炼铁设计原理

煤尘爆炸参数:
涉及两个方面,一是煤尘被点燃的难易程度,即敏 感度, 二是煤尘发生爆炸的强弱程度,即猛烈度. 具体参数: (1)最低着火温度; (2)最低可爆炸浓度; (3)最高允许含氧浓度; (4)最大爆炸压力及最大爆炸压力上升速率
喷吹过程中煤尘爆炸的防护
目前高炉喷吹烟煤的安全防爆系统有两类： 全系统连续惰化（采用惰性气氛防爆）：在制
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 喷吹支管和喷枪喷入 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。
(2)贮煤罐有效容积的确定
贮煤罐的有效容积一般与喷吹罐相近或略大于 喷吹罐。贮煤罐最低料面是钟阀或蝶阀，最高料面 距该罐球面交接处留800～1000mm，最低与最高 料面间的容积即为该罐自有效容积。贮煤罐容积过 分大于喷吹罐，对调剂缓冲有利，但容易出现带粉 关闭下钟阀现象。
(3)收集罐有效容积的确定
式中 g ——气体的摩擦阻力系数； m——固气混合比； s ——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； g ——气体的平均密度。
(2) 输送距离与混合比
由上式可知，输送管道越长， P 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。根据 实验不发生管道堵塞的条件是：
评价煤气除尘设备的主要指标：
(1)生产能力。生产能力是指单位时间处理的煤气量，
一般用每小时所通过的标准状态的煤气体积流量来 表示。 (2)除尘效率。除尘效率是指标准状态下单位体积的 煤气通过除尘设备后所捕集下来的灰尘重量占除尘 前所含灰尘重量的百分数。可用下式计算：
——除尘效率，％； m1,m2——入口和出口煤气标态含尘量，g／ m3。或mg／m3。
8．1煤气除尘设备及原理
1.粗除尘设备包 括重力除尘器 和旋风除尘器。 1)重力除尘器,其 基本结构见右 图：
设计重力除尘器的关键是确定其主要尺
寸——圆筒部分直径和高度，圆筒部分 直径必须保证煤气在除尘器一内流速不 超过0．6～1．0m／s，圆筒部分高度 应保证煤气停留时间达到12～15s。可 按经验直接确定，也可按下式计算： 重力除尘器圆筒部分直径D (m)：
c MPS磨煤机
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。
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。 B PPCS气箱式脉冲布袋收 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。
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。
5）木屑分离器
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。
2） 中速磨制粉工艺
2.主要设备
1）磨煤机 A 球磨机：
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：
n临
30

g R
式中 R——筒体内半径，m；

g——重力加速度，9．8m／s2。
B 中速磨煤机 a 平盘磨 b 碗式磨
1）串罐喷吹
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。
2）高炉喷吹烟煤的安全措施 (1)控制系统气氛。 (2)设计时要避免死角，防止积粉。 (3)综合喷吹。 (4)控制煤粉温度。 (5)设备和管道采取防静电措施。 (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。各廛平台均应有消防器材和火灾报 警装置。
3)煤粉的爆炸行为及其防护
煤尘爆炸的基本条件 (1)引爆能量的获得,给煤尘提供足够的点火能量, 使温度达到煤粉的最低着火温度而引起爆燃; (2)煤粉的分散与悬浮,煤尘分散形成悬浮状态,并 在系统介质中达到一定的煤尘浓度,才有可能爆 炸; (3)系统氧浓度的失控,点火能量的大小和爆炸浓 度的高低都因系统氧浓度变化而显著不同.
3）喷射枪
喷射枪是高炉
喷煤系统的重 要设备之一， 由耐热无缝钢 管制成，直径 15~25mm， 根据喷枪插入 方式分为三种， 见右图：
4） 氧煤枪 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。
m1 m2 100% m1
(3)压力降。压力降是指煤气压力能在除
尘设备内的损失，以人口和出口的压力 差表示。 (4)水的消耗和电能消耗。水、电消耗一 般以每处理1000m。标态煤气所消耗的 水量和电量表示。 评价除尘设备性能的优劣，应综合考虑 以上指标。对高炉煤气除尘的要求是生 产能力大、除尘效率高、压力损失小、 耗水量和耗电量低、密封性好等。
3)贮煤罐的有效容积Vc
设与喷吹罐有效容积相等，即倒煤时煤粉全部 倒入喷吹罐： Vc=V p=13.95m3 4)收集罐有效容积
取`为13min
则
依据计算结果和考虑其他因素，选择各罐的具体尺寸如 下表所示。
鞍钢某高炉喷吹罐组特性
2.主要设备
1）混合器：
混合器是将压 缩空气与煤粉 启动的设备， 由壳体和喷嘴 组成。
D 1.13 Q v
式中Q——煤气流量，m3／s； v ——煤气在圆筒内的速度，约0．6～ 1．0m／s。高压操作取高值。
除尘器圆筒部分高度H (m)：
Qt H F
t——煤气在圆筒部分停留时间，一般
12～15s，大高炉取低值； F——除尘器截面积，m。 计算出圆筒部分直径和高度后，再校核 其高径比H／D，其值一般在1．00～ 1．50之间，大高炉取低值。
2.浓相输送 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。浓相输送一般是指固气比超过50kg/kg的气力 输送. 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: L v2 P g ms g D 2
三罐单列式的喷吹罐组在贮煤罐之上装有收集罐，它 的效容积应该保证在上钟阀关闭时，即由贮煤罐向喷吹 罐煤粉时，贮存送来的煤粉，
(4)喷吹罐组容积计算举例。
1)原始数据： 高炉有效容积：Vu=944m3 利用系数 v=2.2t/m3.d 喷煤量 G=0.2t/t铁 煤粉堆密度 =0.62t/m3 倒罐周期 =0.5h 2）喷吹罐有效容积
2）旋风除尘器 旋风除尘器的工
作原理见右图。 含尘煤气以10～ 20m／s的标态流 速从切线方向进 入后，在煤气压 力能的作用下产 生回旋运动，灰 尘颗粒在离心力 作用下，被抛向 器壁集积，并向 下运动进入积灰 器。
2.半精细除尘设备
半精细除尘设备设在粗除尘设备之后， 用来除去粗除尘设备不能沉降的细颗粒 粉尘。主要有洗涤塔和溢流文氏管，一 般可将煤气标态含尘量降至800mg／ m3以下。
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—11所示。
7.2煤粉喷吹系统
1.喷吹工艺
从制粉系统的煤粉仓后面到高炉风口喷枪之间 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。
粉系统用热风炉废气和燃烧炉烟气作为惰化气 和干燥介质，在输粉和喷粉系统充氮气，使系 统中气氛的含氧浓度维持在安全值（8~12%） 以下。 在制粉系统采用化学药剂灭火，采取抑爆措施， 在喷吹系统采用连续惰化与抑爆相结合的措施。
8 高炉煤气处理系统
煤气除尘设备分为湿法除尘和干法除尘两种。
湿法除尘常采用洗涤塔一文氏管一脱水器系 统，或一级文氏管一脱水器一二级文氏管一 脱水器系统。 干法除尘有两种，一种是用耐热尼龙布袋除 尘器，另一种是用干式电除尘器。
7.4 喷煤技术的发展
1.喷煤技术进步 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。 (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。 (3)喷吹烟煤或烟煤与无烟煤混合喷吹。 (4)浓相输送。
煤粉浓相输送工艺形式
高炉炼铁设计原理 7-9章
2007年10月17日
7. 高炉喷吹煤粉系统
高炉系统主要由原煤贮运、煤粉制备、煤粉
喷吹、热烟气和供气等部分组成。 见下图：
7. 1 煤粉制备系统
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。 1）球磨机制粉工艺流程图
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。
喷吹罐组有效容积的设计
喷吹罐组一般包括喷吹罐、贮煤罐和收集罐，它的 有效容积与高炉的喷煤量、喷吹系统的工艺流程和工 作制度有关。 (1)喷吹罐有效容积的确定。喷吹罐有效容积一般按向高 炉持续喷吹半小时左右的喷量来考虑。
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。 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。 3）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。
式中Fr——弗劳德准数(Fr=v／ gD )； v——输送速度； g——重力加速度； D——输送管道直径。
Fr m 0.41 10
3
3. 烟煤喷吹的安全措施
1）煤粉爆炸的条件 (1)必须具备一定的含氧量。 (2)一定的煤粉悬浮浓度。 (3)煤粉温度达到着火点。 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。