤粉温度较高， 氧化速度快，也易发生自燃，特别是当某座高炉长时间检修时，发生自燃的可能性增大所以在生产实际中，粉仓采用氮气惰化，降低仓中氧含量，减缓煤粉的氧化速度当高炉需长时间停煤检修时，要将此炉粉仓中的煤粉清除掉或转喷入其它高炉 3.2.4 完善安全保障的监测系统与消防系统 制粉、喷吹系统各部位的温度，氧含量等数据，是由仪表监测系统完成的其工作的灵敏性与准确性是为安全生产提供依据的重要手段在喷吹无烟煤时，由于无烟煤为非爆炸性煤，对仪表设备所监测出的数据偏差，要求的并不是很严，其中的一些常规测点，由于经常性的堵塞和安装位置不易维修已废弃不用，如粉仓的一氧化碳的浓度测点在喷吹烟煤之前，我们对监测系统进行了全面的检修，将废弃测点全部恢复，并将不适合或不好维修的装置作了改型最重要的是更换了氧含量监测设备，提高了氧含量数据的准确性，增加了烟气及球磨机进口氧含量的测点这样指示系统氧含量的排煤风机出口氧含量数值过低或过高时，可将三个数据进行经验比较，以判断此数值是真实反映还是仪表显示错误并对仪表定期校验，及时更换磨损的探头，保证提供的数据准确可靠。

安钢喷煤系统在设计时已有了较完善的防爆、消防设施由于设计的一些缺陷，使得一些消防设施不能充分发挥作用，我们做了以下工作，我厂喷煤系统主厂房高43 m，但消防用水只能打到 21 m，为了解决 21 m 以上设备的消防问题，我们在 21 m处增设两个 10 m3的水箱平时水箱注满水，用时，可在高压水泵的传输下达到 21m北京科技大学硕士学位论文 马政峰 -32- 以上的任何地方，完善了喷煤系统的消防设施 3.2.5 喷吹系统的进一步优化 喷吹系统采用双罐并列式单管路加分配器的喷吹， 喷吹罐采用流化板加上出煤的浓相输送技术，单高炉设计最多喷煤能力为 5.5 t/h随着煤种的变化，高炉各方面条件的改善，高炉喷煤量有了明显的提高目前，高炉喷煤量最高达到 6.5 t/h由于烟煤的流动性变差， 而输煤量的增加， 使喷吹罐压及输煤管道的前后压力等与以前相比，有了很大的改变以前，在喷无烟煤时，高炉要煤量少，固气比相对较低，而且安全性可靠，罐压为 0.25~0.3 MPa,前后压差 0.08 MPa。

实行全烟煤喷吹后，由于烟煤流动性较差，而且高炉要煤量增加，罐压一般在 0.4~0.5 MPa,前后压差为 0.12 MPa 为了克服煤粉流动性差的问题，我们优化了喷煤系统的工艺参数，以适应全烟煤的喷吹首先增加补气压力，提高补气量，适当降低固气比；但补气量的增加，提高了气流速度，相对增大了管道阻力，又限制了喷煤量进一步提高经过分析，改进了全烟煤条件下不同罐压下喷煤量与补气量之间的关系 通过提高罐压来弥补由于补气量增大而带来的压力损失我们把罐压在原来的基础上提高了 0.1 MP，保证了全烟煤条件下的大喷煤量由于喷煤量的增加，固气比升高，会造成进入罐内的流化气量减小，使罐内煤粉流动性变差且易穿孔，并且煤粉在流化板上“沸腾”不充分，导致出煤不畅，造成喷煤管道内煤量忽大忽小的“脉动”现象为此，通过流化系统的改造，在流化罐的上下部分分别加装流化阀，增强煤粉在流化板上的“沸腾” ，改善了流化效果实践证明，这一改造使煤粉与气体在流化罐内达到充分混合，使高罐压状态煤粉流动性增强，大大提高了喷吹罐的出粉能力 由于烟煤的煤粉吸水性较大， 如果压缩空气中含水量较高， 会使烟煤更加难以喷吹尤其在冬天，我们加强了空压机后的空气主气包及喷吹气包的排水次数，提高了压缩空气温度，确保了压缩空气的干燥。

使喷吹系统适应了大喷吹的各种条件 3.3 烟煤的成分、特性及煤粉燃烧爆炸的必要条件 安钢使用的烟煤为鹤壁三矿、九矿煤其成分特性与无烟煤相比如表 3-2 所示 煤粉燃烧、爆炸的必要条件[29] (1) 可燃粉尘浓度处于爆炸下限与上限之间的爆炸区； 北京科技大学硕士学位论文 马政峰 -33- (2) 有足够氧化剂支持燃烧； (3) 有足够能量的点火源点燃粉尘； (4) 粉尘处于分散悬浮状态，即粉尘云状态 表表 3-2 安钢使用的烟煤与无烟煤成分对比 煤种 水分 灰份 挥发份 着火点 爆炸性 烟 煤 8 % 16 % 15 % 360 ℃ 中等 无烟煤 8 % 10 % 10 % 420 ℃ 弱 由烟煤成分可看出，其挥发份在 15 %左右，按煤种划分已属爆炸性煤[29]，所以在喷吹烟煤时，我们从操作工艺、设备状况、监测手段、消防设施等方面采取了相应的措施，以保证安全生产 3.4 参数与安全控制 引起煤粉爆炸的因素很多，只要控制好其中的重要参数，安全生产是完全可以实现的合理控制参数是保证生产安全的关键。

3.4.1 控制系统气氛氧含量和温度 根据煤粉爆炸必要条件，在制备、输送煤粉的过程中，悬浮浓度很难控制，所以控制系统内部气氛中氧含量和火源是防止煤粉爆炸的关键 下图 3-6 为安钢在喷吹混合煤时所做的不同烟煤配比在不同氧含量下爆炸性曲线图： 非爆炸区非爆炸区 图图 3-6 不同烟煤配比在不同氧含量下爆炸性曲线图 北京科技大学硕士学位论文 马政峰 -34- 由图可看出：只要气氛氧含量低于 12 %，就可避免爆炸的发生从文献[30]所记载的实验也表明：在空气中的悬浮煤粉浓度为 0.02-2 kg/m3时为煤粉爆炸区间当气相中氧浓度降至 14 % 以下时，煤粉浓度虽在上述范围，即使煤粉达到煤的燃点以上也无爆炸发生所以在实际生产中，要求制粉系统含氧浓度小于 12 %，以保证整个系统氧含量远离煤粉燃烧爆炸的氧浓度的临界值 安钢高炉喷煤系统所用的干燥气为混合干燥气它由 90~95 %的热风炉烟气和5~10 %的燃烧炉烟气组成经过在球磨机入口处实测其氧含量浓度在 6 %以下，能够满足制粉系统的安全需要。

系统温度的控制受煤种、生产工艺、生产环境等因素影响安钢所用烟煤的着火点在 360℃~400℃之间，所以球磨机入口温度要低于此值，现在一般最高控制在 280℃~300℃出口温度：夏季控制在 80±5℃；冬季由于环境温度低，加之原煤水分含量较高，一般控制在 90±5℃还有，粉仓是煤粉停留时间较长的地方如果制出的煤粉温度较高，氧化速度较快，易在粉仓中发生煤粉自燃现象所以粉仓温度应控制在 70℃以下当发现粉仓温度高于 70℃并继续上升时，要尽快将仓中煤粉喷出并用氮气进行吹扫待温度下降到正常范围后，再接受新煤粉 3.4.2 一氧化碳监测系统与煤粉水分的控制 根据煤粉自燃时首先释放出 CO 的原理，通过对 CO 浓度监测，可及时发现煤粉的自燃，通过对粉仓、布袋箱 CO 浓度监测，当 CO 的浓度增加到一定值时可自动报警并联锁打开粉仓、布袋箱的充氮系统以确保安全 新磨的煤粉由于自身带静电， 能吸附气体在煤粒表面形成气膜， 且都是同性电荷，具有相斥作用，使煤粉之间的摩擦力变小，具有教好的流动性如果煤粉水分含量过高则表面不易形成气膜以及产生静电，使得煤粉流动性变差，容易结块，造成堵枪另一方面，煤粉喷入高炉后，在风口前燃烧带煤粉燃烧时，带入的水分要分解，加剧高炉内理论燃烧温度的下降,会影响喷煤量。

造成煤粉潮湿的主要原因是：制粉系统对球磨机出口温度偏低，或原煤含水量太高，一般要求制成的煤粉水分必须降至 2 %以下，一般为 1 %左右如果出口温度调的太高，影响生产的安全，太低煤粉不易烘干，根据这一情况，一般夏季控制球磨机北京科技大学硕士学位论文 马政峰 -35- 的出口温度在 80℃＋5℃；冬天针对天气较冷，煤粉降温速度快，易结露，我们把球磨机的出口温度调到 90℃＋5℃，这样，控制了煤粉中的水分，减少了堵枪，保证了喷煤的顺利进行 3.4.3 粒度合理控制 粒度影响煤粉在风口前燃烧带中的燃烧率，合理的煤粉粒度有利于提高煤粉在风口前的燃烧速度，可以提高燃烧率，如果煤粒磨的太细，会影响球磨机出力[30]，使制粉费用增加目前实验认为，喷吹无烟煤时，粒度应小一些，－200 目达到 70 ~80 %；而喷吹烟煤的粒度则可大一些，－200 目的达到 40~50 % 即可，而高挥发份的烟煤，在高炉富氧较高时，粒度还可以更粗一些 3.4.4 开车时安全控制与防止煤粉自燃 原先开机时，一般要先用无烟煤生产。

但是现在已全用烟煤开机开机时应先降低系统氧含量具体如下：在球磨机开启之前，首先把排煤风机®烟气切断阀®换向阀®振动筛开启后，使烟气的温度上升到 100 ℃左右，球磨机出口温度到 95 ℃左右，氧含量降到 12 %时再开启球磨机，进入正常生产状态这样在系统生产之前，驱除了制粉系统内的空气， 降低系统氧含量， 并且使球磨机处于暖磨状态， 球磨机体内钢球、衬板以及原煤得到预热，为下一步开车做好准备 明火是导致爆炸的一个原因明火有各种各样的来源：如原煤中的铁器物质进入球磨机与衬板或钢球相碰撞产生火花球磨机在生产中断煤或煤量过少时，钢球与衬板相碰撞产生火花；系统中某处积粉因氧化自燃而产生明火；检修后没有及时清除炙热的焊渣等等针对以上火种来源，采取了以下措施： (1) 严格监控原煤质量，及时发现和清理原煤中的杂质，并在输送原煤的两条皮带机头上方安装了大功率除铁器，避免或尽量减少原煤中的铁器进入球磨机并规定每次上煤前必须先清理除铁器上吸附的铁器物件 (2) 提高操作工操作水平，控制好球磨机的正常生产，摸索出在不同煤况和送温条件下，球磨机下煤量的变化规律，严防球磨机长时间空转 (3) 检修前后注意清理现场，防止电焊切割时点燃煤粉。

高温煤粉长期存放是煤粉氧化自燃的重要原因当温度升高到一定程度，氧含量条件又合适，将不可避免发生煤粉自燃事故虽然在系统设计时已注意到了这点，尽北京科技大学硕士学位论文 马政峰 -36- 量避免煤粉有积存现象，但由于设备质量、生产节奏或其它一些原因，仍会有积粉氧化自燃的危险所以在日常生产中要经常性的检查系统各处积粉情况，改造不适合生产实际的机械设备 安钢高炉喷煤系统在设计之时已有了较完善的防爆、消防设施由于设计的一些缺陷，使得一些消防设施不能充分发挥作用于是做了以下工作：改造消防系统；定期检查、更换制粉系统及喷吹系统的防爆膜任何防爆设施都有一定的使用期限，我们严格按照防爆、卸爆设施的说明书，组织专门人员定期进行检查并及时更换破损或到期的防爆设施 保证各系统的防爆卸爆设施安全可靠； 加强消防器材的配置与管理 目前安钢喷煤系统已完全能够适应现有烟煤煤种的喷吹 没有发生过严重的煤粉自燃、爆炸等安全事故同时由于喷吹了烟煤，高炉煤比有了相应地提升与无烟煤相比，原煤与制粉成本下降了约 20 %，提高了喷煤的经济效益。