喷吹煤粉技术研究.docx
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喷吹煤粉技术研究
平顶山市重大科技攻关计划项目
利用热风炉废气潜热预热喷吹煤粉技术研究
项目可行性研究报告
舞钢中加钢铁有限公司
二〇〇七年一月
一、该技术研究的有关情况
1、目的和意义
我国煤炭资源丰富,但是焦煤资源不足,无烟煤和非炼焦煤约占三分之二。
炼焦煤储量中,煤种很不平均,气煤占一半以上。
肥煤、焦煤和瘦煤分别占13.87%、17.7%及12.01%,加起来还不到一半,而且在产地上分布很不均衡。
从全国钢铁工业总体情况看,冶金焦数量远远不能满足需求。
炼铁生产中降低焦炭量的途径很多,扩大高炉喷吹煤粉量、以煤代焦是降低焦比的最有效措施。
深入研究喷吹煤粉预热技术是当务之急,也是钢铁工业发展的重要战略措施。
煤粉预热技术是目前喷煤技术领域的前沿课题,该技术的成功研发属国内首家,国外也仅有报导。
此技术是中加钢铁公司的技术人员通过与南京工业大学热管技术研究中心、华中科技大学国家重点煤燃烧实验室方圣喷吹技术有限公司、南京城志科技有限公司合作,对烟煤、无烟煤、混合煤的煤粉可磨性、流动性、喷流性、燃烧性、爆炸性在各种工况条件下的性能进行试验研究,在反复试验、总结大量数据的基础上结合高炉生产工艺,研究开发利用高炉热风炉废气对煤粉进行预热进而减少焦炭消耗、提高煤比的新技术。
高炉热风炉产生的废气温度在250℃左右,利用高温废气对煤粉进行预热,使煤粉在管道内从40℃预热到150-200℃,煤粉温度的提高将会产生如下效果:
①增加煤粉在管道内的流动性;②提高煤粉的燃烧率,减少未燃煤粉对高炉的影响;③提高煤、焦的置换比,④增大喷煤量。
在节能降耗的同时减少高温废气的对空排放,降低对环境的污染,符合国家节能、环保的产业政策。
该技术的核心是如何安全地利用原排入大气的热风炉废气的潜热通过热媒传给煤粉再喷入高炉。
该技术可将喷吹煤粉预热到180-200℃,置换比提高10~15%,煤比在同等条件下提高约30~50kg/t.Fe。
中加钢铁公司生产规模100万吨生铁/年,目前,煤比从当前的130kg/t.Fe,通过实施煤粉预热煤比可达180kg/t.Fe,吨铁节约焦炭约40kg。
吨铁成本可降低约10元,年增加效益约1000万元;同时实施该技术后,中加钢铁公司每年可减少排入大气的高温废气量约55200万m3。
目前国内高炉炼铁的平均喷煤比约120kg/t.Fe,而应用煤粉预热技术,可使高炉喷煤比在不富氧的前提下,使0.074mm的煤粉燃烧率从50%,提高到70%,提高喷煤比30-50kg/t.Fe,节约焦比约40kg/t.Fe,而喷吹煤粉预热技术做为炼铁系统节能的关键技术一旦能在钢铁生产中成功应用,具有十分辉煌的前景。
2、项目实施的主要内容、技术难点、技术水平和指标
主要内容:
通过对烟煤、无烟煤、混合煤的煤粉可磨性、流动性、喷流性、燃烧性及各种工况的爆炸性进行研究,结合高炉生产工艺,研究开发利用高炉热风炉产生的废气对在高压状态下高速流动的煤粉进行预热而提高喷煤比减少煤炭的新技术。
技术难点:
①如何将高炉热风炉产生的废气余热传送给高速流动的煤粉;②探索各种工况下煤粉的爆炸极限③快速反应的安全控制技术。
3、项目实施的总体目标
(1)该项目首先在中加钢铁公司三号高炉实施。
(2)然后在中加钢铁公司一、二号高炉实施。
(3)完全成功后逐步向全国推广。
4、项目实施绩效预测
中加钢铁公司现有生产规模100万吨生铁/年,高炉煤比从当前的130kg/t.Fe,通过实施煤粉预热煤比可达180kg/t.Fe,吨铁节约焦炭约40kg。
吨铁成本可降低约10元,年效益约1000万元。
实施该技术后,中加钢铁公司每年可减少排入大气高温废气量约35200万立方米。
煤粉预热不仅可以大幅度降低焦比,增加产量,而且可以缓解我国焦煤资源不足的矛盾,以煤代焦符合我国的产业政策,2006年全国喷吹煤粉共3000万吨,若在全国逐步推广实施喷吹煤粉预热技术,就我国现有的钢铁生产规模每年的喷吹用煤可以提高到4200万吨,可节约焦炭1000万吨,全国钢铁总成本下降一亿元以上,社会效益非常可观。
2、协作单位
(1)华中科技大学国家煤燃烧重点实验室。
(2)南京工业大学
(3)方圣喷吹技术有限公司。
(4)南京诚志科技有限公司
3、研究开发能力和条件
南京工业大学提供换热技术支持,南京诚志科技有限公司负责设计、制造了热管分离式煤粉加热器,其设备工艺布置灵活、传热效率高、无附加动力消耗、运行安全可靠。
华中科技大学的国家煤燃烧重点实验室、方圣喷吹技术有限公司提供高煤比技术支持。
中加钢铁公司现有高炉3座,其配套的热风炉有9座,废气资源丰富。
磨煤机1台,喷吹罐4个,3座高炉均已实施了煤粉喷吹,研究开发的基础设施条件完全具备。
方圣公司与中加钢铁公司的工程技术人员已合作进行了烟煤和无烟煤不同比例、不同压力、不同温度下的煤粉爆炸性实验。
4、承担项目的优势和不足
承担项目的优势:
(1)开发应用此技术的基础设施完备。
(2)技术先进,目前该技术属国内首家,国外也仅有报导。
(3)符合国家环保、节能产业政策。
(4)扩大高炉喷吹煤粉,以煤代焦乃是降低焦比的最有效措施。
提高高炉喷吹煤比有利于高炉强化冶炼,提高生铁产量,降低生铁成本。
因此,发展提高喷煤比技术是当务之急,也是钢铁工业发展的重要战略决策。
(5)华中科技大学的国家煤燃烧重点实验室和南京工业大学的技术支持。
承担项目的不足:
本公司对技术的研发资金投入不足,项目实施资金比较紧张。
。
三、项目实施方案
1、项目实施的工艺路线或技术途径
利用热风炉的废气---高温废气引风机---升温炉---热管分离式煤粉加热器---煤粉预热到200℃---到高炉
剩余的高温废气进行磨煤
(工艺流程图附后)
热管分离式煤粉加热器制造工艺
热管制作工艺过程:
锅炉管检测密封性(气压、水压实验)——打磨去锈——高频焊绕翅片——酸洗钝化形成保护膜——焊接上下连箱管(封头、腰板、封底)——进行20kg水压、气压实验、碳伤检测——抽真空——注入工作介质
壳体、制作工艺过程:
机械加工上、中、下孔板焊接壳体——壳体气密性实验(气压)——总管热管(管束)
2、项目分阶段实施内容、具体目标和年度进展计划
(1)2006年9月5日在华中科技大学进行了煤粉性能实验,12月10日进行了各种工况下煤粉的爆炸性实验。
(2)2006年11月15日在南京工业大学进行了换热技术交流,2007年1月24日南京工业大学李菊香教授到中加钢铁公司进行技术交流并确定了技术方案。
(3)2007年4月底该项目的主要设备全部到货。
(4)2007年5月底所有设备安装、调试完工,具备投入生产条件。
(5)2007年6月1日至2007年12月26日,全面投入生产。
3、项目实施的保障措施
(1)采用先进的强化传热设计方法
针对中加钢铁有限公司煤粉加热器的基本参数和工况条件,采用强化传热设计。
该设计方法吸收了国外在热管换热器方面的先进理念,其明显优点是热管换热器单位体积可获得较大的传热面积。
其次,热管换热器的体积较小,由此带来的直接影响是占地面积较小,设备重量较轻,系统简洁,安全可靠。
(2)使用新的热管工质添加剂,以提高热管寿命
热管工质添加剂对于热管换热器的使用寿命起至关重要的作用,它直接决定热管的使用寿命。
对于碳钢为热管壳体,水为热管工质的碳钢——水热管,南京诚志科技有限公司早在80年代已进行了大量的研究,并取得了令国际热管界瞩目的研究成果。
在此基础上,近年来,又研制开发出新的热管工质添加剂CZ103,这种新的添加剂吸取了国内外的一些成熟经验,其效果非常显著,比过去使用的工质在性能上有了明显提高。
为了延长热管的使用寿命,充分解决碳钢——水热管相容性的问题,我们在实验室进行了长期的和大量的各种不同配方的热管寿命实验,基本解决了碳钢——水热管的使用寿命问题。
该项研究为国家重大攻关课题,历经数年方才完成。
该研究项目达国际领先水平,一九八七年通过国家级成果鉴定,是目前国内外唯一的热管延寿成果鉴定。
在热管制造过程中,除了采用研制的配方进行钝化膜处理外,同时添加了缓蚀剂,能够使设备发挥最佳的传热性能和获得最长的热管寿命。
这是其他热管制造企业所无法比拟的。
(3)热管换热器特性
热管是一种具有高传热性能的传热元件,它通过密闭真空管壳内工作介质的相变潜热来传递热量,起传热性能类似于超导体导电性能。
其次,它具有传热能力大,传热效率高的特点。
热管这种传热元件,可以单根使用,也可以组合使用,根据现场的条件,配比相应的流通结构组合成各种形式换热器。
这种结构,其最大优点在于如单根热管失效对整个换热器运行不会产生影响。
煤粉加热器每组联箱有一个排气阀,本设计采用经过多次改进后的特制排气阀,阀门严密性有了明显的提高。
这种排气阀由合金钢材料制成,确保频繁开启、关闭的可靠性。
热管分离式煤粉加热器工作时,管束内介质的循环是依靠烟气箱和空气箱在空间布置上恰当的位差来完成,克服工质流动的全部阻力。
而流动阻力与管线水平距离、垂直距离、弯头数量、管内流体的流速等诸多因素有关,设计中必须要合理考虑位差压头和合理的选择上升管和下降管的管径。
通过实验室和现场各种分离式热管换热器的大量实验,已经取得了全面的数据。
不掌握这些数据,热管分离式煤粉加热器就不能正常运行,或者运行时传热效率很低。
系统的运行安全是在换热器的设计、制造和使用过程中必须保证的首要方面。
为此,在本次设计制造过程中,采取了以下几点措施,加以确保。
A、换热管采用小管径设计。
管径选用直径60,管材为合金钢。
B、详细核定热管工作压力,使热管在一个安全的压力范围内正常工作,该换热系统不存在压力破坏的可能性,确保安全运行完全有保证。
C、加强对制造质量的严格控制。
所有焊接、加工安锅炉及压力容器的有关标准、规范执行,严密杜绝制造质量隐患。
D、认真做好操作、管理人员的技术培训工作,使他们了解设备工作原理,明确操作规程,掌握并非常工作情况下的紧急处理措施,杜绝误操作出现设备故障和事故的可能性。
(4)克服热管热膨胀的方法
换热器运行处于一个相对高温状况,热膨胀出现在热管的轴线方向。
设计中,壳体内部在热管的上下部均为无约束的自由空间,填充有内部保温材料,可吸收这一部分的膨胀量。
(5)防止换热器积灰的措施
为有效防止换热器积灰,一方面,控制热管侧壁在露点之上:
另一方面,合理的结构优化设计,设计高压空气吹灰并使用热侧具备合理的流速,使换热器既有“自清灰特性”。
(6)设备保温
本体保温采用内保温。
考虑到冶金行业生产的特殊性,在高炉工作期间,提前进行设备安装的土建及冷风配管工作,利用高炉检修期间,完成换热器的安装、调试。
四、编制说明
1、编制单位联系情况
2、主要编制人员情况
中加钢铁有限公司
二〇〇七年一月二十六日
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