武钢球磨系统煤粉收集输送工艺的改进

武钢球磨系统煤粉收集输送工艺的改进

1老制粉间煤磨收尘技术的研发高架上的大量煤炭开采对促进生产和节焦具有重要影响。国内外对其发展都给予高度重视。由于高炉喷煤的磨机制粉系统的煤粉浓度高达300～1300g/m3,比环保领域要求的含尘浓度高数十倍甚至上百倍,于是,不得不采用两级旋风(或多管)除尘器加袋式除尘器的三级设备收尘及多级机械输粉,并且往往设有两级风机。武钢炼铁厂新、老制粉间煤磨系统均采用此种工艺,其带来的问题是多方面的。(1)多级收尘使输粉设备多,故障率高,安全性差,维修难度大,维护成本高,利用率降低。(2)制粉系统电耗过大,部分抵消了喷煤的效益,而且影响产量。(3)尾气排放超标,造成煤粉流失,环境污染严重。(4)煤粉制备费用高。以上问题成为制约高炉喷吹量的一个重要因素。针对上述问题,武钢炼铁厂决定首先对老制粉间煤磨收尘系统进行改造,采用由冶金部安全环保研究院大气污染治理研究所研究的以高浓度煤粉袋式收集器代替传统的多级收尘,使煤粉收集流程简化的新技术,并于1993年初至1997年底期间先后完成了老制粉间四台10t球磨机收尘系统的改造。在此基础上,又对1992年新建的三套35t煤磨制备系统进行改造,委托安环院大气所首先对新制粉间2号系列收集系统、供热系统及输粉系统进行改造性大修设计,改变产量低、作业率低、维护量大、成本高的状态。2设备配置不合理武钢炼铁厂新制粉间三台35t煤磨系统原设计为用一,备一,修一。由于喷煤量的大幅度增加,至少有两台磨机同时生产才能满足喷煤的需求。工作制度变为用二,备一。由此,原有设备配置暴露出多项严重缺陷:收尘设备故障率高,维护工作量大,严重影响正常生产;收尘设备实际产量低于设计指标,生产效率低,能源消耗大,外排经常超标;三个热风供应系统设计不合理,所需的热风量和温度难以调节,不得不减少制粉量来满足煤粉的干度,而且存在煤气爆炸隐患;煤粉输送环节多,设备故障率高,阻碍生产,更不可能满足未来烟煤喷吹的需要。2.1气的渗透、净化新制粉间(一个系列)煤磨系统原设计的工艺流程见图1。烘干炉以高炉煤气作原料,产生的热烟气由引风机经一根总管分别送入三台球磨机内。球磨机生产的煤粉由热烟气带入粗粉分离器选粉,粗颗粒的煤粉返回球磨机内,合格的细粉依次经细粉分离器、多管除尘器和袋式除尘器使气固两相分离,收集的煤粉再由多台输送机送入料仓,净化后的气体经抽风机由烟囱排入大气。主要设备规格及参数见表1。2.2存在的问题2.2.1减少磨机在生产中,只有两台磨机同时生产时才能满足高炉所需的喷煤量,而一台引风机的处理热风量正好与一台磨机匹配,引风机工作介质温度不能超过300℃。因此,一台引风机提供的热风不能满足两台磨机同时满负荷生产的需求,也难以根据煤种和原煤的水含量不同而自由调定供热温度。因而只得减少磨机抽风量及降低原煤刮板机的原煤给煤量,即减少制粉量来保证煤粉的干度。使台时制粉产量大幅度降低,同时又使部分烘干炉闲置起来。重复配置的阀门及引风机故障率高,维修工作量大。2.2.2反风袋式除尘器受武钢委托,冶金部安全环保研究院大气所曾于1993年7、9月分别对3号系统进行测试,测试结果表明:(1)多管收集器阻力消耗较高,但收尘量却很低。细粉分离器占总收尘量的91.21%～91.64%,多管收集器仅占4.20%～4.70%,阻力却为1.1kPa。(2)反吹风袋式除尘器清灰能力弱,设备阻力高,达4.65kPa,三通切换阀门故障率高,维护、检修困难且费用高。(3)自磨机入口算起,系统总阻力超过10kPa,限制了磨机产量,而且电耗高。2.2.3粉装置的故障由多台螺旋机,埋刮板机组成的卸粉、输粉装置经常出故障。维修工作量大,也影响系统的作业率,使本已负荷过重的生产系统雪上加霜,不能适应未来的烟煤生产。3内容和技术方法的转变3.1煤粉输送系统新制粉间改造的最终目标是将烘干炉同球磨机实现一对一的配置,把高温区域的引风机拆除,整个系统仅由煤粉风机作动力,实现全负压生产。达到这个目标的前提条件是采用一级高浓度煤粉袋式收集器代替原有的三级收尘设备,使阻力大幅度降低。对煤粉输送系统进行全面改造,取消螺旋和埋刮板机。经过对各种输送方案的比较分析认为,采用溜管输送是较理想的途径。3.2引风机改造前的阀口改造后的供热系统工艺流程:热风炉的热烟气经一组阀门(热风阀、混风阀、调节阀)后,直接进入球磨机。(1)取消部分设备,共17台。即引风机2台,型号Y4—73—11№16D,全压2177Pa,各配套电机2台,功率55kW;引风机前后的调节阀门ue001φ1800,共4台;磨机入口的三套阀门(热风阀ue001φ1400,调节阀ue001φ1400,混风阀ue001φ500)共9台。(2)改造现有的热风管道,使三座烘干炉一对一向磨机提供干燥的风源,风温的调节再不受任何条件的限制。但因受费用限制,在本次改造中暂不进行。3.3粉碎工艺的改进和设备的设计(1)经过改造的造粉工艺热风→→球磨机→→粗粉分离器→→高浓度煤粉袋式收集器→→排粉风机→→烟囱改造后的工艺布置见图2。(2)自动泄压及烟煤粉系统能直接处理高浓度煤粉烟气并达标;较高的过滤负荷;强大的清灰能力,从而保持较低的设备阻力,能耗小,运行费用低;设有专用防爆装置,当箱体出现正压后,能自动泄压,压力正常后自动恢复;在生产烟煤粉时,仅需烟气作惰化处理,即能满足安全生产的需求;故障少,维修工作量小,换袋操作方便。(3)设备结果图2处理风量125000m3/h;过滤面积2600m2;滤料抗静电针刺毡;过滤风速0.80m/min;入口含尘浓度≤900g/m3;出口含尘浓度<80mg/m3;设备阻力≤1600Pa;喷吹压力<0.25MPa;压气耗量3.6～6m3/min;滤袋尺寸ue001φ120×6000,共1152条;设备重量85t。(4)提高收集器总占地面积尘气风道与净气风道同设在收集器中箱体的中间,在保持较低的进、出口风速、减少阻损的前提下,充分利用其高度空间。这使收集器的占地面积较具有同等处理能力的设备占地面积更小,灰斗高度降低。含尘气流的合理分布避免了对滤袋的冲刷,风道表面涂敷耐磨层。箱体结构可承受压力±14kPa。中箱体设有防爆阀,箱体内出现高压时,能自动泄压,恢复正常后阀门能自动关闭。在中箱体与灰斗内为了防止积粉,消除了所有平台、尖角、并作圆滑处理。3.4煤粉的安排问题新制粉间属于集中制粉、分散供应的配置,三套球磨制粉系统共设有六个粉仓,最远相距30m。三台袋式除尘器灰斗之间最远相距36m。为了使任一系统的三级收尘设备都能将煤粉成品送至六个粉仓中的任一个,原设计为每一系统配备一台埋刮板输送机,并同两台主埋刮板机相接。同时,由于反吹风袋式除尘器自身的缺陷,不得不各配备五台螺旋输送机及等量的星形卸灰阀。这样一套复杂的卸粉输粉流程故障率高、维修频繁、安全性差、煤粉调配困难,而且电耗高,严重地制约了生产,更不能适应未来烟煤喷吹的需要。投产初期,武钢炼铁厂就将星形阀全部取消,但整个卸、输粉系统的性能未得到显著改善。增设中仓分配缓坡溜放卸粉、输粉装置。中仓分配缓坡溜放卸、输粉装置的可行性在于收粉设备收集的煤粉温度较高(约70℃)、含湿量低(<2%),因而流动性好;煤粉不在收集器内积存,温度不会显著降低;由收集器卸出的煤粉混有气体,因而具有一定流态特性,进一步增强了其流动性。总之,在上述条件下煤粉的安息角相当小,这与在料仓内储存煤粉的精况有很大差别。为验证上述观点,进行了煤粉的安息角试验。结果证明,在温度为室温、含湿量30%条件下,煤粉安息角不超过35°。在制粉系统动态条件下,煤粉安息角应当更小。这证明中仓分配缓坡溜放卸、输粉方案是可行的。中仓分配缓坡溜放卸、输粉装置设一中间粉仓,体积1.5m3,为三套制粉系统共用。三套系统收尘设备的灰斗各以小坡度溜管同中间仓相连,中间仓同各粉仓之间也以小坡度溜管相连;在各溜管上均设插板阀,通过操作台上的按钮控制各插板阀的启闭。这种卸灰装置的技术关键是中间仓分料均匀,溜管坡度适度。借助这一装置,分属不同系统的三台高浓度煤粉袋式收集器共六个灰斗都可以分别将煤粉调配至任意一个粉仓,满足不同仓式泵输粉的及时需要,操作方便,而且粉卸入仓内的速度大大加快。显然,由于溜管坡度小,设备安装高度得以大幅度降低,从而降低了施加于建筑物的荷载,并节约投资;用这种装置卸出和输送煤粉,几乎不需要任何动力;由于活动部件少,故障率减至最低;最大限度地避免了输送过程中对煤粉的摩擦和挤压,因而安全性显著增加,适应今后烟煤喷吹的需要。3.5日本三模拟和试验验证根据新制粉工艺改造的要求。研制了与高浓度煤粉袋式收集技术配套的BMC—4型电脑控制系统,实现收集器及输粉系统运行工况的监测与自动控制。其主机采用高性能价格比的日本三菱公司FX2系列可编程控制器,配套经久耐用、抗干扰能力强的压力、压差智能变送器和快速反应温度传感器、数显仪表等器件。软件根据新制粉工艺改造的要求专门开发,并经反复试验验证。主要功能包括:①收集系统温度监测(收集器进、出口,两个灰斗);②收集器进、出口压差监测;③收集器清灰气包压力监测;④收集器清灰定时或定压差自动控制,清灰各参数数字显示;⑤输粉系统插板阀集中控制,阀位监测,状态指示;⑥输粉系统工况模拟显示;⑦收集系统故障自诊断与声光警报、显示。4设备的使用效果(1)第2系列35t煤磨收集系统改造性大修工程于1998年3月25日竣工投产,一次试车成功,台时产量32～40t/h(磨机35t/h,可磨系数0.9),达到设计要求。(2)满负荷生产时,煤粉风机的液力耦合器只调至满负荷的1/3,电机的工作电流由改造前的60A降至35A。系统的振动和噪声显著降低。(3)高浓度煤粉袋式收集器清灰效果良好,以压力为0.2MPa压缩空气脉冲喷吹,设备阻力为600～700Pa,低于设计值。(4)收集器过滤效果好,而且制作、安装等环节都严格符合技术要求,使用排尘浓度仅为5mg/m3。(5)煤粉输送系统正常,双级锁气器能克服灰斗出口的较高负压,使煤粉很顺利地卸到中间粉仓内,较均匀地通过三条溜管送到粉仓中,其中两条小坡度溜管输送效果更好。煤粉输送、调配灵活方便,只需点动相应按钮就可将煤粉快速送至任何一个粉仓。彻底改变了以前配料操作复杂、费力、费时的状况,深受操作人员欢迎。(6)自控系统能很好满足生产需求,自动化程度高,操作简便,运行稳定可靠。(7)取消热力引风机的试验在制粉系统改造完成并运行正常后,进行了取消热力引风机的试验。将引风机转子卸掉,完全靠煤粉风机的动力保持整个制粉系统的运行,试验结果证明是成功的。5减少煤粉流失的主要项目据武钢炼铁厂提供的《武钢炼铁厂新制粉车间2#系列煤磨制备系统改造工程的经济效益》报告,每年共获直接经济效益262.48万元。分项如下:(1)节约运行费用149万元。改造前输粉设备故障频繁,平均每月维修两次,每次损失煤粉3t以上;改造前烟囱排尘为91.6mg/m3,改造后的排尘减少至5mg/m3。全年可减少煤粉流失180t,因此增益为5.10万元/a;收尘设备由三级简化为一级,尘气管道缩短87%。高浓度袋式收集器阻力稳定在1.2kPa以下,系统总阻力降低5kPa,煤粉风机的工作电流因此而减少15A,每年可节电156.33万kW·h,折合62.90万元;输粉系统取消了多台马达,全年节电87.35万kW·h,折合54.13万元;取消两台风机,全年减少电耗67.17万kW·h,合电费26.87万元/a;(2)减少维护检修费用113.48万元/a。省去了反吹风袋式除尘器、螺旋输送机、埋刮板机等设备的备品、备件,合81.06万元/a;各设备维修时,包括建安费、材料费、人工费及机具折旧费的总和占备品费的40%,即此费用为32.42万元/a;排尘浓度远低于国家标准,作业区岗位消除了煤粉污染。6现场运行效果(1)高浓度煤粉袋式收集技术用于煤粉制备系统使制粉流程简化,方便和促进了生产,而且安全性高,为今后烟煤喷吹创造了条件。(2)