可控制中速磨入口氧含量的高炉喷煤装置及其控制方法与流程

本发明涉及冶炼领域，具体涉及一种可控制中速磨入口氧含量的高炉喷煤装置及其控制方法。

背景技术：

为了进一步降低炼铁成本，炼铁厂对高炉喷煤结构进行调整，将全厂高挥发份烟煤配比由目前的15％提高至30％，混合煤干燥无灰基挥发分平均值为18％。但在对高炉开展65％无烟煤+35％烟煤试验30天时，为了保证试验安全，对高炉制粉系统进行工况测试体检，发现高炉整体制粉系统氧含量严重超标，由于

混合煤挥发分越高爆炸性越强，粒度越细爆炸性越强，而煤粉爆炸是由火源、氧含量等多因素作用的结果，除了平时通过加强控制系统氧含量、系统温度、除铁器除铁、设备防静电等，还需对各系统温度和氧含量检测探头、充氮保护装置进行日常点检，确保制粉系统的安全稳定运行，高炉整体制粉系统氧含量严重超标，严重制约了高配比烟煤喷吹工作的推进，带来了极大的安全隐患。

在现有高炉喷煤结构的调整改进中，主要有以下技术方案：

张鑫在刊登在莱钢科技.167(5).2013上的“风煤比”技术在喷煤生产中应用中提到，新疆公司炼铁厂通过绘制中速磨的“风煤比”趋势图，使中速磨的制粉产能由30t/h提高到40t/h，其中中速磨粗粉分离器温度控制在92-95℃，入磨风温控制在260-300℃，风量在0-15000m³/h时，随着风量的提高制粉量也提高。文献提出了控制风煤比的想法，但是没有涉及到废气氧含量的控制。

廖文新、王红章在刊登在中国冶金.1(56).2002上的八钢喷吹高比例烟煤高炉操作经验及节焦效果中阐述八钢喷吹高比例烟煤高炉操作经验，主要表明高比例烟煤喷吹有利于冶炼低硅生铁，改善煤粉的燃烧性能，且高炉操作中热滞后时间延长，同时表示要保持炉内透气性既要保证煤粉高燃烧率，也要保证风口风速和炉料良好性能。文献提出了高比例烟煤喷吹的好处以及与之匹配的高炉操作方针，但是对于限制烟煤提高的废气中的氧含量的控制并没有提及。

刘利兵、王自学、苗新海在刊登在山西冶金.4(132).2011上的3200m3高炉喷煤系统技术特点中阐述了3200m³高炉喷煤系统的技术特点，喷煤系统按照烟煤和无烟煤混喷设计，制粉系统按强爆炸性烟煤设计，最大喷煤比250kg/t，尾气排放煤粉质量浓度≤30mg/m³，喷煤系统投运后，运行正常，烟煤配比达40％，高炉喷吹效果良好。文献对烟煤提高的限制提出了看法，但是主要从设备改造方面入手，并没有通过工艺调整的相关手段。

徐矩良、刘应书在刊登在钢铁.10(31).1996上的高炉喷煤技术的改造方向中主要表明了高炉喷煤技术的改造方向，指明煤场要增加储煤能力，实现自动配煤，制粉要采用中速磨制粉和一次布袋收粉的全负压流程，喷吹烟煤和混合煤时，应采用安全防爆措施。提出利用计算机控制技术提高喷煤自动化水平，采用氧煤枪及炉前供氧与安全控制技术，经济有效安全地实现120kg/t以上的煤比。该文献提出了喷煤安全的防爆问题，但是对废气中氧含量问题没有进行探讨。

因此，在喷吹设备系统更换存在困难的前提下，需要一种经济可行的方法，控制中速磨入口废气中的氧含量，满足系统设计规范需求，减少安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种可控制中速磨入口氧含量的高炉喷煤装置及其控制方法，满足系统设计规范需求，将中速磨入口处的氧含量控制在一定的水平，保证了中速磨安全平稳高效的运行，减少安全隐患。

为实现上述目的，本发明一种可控制中速磨入口氧含量的高炉喷煤装置，包括中速磨及与所述中速磨连接的原煤仓，所述中速磨的出口处设有煤粉仓，所述煤粉仓连有喷吹罐，所述喷吹罐连有分配器，所述分配器连有高炉，所述中速磨的入口处连有烟气炉，所述烟气炉的入口处连有热风炉，所述中速磨的入口处开设有第一测试取样孔，所述烟气炉的助燃空气进入通道上设有烟气炉助燃空气流量调节阀，所述烟气炉的燃气进入通道上设有烟气炉燃气流量调节阀，调节所述烟气炉的空燃比。

优选地，所述热风炉的助燃空气进入通道上设有热风炉助燃空气流量调节阀，所述热风炉的燃气进入通道上设有热风炉燃气流量调节阀，调节所述热风炉的空燃比。

优选地，所述热风炉通过引风机与所述烟气炉连接，所述引风机的入口上开设有第二测试取样孔，可进行o2含量分析。

优选地，所述中速磨与所述煤粉仓之间设有高浓度大布袋收粉器，所述高浓度大布袋收粉器连有主排风机，所述主排风机的出口与所述热风炉的出口连接，可将所述主排风机排出的惰性热烟气再引入所述烟气炉再利用。

优选地，所述烟气炉和热风炉为平卧式布局结构。

一种可控制中速磨入口氧含量的高炉喷煤装置的控制方法，采用烟气分析仪对所述第一测试取样孔的o2含量进行分析，当所述第一测试取样孔的o2含量大于预设值时，调节所述热风炉助燃空气流量调节阀，使助燃空气流量减小，下调所述热风炉的空燃比，或调节所述烟气炉助燃空气流量调节阀，使助燃空气流量减小，下调所述烟气炉的空燃比，至所述第一测试取样孔的o2含量小于预设值。

优选地，当所述热风炉的烧炉温度过低时，通过调节所述热风炉燃气流量调节阀，使燃气流量增大，下调所述热风炉的空燃比。

优选地，当所述烟气炉的烧炉温度过低时，通过调节所述烟气炉燃气流量调节阀，使燃气流量增大，下调所述烟气炉的空燃比。

优选地，采用烟气分析仪对所述第二测试取样孔的o2含量进行分析，当所述第二测试取样孔o2含量小于预设值时，调节所述烟气炉助燃空气流量调节阀，使助燃空气流量减小，下调所述烟气炉的空燃比，至所述第一测试取样孔的o2含量小于预设值时。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、通过检测中速磨入口的o2含量，进而通过调节烟气炉和热风炉的空燃比，将中速磨入口处的氧含量控制在一定的水平，保证了中速磨安全平稳高效的运行，减少安全隐患；

2、通过第二测试取样孔可监控热风炉的o2含量，使得中速磨的o2含量控制更准确和精确。

附图说明

图1为本发明可控制中速磨入口氧含量的高炉喷煤装置的结构示意图；

图2为图1中烟气炉的结构示意图；

图3为图1中热风炉的结构示意图。

图中各部件标号如下：

中速磨1、原煤仓2、煤粉仓3、喷吹罐4、分配器5、高炉6、烟气炉7、热风炉8、第一测试取样孔9、烟气炉助燃空气流量调节阀10、烟气炉燃气流量调节阀11、热风炉助燃空气流量调节阀12、热风炉燃气流量调节阀13、引风机14、第二测试取样孔15、高浓度大布袋收粉器16、主排风机17。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明可控制中速磨入口氧含量的高炉喷煤装置，包括中速磨1及与中速磨1连接的原煤仓2，中速磨1的出口处设有煤粉仓3，煤粉仓3连有喷吹罐4，喷吹罐4连有分配器5，分配器5连有高炉6，中速磨1的入口处连有烟气炉7，烟气炉7的入口处连有热风炉8，中速磨1的入口处开设有第一测试取样孔9，结合图2所示，烟气炉7的助燃空气进入通道上设有烟气炉助燃空气流量调节阀10，烟气炉7的燃气进入通道上设有烟气炉燃气流量调节阀11。

同时，结合图3所示，热风炉8的助燃空气进入通道上设有热风炉助燃空气流量调节阀12，热风炉8的燃气进入通道上设有热风炉燃气流量调节阀13。

另外，如图1所示，热风炉8通过引风机14与烟气炉7连接，引风机14的入口上开设有第二测试取样孔15。

本实施例中，烟气炉7和热风炉8为平卧式布局结构，中速磨1与煤粉仓3之间设有高浓度大布袋收粉器16，高浓度大布袋收粉器16连有主排风机17，主排风机17的出口与热风炉8的出口连接，可将主排风机17排出的惰性热烟气再引入烟气炉7再利用。

一种可控制中速磨入口氧含量的高炉喷煤装置的控制方法，采用烟气分析仪对第一测试取样孔9的o2含量进行分析，当第一测试取样孔9的o2含量大于预设值时，调节热风炉助燃空气流量调节阀12，使助燃空气流量减小，下调热风炉8的空燃比，或调节烟气炉助燃空气流量调节阀10，使助燃空气流量减小，下调烟气炉7的空燃比，至第一测试取样孔9的o2含量小于预设值时。

当热风炉8的烧炉温度过低时，通过调节热风炉燃气流量调节阀13，使燃气流量增大，下调热风炉8的空燃比。

当烟气炉7的烧炉温度过低时，通过调节烟气炉燃气流量调节阀11，使燃气流量增大，下调烟气炉7的空燃比。

采用烟气分析仪对第二测试取样孔15的o2含量进行分析，当第二测试取样孔15o2含量小于预设值时，调节烟气炉助燃空气流量调节阀11，使助燃空气流量减小，下调烟气炉7的空燃比，至第一测试取样孔9的o2含量小于预设值。

本实施例中，按照系统设计规范，全系统氧含量不得超过12％，随着烟气流向全系统气体氧含量呈现逐级增加趋势，考虑因设备漏风而影响氧含量要求≤3％，实际按影响值2％控制，因此中速磨1入口氧含量需要控制在6％以下。本实施例使用热风炉8废气、回流主排风机17废气和烟气炉7废气的混合气体作为干燥气体，由于主排风机17废气氧含量普遍高于10％，因此在进行高配比烟煤喷吹时停用回流主排风机17废气。除了漏风会增加系统氧含量外，热风炉8废气以及烟气炉7废气是全系统氧含量的主要来源，故严格控制热风炉8和烟气炉7的空气过剩系数可有效减少氧含量的带入量。

本实施例进行煤粉喷吹的工艺顺序为：原煤仓2+热风炉8+烟气炉7→中速磨1→高浓度大布袋收粉器16→煤粉仓3→直接喷吹进高炉6。其中烟气炉7和热风炉8采用平卧式布局结构，利用高炉6煤气燃烧产生的高温热烟气与高炉热风炉8低温废气相混合后，生成出口约280±50℃惰性热烟气供中速磨1烘干煤粉用。

本实施例采用烟气分析仪对第一测试取样孔9的o2含量进行分析，监测中速磨1入口处的o2含量，当o2含量含量高于5％时，表明烟气中氧含量较高，需要控制氧含量。氧含量高的原因主要有两点：一是热风炉8燃烧废气中氧含量过高，即热风炉8燃烧空气使用不完全，造成空气中氧含量偏高，带入到中速磨1入口废气中；二是烟气炉7中空燃比不合适，造成烟气炉7中空气过剩，燃烧不完全，空气中的氧气带入到中速磨1废气中。因此根据原有的测量数据，必须调整热风炉8的空燃比和烟气炉7的空燃比，使燃烧反应更加完全。

当中速磨1入口废气中氧含量偏高时，从两个方面进行控制：1、下调热风炉8的空燃比，使热风炉8中燃烧的空气含量下降，确保热风炉8废气(引风机14入口)的氧含量小于3％；2、调整烟气炉7中合适的空燃比，降低空气含量或提高煤气含量，使燃烧完全。

以炼铁厂的一个高炉6为例，按照系统设计规范，全系统氧含量不得超过12％，随着烟气流向全系统气体氧含量呈现逐级增加趋势，考虑因设备漏风而影响氧含量要求≤3％，实际按影响值2％控制。

对高炉6采用德国约克烟气分析仪对第一测试取样孔9的o2含量进行分析后发现：高炉6制粉全系统因热风炉8废气氧含量高达9～11％，使得系统各部位氮气保护装置频繁充氮保护，发现问题后，及时调整高炉6热风炉8空气过剩系数以及烟气炉7的空燃比来严格控制系统入氧量。测量时，热风炉8的空气流量为75110m³/h，燃气流量为83511m³/h，空燃比控制在0.9左右；烟气炉7的空气流量为2516m³/h，燃气流量为1642m³/h，空燃比控制在1.53左右。测量后，为了降低中速磨1入口废气的温度，调小热风炉助燃空气流量调节阀12，使热风炉8的空气流量降低到70018m³/h，保证热风炉8的空燃比在0.75左右，热风炉8燃烧得更完全，热风温度得到了保证，空气利用系数提高，氧含量降低。同时，将烟气炉7的空气流量调整到2312m³/h，将空燃比控制在1.4左右，则燃气燃烧完全，出口处烟气的o2含量明显降低。

对比调整前和调整后中速磨1入口废气中氧含量可以看出，用该方法后，第一测试取样孔9的氧含量基本控制在了5％以下。

同时，在调节热风炉8空燃比时，通过烟气分析仪测试第二测试取样孔15的o2含量，下调热风炉8的空燃比，确保热风炉8废气(引风机14入口)的氧含量小于3％，在不能保证热风炉8的烧炉温度的时候，调节热风炉燃气流量调节阀13，使燃气流量增大，从而达到下调热风炉8的空燃比的目的，同时保证了热风炉8的烧炉温度。

而在不能保证烟气炉7的烧炉温度的时候，调节烟气炉燃气流量调节阀11，使燃气流量增大，从而达到下调烟气炉7的空燃比的目的，同时保证了烟气炉7的烧炉温度。

另外，当第一测试取样孔9的o2含量大于5％，第二测试取样孔15o2含量小于3％时，可只调节烟气炉助燃空气流量调节阀11，使助燃空气流量减小，下调烟气炉7的空燃比，至第一测试取样孔9的o2含量小于5％。

本发明可控制中速磨入口氧含量的高炉喷煤装置及其控制方法通过检测中速磨1入口的o2含量，进而通过调节烟气炉7和热风炉8的空燃比，将中速磨1入口处的氧含量控制在一定的水平，保证了中速磨1安全平稳高效的运行，减少安全隐患；另外通过第二测试取样孔15可监控热风炉8的o2含量，使得中速磨1的o2含量控制更准确和精确。