第六章高炉喷吹煤粉系统设计

6高炉喷吹煤粉系统高炉喷煤系统主要由原煤贮运、煤粉制备、煤粉喷吹、热烟气和供气等几部分组成，其工艺流程如下：高炉喷煤系统工艺流程1.原煤贮运系统：原煤用汽车或火车运至原煤场进行堆放、贮存、破碎、筛分及去除其中金属杂物等，同时将过湿的原煤进行自然干燥。2.煤粉制备系统：将原煤经过磨碎和干燥制成煤粉，再将煤粉从干燥气中分离出来存入煤粉仓内。3.煤粉喷吹系统：在喷吹罐组内充以氮气，再用压缩空气将煤粉经输送管道和喷枪喷入高炉风口。4.热烟气系统：将高炉煤气在燃烧炉内燃烧生成的热烟气送入制粉系统，用来干燥煤粉。5.供气系统：供给整个喷煤系统的压缩空气、氮气、氧气及少量的蒸汽。压缩空气用于输送煤粉，氮气用于烟煤制备和喷吹系统的气氛惰化，蒸汽用于设备保温。6.1煤粉制备系统6.1.1煤粉制备工艺1.球磨机制粉工艺80年代广为采用球磨机制粉工艺流程。一.按磨煤机分为两类：球磨机制粉、中速磨制粉1－原煤仓；2－给煤机；3－一次风机；4－一级旋风分离器；5－二级旋风分离器；6－布袋收粉器；7－二次风机；8－煤粉仓；9－球磨机；10－木屑分离器；11－粗粉分离器；12－锁气器；13－冷风调节阀；14－切断阀；15－调节阀16－旋风分离器；17－排粉风机球磨机制粉工艺流程图此流程要求一次风机前常压运行，一次风机后负压运行，在实际生产中很难控制，因此，在90年代初很多厂家对上述工艺流程进行了改造。改造的主要内容有：①取消一次风机，使整个系统负压运行；②取消返风管，减少煤粉爆炸点；③取消二级旋风分离器或完全取消旋风分离器。改造后的工艺流程如下：改进后的球磨机制粉工艺流程图中速磨煤机本身带有粗粉分离器，从中速磨出来的气粉混合物直接进入布袋收粉器，被捕捉的煤粉落入煤粉仓，尾气经排粉风机排入大气。2.中速磨制粉工艺中速磨制粉工艺流程图二.按煤种分三种：烟煤制粉工艺无烟煤制粉工艺烟煤与无烟煤混合制粉工艺基于防爆要求，烟煤制粉工艺和烟煤与无烟煤混合制粉工艺增加以下几个系统：（1）氮气系统：用于惰化系统气氛。（2）热风炉烟道废气引入系统：将热风炉烟道废气作为干燥气，以降低气氛中含氧量。（3）系统内O2、CO含量的监测系统：当系统内O2含量及CO含量超过某一范围时报警并采取相应措施。6.1.2主要设备1.磨煤机（1）球磨机球磨机结构示意图圆筒的转速应适宜，如果转速过快，钢球在离心力作用下紧贴圆筒内壁而不能落下，致使原煤无法磨碎。相反，如果转速过慢，会因钢球提升高度不够而减弱磨煤作用，降低球磨机的效率。当钢球获得的离心力等于钢球自身的重力时，筒体的转速称为临界转速。根据力的平衡可以得到理论临界转速的计算公式：r/minRgn30＝临在实际生产时圆筒的最佳转速为：临佳＝nn76.0球磨机的优点：对原煤品种的要求不高，它可以磨制各种不同硬度的煤种，并且能长时间连续运行，因此短期内不会被淘汰。缺点：设备笨重，系统复杂，建设投资高，金属消耗多，噪音大，电耗高，并且即使在断煤的情况下球磨机的电耗也不会明显下降。（2）中速磨煤机中速磨优点：结构紧凑、占地面积小、基建投资低、噪声小、耗水量小、金属消耗少和磨煤电耗低。但是不能磨硬质煤，原煤中的铁件和其它杂物必须全部去除。MPS磨煤机配置三个大磨辊，磨辊的位置固定，互成120º角，与垂直线的倾角为12～15º，在主动旋转着的磨盘上随着转动，在转动时还有一定程度的摆动。磨碎煤粉的碾磨力可以通过液压弹簧系统调节。原煤的磨碎和干燥借助干燥气的流动来完成的，干燥气通过喷嘴环以70～90m/s的速度进入磨盘周围，用于干燥原煤，并且提供将煤粉输送到粗粉分离器的能量。合格的细颗粒煤粉经过粗粉分离器被送出磨煤机，粗颗粒煤粉则再次跌落到磨盘上重新碾磨。MPS磨煤机2.给煤机给煤机位于原煤仓下面，用于向磨煤机提供原煤，目前常用埋刮板给煤机。优点：密封性好，能调节刮板运行速度和输料厚度，能够发送断煤信号。3.煤粉收集设备（1）粗粉分离器目前采用的粗粉分离器形式很多，工作原理大致有以下四种：1）重力分离。原理：气流在垂直上升的过程中，当流入截面较大的空间时，气流速度降低，减小对煤粉的浮力，大颗粒的煤粉随即分离沉降。2）惯性分离。原理：在气流拐弯时，利用煤粉的惯性力把粗粉分离出来，即惯性分离。3）离心分离。原理：粗颗粒煤粉在旋转运动中依靠其离心力从气流中分离出来，称为离心分离。气流沿圆形容器的圆周运动时，由于大颗粒煤粉具有较大的离心力而首先被分离出来。4）撞击分离。原理：利用撞击使粗颗粒煤粉从气流中分离出来，称为撞击分离。当气流中的煤粉颗粒受撞击时，由于粗颗粒煤粉首先失去继续前进的动能而被分离出来，细颗粒煤粉随气流方向继续前进。（2）PPCS气箱式脉冲布袋收粉器PPCS气箱式脉冲布袋收粉器由灰斗、排灰装置、脉冲清灰系统等组成。箱体由多个室组成，每个室配有两个脉冲阀和一个带气缸的提升阀。进气口与灰斗相通，出风口通过提升阀与清洁气体室相通，脉冲阀通过管道与储气罐相连。入口出口1234567气箱式脉冲布袋收粉器结构示意图1－提升阀；2－脉冲阀；3－阀板；4－隔板；5－滤袋及袋笼；6－灰斗；7－叶轮给煤机或螺旋输送机原理：当气体和煤粉的混合物由进风口进入灰斗后，一部分凝结的煤粉和较粗颗粒的煤粉由于惯性碰撞，自然沉积到灰斗上，细颗粒煤粉随气流上升进入袋室，经滤袋过滤后，煤粉被阻留在滤袋外侧，净化后的气体由滤袋内部进入箱体，再经阀板孔、出口排出，达到收集煤粉的作用。随着过滤的不断进行，滤袋外侧的煤粉逐渐增多，阻力逐渐提高，当达到设定阻力值或一定时间间隔时，清灰程序控制器发出清灰指令。首先关闭提升阀，切断气源，停止该室过滤，再打开电磁脉冲阀，向滤袋内喷入高压气体——氮气或压缩空气，以清除滤袋外表面捕集的煤粉。清灰完毕，再次打开提升阀，进入工作状态。清灰过程：一个室从清灰开始到结束，称为一个清灰过程，一般为3～10秒。清灰周期：一个室从清灰开始到下一次清灰开始之间的时间间隔称为清灰周期，清灰周期的长短取决于煤粉浓度、过滤风速等。清灰间隔：从一个室的清灰结束到另外一个室的清灰开始，称为清灰间隔。PPCS气箱式脉冲布袋收粉器的技术性能4.排粉风机排粉风机是制粉系统的主要设备，它是整个制粉系统中气固两相流流动的动力来源，工作原理与普通离心通风机相同。5.木屑分离器木屑分离器安装在磨煤机出口的垂直管道上，用以捕捉气流中夹带的木屑和其它大块杂物。分离器内上方设有可翻转的网格，下部内侧有木屑篓，篓底有一扇能翻转的挡气板，外侧有取物门。木屑分离器取物时先关闭挡气板，再把网格从水平位置翻下，使木屑落入木屑篓，网格复位后打开取物门把木屑等杂物取出。木屑分离器1－平衡重锤；2－取物门；3－挡气板；4－网格6.锁气器锁气器是一种只能让煤粉通过而不允许气体通过的设备。常用的锁气器有锥式和斜板式两种。当煤粉在锁气器内存到一定数量时，灰门自动开启卸灰，当煤粉减少到一定量后，由于平衡锤的作用使灰门复位。斜板式锁气器可在垂直管道上使用，也可在垂直偏斜度小于20º的倾斜管道上使用。而锥式锁气器只能安装在垂直管道上。为保证锁气可靠，一般要安装两台锁气器，串连使用，并且锁气器上方煤粉管的长度不应小于600mm。原理：6.2煤粉喷吹系统从制粉系统的煤粉仓后面到高炉风口喷枪之间的设施属于喷吹系统，主要包括煤粉输送、煤粉收集、煤粉喷吹、煤粉的分配及风口喷吹等。直接喷吹工艺：在煤粉制备站与高炉之间距离小于300m的情况下，把喷吹设施布置在制粉站的煤粉仓下面，不设输粉设施，这种工艺称为直接喷吹工艺。间接喷吹工艺：在制粉站与高炉之间的距离较远时，增设输粉设施，将煤粉由制粉站的煤粉仓输送到喷吹站，这种工艺称为间接喷吹工艺。1.串罐喷吹是将三个罐重叠布置的，从上到下三个罐依次为煤粉仓、中间罐和喷吹罐。串罐喷吹工艺1－塞头阀；2－煤粉仓电子称；3－煤粉仓；4－软连接；5－放散阀；6－上钟阀；7－中间罐充压阀；8－中间罐电子称；9－均压阀；10－中间罐；11－中间罐流化阀；12－中钟阀；13－软连接；14－下钟阀；15－喷吹罐充压阀；16－喷吹罐电子称；17－喷吹罐；18－流化器；19－给煤球阀；20－混合器倒罐顺序：打开上钟阀6，煤粉由煤粉仓3落入中间罐10内，装满煤粉后关上钟阀。当喷吹罐17内煤粉下降到低料位时，中间罐开始充压，向罐内充入氮气，使中间罐压力与喷吹罐压力相等，依次打开均压阀9、下钟阀14和中钟阀12。待中间罐煤粉放空时，依次关闭中钟阀12、下钟阀14和均压阀9，开启放散阀5直到中间罐压力为零。喷吹罐连续运行，喷吹稳定，设备利用率高，厂房占地面积小。优点：2.并罐喷吹两个或多个喷吹罐并列布置，一个喷吹罐喷煤时，另一个喷吹罐装煤和充压，喷吹罐轮流喷吹煤粉。优点：并罐喷吹工艺简单，设备少，厂房低，建设投资少，计量方便，常用于单管路喷吹。3.单管路喷吹喷吹罐下只设一条喷吹管路的喷吹形式称为单管路喷吹。单管路喷吹必须与多头分配器配合使用。优点：工艺简单、设备少、投资低、维修量小、操作方便以及容易实现自动计量；由于混合器较大，输粉管道粗，不易堵塞；在个别喷枪停用时，不会导致喷吹罐内产生死角，能保持下料顺畅，并且容易调节喷吹速率；在喷煤总管上安装自动切断阀，以确保喷煤系统安全。4.多管路喷吹从喷吹罐引出多条喷吹管，每条喷吹管连接一支喷枪的形式称为多管路喷吹。6.2.2主要设备1.混合器混合器是将压缩空气与煤粉混合并使煤粉启动的设备，由壳体和喷嘴组成，如图：沸腾式混合器1－压缩空气阀门；2－气室；3－壳体；4－喷嘴；5－调节帽混合器的工作原理：是利用从喷嘴喷射出的高速气流所产生的相对负压将煤粉吸附、混匀和启动的。2.分配器单管路喷吹必须设置分配器。煤粉由设在喷吹罐下部的混合器供给，经喷吹总管送入分配器，在分配器四周均匀布置了若干个喷吹支管，喷吹支管数目与高炉风口数相同，煤粉经喷吹支管和喷枪喷入高炉。分配器结构示意图1－分配器外壳；2－中央锥体；3－煤粉分配刀；4－中间法兰；5－喷煤支管；6－喷煤主管使用分配器应遵循的一些原则：1）一座高炉使用两个分配器比使用一个分配器好。使用两个分配器，除了工艺布置灵活外，分配精度也可以提高；2）两个分配器应对称布置在高炉两侧，这样可保证分配器后喷吹支管的长度大致相等，从而使喷吹支管的压力损失近似；3）喷吹主管在进入分配器前应有相当长的一段垂直段，一般要求大于3.5m，以减少加速段不稳定流的影响，保证适当的气粉速度及在充分发展段煤粉沿径向均匀分布。4）评估分配器的性能，只从寿命及精度来评估是不全面的，还应从分配器对环境的适应性来考虑，如喷枪堵塞时的性能等。3.喷煤枪由耐热无缝钢管制成，直径15～25mm。根据喷枪插入方式可分为三种形式：喷煤枪（1）斜插式：从直吹管插入，喷枪中心与风口中心线有一夹角，一般为12～14º。斜插式喷枪的操作较为方便，直接受热段较短，不易变形，但是煤粉流冲刷直吹管壁。（2）直插式：喷枪从窥视孔插入，喷枪中心与直吹管的中心线平行，喷吹的煤粉流不易冲刷风口，但是妨碍高炉操作者观察风口，并且喷枪受热段较长，喷枪容易变形。（3）风口固定式：喷枪由风口小套水冷腔插入，无直接受热段，停喷时不需拔枪，操作方便，但是制造复杂，成品率低，并且不能调节喷枪伸入长度。4.氧煤枪富氧的方法有两种：一是在热风炉前将氧气混入冷风；二是将有限的氧气由风口及直吹管之间，用适当的方法加入。氧煤枪有三种结构：氧煤枪（A）为螺旋形，它能迫使氧气在煤股四周做旋转运动，以达到氧煤迅速混合燃烧的目的；（B）为向心形，它能将氧气喷向中心，氧煤股的交点可根据需要预先设定，其目的是控制煤粉开始燃烧的位置，以防止过早燃烧而损坏枪嘴或风口结渣现象的出现；（C）为退后形，当枪头前端受阻时，该喷枪可防止氧气回灌到煤粉管内，以达到保护喷枪和安全喷吹的目的。6.4喷煤技术进步6.4.1喷煤技术进步喷煤技术的进步主要体现在以下几方面：（1）喷煤设备大型化和装备水平的提高。（2）高炉富氧喷煤。（3）喷吹烟煤或烟煤与无烟煤混合喷吹。（4）浓相输送。6.4.2浓相输送1.稀相输送与浓相输送的区别：（1）煤粉状态：稀相输送时