第六章-高爐噴吹煤粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)課件

6高爐噴吹煤粉系統(tǒng)

高爐噴煤系統(tǒng)主要由原煤貯運(yùn)、煤粉制備、煤粉噴吹、熱煙氣和供氣等幾部分組成，其工藝流程如下：

高爐噴煤系統(tǒng)工藝流程

1.原煤貯運(yùn)系統(tǒng)：原煤用汽車(chē)或火車(chē)運(yùn)至原煤場(chǎng)進(jìn)行堆放、貯存、破碎、篩分及去除其中金屬雜物等，同時(shí)將過(guò)濕的原煤進(jìn)行自然干燥。2.煤粉制備系統(tǒng)：將原煤經(jīng)過(guò)磨碎和干燥制成煤粉，再將煤粉從干燥氣中分離出來(lái)存入煤粉倉(cāng)內(nèi)。

3.煤粉噴吹系統(tǒng)：在噴吹罐組內(nèi)充以氮?dú)猓儆脡嚎s空氣將煤粉經(jīng)輸送管道和噴槍噴入高爐風(fēng)口。4.熱煙氣系統(tǒng)：將高爐煤氣在燃燒爐內(nèi)燃燒生成的熱煙氣送入制粉系統(tǒng)，用來(lái)干燥煤粉。

5.供氣系統(tǒng)：供給整個(gè)噴煤系統(tǒng)的壓縮空氣、氮?dú)?、氧氣及少量的蒸汽。壓縮空氣用于輸送煤粉，氮?dú)庥糜跓熋褐苽浜蛧姶迪到y(tǒng)的氣氛惰化，蒸汽用于設(shè)備保溫。

6.1煤粉制備系統(tǒng)

此流程要求一次風(fēng)機(jī)前常壓運(yùn)行，一次風(fēng)機(jī)后負(fù)壓運(yùn)行，在實(shí)際生產(chǎn)中很難控制，因此，在90年代初很多廠家對(duì)上述工藝流程進(jìn)行了改造。改造的主要內(nèi)容有：①取消一次風(fēng)機(jī)，使整個(gè)系統(tǒng)負(fù)壓運(yùn)行；②取消返風(fēng)管，減少煤粉爆炸點(diǎn)；③取消二級(jí)旋風(fēng)分離器或完全取消旋風(fēng)分離器。改造后的工藝流程如下：改進(jìn)后的球磨機(jī)制粉工藝流程圖

中速磨煤機(jī)本身帶有粗粉分離器，從中速磨出來(lái)的氣粉混合物直接進(jìn)入布袋收粉器，被捕捉的煤粉落入煤粉倉(cāng)，尾氣經(jīng)排粉風(fēng)機(jī)排入大氣。

2.中速磨制粉工藝中速磨制粉工藝流程圖

二.按煤種分三種：煙煤制粉工藝無(wú)煙煤制粉工藝煙煤與無(wú)煙煤混合制粉工藝

基于防爆要求，煙煤制粉工藝和煙煤與無(wú)煙煤混合制粉工藝增加以下幾個(gè)系統(tǒng)：（1）氮?dú)庀到y(tǒng)：用于惰化系統(tǒng)氣氛。（2）熱風(fēng)爐煙道廢氣引入系統(tǒng)：將熱風(fēng)爐煙道廢氣作為干燥氣，以降低氣氛中含氧量。（3）系統(tǒng)內(nèi)O2、CO含量的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)O2含量及CO含量超過(guò)某一范圍時(shí)報(bào)警并采取相應(yīng)措施。

6.1.2主要設(shè)備

1.磨煤機(jī)

（1）球磨機(jī)

球磨機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圓筒的轉(zhuǎn)速應(yīng)適宜，如果轉(zhuǎn)速過(guò)快，鋼球在離心力作用下緊貼圓筒內(nèi)壁而不能落下，致使原煤無(wú)法磨碎。相反，如果轉(zhuǎn)速過(guò)慢，會(huì)因鋼球提升高度不夠而減弱磨煤作用，降低球磨機(jī)的效率。當(dāng)鋼球獲得的離心力等于鋼球自身的重力時(shí)，筒體的轉(zhuǎn)速稱(chēng)為臨界轉(zhuǎn)速。根據(jù)力的平衡可以得到理論臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式：r/min在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)圓筒的最佳轉(zhuǎn)速為：

球磨機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：對(duì)原煤品種的要求不高，它可以磨制各種不同硬度的煤種，并且能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，因此短期內(nèi)不會(huì)被淘汰。缺點(diǎn)：設(shè)備笨重，系統(tǒng)復(fù)雜，建設(shè)投資高，金屬消耗多，噪音大，電耗高，并且即使在斷煤的情況下球磨機(jī)的電耗也不會(huì)明顯下降。

（2）中速磨煤機(jī)

中速磨優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、基建投資低、噪聲小、耗水量小、金屬消耗少和磨煤電耗低。但是不能磨硬質(zhì)煤，原煤中的鐵件和其它雜物必須全部去除。

MPS磨煤機(jī)

配置三個(gè)大磨輥，磨輥的位置固定，互成120o角，與垂直線(xiàn)的傾角為12～15o，在主動(dòng)旋轉(zhuǎn)著的磨盤(pán)上隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)還有一定程度的擺動(dòng)。磨碎煤粉的碾磨力可以通過(guò)液壓彈簧系統(tǒng)調(diào)節(jié)。原煤的磨碎和干燥借助干燥氣的流動(dòng)來(lái)完成的，干燥氣通過(guò)噴嘴環(huán)以70～90m/s的速度進(jìn)入磨盤(pán)周?chē)?，用于干燥原煤，并且提供將煤粉輸送到粗粉分離器的能量。合格的細(xì)顆粒煤粉經(jīng)過(guò)粗粉分離器被送出磨煤機(jī)，粗顆粒煤粉則再次跌落到磨盤(pán)上重新碾磨。

MPS磨煤機(jī)

2.給煤機(jī)

給煤機(jī)位于原煤倉(cāng)下面，用于向磨煤機(jī)提供原煤，目前常用埋刮板給煤機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：密封性好，能調(diào)節(jié)刮板運(yùn)行速度和輸料厚度，能夠發(fā)送斷煤信號(hào)。

3.煤粉收集設(shè)備

（1）粗粉分離器

目前采用的粗粉分離器形式很多，工作原理大致有以下四種：1）重力分離。原理：氣流在垂直上升的過(guò)程中，當(dāng)流入截面較大的空間時(shí)，氣流速度降低，減小對(duì)煤粉的浮力，大顆粒的煤粉隨即分離沉降。

2）慣性分離。原理：在氣流拐彎時(shí)，利用煤粉的慣性力把粗粉分離出來(lái)，即慣性分離。

3）離心分離。原理：粗顆粒煤粉在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中依靠其離心力從氣流中分離出來(lái)，稱(chēng)為離心分離。氣流沿圓形容器的圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于大顆粒煤粉具有較大的離心力而首先被分離出來(lái)。

4）撞擊分離。原理：利用撞擊使粗顆粒煤粉從氣流中分離出來(lái)，稱(chēng)為撞擊分離。當(dāng)氣流中的煤粉顆粒受撞擊時(shí)，由于粗顆粒煤粉首先失去繼續(xù)前進(jìn)的動(dòng)能而被分離出來(lái)，細(xì)顆粒煤粉隨氣流方向繼續(xù)前進(jìn)。

（2）PPCS氣箱式脈沖布袋收粉器

PPCS氣箱式脈沖布袋收粉器由灰斗、排灰裝置、脈沖清灰系統(tǒng)等組成。箱體由多個(gè)室組成，每個(gè)室配有兩個(gè)脈沖閥和一個(gè)帶氣缸的提升閥。進(jìn)氣口與灰斗相通，出風(fēng)口通過(guò)提升閥與清潔氣體室相通，脈沖閥通過(guò)管道與儲(chǔ)氣罐相連。氣箱式脈沖布袋收粉器結(jié)構(gòu)示意圖1－提升閥；2－脈沖閥；3－閥板；4－隔板；5－濾袋及袋籠；6－灰斗；7－葉輪給煤機(jī)或螺旋輸送機(jī)原理：當(dāng)氣體和煤粉的混合物由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入灰斗后，一部分凝結(jié)的煤粉和較粗顆粒的煤粉由于慣性碰撞，自然沉積到灰斗上，細(xì)顆粒煤粉隨氣流上升進(jìn)入袋室，經(jīng)濾袋過(guò)濾后，煤粉被阻留在濾袋外側(cè)，凈化后的氣體由濾袋內(nèi)部進(jìn)入箱體，再經(jīng)閥板孔、出口排出，達(dá)到收集煤粉的作用。隨著過(guò)濾的不斷進(jìn)行，濾袋外側(cè)的煤粉逐漸增多，阻力逐漸提高，當(dāng)達(dá)到設(shè)定阻力值或一定時(shí)間間隔時(shí)，清灰程序控制器發(fā)出清灰指令。首先關(guān)閉提升閥，切斷氣源，停止該室過(guò)濾，再打開(kāi)電磁脈沖閥，向?yàn)V袋內(nèi)噴入高壓氣體——氮?dú)饣驂嚎s空氣，以清除濾袋外表面捕集的煤粉。清灰完畢，再次打開(kāi)提升閥，進(jìn)入工作狀態(tài)。

清灰過(guò)程：一個(gè)室從清灰開(kāi)始到結(jié)束，稱(chēng)為一個(gè)清灰過(guò)程，一般為3～10秒。清灰周期：一個(gè)室從清灰開(kāi)始到下一次清灰開(kāi)始之間的時(shí)間間隔稱(chēng)為清灰周期，清灰周期的長(zhǎng)短取決于煤粉濃度、過(guò)濾風(fēng)速等。清灰間隔：從一個(gè)室的清灰結(jié)束到另外一個(gè)室的清灰開(kāi)始，稱(chēng)為清灰間隔。

PPCS氣箱式脈沖布袋收粉器的技術(shù)性能

4.排粉風(fēng)機(jī)排粉風(fēng)機(jī)是制粉系統(tǒng)的主要設(shè)備，它是整個(gè)制粉系統(tǒng)中氣固兩相流流動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源，工作原理與普通離心通風(fēng)機(jī)相同。

5.木屑分離器木屑分離器安裝在磨煤機(jī)出口的垂直管道上，用以捕捉氣流中夾帶的木屑和其它大塊雜物。分離器內(nèi)上方設(shè)有可翻轉(zhuǎn)的網(wǎng)格，下部?jī)?nèi)側(cè)有木屑簍，簍底有一扇能翻轉(zhuǎn)的擋氣板，外側(cè)有取物門(mén)。木屑分離器取物時(shí)先關(guān)閉擋氣板，再把網(wǎng)格從水平位置翻下，使木屑落入木屑簍，網(wǎng)格復(fù)位后打開(kāi)取物門(mén)把木屑等雜物取出。

木屑分離器1－平衡重錘；2－取物門(mén)；3－擋氣板；4－網(wǎng)格

6.鎖氣器

鎖氣器是一種只能讓煤粉通過(guò)而不允許氣體通過(guò)的設(shè)備。常用的鎖氣器有錐式和斜板式兩種。當(dāng)煤粉在鎖氣器內(nèi)存到一定數(shù)量時(shí)，灰門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟卸灰，當(dāng)煤粉減少到一定量后，由于平衡錘的作用使灰門(mén)復(fù)位。斜板式鎖氣器可在垂直管道上使用，也可在垂直偏斜度小于20o的傾斜管道上使用。而錐式鎖氣器只能安裝在垂直管道上。為保證鎖氣可靠，一般要安裝兩臺(tái)鎖氣器，串連使用，并且鎖氣器上方煤粉管的長(zhǎng)度不應(yīng)小于600mm。原理：6.2煤粉噴吹系統(tǒng)從制粉系統(tǒng)的煤粉倉(cāng)后面到高爐風(fēng)口噴槍之間的設(shè)施屬于噴吹系統(tǒng)，主要包括煤粉輸送、煤粉收集、煤粉噴吹、煤粉的分配及風(fēng)口噴吹等。

直接噴吹工藝：在煤粉制備站與高爐之間距離小于300m的情況下，把噴吹設(shè)施布置在制粉站的煤粉倉(cāng)下面，不設(shè)輸粉設(shè)施，這種工藝稱(chēng)為直接噴吹工藝。間接噴吹工藝：在制粉站與高爐之間的距離較遠(yuǎn)時(shí)，增設(shè)輸粉設(shè)施，將煤粉由制粉站的煤粉倉(cāng)輸送到噴吹站，這種工藝稱(chēng)為間接噴吹工藝。

1.串罐噴吹

是將三個(gè)罐重疊布置的，從上到下三個(gè)罐依次為煤粉倉(cāng)、中間罐和噴吹罐。串罐噴吹工藝1－塞頭閥；2－煤粉倉(cāng)電子稱(chēng)；3－煤粉倉(cāng)；4－軟連接；5－放散閥；6－上鐘閥；7－中間罐充壓閥；8－中間罐電子稱(chēng)；9－均壓閥；10－中間罐；11－中間罐流化閥；12－中鐘閥；13－軟連接；14－下鐘閥；15－噴吹罐充壓閥；16－噴吹罐電子稱(chēng)；17－噴吹罐；18－流化器；19－給煤球閥；20－混合器

倒罐順序：打開(kāi)上鐘閥6，煤粉由煤粉倉(cāng)3落入中間罐10內(nèi)，裝滿(mǎn)煤粉后關(guān)上鐘閥。當(dāng)噴吹罐17內(nèi)煤粉下降到低料位時(shí)，中間罐開(kāi)始充壓，向罐內(nèi)充入氮?dú)猓怪虚g罐壓力與噴吹罐壓力相等，依次打開(kāi)均壓閥9、下鐘閥14和中鐘閥12。待中間罐煤粉放空時(shí)，依次關(guān)閉中鐘閥12、下鐘閥14和均壓閥9，開(kāi)啟放散閥5直到中間罐壓力為零。

噴吹罐連續(xù)運(yùn)行，噴吹穩(wěn)定，設(shè)備利用率高，廠房占地面積小。

優(yōu)點(diǎn)：2.并罐噴吹

兩個(gè)或多個(gè)噴吹罐并列布置，一個(gè)噴吹罐噴煤時(shí)，另一個(gè)噴吹罐裝煤和充壓，噴吹罐輪流噴吹煤粉。優(yōu)點(diǎn)：并罐噴吹工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備少，廠房低，建設(shè)投資少，計(jì)量方便，常用于單管路噴吹。

3.單管路噴吹

噴吹罐下只設(shè)一條噴吹管路的噴吹形式稱(chēng)為單管路噴吹。單管路噴吹必須與多頭分配器配合使用。優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備少、投資低、維修量小、操作方便以及容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量；由于混合器較大，輸粉管道粗，不易堵塞；在個(gè)別噴槍停用時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致噴吹罐內(nèi)產(chǎn)生死角，能保持下料順暢，并且容易調(diào)節(jié)噴吹速率；在噴煤總管上安裝自動(dòng)切斷閥，以確保噴煤系統(tǒng)安全。

4.多管路噴吹

從噴吹罐引出多條噴吹管，每條噴吹管連接一支噴槍的形式稱(chēng)為多管路噴吹。

6.2.2主要設(shè)備

混合器

混合器是將壓縮空氣與煤粉混合并使煤粉啟動(dòng)的設(shè)備，由殼體和噴嘴組成，如圖：沸騰式混合器1－壓縮空氣閥門(mén)；2－氣室；3－殼體；4－噴嘴；5－調(diào)節(jié)帽

混合器的工作原理：是利用從噴嘴噴射出的高速氣流所產(chǎn)生的相對(duì)負(fù)壓將煤粉吸附、混勻和啟動(dòng)的。

2.分配器

單管路噴吹必須設(shè)置分配器。煤粉由設(shè)在噴吹罐下部的混合器供給，經(jīng)噴吹總管送入分配器，在分配器四周均勻布置了若干個(gè)噴吹支管，噴吹支管數(shù)目與高爐風(fēng)口數(shù)相同，煤粉經(jīng)噴吹支管和噴槍噴入高爐。

分配器結(jié)構(gòu)示意圖

1－分配器外殼；2－中央錐體；3－煤粉分配刀；4－中間法蘭；5－噴煤支管；6－噴煤主管

使用分配器應(yīng)遵循的一些原則：1）一座高爐使用兩個(gè)分配器比使用一個(gè)分配器好。使用兩個(gè)分配器，除了工藝布置靈活外，分配精度也可以提高；2）兩個(gè)分配器應(yīng)對(duì)稱(chēng)布置在高爐兩側(cè)，這樣可保證分配器后噴吹支管的長(zhǎng)度大致相等，從而使噴吹支管的壓力損失近似；3）噴吹主管在進(jìn)入分配器前應(yīng)有相當(dāng)長(zhǎng)的一段垂直段，一般要求大于3.5m，以減少加速段不穩(wěn)定流的影響，保證適當(dāng)?shù)臍夥鬯俣燃霸诔浞职l(fā)展段煤粉沿徑向均勻分布。4）評(píng)估分配器的性能，只從壽命及精度來(lái)評(píng)估是不全面的，還應(yīng)從分配器對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性來(lái)考慮，如噴槍堵塞時(shí)的性能等。

3.噴煤槍

由耐熱無(wú)縫鋼管制成，直徑15～25mm。根據(jù)噴槍插入方式可分為三種形式：

噴煤槍

（1）斜插式：從直吹管插入，噴槍中心與風(fēng)口中心線(xiàn)有一夾角，一般為12～14o。斜插式噴槍的操作較為方便，直接受熱段較短，不易變形，但是煤粉流沖刷直吹管壁。（2）直插式：噴槍從窺視孔插入，噴槍中心與直吹管的中心線(xiàn)平行，噴吹的煤粉流不易沖刷風(fēng)口，但是妨礙高爐操作者觀察風(fēng)口，并且噴槍受熱段較長(zhǎng)，噴槍容易變形。（3）風(fēng)口固定式：噴槍由風(fēng)口小套水冷腔插入，無(wú)直接受熱段，停噴時(shí)不需拔槍?zhuān)僮鞣奖?，但是制造?fù)雜，成品率低，并且不能調(diào)節(jié)噴槍伸入長(zhǎng)度。

4.氧煤槍

富氧的方法有兩種：一是在熱風(fēng)爐前將氧氣混入冷風(fēng)；二是將有限的氧氣由風(fēng)口及直吹管之間，用適當(dāng)?shù)姆椒尤?。氧煤槍有三種結(jié)構(gòu)：

氧煤槍

（A）為螺旋形，它能迫使氧氣在煤股四周做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到氧煤迅速混合燃燒的目的；（B）為向心形，它能將氧氣噴向中心，氧煤股的交點(diǎn)可根據(jù)需要預(yù)先設(shè)定，其目的是控制煤粉開(kāi)始燃燒的位置，以防止過(guò)早燃燒而損壞槍嘴或風(fēng)口結(jié)渣現(xiàn)象的出現(xiàn)；（C）為退后形，當(dāng)槍頭前端受阻時(shí)，該噴槍可防止氧氣回灌到煤粉管內(nèi)，以達(dá)到保護(hù)噴槍和安全噴吹的目的。

6.4噴煤技術(shù)進(jìn)步

6.4.1噴煤技術(shù)進(jìn)步

噴煤技術(shù)的進(jìn)步主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）噴煤設(shè)備大型化和裝備水平的提高。（2）高爐富氧噴煤。

（3）噴吹煙煤或煙煤與無(wú)煙煤混合噴吹。

（4）濃相輸送。

6.4.2濃相輸送

1.稀相輸送與濃相輸送的區(qū)別：（1）煤粉狀態(tài)：稀相輸送時(shí)煤粉均勻地分布在氣流中，煤粉沿管道斷面均勻分布呈懸浮狀態(tài)；而濃相輸送時(shí)，由于氣體流速低，單位體積內(nèi)煤粉濃度高，形成輸送管道下部煤粉較多，上部較少，但沒(méi)有停滯現(xiàn)象，由于煤粉粒度又不很均勻，較大顆粒的煤粉主要在管底流動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為底密懸浮流動(dòng)。（2）煤粉流速：在稀相輸送時(shí)，煤粉與氣流速度基本一致，是一種均勻流動(dòng)；而濃相輸送的底密懸浮流動(dòng)與氣流速度不一致，一般煤粉流動(dòng)速度僅為氣流速度的1/2左右。

2.影響濃相輸送的因素1)輸送濃度與輸送壓力

輸送濃度越高，ΔP越大，要求噴吹罐的壓力越高。

2)輸送距離與混合比

增大輸送距離，會(huì)降低輸送濃度。

3)輸送管徑與混合比

一般濃相輸送要