楊躍
1 技術應用背景
高爐噴煤是改變高爐用能結構的關鍵技術，也是鋼鐵企業節能和降低生產成本的重要技術措施。用價格低廉的噴吹煤，部分替代價格昂貴且資源短缺的冶金焦煤，不僅降低了生鐵成本，同時也減少了煉焦生產對環境的污染。另外，噴吹煤粉已成為高爐強化冶煉、爐況調整的重要手段，對高爐生產操作具有重要意義。
國家標準《高爐煉鐵工藝設計規范》(GB50427-2008)要求，新建或改造的高爐必須設置噴煤設施。因此，采用噴煤設施已成新建、改建高爐的必備設施之一。
2 寶鋼工程噴煤技術研發歷程
從20 世紀90 年代開始，寶鋼工程就致力于高爐噴煤技術的研究開發和設計，雖然起步較晚，但發展很快，并走出了一條引進國外先進技術、與外方合作設計，到全部設備、技術國產化的自主集成創新的道路。
1998 年投入生產的寶鋼一號高爐，噴吹設計能力為200kg/t，設備的最大能力為220kg/t。寶鋼工程參與合作設計，其中噴吹系統為國外引進技術。
2005 年新建成投產的寶鋼四號高爐，噴煤設計制粉能力180t/h，噴吹設計能力220kg/t，設備最大能力250kg/t。噴煤系統完全由寶鋼工程自主技術集成，包括系統技術總成、工廠設計和非標設備設計等工作。
2006 年寶鋼二號高爐快速大修，噴煤設計制粉能力66t/h，噴吹設計能力220kg/t，設備最大能力250kg/t。寶鋼工程承擔了噴煤系統技術總成、工廠設計、非標設備設計、控制系統軟件設計及編程等設計上作。
2013 年寶鋼三號高爐快速大修，噴煤設計制粉能力120t/h，噴吹設計能力220kg/t，設備最大能力250kg/t。寶鋼工程以EP 的方式承擔了噴煤系統工程設計、非標設備設計、設備供貨、控制系統軟件設計及編程等設計工作。
3 寶鋼大型高爐噴煤技術特點
寶鋼工程在噴煤的工程設計中充分汲取了寶鋼在特大型高爐噴煤系統長時間操作運行過程中所積累的寶貴經驗和教訓，通過不斷的創新和發展，形成了擁有自己特色的噴煤技術。
寶鋼現有5000m3 級大型高爐的噴煤系統總體布置均采用制粉、噴吹設施在同一構筑物內集中布置的直接噴吹工藝形式，其具有節省投資、節約能耗以及簡化操作和維修等特點。
3.1 制粉及收粉工藝技術
制粉系統采用成熟、可靠的中速磨負壓工藝，立式干燥氣發生爐，布置緊湊合理，并利用高爐熱風爐廢氣作為制粉主要干燥介質。收粉采用低壓長袋高濃度煤粉袋式收粉器的一級收粉工藝，具有收塵效率高、清灰能力強、設備阻力小等特點，最新設計的三號高爐噴煤系統實測排放濃度小于10mg/Nm3。
3.2 制粉尾氣再循環技術
磨煤機在制粉過程需要熱氣體作為干燥煤粉的熱源和輸送煤粉的載體，國內常規做法都是將熱風爐廢氣加熱后作為煤粉干燥及輸送氣體，這樣可以利用熱風爐廢氣的顯熱，同時還降低了制粉工藝系統中的氧濃度，既減少了燃料消耗又確保了系統的安全。但在制粉系統啟動、停機、低負荷運行及熱風爐廢氣溫度過高時，需要摻入冷風(新鮮空氣)來達到控制系統溫度，其結果是導致系統的氧含量升高，大大降低了系統的安全性。
為克服這一缺陷，寶鋼工程開發了熱風爐廢氣與制粉尾氣結合使用的尾氣再循環工藝和控制技術。即通過將主排風機排出的廢氣用管道引一部分接至磨煤機廢氣入口，以代替在系統啟動、停機、低負荷運行及熱風爐廢氣溫度過高時進入系統的冷空氣，這樣可以確保系統的氧含量不超過8%，避免了由于系統氧含量升高給系統帶來的不安全因素。另外，在系統正常生產時，再循環氣流量是作為一個重要的控制參數，通過兩個調節回路進行串聯式調節，可以精確地控制系統的負壓、流量等參數。
3.3 噴吹精度控制技術
噴吹系統采用一個煤粉倉，三個噴吹罐的三罐并列、噴煤總管加分配器的直接噴吹工藝技術。
煤粉噴吹量計量準確性及各風口的煤粉分配均勻性對高爐生產具有重要影響，是衡量噴吹技
術水平的重要指標。寶鋼噴煤系統采取以下措施來保證噴吹總量的準確性，小時噴吹量精度誤差一般小于1%。
1)噴吹罐稱量。每個噴吹罐上裝有一套3 個電子秤傳感器，為保證電子秤稱量準確，設計中每個噴吹罐都配置獨立的支撐系統來防止由于其它噴吹罐裝料時導致地基偏斜而發生的傳感器讀數錯誤，同時噴吹罐還裝有防扭轉裝置來防止在裝料和增壓階段引起的旋轉，引起讀數錯誤。
2)系統控制。噴吹計量系統采用串級調節系統，通過將噴吹罐電子秤每次定時采樣得到的累計噴煤量與設定的同時間內累計的噴煤總量進行比較和計算，將其結果作為噴吹罐與高爐熱風壓差調節的設定值，通過壓差調節控制噴煤量。此外，在噴吹總管上還設置有調節閥實現噴煤量閉環控制，確保噴吹計量的準確性。
將噴吹支管的分配精度誤差控制在4%以下，主要采用以下兩方面措施。一是采用具有高分配精度的瓶式分配器，其具有良好的分配均勻性，阻力損失小、耐磨性好、結構和加工簡單等特點；二是通過將分配器安裝在爐頂大平臺上，噴吹支管當量長度相等設計。即噴吹支管采用相同的管道內徑，相等的管道長度，每根管線間長度誤差不大于1%，所有噴吹管線采用相似的彎曲角度。
3.4 自動控制系統
寶鋼高爐噴煤自動化控制系統采用三電一體化結構配置，設計對自動控制系統進行了全面優化，將少數手動控制設備納入自動控制范圍，使控制程序更加合理。系統可實時顯示設備運行狀況和工藝參數值，具有完善的操作、計算、通訊、顯示、記錄、跟蹤和報警功能，極大地簡化了生產操作，減輕了操作人員的勞動強度。
同時噴煤系統的控制軟件程序還融入了寶鋼獨有的大型高爐高噴煤比操作經驗和操作模式，使整個系統操作控制更加智能化，運行也更加可靠穩定。
3.5 安全噴煤技術
噴煤系統按照全部噴吹煙煤進行系統的安全設計，為確保系統安全運行，主要采取的安全措施如下:
1)以熱風爐廢氣為主與燃燒高爐煤氣的煙氣配制成合格的惰性干燥氣，確保制粉系統末端袋式收粉器出口含氧量小于12%。
2)在磨煤機入口管道、袋式收粉器出口管道設置含氧量和CO 檢測裝置。當系統氧含量或CO含量超上限時發出報警信號；當系統氧含量或CO 含量超上上限時發出緊急報警信號，人工確定緊急停機。緊急停機時系統自動充入氮氣。
3)嚴格將磨煤機出口溫度控制在合理范圍內。
4)在磨煤機出口的氣粉輸送管道、袋式收粉器上設置防爆門。
5)干燥氣發生爐設置點火程序控制和熄火安全保護裝置。同時在干燥氣發生爐區域設置CO氣體固定式監測裝置和CO 值高于預定值的報警信號。
6)系統中的煤粉設備及管道均考慮了防靜電接地措施，法蘭之間用導線連接。
7)噴吹罐的加壓、流化全部采用氮氣。煤粉倉的流化采用氮氣，同時在煤粉倉頂部設置含氧量和CO 檢測裝置，確保煤粉倉內的含氧量小于12%。
8)在系統的溫度、壓力超標時，有報警顯示，緊急時可自動停機，同時系統還設有緊急操作按鈕，緊急時可自動地向安全方向轉移。
9)制粉噴吹站按敞開式設計，保證通風良好，同時在制粉噴吹站內設置消防水滅火系統和必要的消防器材。
3.6 快速大修設計
短期快速大修已成為特大型高爐大修的重要技術方向。寶鋼二號、三號高爐大修實施的是短期化快速大修，其中二號高爐停爐工期98 天，三號高爐停爐工期76 天，噴煤系統與高爐大修同步建成投產。寶鋼工程通過聯合建設單位、制造廠、施工單位等，從設計、設備供貨，西配合施工等方面采取措施，確保了噴煤系統與高爐大修同步建成。
寶鋼工程高爐噴煤在工程設計上采用三維輔助設計，有效地避免了噴煤設備、各種介質管道與制粉噴吹站鋼結構之間的相互干涉，實現無差錯設計，提高設計質量，從而為噴煤系統在高爐短期化大修的施工打下了堅實的基礎。同時，為確保在規定時間內完成噴煤大修改造工作，工藝設備、管線閥組等采取模塊化設計、大件設備整體供貨，或分段供貨、工廠預組裝等措施，盡量減少現場在線施工的時間。圖1 為寶鋼三號高爐制粉噴吹站三維設計模型。
4 寶鋼工程高爐噴煤技術應用效果
寶鋼工程高爐噴煤采用自主技術集成的工藝技術，關鍵設備自主開發，實現了設備全部國產化，并在工程設計上應用三維設計，在高爐短期化大修工期內實現了與高爐同步建成投產，并成功投入運行。
多年的生產實踐表明，寶鋼工程噴煤制粉、噴吹能力達到國內先進水平，部分指標達到國際先進水平，為高爐的穩定運行，實現高產、低耗做出了巨大貢獻，取得了良好的經濟效益和社會效益，同時也體現了寶鋼工程在高爐噴煤方面的技術實力和工程能力。
寶鋼股份一號高爐(容積4063m3)1999 年9 月創造了月均噴煤比260.6kg/t，焦比249.7kg/t 的最好成績，其他幾座高爐也長期維持200kg/t 以上的噴煤比。近年，隨著高爐原燃料條件質量的變差，以及在操作和技術管理上要求高爐長期穩定高噴煤率、低能耗、高產能煉鐵，四座高爐噴煤比基本維持在190-200kg/t 的經濟合理水平。
5 技術團隊
寶鋼工程高爐噴煤技術團隊是伴隨著寶鋼噴煤技術發展逐步成長的。從1998 年成功引進、設計寶鋼一號高爐噴煤系統開始，公司培養了一批高爐噴煤技術方面專業人才，先后承擔了寶鋼股份二號、三號、四號高爐，以及羅涇COREX 爐等重大工程項目的噴煤系統工程，是我國該領域從引進設計、國內設備成套供貨、系統總承包到技術設備全部國產化的成功實踐者。
在高爐噴煤技術國產化研發過程中，鍛煉了一批以高級工程師黃進春為首的專業化技術團隊，他們深入寶鋼噴煤生產現場與操作人員緊密結合，充分的交流與溝通，認真聽取意見和要求，反復完善和優化設計方案，為項目的成功打下了堅實的基礎。
目前，寶鋼工程技術團隊還在不斷改進和創新噴煤系統技術，并將進一步推廣和應用，為客戶創造更多的社會和經濟效益。