張 磊 續(xù)飛飛 任江濤

（北京中冶設(shè)備研究設(shè)計總院有限公司 北京100029）

1 引言

某鋼鐵廠目前擁有1×450m3、1×300m3鑄鐵高爐和新建1×1080m3高爐。現(xiàn)有制粉噴吹站只能供1×450m3和1×300m3鑄鐵高爐噴煤。為此，決定在廠區(qū)原有設(shè)施的基礎(chǔ)上，新建一處高爐噴煤車間，由此來滿足1080m3高爐正常噴煤量噸鐵為160kg／t、最大噴煤量噸鐵為180kg／t的需求。

噴煤車間由原煤上料皮帶機系統(tǒng)、干燥氣供應(yīng)系統(tǒng)、制粉噴吹主廠房、主控室（內(nèi)設(shè)有控制室、變電室、配電室）以及公輔設(shè)施等組成。其中制粉噴吹系統(tǒng)包括中速磨加一級布袋收塵負壓制粉系統(tǒng)以及采用3噴吹罐并列、主管加分配器濃相輸送煤粉的直接噴吹系統(tǒng)。

2 噴吹煤粉系統(tǒng)設(shè)計分析

2.1 整體布置

該噴煤車間位于1080m3高爐的東側(cè)，在原一期原煤場、制粉噴吹站拆除后的基礎(chǔ)上進行新建；由北向南呈一字型布置，其中北邊為原煤場，南邊為制粉噴吹站以及主控室。原煤場與制粉和噴吹站分置兩地，相隔10.60m，二者由煤粉輸送管線連接。噴煤車間場地設(shè)計標高為海拔1843.15m，與1080m3高爐廠區(qū)地基齊平。

2.2 原煤場設(shè)計

在原有煤場設(shè)施的基礎(chǔ)上進行改造，改造后原煤場南北方向長60m，東西方向?qū)?9m，分為?－?－?2跨，?－?跨為新建制粉噴吹系統(tǒng)存儲和提供原煤，其中干煤棚廠房跨距27m，長度為54m，廠房頂部設(shè)置防雨頂蓬；可儲煤約7500t，滿足新建1×1080m3高爐噴煤7天用量要求。?－?跨為原有制粉系統(tǒng)存儲和供應(yīng)原煤，其中干煤棚廠房跨距21m，長度為54m，可儲煤約5000t，滿足1×450m3和1×300m3高爐噴煤7天用量要求；同時還利用了原有配煤斗、振動給料機、大傾角上煤皮帶機及電磁除鐵器等設(shè)施。設(shè)計時，考慮了原煤采購運輸?shù)闹芷?，噴煤連續(xù)作業(yè)的需要，同時結(jié)合了現(xiàn)場場地大小，建設(shè)投資等因素，在兩干煤棚廠房內(nèi)分別采用2臺5t抓斗橋式起重機（抓斗容積2m3），來完成倒堆作業(yè)及供煤作業(yè)。

主要設(shè)備有：倉壁振動器，托料式配料皮帶機，大傾角皮帶運輸機，盤式電磁吸鐵器，受煤斗（有效容積15m3）。

2.3 制粉噴吹廠房設(shè)計

該設(shè)計考慮到新建制粉噴吹廠房可與原有制粉噴吹站共同使用廠內(nèi)原有輔助設(shè)施。將制粉噴吹廠房與原煤場相鄰而建，位于原煤場南側(cè)，南北方向長27.4m，東西方向?qū)?2m。西南角為原有循環(huán)水池、加壓機房等輔助設(shè)施，為項目建設(shè)節(jié)省了投資。制粉噴吹廠房分為制粉系統(tǒng)和噴吹系統(tǒng)。

2.3.1 制粉系統(tǒng)

制粉系統(tǒng)由煤粉制備和煤粉收集系統(tǒng)組成。采用全負壓系統(tǒng)，在干燥氣發(fā)生爐出口處負壓最小，依次是磨煤機入口、磨煤機出口、袋式收粉器入口，負壓逐漸增大，到主排風(fēng)機入口處負壓最大。

結(jié)合某廠的現(xiàn)有情況，煤粉制備選用ZGM95型中速磨煤機，其最大制粉能力為30t／h，具有能耗低、占地面積小、設(shè)備密封性能好、工作效率高、設(shè)備可靠性高、煤粉質(zhì)量高及運行噪音低等特點［1］。

煤粉的收集采用箱式高濃度脈沖袋式收粉器進行煤粉收集，不設(shè)專門的細粉分離器。從磨煤機出來的合格煤粉和干燥氣體混合物經(jīng)管道進入袋式收粉器收集后，煤粉從袋式收粉器下部，經(jīng)木屑分離器進行篩分后，進入煤粉倉；殘余廢氣由主風(fēng)機排放至高空大氣。

干燥及輸送煤粉過程中所用的干燥氣是采用高爐煤氣在煙氣發(fā)生爐中燃燒產(chǎn)生約1000℃的煙氣與熱風(fēng)爐廢氣的混合氣體，其溫度在240～280℃之間。其中熱風(fēng)爐廢氣是在高溫引風(fēng)機的抽引下，從高爐熱風(fēng)爐煙囪前引出的1根1320mm 的熱風(fēng)爐廢氣管道中進入煙氣發(fā)生爐混合室；然后混合干燥氣通過1420mm 的管道進入中速磨煤機作為干燥和輸送煤粉的氣源，將合格的煤粉輸送至煤粉倉。這樣既可以有效利用熱風(fēng)爐廢氣的顯熱﹑節(jié)約燃料，降低冶煉焦比［2］，而且系統(tǒng)安全性高。

主要設(shè)備有：煙氣發(fā)生爐，高溫引風(fēng)機，助燃風(fēng)機，中速磨煤機，氣箱脈沖袋式收粉器，封閉帶式稱重給煤機，主排粉風(fēng)機，袋式收塵器。

2.3.2 噴吹系統(tǒng)

考慮到煉鐵廠的具體情況，煤粉倉容積設(shè)為310m3，可以在最大180kg／tHM 噴煤比下噴吹7小時。煤粉倉下設(shè)有3個并列25m3噴吹罐，采用3罐并列交替噴吹以及主管加分配器的濃相直接噴吹工藝向1080m3高爐噴吹煤粉。這樣不僅保證了噴吹工作連續(xù)性、節(jié)省氮氣消耗；而且還有利于提高置換比、降低焦比。圖1為1080m3高爐噴煤流程示意圖。

在噴吹系統(tǒng)內(nèi)，3個噴吹罐上引出的3根煤粉管線分別連接到φ89×5的噴吹主管上，再由主管引至高爐附近的分配器。因噴吹站與高爐之間的距離約為100m，距離很近，所以主管不設(shè)變徑。同時，高爐的每條噴吹主管上均安裝二次風(fēng)補氣裝置，通過二次風(fēng)量對噴煤量設(shè)定值進行調(diào)節(jié)。煤粉經(jīng)分配器后，再由支管線輸送到噴槍。為了保證煤粉分配的均勻性，每根支管的布置均按照等量行程進行布置。

噴吹系統(tǒng)主要設(shè)備有：煤粉倉（310m3）。噴吹罐（容積25m3），分配器，煤粉噴槍。

圖1 1080m3 高爐噴煤流程示意圖

3 噴吹煤粉經(jīng)濟效益及節(jié)能分析

高爐噴煤是高爐煉鐵系統(tǒng)中非常重要的子系統(tǒng)之一，不僅是高爐調(diào)劑的一項重要手段，還是繼精料之后第二個能大幅度降低焦比的措施［3］。首先，用廉價的煤粉代替昂貴的焦炭使生產(chǎn)成本下降，降低了焦炭的需求量，減少了焦化廠污染物的排放；其次，制粉過程中采用熱風(fēng)爐廢氣作為干燥氣，節(jié)能環(huán)保。

3.1 鋼廠經(jīng)濟效益

根據(jù)噴煤系統(tǒng)設(shè)計所用原煤量、運行所需的燃氣動力消耗量以及管理等運行費用，計算噸鐵噴煤所需總費用如表1所示。

表1 噸鐵噴煤成本

根據(jù)高爐噴煤生鐵成本降低值計算公式［4］［5］：

式中 J—生鐵成本的降低值（元／t）；

M—噴煤量（kg／t）；

R—煤焦置換比（0.9）［6］；

Px—焦炭價格（元／t）；

Pm—噴吹一噸煤粉所需費用（包括原料、加工和輸送成本）（元／t），其數(shù)值?。ㄖ圃斐杀荆?.17）。

焦炭價格：根據(jù)當前焦炭市場價格取1450元／t。

經(jīng)計算

J＝170×（1450×0.9－189／0.17）／1000＝32.85元

因此：噸鐵節(jié)約成本為32.85元。

達產(chǎn)年生鐵產(chǎn)量94.5萬t，年營業(yè)節(jié)約成本為3104.3萬元，噴煤項目投資成本可在高爐達產(chǎn)一年后收回。

3.2 噴煤節(jié)能分析

1080m3高爐噴吹煤粉過程中所需要消耗的能源有高爐煤氣、新水、電、壓縮空氣、氮氣等。根據(jù)各工序的能源消耗及回收二次能源的情況計算出工序能耗參數(shù)見表2。

表2 1080m3 高爐噸鐵噴煤能源消耗

從表中可以看出：本噴煤工序能耗為噸鐵22.33kg。

3.2.1 以煤代替焦炭節(jié)能

1080m3高爐設(shè)計正常噴煤量為160kg／t，最大噴煤量180kg／t。計算中取噸鐵噴煤量170kg。則由表2可知每噴吹1噸煤粉需要消耗131.35kg標準煤，同時噴吹1噸煤粉需要原煤1.11噸，折合為872.5kg標準煤（原煤的載能量為786kg／t）。因此，噴吹1噸煤粉所需總的能量為1003.85kg標準煤。

同時根據(jù)煤粉與焦炭的置換比為0.9［6］，則噴吹1噸煤粉相當于0.9t的焦炭，可計算出對應(yīng)焦炭的能量消耗為1036kg標準煤（每噸焦炭的載能量為972kg標準煤，其加工能耗為180kg標準煤）。

因此，用噴吹1t煤粉來替代0.9t焦炭可節(jié)能為（1036－1003.85）＝32.15kg標準煤。

3.2.2 煤氣含量增加節(jié)能

高爐噴吹煤粉后，其高爐煤氣含量也發(fā)生變化。據(jù)統(tǒng)計［6］：高爐噴吹煤粉后，煤氣產(chǎn)量增加，實踐中平均每千克煤可產(chǎn)生4.0m3煤氣，每千克焦炭可產(chǎn)生3.5m3煤氣。則噴吹1t煤粉產(chǎn)生煤氣量＝1000×4.0＝4000m3，其對應(yīng)的焦炭為0.9t，對應(yīng)產(chǎn)生煤氣量＝900×3.5＝3150m3；若高爐煤氣折合標煤系數(shù)按0.12kg／m3［6］計算（考慮到煤氣成分變化，其折合系數(shù)相比于標準值偏?。瑒t增加的高爐煤氣量折合標準煤≈（4000－3150）×0.12＝102kg標煤。

綜上所示：噴吹1t煤粉可節(jié)約的能量為（32.15＋102）＝134.15kg標準煤。

3.3 噴煤減排污染物分析

高爐噴吹煤后，替代了部分冶金焦炭。不僅節(jié)約了生產(chǎn)成本、減少了能源消耗，而且還降低煉焦廠焦炭產(chǎn)量，大大減少了煉焦過程中總污染物的排放，具有可觀的環(huán)保效益。焦化廠冶煉1噸焦炭所排放的污染物見表3。

表3 生產(chǎn)1t焦炭污染物排放［5］

從表3可看出：當1080m3高爐達產(chǎn)后，年生產(chǎn)生鐵94.5萬t，按煤粉噴吹量噸鐵170kg計算，年噴煤約16萬t，相當于14.4萬t焦炭。通過噴煤來替代焦炭可使煉鐵廠每年減少排放廢氣223t、廢水17.3萬t、粉塵432多t。

4 結(jié)語

1）該設(shè)計結(jié)合廠區(qū)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，合理規(guī)劃；充分利用場地現(xiàn)有空間以及原有設(shè)施，包括原有原煤場上料設(shè)備以及輔助設(shè)施等，為項目建設(shè)節(jié)省了成本，為今后的優(yōu)化設(shè)計提供了寶貴個經(jīng)驗。

2）該噴煤項目建成投產(chǎn)后，每噴吹1噸煤粉將為煉鐵系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能134.15kg標準煤，同時噸鐵節(jié)約成本32.85元，年營業(yè)節(jié)約成本為3104.3萬元，噴煤項目投資成本在高爐達產(chǎn)一年后收回。同時，每年可使煉焦環(huán)節(jié)減少排放廢氣223t、廢水17.3萬t和粉塵432多t。

［1］鐘章格.韶鋼新噴煤站制粉系統(tǒng)設(shè)計［J］.煉鐵，2004，Vol.23（2）：42－45.

［2］高艷宏，粱中渝，邊凌濤.噴吹預(yù)熱煤粉對高爐能量影響的計算分析［J］.工業(yè)爐，2010，Vol.32（3）：37－41.

［3］王筱留.鋼鐵冶金學(xué)（煉鐵部分）（第2版）［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2008：230－234.

［4］項鐘勛，王筱留，等.高爐設(shè)計－煉鐵工藝設(shè)計理論與實踐［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2007.11：674－675.

［5］湛燕，劉仁生，趙兵，等.潞安高爐噴吹煤經(jīng)濟效益分析［J］.煤炭加工與綜合利用，2009（1）：34－36.

［6］盧立紅.唐山不銹鋼新建噴煤生產(chǎn)工藝及節(jié)能分析［J］.河北冶金，2009（6）：30－32.