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提高煤焦置换比、稳定喷吹速率的高炉智能喷煤技术

发布时间:2022-03-10   点击量:747
01
高炉喷煤喷吹系统设计分析
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喷煤现状分析

•我国的钢铁企业为了节约生产成本,探索了多种节能降耗的手段,而高炉喷煤是钢铁企业降焦比增效益的有效途径。目前我国与西欧一些喷煤先进国家相比,尚有几方面差距:煤焦置换比低,喷煤煤种单一,自动控制水平低。 

 •喷煤系统是组成炼铁生产工艺流程的重要一环,煤粉冶炼具有大幅度降低焦比、提高经济效益、减轻环境污染等优点,目前,喷煤技术向大喷吹率浓相输送方向发展,如何稳定、均匀、准确地调节煤粉喷吹量,提高煤焦比,是维持高炉稳定、保证炉况顺行、使高炉达到最佳冶炼状态的基本前提之一。 

 •就喷煤生产自动化控制方面,我国大部分企业已实现了控制功能,但是随着钢铁工业的迅猛发展,在现代喷煤技术中,如何提高煤粉喷吹稳定性、喷吹准确性以及减小波动成了高炉喷煤量调节操作的基本要求,这对高炉操作的优化及炉况的顺行有着重要意义。


出料喷吹方式现状分析

•目前国内钢铁企业常见的喷吹方式有上出料喷吹方式、下出料喷吹方式和沸腾法喷吹方式三种,大多数企业采用的上出料喷吹方式,这种方式受物料流动性的影响较大,会给高炉炉况顺行造成一定影响。综合现场分析,发现上出料喷吹方式存在有以下缺点: 

• 受物料流动性的影响较大,造成喷吹后期瞬时煤量波动极大,无法匀速出煤,容易发生堵管或空吹的现象,影响高炉的正常生产。

• 喷吹总管端在储煤罐体内部,磨损较大,会造成瞬时煤量波动大,影响正常喷吹。由于喷吹总管的磨损,喷吹流量增大,相对进入高炉的煤粉速率急剧增加,引起煤粉的流量波动增大,这样会造成煤粉燃烧率降低,严重影响高炉炉况的顺行。

• 喷吹总管端在储煤罐体内部,不方便设备的检查和正常维护。在现场遇到事故需要进行设备检修时,会因为设备的拆卸浪费大量的时间,在钢铁企业,正常生产时间每推迟一分钟,便会减少一分钟的生产效益。


钢铁企业常见的三种喷吹方式


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改造系统设计分析

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目前,高炉喷煤控制的主要参数是小时喷煤量与速率稳定性。如何提高喷煤量与稳定速率,就成为喷煤自动控制的关键。 

我司联合国内喷煤专家,吸收先进喷煤工艺,结合国内高炉喷煤工艺和装备,进行集成创新,开发出高炉喷煤智能均匀喷吹系统HR-FS-IB,在高炉智能喷吹系统的开发设计及调试投运过程中,我们本着先进性和适用性的原则,在实现基本控制功能的基础上,能够有效的利用喷煤自动控制模型,为我们的系统提供良好的控制功能,通过模块化的设计和所开发设计的煤量计算模型,使喷煤自动控制系统能够实现均匀、稳定、大喷吹,对将来的生产运行过程产生指导性意义。

在高炉智能喷吹自动控制软件系统设计中,我们始终以节能、降耗、提效、提高生产力为原则;以喷吹工艺浓相输送的均喷、匀喷、速率稳定为中心;以实现系统智能化为目的,在现有国内装备的基础上,以较少的投入,使高炉喷煤水平达到先进水平。




02
系统改造方案
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盲点式流化侧出料改造方案

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盲点式流化侧出料改造效果


•针对上出料喷吹方式的问题缺点,盲点式流化侧出料喷吹方式均可彻底解决,并保证喷吹的均匀连续性。因喷吹均匀性、连续性的提高,有效减少了喷吹煤粉量的波动,使管道内的煤粉在输送过程中分布更加均匀。因连续性、均匀性的提高,可以有效的减少或避免堵管现象的发生,保证高炉工作所需煤粉的稳定供应,保障高炉炉况的顺行,提高生产效益。

•与上出料相比,在同等工况与时间内,可明显提高煤粉喷吹量。煤粉量的提高可有效减少高炉中焦炭的使用量,降低焦煤比,促进炉况顺行高产。 

喷吹总管端在外部,更方便设备的检查与维护。缩短了维修时间,正常的生产计划时间得到提前,不仅可以保证正常完成生产计划,还可以创造更多的经济价值。


盲点式流化侧出料改造性能


•提高喷吹能力,保持喷吹均匀连续性,确保高炉供煤正常,保障高炉正常生产运行。 

•减少对工艺过程产生的影响,保持稳定的速率,使喷吹误差控制在规定范围内。 

•设备的检查维护更加方便快捷。 

•降低罐压,保障了设备及人员的安全。 

•增加喷煤量,减少了焦炭量,降低了焦煤比,节约了生产成本。 

•焦炭量的减少,减少了高炉煤气中有害气体的产生,提高了生产的环保性。 

•在设备的维护的方便性提高的同时,可保证现场在出现紧急状况时,能快速的进行抢修,减少了设备的检修周期,提高了生产效率和效益。 

•同等工况下,每小时喷煤量可增加3-5吨煤粉。 

•低成本投资,持续收益。



盲点式流化侧出料系统改造后效益分析



实施盲点式流化侧出料后,大约降罐压40kpa,节约氮气500m³/h,年成本减少242万元。

实施盲点式流化侧出料后,约增加喷煤量5t/h,如按煤炭价格700元/吨,焦炭1000元/吨,则小时节约成本为500元,年节约成本为432万元。

实施盲点式流化侧出料后,输送浓度提高,节约输送压缩空气量1600m3/h,年成本减少276万元。



盲点式流化侧出料喷吹工艺图

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某项目改造前后数据对比


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高炉智能喷煤系统改造方案

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智能喷煤系统的目的

采用一键式智能操作系统,操作人员只需根据高炉的需求输入喷煤设定量,智能喷煤系统就会对装粉、流化、倒罐、储煤罐罐压、补气量等工艺控制参数进行自动调整,将实时喷吹量波动控制在±5%范围内,小时喷煤量误差控制100kg以内,倒罐过程匀速出煤,避免空吹现象的发生。即节能降耗,又为高炉的顺产高产提供稳定可靠地保障。


系统组成与功能


(1)该系统包括总管煤粉浓度检测仪、调节单元、均压器、增改二次补气部分及系统控制软件。

(2)其中总管煤粉检测仪、调节单元控制部分在喷煤车间pLc室实现。

(3)系统主要功能是使煤粉在喷煤期间从喷煤车间单位时间连续均匀输送到高炉,即使倒罐也能保证煤粉的连续均匀,从而保证高炉下部调剂的稳定性。



改造思路



经过对工艺管线现场以及对具体喷煤操作的了解,实施智能喷吹项目,涉及到改动工艺管线、储煤罐的顶部增加均压控制装置、喷吹主管增加V型陶瓷调节阀和压缩空气助吹装置、开发智能喷吹软件控制系统模型等,是在现有硬件基础上进行改造,关键在于智能喷吹软件控制模型实现智能喷煤。


工艺流程图



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改造方案实现目标


整个喷吹工艺衔接顺畅,在喷吹速率稳定的情况下,喷煤量可在原有喷煤基础上提高3-5t/小时,实现煤比提高焦比下降。

喷煤瞬时速率长期稳定运行误差控制在±5%范围内,小时喷煤量累计值与设定值的长期稳定运行误差小于100kg

实现喷煤浓相输送,固气比可以达到40-60kg,堵管率在原有基础上至少降低70%。

均匀的喷吹使煤粉燃烧速率提高。在短暂的时间内可以达到足够数量(80-85%以上)的煤粉气化,提高了煤粉利用率。

实现喷煤“一键智能操作",能解决目前喷煤存在的问题,减少喷煤生产过程中的气体消耗,避免喷煤氮气、压缩空气管网的频繁波动,降低喷煤的运行成本;提高煤粉的燃烧率,提高置换比;减少了氮气和冷压缩空气对高炉能量的消耗。

在喷吹过程中,系统可以按设定值自动均匀喷吹,减少喷煤设备及管道的磨损,延长设备使用寿命;同时减少了喷煤压力不稳定造成的热风压力波动问题;也有利于高炉喷煤比的进一步提高。


改造方案实现效果


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改造方案效益分析

提高喷煤量,减少焦炭使用,节约生产成本,降低了生产污染。

智能喷吹仅需要人工输入高炉喷煤量设定值,喷吹全过程自动喷吹,大幅减轻操作人员的劳动轻度。

由于智能喷吹喷煤量精度高误差小,要求罐压及二次补气量的稳定,很大程度上减少了喷吹压力对热风压力的影响(风口前喷吹压力需高于热风压力0.05MPa),热风压力波动减小可使储煤罐压力降低约0.1MPa。

 高炉喷煤作为一种高炉下部调剂手段,均匀的喷吹速率可使高炉稳定顺行、焦比降低。

根据某项目实践经验,智能喷吹投入后高炉焦比约降低2Kg/t·Fe。按焦炭价格2000元/吨计,吨铁成本下降4元。对于1350m3高炉,单座高炉年成本下降680.4万元。

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