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高炉喷吹煤粉系统

高炉经风口喷吹煤粉已成为节焦和改进冶炼工艺最有效的措施之一。它不仅可以代替日益紧缺的焦炭，而且有利于改进冶炼工艺：扩展风口前的回旋区，缩小呆滞区；降低风口前的理论燃烧温度，有利于提高风温和采用富氧鼓风，特别是喷吹煤粉和富氧鼓风相结合，在节焦和增产两方面都能取得非常好的效果；可以提高一氧化碳的利用率，提高炉内煤气含氢量，改善还原过程等等。总之，高炉喷煤既有利于节焦增产，又有利于改进高炉冶炼工艺和促进高炉顺行，受到世界各国的普遍重视。高炉喷煤系统主要由原煤贮运、煤粉制备、煤粉喷吹、热烟气和供气等几部分组成，其工艺流程如图7—1所示。

原煤贮运系统；原煤用汽车或火车运至原煤场进行堆放、贮存、破碎、筛分及去除其中金属杂物等，同时将过湿的原煤进行自然干燥。根据总图布置的远近，用皮带机将原煤送人煤粉制备系统的原煤仓内。煤粉制备系统：将原煤经过磨碎和干燥制成煤粉，再将煤粉从干燥气中分离出来存入煤粉仓内。煤粉喷吹系统：在喷吹罐组内充以氮气，再用压缩空气将煤粉经输送管道和喷喷人高炉风口。根据现场情况，喷吹罐组可布置在制粉系统的煤粉仓下面，直接将煤粉喷入高炉；也可布置在高炉附近，用设在制粉系统煤粉仓下面的仓式泵，将煤粉输送到高炉附近的喷吹罐组内。热烟气系统：将高炉煤气在燃烧炉内燃烧生成的热烟气送人制粉系统，用来干燥煤粉。为了降低干燥气中含氧量，现多采用热风炉烟道废气与燃烧炉热烟气的混合气体作为制粉系统的干燥气。供气系统：供给整个喷煤系统的压缩空气、氮气、氧气及少量的蒸汽。压缩空气用于输送煤粉，氮气用于烟煤制备和喷吹系统的气氛惰化，蒸汽用于设备保温。

7．1煤粉制备系统

7．1．1煤粉制备工艺

煤粉制备工艺是指通过磨煤机将原煤加工成粒度及水分含量均符合高炉喷煤要求的煤粉的工艺过程。高炉喷吹系统对煤粉的要求是：粒径小于74 m的占80％以上，水分不大于1％。根据磨煤设备可分为球磨机制粉工艺和中速磨制粉工艺两种。

7．1．1．1球磨机制粉工艺

图7—2a所示为20世纪80年代广为采用的球磨机制粉工艺流程示意图。原煤仓1中的原煤由给煤机2送入球磨机9内进行研磨。干燥气经切断阀14和调节阀15送入球磨机，干燥气温度通过冷风调节阀13调节混入的冷风量来实现，干燥气的用量通过调节阀15进行调节。

干燥气和煤粉混合物中的木屑及其它大块杂物被木屑分离器10捕捉后由人工清理。煤粉随干燥气垂直上升，经粗粉分离器11分离，分离后不合格的粗粉返回球磨机再次碾磨，合格的细粉再经一级旋风分离器4和二级旋风分离器5进行气粉分离，分离出来的煤粉经锁气器12落入煤粉仓8中，尾气经布袋收粉器6过滤后由二次风机排人大气。

一次风机出口至球磨机人口之间的连接管叫返风管。设置此管的目的是利用干燥气余热提高球磨机入口温度和在风速不变的情况下减轻布袋收粉器的负荷，但生产实践证明此目的并没有达到。

此流程要求一次风机前常压运行，一次风机后负压运行，在实际生产中很难控制，因此，在20世纪90年代初很多厂家对上述工艺流程进行了改造，改造后的工艺流程如图7—26所示。改造的主要内容有：(1)取消一次风机，使整个系统负压运行；(2)取消返风管，减少煤粉爆炸点；(3)取消二级旋风分离器或完全取消旋风分离器。改造后大大简化了工艺流程，减小了系统阻力损失，减少了设备故障点。

7．1．1．2 中速磨制粉工艺

中速磨制粉工艺如图7—3所示。原煤仓中的原煤经给煤机送人中速磨中进行碾磨，干燥气用于干燥中速磨内的原煤，冷风用于调节干燥气的温度。中速磨煤机本身带有粗粉分离器，从中速磨出来的气粉混合物直接进入布袋收粉器，被捕捉的煤粉落入煤粉仓，尾气经排粉风机排人大气。中速磨不能磨碎的粗硬煤粒从主机下部的清渣孔排出。

按磨制的煤种可分为烟煤制粉工艺、无烟煤制粉工艺和烟煤与无烟煤混合制粉工艺，3种工艺流程基本相同。基于防爆要求，烟煤制粉工艺和烟煤与无烟煤混合制粉工艺增加以下几个系统：

氮气系统：用于惰化系统气氛。热风炉烟道废气引入系统：将热风炉烟道废气作为干燥气，以降低气氛中含氧量。系统内O：、CO含量的监测系统：当系统内O。含量及CO含量超过某一范围时报警并采取相应措施。烟煤和无烟煤混合制粉工艺增加配煤设施，以调节烟煤和无烟煤的混合比例。

7．1．2主要设备

7．1．2．1 磨煤机

根据磨煤机的转速可以分为低速磨煤机和中速磨煤机。低速磨煤机又称钢球磨煤机或球磨机，筒体转速为1 6～25r’／min。中速磨煤机转速为50～300r／min，中速磨优于钢球磨，是目前新建制粉系统广泛采用的磨煤机。

A 球磨机

球磨机是20世纪80年代建设的制粉系统广泛采用的磨煤机，其结构如图7—4所示。图7—4球磨机结构示意图

球磨机主体是一个大圆筒筒体，筒内镶有波纹形锰钢钢瓦，钢瓦与筒体间夹有隔热石棉板，筒外包有隔音毛毡，毛毡外面是用薄钢板制作的外壳。简体两头的端盖上装有空心轴，它由大瓦支承。空心轴与进、出口短管相接，内壁有螺旋槽，螺旋槽能使空心轴内的钢球或煤块返回筒内。

圆筒的转速应适宜，如果转速过快，钢球在离心力作用下紧贴圆筒内壁而不能落下，致使原煤无法磨碎。相反，如果转速过慢，会因钢球提升高度不够而减弱磨煤作用，降低球磨机的效率。

当钢球获得的离心力等于钢球自身的重力时，筒体的转速称为临界转速n临(r．／min)。根据力的平衡可以得到理论临界转速的计算公式：

式中 R——筒体内半径，m；

g——重力加速度，9．8m／s2

由上式可知，临界转速取决于筒体内半径尺，而与钢球质量无关。简体内半径越小，临界转速越大。在正常生产时，筒体转速应略低于理论临界转速。

生产实践证明，磨煤机能力最强时圆筒的最佳转速为：

n佳=0.76n临

球磨机中钢球是沿筒体长度方向均匀分布的，因此简体出口端煤粒被钢球磨碎的机会比入口端多，煤粉的均匀性指数较差。

球磨机的优点是：对原煤品种的要求不高，它可以磨制各种不同硬度的煤种，并且能长时间连续运行，因此短期内不会被淘汰。其缺点是：设备笨重，系统复杂，建设投资高，金属消耗多，噪音大，电耗高，并且即使在断煤的情况下球磨机的电耗也不会明显下降。

B 中速磨煤机．

中速磨煤机是目前新建制粉系统普遍采用的磨煤机，主要有3种结构形式——平盘磨、碗式磨和MPS磨。

中速磨具有结构紧凑、占地面积小、基建投资低、噪声小、耗水量小、金属消耗少和磨煤电耗低等优点。中速磨在低负荷运行时电耗明显下降，单位煤粉耗电量增加不多，当配用回转式粗粉分离器时，煤粉均匀性好，均匀指数高。中速磨的缺点是磨煤元件易磨损，尤其是平盘磨和碗式磨的磨煤能力随零件的磨损明显下降。由于磨煤机干燥气的温度不能太高，因此，磨制含水分高的原煤较为困难。另外，中速磨不能磨硬质煤，原煤中的铁件和其它杂物必须全部去除。

中速磨转速过低时磨煤能力低，转速过高时煤粉粒度过粗，因此转速要适宜，以获得最佳效果。

图7—5为平盘磨的结构示意图，转盘和辊子是平盘磨的主要部件。电动机通过减速器带动转盘旋转，转盘带动辊子转动，煤在转盘和辊子之间被研磨，它是依靠碾压作用进行磨煤的。碾压煤的压力包括辊子的自重和弹簧拉紧力。

原煤由落煤管送到转盘的中部，依靠转盘转动产生的离心力使煤连续不断地向转盘边缘移动，煤在通过辊子下面时被碾碎。转盘边缘上装有一圈挡环，可防止煤从转盘上直接滑落出去，挡环还能保持转盘上有一定厚度的煤层，提高磨煤效率。干燥气从风道引入风室后，以大于35m／s的速度通过转盘周围的环形风道进入转盘上部。由于气流的卷吸作用，将煤粉带入磨煤机上的粗粉分离器，过粗的煤粉被分离后又直接回到转盘上重新磨制。在转盘的周围还装有一圈随转盘一起转动的叶片，叶片的作用是扰动气流，使合格煤粉进入磨煤机上部的粗粉分离器。

此种磨煤机装有2～3个锥形辊子，辊子有效深度约为磨盘外径的20 9，6，辊子轴线与水平盘面的倾斜角一般为15。，辊子上套有用耐磨钢制成的辊套，转盘上装有用耐磨钢制成的衬板。辊子和转盘磨损到一定程度时就应更换辊套和衬板，弹簧拉紧力要根据煤的软硬程度进行适当的调整。

为了保证转动部件的润滑，此种磨煤机的进风温度一般应小于300～350℃。干燥气通过环形风道时应保持稍高的风速，以便托住从转盘边缘落下的煤粒。国产平盘磨的型号和规格见表7—1。

b 碗式磨

此种磨煤机由辊子和碗形磨盘组成，故称碗式磨，沿钢碗圆周布置3个辊子。钢碗由电机经蜗轮蜗杆减速装置驱动，做圆周运动。弹簧压力压在辊子上，原煤在辊子与钢碗壁之间被磨碎，煤粉从钢碗边溢出后即被干燥气带人上部的煤粉分离器，合格煤粉被带出磨煤机，粒度较粗的煤粉再次落入碾磨区进行碾磨，原煤在被碾磨的同时被干燥气干燥。难以磨碎的异物落入磨煤机底部，由随同钢碗一起旋转的刮板扫至杂物排放口，并定时排出磨煤机体外。磨煤机结构如图7—6所示。

表7—2列出了国产151型碗式磨煤机的技术性能。表7—3为德国产RP型碗式磨煤机规格。

c MPS磨煤机

MPS型辊式磨煤机结构示意图见图7—7。该机属于辊与环结构，它与其它形式的中速磨煤机相比，具有出力大和碾磨件使用寿命长，磨煤电耗低，设备可靠以及运行平稳等特点。新建的中速磨制粉系统采用这种磨煤机的较多。它配置3个大磨辊，磨辊的位置固定，互成120。角，与垂直线的倾角为12。～15。，在主动旋转着的磨盘上随着转动，在转动时还有一定程度的摆动。磨碎煤粉的碾磨力可以通过液压弹簧系统调节。原煤的磨碎和干燥借助干燥气的流动来完成的，干燥气通过喷嘴环以70～90m／s的速度进入磨盘周围，用于干燥原煤，并且提供将煤粉输送到粗粉分离器的能量。合格的细颗粒煤粉经过粗粉分离器被送出磨煤机，粗颗粒煤粉则再次跌落到磨盘上重新碾磨。原煤中较大颗粒的杂质可通过喷嘴口落到机壳底座上经刮板机构刮落到排渣箱中。煤粉粒度可以通过粗粉分离器挡板的开度进行调节，煤粉越细，能耗越高。在低负荷运行时，同样的煤粉粒度，单位煤粉的能耗会提高。

7.1.2.2给煤机

给煤机位于原煤仓下面，用于向磨煤机提供原煤，目前常用埋刮板给煤机。图7—8为埋刮板给煤机结构示意图。此种给煤机便于密封，可多点受料和多点出料，并能调节刮板运行速度和输料厚度，能够发送断煤信号。

埋刮板给煤机由链轮、链条和壳体组成。壳体内有上下两组支承链条滑移的轨道和控制料层厚度的调节板，刮板装在链条上，壳体上下设有一个或数个进出料口和一台链条松紧器。链条由电动机通过减速器驱动。原煤经进料口穿过上刮板落人底部后由下部的刮板带走。埋刮板给煤机对原煤的要求较严，不允许有铁件和其它大块夹杂物，因此在原煤贮运过程中要增设除铁器，去除其中的金属器件。

7．1．2．3煤粉收集设备

A粗粉分离器

由于干燥气和煤粉颗粒相互碰撞，使得从磨煤机中带出的煤粉粒度粗细混杂。为避免煤粉过粗，在低速磨煤机的后面通常设置粗粉分离器，其作用是把过粗的煤粉分离出来，再返回球磨机重新磨制。

目前采用的粗粉分离器形式很多，工作原理大致有以下4种：

(1)重力分离。其原理是气流在垂直上升的过程中，当流入截面较大的空间时，使气流速度降低，减小对煤粉的浮力，大颗粒的煤粉随即分离沉降。

(2)惯性分离。在气流拐弯时，利用煤粉的惯性力把粗粉分离出来，即惯性分离。惯性是物体保持原来运动速度和方向的特性；‘而惯性力的大小与物体运动的速度、质量有关，速度越快，质量越大，惯性力也就越大。在同样的流速下，大颗粒煤粉容易脱离气流而分离出来。

(3)离心分离。粗颗粒煤粉在旋转运动中依靠其离心力从气流中分离出来，称为离心分离。实际上这种方式仍属惯性分离，气流沿圆形容器的圆周运动时，由于大颗粒煤粉具有较大的离心力而首先被分离出来。

(4)撞击分离。利用撞击使粗颗粒煤粉从气流中分离出来，称为撞击分离。当气流中的煤粉颗粒受撞击时，由于粗颗粒煤粉首先失去继续前进的动能而被分离出来，细颗粒煤粉随气流方向继续前进。

B PPCS气箱式脉)中布袋收粉器

新建煤粉制备系统一般采用PPCS气箱式脉冲布袋收粉器一次收粉，简化了制粉系统工艺流程。PPCS气箱式脉冲布袋收粉器由灰斗、排灰装置、脉冲清灰系统等组成。箱体由多个室组成，每个室配有两个脉冲阀和一个带气缸的提升阀。进气口与灰斗相通，出风口通过提升阀与清洁气体室相通，脉冲阀通过管道与储气罐相连，外侧装有电加热器、温度计、料位控制器等，在箱体后面每个室都装有一个防爆门。

PPCS气箱式脉冲布袋收粉器的工作原理如图7—9所示，当气体和煤粉的混合物由进风口进入灰斗后，一部分凝结的煤粉和较粗颗粒的煤粉由于惯性碰撞，自然沉积到灰斗上，细颗粒煤粉随气流上升进入袋室，经滤袋过滤后，煤粉被阻留在滤袋外侧，净化后的气体由滤袋内部进入箱体，再经阀板孔、出口排出，达到收集煤粉的作用。随着过滤的不断进行，滤袋外侧的煤粉逐渐增多，阻力逐渐提高，当达到设定阻力值或一定时间间隔时，清灰程序控制器发出清灰指令。首先关闭提升阀，切断气源，停止该室过滤，再打开电磁脉冲阀，向滤袋内喷人高压气体——氮气或压缩空气，以清除滤袋外表面捕集的煤粉。清灰完毕，再次打开提升阀，进人工作状态。上述清灰过程是逐室进行的，互不干扰，当一个室清灰时，其它室照常工作。部分PPCS气箱式脉冲布袋收粉器的技术性能见表7—4。

一个室从清灰开始到结束，称为一个清灰过程，一般为3～10s。从一个室清灰开始到该室下一次清灰开始之间的时问间隔称为清灰周期，清灰周期的长短取决于煤粉浓度、过滤风速等条件，可以根据工作条件选择清灰周期：从一个室的清灰结束到另外一个室的清灰开始，称为室清灰间隔。

内窥镜检查7．1．2．4排粉风机

排粉风机是制粉系统的主要设备，它是整个制粉系统中气固两相流流动的动力来源，工作原理与普通离心通风机相同。排粉风机的风叶成弧形，若以弧形叶片来判断风机旋转方向是否正确，则排粉机的旋转方向应当与普通离心风机的旋转方向相反。

7．1．2．5 木屑分离器

木屑分离器的结构示意图见图7—10。安装在磨煤机出口的垂直管道上，用以捕捉气流中夹带的木屑和其它大块杂物。分离器内上方设有可翻转的网格，下部内侧有木屑篓，篓底有一扇能翻转的挡气板，外侧有取物门。木屑分离器取物时先关闭挡气板，再把网格从水平位置翻下，使木屑落人木屑篓，网格复位后打开取物门把木屑等杂物取出。

7．1．2．6锁气器

锁气器是一种只能让煤粉通过而不允许气体通过的设备。常用的锁气器有锥式和斜板式两种，其结构如图7—1l所示。

锁气器Eh杠杆、平衡锤、壳体和灰门组成。灰门呈平板状的称为斜板式锁气器，灰门呈圆锥状的称为锥式锁气器。斜板式锁气器可在垂直管道上使用，也可在垂直偏斜度小于20。的倾斜管道上使用。而锥式锁气器只能安装在垂直管道上。

锂合金当煤粉在锁气器内存到一定数量时，灰门自动开启卸灰，当煤粉减少到一定量后，由于平衡锤的作用使灰门复位。为保证锁气可靠，一般要安装两台锁气器，串连使用，并且。锁气器上方煤粉管的长度不应小于600mm。

斜板式锁气器运行可靠，不易被杂物堵住，但密封性和灵活性比锥式锁气器差。锥式锁气器的密封性好，但是平衡锤在壳体内，不便于操作人员检查。

7．2煤粉喷吹系统

7．2．1喷吹工艺

从制粉系统的煤粉仓后面到高炉风口喷之间的设施属于喷吹系统，主要包括煤粉输送、煤粉收集、煤粉喷吹、煤粉的分配及风口喷吹等。在煤粉制备站与高炉之间距离小于300m的情况下，把喷吹设施布置在制粉站的煤粉仓下面，不设输粉设施，这种工艺称为直接喷吹工艺；在制粉站与高炉之间的距离较远时，增设输粉设施，将煤粉由制粉站的煤粉仓输送到喷吹站，这种工艺称为间接喷吹工艺。

根据煤粉容器受压情况将喷吹设施分为常压和高压两种。根据喷吹系统的布置可分为串罐喷吹和并罐喷吹两大类，根据喷吹管路的条数分为单管路喷吹和多管路喷吹。

7．2．1．1 串罐喷吹

串罐喷吹工艺如图7—12所示，它是将3个罐重叠布置的，从上到下3个罐依次为煤粉仓、中间罐和喷吹罐。打开上钟阀6，煤粉由煤粉仓3落人中间罐10内，装满煤粉后关上钟阀。当喷吹罐17内煤粉下降到低料位时，中间罐开始充压，向罐内充人氮气，使中间罐压力与喷吹罐压力相等，依次打开均压阀9、下钟阀14和中钟阀12，待中间罐煤粉放空时，依次关闭中钟阀12、下钟阀14和均压阀9，开启放散阀5直到中间罐压力为零。

图7—12 串罐喷吹工艺

1一塞头阀；2一煤粉仓电子秤；。3一煤粉仓；。4一软连接；5一放散阀；6一上钟阀；7一中间罐充压阀；8一中间罐电子秤；9一均压阀；lO一中间罐；11一中间罐流化阀；

12一中钟阀；13一软连接；14一下钟阀；5一喷吹罐充压阀；16一喷吹罐电子秤；

17一喷吹罐；18一流化器；19一给煤球阀；20一混合器

串罐喷吹系统的喷吹罐连续运行，喷吹稳定，设备利用率高，厂房占地面积小。

7．2．1．2并罐喷吹

并罐喷吹工艺如图7—13所示，两个或多个喷吹罐并列布置，一个喷吹罐喷煤时，另一个喷吹罐装煤和充压，喷吹罐轮流喷吹煤粉。并罐喷吹工艺简单，设备少，厂房低，建设投资少，计量方便，常用于单管路喷吹。

7．2．1．3单管路喷吹

喷吹罐下只设一条喷吹管路的喷吹形式称为单管路喷吹。单管路喷吹必须与多头分配器配合使用。各风口喷煤量的均匀程度取决于多头分配器的结构形式和支管补气调节的可靠性。

单管路喷吹工艺具有如下优点：工艺简单、设备少、投资低、维修量小、操作方便以及容易实现自动计量；由于混合器较大，输粉管道粗，不易堵塞；在个别喷停用时，不会导致喷吹罐内产生死角，能保持下料顺畅，并且容易调节喷吹速率；在喷煤总管上安装自动切断阀，以确保喷煤系统安全。

在喷吹高挥发分的烟煤时，采用单管路喷吹，可以较好的解决由于死角处的煤粉自燃和因回火而引起爆炸的可能性。因此，目前有将多管路喷吹改为单管路喷吹的趋势。

7．2．1．4 多管路喷吹

从喷吹罐引出多条喷吹管，每条喷吹管连接一支喷的形式称为多管路喷吹。下出料喷吹罐的下部设有与喷吹管数目相同的混合器，采用可调式混合器可调节各喷吹支管的输煤量，以减少各风口间喷煤量的偏差。上出料式喷吹罐设有一个水平安装的环形沸腾板即流态化板，其下面为气室，喷吹支管是沿罐体四周均匀分布的，喷吹支管的起始段与沸腾板面垂直，喷吹管管口与沸腾板板面的距离为20～50mm，调节管口与板面的距离能改变各喷的喷煤量，但改变此距离的机构较复杂，因此，一般都采用改变支管补气量的方法来减少各风口间喷煤量的偏差。

多管路系统与单管路——分配器系统相比较，多管路系统存在许多明显的缺点：

首先是多管路系统设备多、投资高、维修量大。在多管路喷煤系统中，每根支管都要有相应的切断阀、给煤器、安全阀以及喷煤量调节装置等，高炉越大，风口越多，上述设备越多；而单管路系统一般只需一套上述设备，大于2000m。的高炉有两套也足够了，因而设备数量比多管路系统少得多，节省投资。据统计，1000m3级高炉，多管路系统投资比单管路系统高3~4倍。设备多，故障率就高，维修量也相应增大。

其次是多管路系统喷煤阻损大，不适于远距离输送，也不能用于并罐喷吹系统。据测定，在相同的喷煤条件下，多管路系统因喷煤管道细，阻损比单管路系统（包括分配器的阻损）约高10%~15%，即同样条件下要求更高的喷煤压力，多管路系统不适于远距离喷吹。一般输送苦力不宜超过150m，而单管路系统输煤距离可达500~600m。多管路系统因管道细，容易堵塞。影响正常喷吹；而单管路系统对煤种变化的适应性也比多管路系统大得多。另外，多管路喷吹只能用于串罐喷吹系统，单管路系统既可用于串罐系统，又可用于并罐系统。

再次是关于调节煤量的问题。从理论上分析，多管路喷吹系统可以调节各风口的喷煤量。但是，要实现这一目标，其前提条件是必须在个支管路设计量准确的单支管流量计，对于这种流量计，国内外虽然花费了很大精力去开发，但至今还很少有能够由于实际生产的产品，即使有个别产品，也因价格太高难于被用户接受。另外，还应装设风口风速流量计，这又是一种技术难度大、价格高、国外和很少采用的设备。即使花费巨大投资，装上单支管煤粉流量计和风口风量流量计来调节风口喷煤量，也不能准确控制各风口喷煤量。因为在实际生产中，只要调节一个风口的喷煤量，其余风口的喷煤量也会变化，因此，要调节个风口喷煤量，在目前调解下还难以达到要求。

对于单管路喷煤系统，要调节个总喷煤量，既方便、又简单。至于高炉各风口的喷煤量，从目前国内外高炉实际操作来看，由于高炉风口风量也不是均匀的，以目前煤粉分配器所达到的水平，各支管间分配误差小于3%，完全可以满足高炉操作的需要。

由于多管路系统存在明显的缺点。鞍钢，首钢，武钢，唐钢等以前曾用多管路系统的企业，近几年来纷纷借高炉大修的机会改外单管路——分配器系统，实践证明，单管路——分配器系统，比原有的多管路系统具有明显的优越性。

7.2.2 主要设备

7.2.2.1 混合器

混合器是将压缩空气与煤粉混合合并使煤粉启动的设备，由壳体和喷嘴组成，如图7-14所示。混合器的工作原理是利用从喷嘴喷射出的高速气流所产生的相对负压将煤粉吸附、混匀和启动的。喷嘴周围产生负压的大小与喷嘴直径、气流速度以及喷嘴在壳体中的位置有关。

混合器的喷嘴位置可以前后调节，调节效果极为明显。喷嘴位置稍前或稍后都会引起相对负压不足而出现空喷——只喷空气不带煤粉。目前，使用较多的是沸腾式混合器，器结构示意图如图7-14所示，其特点是壳体底部设有气室，气室上面为沸腾板，通过沸腾板的压缩空气能提高气，粉混合效果，增大煤粉的启动动能。

有的混合器上端设有可以控制煤粉量的调节器，调节器的开度可以通过气粉混合比的大小自动调节。

7．2．2．2 分配器

单管路喷吹必须设置分配器。煤粉由设在喷吹罐下部的混合器供给，经喷吹总管送人分配器，在分配器四周均匀布置了若干个喷吹支管，喷吹支管数目与高炉风口数相同，煤粉经喷吹支管和喷喷入高炉。目前使用效果较好的分配器有瓶式、盘式和锥形分配器等几种。图7—15所示为瓶式、盘式和锥形分配器的结构示意图。

我国从20世纪60年代中期曾对瓶式分配器进行了研究，但并没有真正用到高炉生产上。80年代中后期，对盘式分配器进行了研究，并于80年代后期用于实际高炉。生产实践证明盘式分配器具有较高的分配精度。

锥形分配器见图7—15c。该分配器呈倒锥形，中心有分配锥，煤粉由下部进入分配器，经分配锥把煤粉流切割成多个相等的扇形流股，经各支管分配到各风口。煤粉在该分配器前后速度变化不大，产生的压降小，分配器出口煤粉流量受喷煤支管长度的影响。

高炉操作要求煤粉分配器分配启动的。喷嘴周围产生负压的大小与喷嘴直径、气流速度以及喷嘴在壳体中的位置有关。

7．2．2．4氧煤

由于喷煤量的增大，风口回旋区理论燃烧温度降低太多，不利于高炉冶炼，而补偿的方法主要有两种，一是通过提高风温实现，二是通过提高氧气浓度即采取富氧操作实现。但是欲将1100～1250℃的热风温度进一步提高非常困难，因此提高氧气浓度即采用富氧操作成为首选的方法。

高炉富氧的方法有两种：一是在热风炉前将氧气混人冷风；二是将有限的氧气由风口及直吹管之间，用适当的方法加入。氧气对煤粉燃烧的影响主要是热解以后的多相反应阶段，并且在这一阶段氧气浓度越高，越有利于燃烧过程。因此，将氧气由风口及直吹管之间加入非常有利，它可以将有限的氧气用到最需要的地方，而实现这一方法的有效途径是采用氧煤。

氧煤身由两支耐热钢管相套而成，内管吹煤粉，内、外管之间的环形空间吹氧气。嘴的中心孔与内管相通，中心孔周围有数个小孔，氧气从小孔以接近音速的速度喷出。图7—18中A、B、C3种结构不同，氧气喷出的形式也不一样。A为螺旋形，它能迫使氧气在煤股四周做旋转运动，以达到氧煤迅速混合燃烧的目的；B为向心形，它能将氧气喷向中心，氧煤股的交点可根据需要预先设定，其目的是控制煤粉开始燃烧的位置，以防止过早燃烧而损坏嘴或风口结渣现象的出现；C为退后形，当头前端受阻时，该喷可防止氧气回灌到煤粉管内，以达到保护喷和安全喷吹的目的。．

英国钢铁公司采用的双系统可谓独树一帜，他们将煤粉和氧气分别用单筒喷从风口与直吹管之间的适当的位置喷入，这种喷吹方式使高炉喷吹煤比达到每吨铁300kg以上。

7．2．2．5 仓式泵

仓式泵有下出料和上出料两种，下出料仓式泵与喷吹罐的结构相同，上出料仓式泵实际上是一台容体较大的沸腾式混合器，其结构如图7—19所示。

无人机自组网仓式泵仓体下部有一气室，气室上方设有沸腾板，在沸腾板上方出料口呈喇叭状，与沸腾板的距离可以在一定范围内调节。仓式泵内的煤粉沸腾后由出料口送入输粉管。输粉速度和粉气混合比可通过改变气源压力来实现。夹杂在煤粉中密度较大的粗粒物因不能送走而残留在沸腾板上。在泵体外的输煤管始端设有补气管，通过该管的压缩空气能提高煤粉的动能。

输送延迟是仓式泵常见故障。所谓输送延迟是指输送完一仓式泵煤粉所需时间明显超过正常输送时间。产生输送延迟的原因有：输送空气的压力偏低；煤粉含水多，煤粉中杂物过多；下出料形式仓式泵泵体压力偏低，喷嘴过大或已损坏；上出料形式仓式泵的可调单向阀开度不足，气室与罐体压差不适当；流态化板损坏或透气性不好，吸嘴高度不适当等。一旦发生输送延迟，要将煤粉送空，查明原因后，及时进行处理。

7．3热烟气系统

7．3．1热烟气系统工艺流程

热烟气系统由燃烧炉、风机和烟气管道组成，它给制粉系统提供热烟气，用于干燥煤粉，其工艺流程如图7—20所示。燃料一般用高炉煤气，高炉煤气通过烧嘴送入燃烧炉内，燃烧后产生的烟气从烟囱排出，当制粉系统生产时关闭烟囱阀，则燃烧炉内的热烟气被吸出，在烟气管道上兑人一定数量的冷风或热风炉烟道废气作为干燥气送人磨煤机。

当燃烧炉距制粉系统较远时，为解决磨煤机人口处吸力不足的问题，在燃烧炉出口处设一台烟气引风机(图中虚线所示)。在磨制高挥发分烟煤时，为控制制粉系统内氧气含量，要减少冷风兑人量或不兑冷风，而使用热风炉烟道废气进行调温，热风炉烟道废气由引风机2抽出，通过切断阀5与燃烧炉产生的烟气混合。若热风炉的废气量充足，且其温度又能满足磨煤机的要求，也可取消燃烧炉，以简化工艺流程。但实际生产中由于热风炉废气温度波动较大，因此，一般都保留了燃烧炉。 reason模型

7．3．2主要设备

7．3．2．1 燃烧炉

燃烧炉由炉体、烧嘴、进风门、送风阀、混风阀、烟囱及助燃风机组成。炉膛内不砌蓄热砖，只设花格挡火墙。

烧嘴分为有焰烧嘴和无焰烧嘴两种。有焰烧嘴又分扩散式、大气式和低压式；无焰烧嘴有高压喷射式，此种烧嘴不宜在煤气压力低和炉膛容积小的条件下使用。

烟囱设在炉子出口端，其顶端设有盖板阀。由于制粉系统的磨煤机启动频繁，并有突然切断热烟气的可能，因此，该阀是燃烧炉的主要设备。燃烧炉的烟囱应具有足够的排气能力和产生炉膛负压的能力。

宝钢1号高炉的燃烧炉是从德国Loesche公司引进的两台LOMA烟气升温炉。它由多喷头烧嘴、带村砖的燃烧室和带多孔板内套的混合室组成。点火烧嘴燃料用焦炉煤气、主烧嘴燃料用高炉煤气。总热负荷可达14X 10。kJ／h。它具有结构紧凑、体积小；本体蓄热量小，可快速启动和停机；燃烧充分、热效率高等优点，与国产相同容量的炉子相比，价格相差不多。

丽水学院图书馆7．3．2．2助燃风机

助燃风机为煤气燃烧提供助燃空气，一般选用离心风机，空气量的调节通过改变进风口插板开度或改变风机转速来实现。

7．3．2．3 引风机

热风炉烟道引风机和燃烧炉烟气引风机均需采用耐热型的，但耐热能力有限，故引风机只能在烟气温度不高于300℃的情况下工作。

7．4喷煤技术的发展

7．4．1喷煤技术进步

高炉实际应用喷煤技术始于20世纪60年代，但由于受能源价格因素的影响，喷瘭技术并没有得到大的发展。70年代末，发生了第二次石油危机，世界范围内高炉停止喷油。为了避免全焦操作，大量的高炉开始喷煤，喷煤成为高炉调剂和降低成本的手段。进入90年代，西欧、美国和日本的一批焦炉开始老化，由于环保及投资等原因，很难新建和改造焦炉。为保持原有的钢铁生产能力，必须大幅度降低焦炭消耗。喷煤已不仅是高炉调剂和降低成本的手段，也是弥补焦炭不足，从而不新建焦炉的战略性技术。另外，全世界炼焦用煤资源日益短缺，在世界范围内大量喷煤，用煤粉代替焦炭就成为高炉技术发展的必然趋势，并且发展速度越来越快。喷煤技术的进步主要体现在以下几方面：

(1)喷煤设备大型化和装备水平的提高。现代高炉炼铁技术进步的特点之一是不断提高生产率，喷吹更多煤粉，大幅度降低焦比。欧洲高炉的煤比每吨铁已突破200kg，焦比降至每吨铁300kg左右，正向煤比250kg，焦比250kg的目标迈进。我国宝钢高炉喷吹煤比每吨铁已实现295kg，进入世界先进行列。喷吹煤粉绝对量的增大，要求喷煤设备大型化和提高装备水平。喷煤设备装备水平的提高集中表现在喷煤自动控制及计量和调节精度方面。喷煤量可以按照高炉要求自动调节，喷煤量计量精度可以控制在1％误差范围内，各风口喷吹煤粉的均匀性控制在3％的误差范围内。

(2)高炉富氧喷煤。富氧喷煤是实现高炉生产稳产、高产、优质、低耗的必备手段，是高炉炼铁技术进步的重要标志。高炉富氧和喷吹煤粉是互为条件、互为依存的。喷煤量增加到一定程度，需要用氧气促进煤粉燃烧，以提高煤焦置换比和保证高炉顺行。实践证明，当风温1000。C时，在不富氧的条件下，煤粉喷吹量每吨铁不宜超过l00kg，否则，煤粉不能完全燃烧，引起煤焦置换比下降，并且可能引起高炉难行。相反，如果不喷吹煤粉，富氧使高炉风口前的理论燃烧温度过高，引起高炉不能顺行。只有富氧和喷煤相结合，才能大幅度提高产量，降低焦炭消耗。生产实践证明，高炉鼓风中富氧率每增加1％，喷煤量每吨铁约增加13kg，生铁产量增加3％。国外大喷煤量高炉的用氧量已达到每吨铁40～70m3。

(3)喷吹烟煤或烟煤与无烟煤混合喷吹。我国长期喷吹无烟煤，其优点是含碳量高，挥发分低，喷吹安全。但是不易燃烧，煤质硬，制粉能耗高；随着无烟煤储藏量的减少，无烟煤质量逐年下降，灰分含量增多，使得煤焦置换比降低，高炉冶炼的渣量增大，不利于高炉生产。改喷烟煤，扩大了喷煤煤种，从煤的储量及分布看，烟煤储量较多，分布较广，保证了充足的喷煤资源。烟煤挥发分高，燃烧性能好，含氢量高，有利于高炉顺行，并且煤质软，易磨碎，制粉能耗低。但是喷吹烟煤时，特别是喷吹高挥发分、强爆炸性烟煤时，安全性差，易爆易燃，必须采取相应的安全保护措施。目前我国喷吹烟煤技术已经成熟。国外喷吹用烟煤的挥发分在30％左右，甚至更高，灰分小于10％。

目前我国部分高炉采用烟煤和无烟煤混合喷吹技术取得了良好的效果，表现为燃烧率明显提高，置换比上升。生产实践表明，无烟煤中配加一定比率的烟煤后，其燃烧率明显提高。

(4)浓相输送。高炉喷煤采用气力输送，按单位气体载运煤粉量的多少，可分为稀相输送和浓相输送。浓相输送的特点是单位气体载运的煤粉量大，或者说输送单位煤粉消耗的气体量小，管径细，输送速度较低。气力输送过程中，一般稀相输送的速度在20m／s以上，而浓相输送的速度则小于10m／s。由于煤粉流速的降低，对管道及设备的磨损会大大减小。

7．4．2浓相输送

近年来浓相输送技术在国内外高炉喷煤系统中得到迅速推广，大体上可分为单管路系统和多管路系统。单管路系统按供料方式又有流化罐和可调给料器两种；多管路系统又可分为在喷吹罐设一个大流化罐，上设若干支管直接将煤粉输送到各风口，或者在喷吹罐下再分设若干小流化罐，小流化罐数与风口数相同，负责向高炉风口喷煤。

7．4．2．1浓相输送特征

浓相输送是先将喷吹罐下部的煤粉通过流化床进行流态化，再在罐压作用下输送到高炉风口。流化床由多孔材料构成，具有一定的透气性。按照煤粉的物理性质——密度、粒度等从流化床下部吹入一定气体后，使流化床上部的煤粉开始“悬浮”起来，形成气固两相混合流，这时通过流化床的气流速度称为临界流化速度。高炉喷吹的煤粉，粒度一般小于0.074mm占80％以上，临界流化速度为O．1m／s左右。将通过流化床的气流速度继续增大，直到将煤粉悬浮起来，这时的气体流速称为煤粉的悬浮速度。如果再增加气流速度，超过煤粉的悬浮速度后，则部分煤粉被吹出，因气体流量增加，单位体积内煤粉的浓度降低，这时则成为稀相输送。因此，实现浓相输送的适宜气流速度应是大于临界流化速度且小于煤粉的悬浮速度。

但是，在气力输送过程中，还要克服煤粉颗粒间摩擦、煤粉颗粒与管壁间的摩擦阻力等，另外，在输送管中由于气流沿管径分布不均匀，管壁附近存在边界层，因而在输送煤粉时所需的实际气流速度比煤粉的悬浮速度大几十倍。一般在浓相输送时，煤粉在水平管道中的输送速度为4～7m／s。

稀相输送与浓相输送在管道中的输送形态有很大差别。稀相输送时煤粉均匀地分布在气流中，煤粉沿管道断面均匀分布呈悬浮状态；而浓相输送时，由于气体流速低，单位体积内煤粉浓度高，形成输送管道下部煤粉较多，上部较少，但没有停滞现象，由于煤粉粒度又不很均匀，较大颗粒的煤粉主要在管底流动，这种现象称为底密悬浮流动。在实验室内用透明的塑料管输送时，可以明显地看到底密悬浮流动现象。另一个差别是：在稀相输送时，煤粉与气流速度基本一致，是一种均匀流动；而浓相输送的底密悬浮流动与气流速度不一致，一般煤粉流动速度仅为气流速度的1／2左右。

浓相输送按出料口在喷吹罐的位置不同，可以分为上出料式和下出料式两种，上出料方式输送较稳定。

氧气压缩机7．4．2．2 影响浓相输送的因素

(1)输送浓度与输送压力。浓相输送时输送管道中的压力损失(△P)可由下式计算

式中 ——气体的摩擦阻力系数；

m——固气混合比；

——煤粉的附加摩擦阻力系数；

L——输送管长度；

D——输送管径；

v——气流的平均速度；

——气体的平均密度。

由上式可以看出，输送浓度越高，即m越大，越大，要求喷吹罐的压力越高。

(2)输送距离与混合比。由上式可知，输送管道越长，越大，因为罐压只能在一定范围内升降，因此增大输送距离，会降低输送浓度。

(3)输送管径与混合比。一般浓相输送要求输送管径不宜太大，应比稀相输送小。因为单位煤粉所需载气量较少，但是如果管径太小，容易造成管道堵塞。根据实验不发生管道堵塞的条件是：

式中Fr——弗劳德准数(Fr=v／ )

v——输送速度；

g——重力加速度；

D——输送管道直径。

7．4．3烟煤喷吹的安全措施

7．4．3．1 煤粉爆炸的条件

与喷吹无烟煤相比，喷吹烟煤的最大优点是煤粉中挥发分含量高，在高炉风口区燃烧的热效率高，但其安全性较差。喷吹烟煤的关键是防止煤粉爆炸。产生爆炸的基本条件有：

(1)必须具备一定的含氧量。煤粉在容器内燃烧后体积膨胀，压力升高，其压力超过容器的抗压能力时容器爆炸。容器内氧浓度越高，越有利于煤粉燃烧，爆炸力越大。控制含氧量即可控制助燃条件，即控制煤粉爆炸的条件。因此，喷吹烟煤时，必须严格控制气氛中的含氧量。至于含氧量控制在什么范围才安全，目前有两种意见，一种认为控制在15%以下；另一种则认为控制在10％以下。因为煤粉爆炸的气氛条件还与烟煤本身的特性——挥发分多少、煤粉粒度组成及混合浓度的高低等有关，故只能针对特定的煤种，在模拟实际生产的条件下进行试验，来确定该煤粉的临界含氧量。实际生产可取临界含氧量的0.8倍作为安全含氧量。

(2)一定的煤粉悬浮浓度。试验证明，煤粉在气体中的悬浮浓度达到一个适宜值时才可能发生爆炸，高于或低于此值时均无爆炸可能。发生爆炸的适宜浓度值随着烟煤的成分组成、煤粉粒度组成以及气体含氧量的不同而改变，这些数值需要由试验得出。由于实际生产的情况错综复杂，煤粉的悬浮浓度一般无法控制，因此要消除这一爆炸条件是极为困难的。

(3)煤粉温度达到着火点。烟煤煤粉沉积后逐步氧化、升温以及外来火源都是引爆条件，彻底消除火源即可排除爆炸的可能性。

以上3个条件必须同时具备，否则煤粉就不会爆炸。实际生产中应该采取一系列必要的措施，防止煤粉爆炸的发生。

7．4．3高炉喷吹烟煤的安全措施

喷吹烟煤的关键是防止煤粉爆炸，烟煤爆炸具有上述3个必要条件，只要消除其中一个即可达到安全运行。由于实际生产条件多变，影响安全生产的因素很多，有些因素难以预计。并且当一个条件变化时常常会引起其它条件的变化，因此，对所有能够控制的条件都应该重视和调节。

(1)控制系统气氛。磨煤机所需的干燥气一般多采用热风炉烟道废气与燃烧炉热烟气的混合气体。为了控制干燥气的含氧量，必须及时调节废气量和燃烧炉的燃烧状况，减少兑人冷风量，防止制粉系统漏风。严格控制系统的氧含量在8％～10％。分别在磨煤机干燥气人口管、气箱式脉冲袋式收粉器出口管处设置氧含量和一氧化碳含量的检测装置，达到上限时报警，达到上上限时，系统各处消防充氮阀自动打开，向系统充入氮气。布袋收粉器的脉冲气源一般采用氮气，氮气用量应能够根据需要进行调节。在布袋箱体密封不严的情况下，若氮气压力偏低，则空气被吸人箱体内会提高氧的含量，反之，氮气外溢可能使人窒息。喷吹罐补气气源、充压、流化气源采用氮气，喷吹煤粉的载气使用压缩空气。实际生产中应重视混合器、喷吹管、分配器及喷的畅通，否则，喷吹用载气会经喷嘴倒灌人罐内，使喷吹罐内的氧含量增加。在处理煤粉堵塞和磨煤机满煤故障时，使用氮气，严禁使用压缩空气。

(2)设计时要避免死角，防止积粉，如煤粉仓锥形部分倾角应大于70。，或设计为双曲线形煤粉仓。在煤粉仓、中间罐、喷吹罐下部设流化装置。

(3)综合喷吹。可以采取烟煤和无烟煤混合喷吹技术，这样可以降低煤粉中挥发分的含量，各种煤的配比，应根据煤种和煤质特性经过试验而定。若制粉和喷吹工艺条件允许，可在煤粉中加入高炉冶炼所需要的其它粉料，如铁矿粉、石灰石粉、焦粉和炼钢炉尘等，加入这些粉料对烟煤爆炸起着极为明显的抑制作用。

(4)控制煤粉温度。严格控制磨煤机人口干燥气温度不超过250～290℃及其出口温度不超过90℃。在其它各关键部位，如收粉装置煤粉斗、煤粉仓、中间罐、喷吹罐等都设有温度检测装置。当各点温度达到上限时报警，达到上上限时，系统各处消防充氮阀自动打开，向系统充人氮气。

(5)设备和管道采取防静电措施。管道、阀门及软连接处设防静电接地线，布袋选用防静电滤袋。

(6)喷煤管道设自动切断阀，当喷吹压力低时自动切断阀门，停止喷煤。

另外，系统还应设置消防水泵站和消防水管路系统。各层平台均应有消防器材和火灾报警装置。

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