張 浩 李 丹 陳博志

（寶鋼湛江鋼鐵有限公司，湛江 524001）

湛江一二高爐煤粉噴吹系統(tǒng)為三罐并列和主管加分配器直接噴吹[1]工藝。噴吹指標(biāo)為220 kg·t-1，設(shè)備最大能力為250 kg·t-1。噴吹煤種為爆炸性煙煤或以煙煤為基礎(chǔ)的混合煤。噴吹系統(tǒng)作為一個(gè)相對獨(dú)立的系統(tǒng)，從煤粉倉的煤粉入口法蘭起到高爐風(fēng)口的煤粉噴槍為止。

噴吹系統(tǒng)主要由煤粉倉、噴吹罐、混合器、分配器、噴吹管線、噴槍、閥門以及噴吹用氣體系統(tǒng)等組成。噴吹用煤經(jīng)制粉系統(tǒng)制成符合噴吹要求的煤粉，經(jīng)收粉裝置收集后落到噴吹系統(tǒng)的煤粉倉。為了快速、均勻、連續(xù)地供給噴吹罐噴吹煤粉，在煤粉倉錐體下部設(shè)置了流化氣噴嘴和流化板。流化用N2連續(xù)不斷地進(jìn)入煤粉倉疏松煤粉，并可根據(jù)下煤量的需要調(diào)節(jié)氣量。全容積1 158 m3容積的煤粉倉，能裝煤粉500 t，可以滿足在磨煤機(jī)故障時(shí)高爐變料的需要，并剩余足夠的空間，以保證噴吹罐泄壓時(shí)的氣體排放。

噴吹系統(tǒng)由1個(gè)煤粉倉、3個(gè)噴吹罐、1個(gè)混合器、1個(gè)分叉器、2個(gè)分配器、1根煤粉輸送主管、40根噴吹支管以及閥門等組成。提供噴吹用氣的主要設(shè)備有2個(gè)壓縮空氣罐、2個(gè)高壓氮?dú)夤蕖?個(gè)保安氮?dú)夤蕖?套氣體加熱裝置以及氣體管路等。圖1為噴吹流化系統(tǒng)工藝圖（噴吹罐排壓工藝部分）。

1 主要設(shè)備問題、影響及原因分析

噴吹罐小排氣閥動作開閉次數(shù)多，使用壽命短。噴吹罐等待噴吹過程中，小排氣閥約2 min就必須開閉一次。每天噴吹罐等待時(shí)間總計(jì)在14 h左右，則每天必須動作開閉約420次，每月動作13 000次左右。按照一個(gè)閥門動作壽命80 000次計(jì)算，一只閥門壽命在6個(gè)月左右。實(shí)際使用上也是如此。

這種閥門的價(jià)格很高。以小排氣閥為例，價(jià)格為42 726元/只，在一高爐投產(chǎn)半年后則出現(xiàn)閥門泄漏，不能開閉的故障。更換新閥門費(fèi)用很高，如何降低小排氣閥門的備件數(shù)量以節(jié)約成本，是急需解決的難題。

2 改進(jìn)措施

2.1 穩(wěn)壓系統(tǒng)控制工藝改造措施

罐壓穩(wěn)定系統(tǒng)包括壓力控制用壓力平衡裝置、壓力排放管道以及一只氣動球閥。系統(tǒng)通過改進(jìn)壓力平衡裝置通氣量的大小來實(shí)現(xiàn)噴吹罐的穩(wěn)壓。在非等待狀態(tài)下，氣動球閥自動關(guān)閉；在等待狀態(tài)下，氣動球閥自動打開進(jìn)行罐壓控制等。穩(wěn)壓系統(tǒng)控制工藝如圖2所示。

2.2 罐壓穩(wěn)定系統(tǒng)改造措施說明

罐壓穩(wěn)定系統(tǒng)依靠壓力控制板進(jìn)行壓力控制。在等待信號出現(xiàn)的同時(shí)，氣動球閥自動打開進(jìn)行等待期間的罐壓控制。等待信號消失（即噴吹開始）時(shí)，氣動球閥自動關(guān)閉，噴吹罐進(jìn)入噴吹狀態(tài)。

圖1 噴吹罐工藝流程圖

圖2 噴吹罐穩(wěn)壓系統(tǒng)控制工藝圖

2.3 罐壓穩(wěn)定系統(tǒng)壓力平衡板設(shè)計(jì)說明

罐壓穩(wěn)定系統(tǒng)的關(guān)鍵部件為壓力平衡板（或壓力控制板）。要嚴(yán)格控制壓力平衡板節(jié)流孔直徑，以控制排氣流量。需注意，材料要選用耐磨材料。在壓力平衡板的選取技術(shù)要求上，具體的選取技術(shù)規(guī)范如下。

2.3.1 節(jié)流孔直徑選取

現(xiàn)場實(shí)際使用狀況：噴吹罐等待壓強(qiáng)P1=1.0 MPa，流化量Q=150 m3·h-1，排壓為常壓。由于節(jié)流口處壓降無法測量，因此選取管道后方的常壓值即P2（絕對壓強(qiáng)）=0.101 3 MPa，實(shí)際值要高于常壓值，可以得到：

因此，采用流速在聲速區(qū)的公式[2]，其中S有效為排氣通道截面積，T為充氣（放氣）氣源絕對問題，即：

噴吹罐噴吹后罐內(nèi)溫度約為30 ℃，按照目前一高爐Q基準(zhǔn)為：

則：

由于壓力平衡板節(jié)流孔制造精度和通流介質(zhì)不穩(wěn)定，因此通流面積系數(shù)a按照0.62～1.0計(jì)算[3]，則：

根據(jù)式（7）可知：

因此，壓力平衡板實(shí)際尺寸為Dmax=23.30 mm和Dmin=18.34 mm，即節(jié)流孔實(shí)際尺寸不能超過23.30 mm。

考慮生產(chǎn)流量調(diào)整、采集儀表誤差以及壓力波動等諸多因素，為保證罐壓能夠平衡，提高保險(xiǎn)系數(shù)，在實(shí)際選用中取最小值。可選壓力平衡板名義直徑為19～23 mm，根據(jù)生產(chǎn)狀況調(diào)整。罐壓控制壓力波動值應(yīng)不超過0.008 MPa，以滿足現(xiàn)場使用需要。

2.3.2 壓力平衡裝置材料選擇

壓力平衡板通流量為150 m3·h-1。根據(jù)計(jì)算，當(dāng)面積為264.3 mm2時(shí)，在節(jié)流孔處其煤粉氮?dú)馑矔r(shí)流速為17.8 m·s-1[4]。在高速煤粉氣流沖刷下，壓力平衡板必須采取耐磨性能高的材料。選用如圖3所示的裝置可以解決此問題。

圖3 壓力控制裝置

如圖4所示，壓力平衡板采取厚度20 mm的SUS304不銹鋼板，節(jié)流孔處鑲嵌陶瓷襯墊。陶瓷襯墊反向安裝，可大幅提高使用壽命。陶瓷枕墊的結(jié)構(gòu)和尺寸如圖5所示。

圖4 壓力平衡板

3 應(yīng)用效果

3.1 閥門動作使用壽命長

在每天等待的14 h內(nèi)，依靠流量孔板的排氣量控制噴吹罐罐壓并且保證罐壓不降，以大大減少小排氣閥的動作次數(shù)。閥門在一次等待過程中不動作，在噴吹結(jié)束后，按照程序自動打開進(jìn)行泄壓，一個(gè)周期開閉一次。以此計(jì)算，改進(jìn)后每天動作次數(shù)在24次左右。按照目前工況在80 000次有效壽命周期內(nèi)，它的使用壽命可達(dá)9年。

圖5 陶瓷襯墊

3.2 噴吹罐平穩(wěn)

實(shí)施前，罐壓監(jiān)視如圖6所示。圖6中，罐壓波動一次即代表小排氣閥動作了一次。一次裝料、加壓、等待以及噴吹周期閥門動作次數(shù)8～10次，一天動作約420次，每次動作間隔在1.5～2 min。

圖6 一個(gè)周期罐壓波動放大圖

由圖7可知，改造后，在一個(gè)周期內(nèi)，罐壓平穩(wěn)，小排氣閥不動作。等待過程中，小排氣閥不動作，在噴吹結(jié)束動作一次進(jìn)行泄壓。等待期間罐壓很穩(wěn)定，小排氣閥一天動作24次。

圖7 改造后的一個(gè)周期罐壓波動放大圖

3.3 提高經(jīng)濟(jì)效益

跟蹤發(fā)現(xiàn)，改造前小排氣閥一天動作420次，最短使用時(shí)間為6個(gè)月。改造后一天動作24次，使用壽命可達(dá)9年，延長了近17倍。改造前，一個(gè)新品閥門4.272 6萬元/個(gè)，閥門修復(fù)費(fèi)用1.1萬元/次，閥體2.1萬元/個(gè)，閥門更換人工費(fèi)用0.084 9萬元/次。若兩座高爐6個(gè)噴吹系統(tǒng)，現(xiàn)按照2018年更換履歷12次計(jì)算（1年更換小排氣閥新品共3只，閥門常規(guī)修復(fù)6次，更換閥體3次），各個(gè)項(xiàng)目花費(fèi)金額如表1所示。

2018年產(chǎn)生設(shè)備維護(hù)費(fèi)用總計(jì)35.21萬元。改造后，按照兩座高爐6個(gè)噴吹系統(tǒng)，8年更換履歷10次計(jì)算（8年期間更換小排氣閥新品共6只，閥門常規(guī)修復(fù)6次，更換閥體2次），各個(gè)項(xiàng)目花費(fèi)金額如表2所示。

表1 2018年閥門更換及修理花費(fèi)金額

表2 改造后8年閥門更換及修理花費(fèi)金額

可見，8年產(chǎn)生設(shè)備維護(hù)費(fèi)用總計(jì)37.32萬元，平均每年4.665萬元。改進(jìn)后平均每年產(chǎn)生的效益為35.21-4.656=30.554萬元。

4 結(jié)語

本方案主要是對湛江高爐三罐并列式噴吹罐罐壓穩(wěn)定系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，經(jīng)過對壓力平衡板節(jié)流孔直徑進(jìn)行計(jì)算優(yōu)化來控制排氣流量，并依靠壓力控制板進(jìn)行壓力控制。改進(jìn)后，罐壓穩(wěn)定，在一個(gè)周期內(nèi)噴煤生產(chǎn)穩(wěn)定，且小排氣閥壽命提升明顯，每年可產(chǎn)生約31萬元效益，具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。