工程:某高爐渣處理系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)與改進(jìn)
濟(jì)鋼1#1750m3高爐采用嘉恒法渣處理設(shè)備，生產(chǎn)中存在設(shè)備處理能力不足、水量不平衡及管道磨損等問題。濟(jì)鋼2#1750m3高爐的設(shè)計(jì)吸取了1#高爐的經(jīng)驗(yàn)，增加了1臺單體設(shè)備，形成兩用一備的工作制度，增設(shè)1座大型平流沉淀池，并對管路系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，解決了在1#高爐中存在的問題，運(yùn)行良好。
1 前 言
濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司（簡稱濟(jì)鋼）2002～2004年，共建成并投產(chǎn)了兩座1750m3高爐。兩座高爐的渣處理系統(tǒng)皆采用了唐山嘉恒公司的渣處理設(shè)備（簡稱嘉恒法）。
嘉恒法渣粒化裝置相對OCP法、INBA法等渣處理裝置而言，具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、投資成本低、成品渣質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，但由于渣處理系統(tǒng)在整個高爐生產(chǎn)過程中處于被動地位，高爐爐料組成、冶煉工藝、利用系數(shù)等的變動都會引起瞬時(shí)渣量的變化，對整個系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響。
通過濟(jì)鋼1#1750m3高爐近兩年的生產(chǎn)實(shí)踐來看，由于高爐生產(chǎn)過程中瞬時(shí)渣量的大范圍波動，出現(xiàn)了設(shè)備處理能力不足、大量跑水跑渣及管道磨損較快等問題，并造成高爐經(jīng)常放火渣，制約了高爐的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)成本，且對區(qū)域環(huán)境也造成了很大的影響。濟(jì)鋼2#1750m3高爐的渣處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為了統(tǒng)一備件，所選設(shè)備各參數(shù)同1#高爐，但同時(shí)接受了1#高爐的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對整個系統(tǒng)的工藝方案進(jìn)行了全面更新。
2 1#高爐渣處理系統(tǒng)工藝簡介及問題分析
2.1 工藝簡介
高爐渣處理系統(tǒng)共設(shè)1臺雙體嘉恒法渣處理裝置，兩者一用一備。
高爐火渣從渣溝進(jìn)入嘉恒法渣處理裝置粒化器，被高速旋轉(zhuǎn)的粒化輪機(jī)械破碎，并沿切線方向拋出，同時(shí)受粒化器內(nèi)高壓水射流冷卻及水淬作用形成水渣產(chǎn)品，隨后渣水混合物經(jīng)過水渣溝落入脫水器篩斗中。
渣水混合物通過篩斗中1.2～4.0mm間隙的篩網(wǎng)實(shí)現(xiàn)渣水分離，成品粒化渣留在篩斗中，水則通過篩網(wǎng)流入回水槽。篩斗中的渣到達(dá)頂部時(shí)翻落進(jìn)入受料斗，通過受料斗下部出口落在皮帶機(jī)上，由皮帶機(jī)運(yùn)至貯渣場保存及外運(yùn)。其間產(chǎn)生的高溫蒸汽通過渣處理裝置上部的煙囪集中排放。
通過脫水器篩網(wǎng)過濾的循環(huán)水，經(jīng)水槽出水口和回水管道進(jìn)入集水池及沉淀池，沉淀池內(nèi)的細(xì)渣通過渣漿泵打入脫水系統(tǒng)進(jìn)行二次回收脫水，沉淀后的水循環(huán)利用。工藝流程見圖1。工藝布置見圖2。
 圖1 濟(jì)鋼1#高爐渣處理系統(tǒng)工藝流程 |
 圖2 濟(jì)鋼1#高爐渣處理系統(tǒng)工藝布置 |
2.2 存在的問題
2.2.1 設(shè)備能力不能滿足生產(chǎn)要求 濟(jì)鋼1#高爐設(shè)計(jì)爐容為1750m3，利用系數(shù)2.3t/m3.d（最大利用系數(shù)2.5t/m3.d），渣鐵比300kg/t，最大渣量8t/min，每天渣量約1313t。設(shè)計(jì)選型時(shí)，渣處理設(shè)備最大處理量為8t/min，噸渣補(bǔ)充新水0.7m3，雙體設(shè)備為一用一備，最大供水強(qiáng)度為1500m3/h。
在生產(chǎn)實(shí)踐中，高爐各參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)相差較大，其中高爐利用系數(shù)已達(dá)2.8t/m3.d，且隨著進(jìn)一步的強(qiáng)化冶煉，利用系數(shù)還會提高，可達(dá)3.0t/m3.d 左右；渣鐵比及最大瞬時(shí)渣量也會隨物料的入爐品位及冶煉工藝的變化不斷波動，最大瞬時(shí)渣量可達(dá)15t/min。渣量的增大直接導(dǎo)致了設(shè)備處理能力的不足，首先表現(xiàn)在粒化輪的壽命大大縮短，且由于渣量過大，特別是最大渣量瞬間，脫水器無法過濾掉細(xì)渣，使得污水外溢，蒸汽也由于無法從煙囪及時(shí)排放而由進(jìn)渣口溢出，由此導(dǎo)致整個生產(chǎn)現(xiàn)場臟、亂、差。
由于最大渣量（15t/min）與正常渣量（3t/min）懸殊過大，如按最大渣量進(jìn)行設(shè)備選型則造成設(shè)備能力的極大過剩，且設(shè)備供水、蒸汽排放及設(shè)備占地面積、工程造價(jià)等也相應(yīng)增大。
2.2.2 水量不平衡，造成大量工業(yè)水外排 設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)按噸渣消耗新水0.7m3考慮，由于入爐爐料、冶煉工藝及最大渣量的變化，使得每爐爐渣的消耗水量成為不確定因素，且最大渣量時(shí)間的不確定性導(dǎo)致無法按需調(diào)節(jié)供水量。正常生產(chǎn)時(shí)供水強(qiáng)度全部為1500m3/h，同時(shí)溝頭冷卻、殼體冷卻等處皆由工業(yè)新水補(bǔ)充（循環(huán)水含細(xì)渣過多且溫度過高），出渣完畢后設(shè)備還要空轉(zhuǎn)約20min以過濾出沉淀池中的細(xì)渣。以上原因造成了補(bǔ)充新水大于實(shí)際消耗水量，使得大量工業(yè)新水由循環(huán)池外溢，每日約外排400m3左右，造成資源的極大浪費(fèi)。
2.2.3 管道系統(tǒng)磨損嚴(yán)重 由于循環(huán)水中含細(xì)渣較多，且水壓較高，渣水混合物對管道的磨損較為嚴(yán)重，現(xiàn)場曾使用的稀土合金耐磨管及陶瓷內(nèi)襯復(fù)合管僅使管路系統(tǒng)的壽命有所延長，但無法從根本上解決管路磨損問題，且整個系統(tǒng)中渣漿泵的事故率也非常高。
上述問題嚴(yán)重制約整個渣處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行，也大幅度增加了生產(chǎn)運(yùn)行成本。
3 2#高爐渣處理系統(tǒng)工藝簡介及改進(jìn)措施
濟(jì)鋼2#高爐渣處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)吸取了1#高爐的經(jīng)驗(yàn)，通過全新的工藝布置，徹底解決了1#高爐所存在的問題。
3.1 工藝簡介
2#高爐設(shè)1臺雙體設(shè)備及1臺單體設(shè)備，共有3臺設(shè)備形成了兩用一備的工作制度，其中雙體設(shè)備共用一個煙囪，單體設(shè)備單獨(dú)使用一個煙囪。
高爐火渣進(jìn)入渣處理設(shè)備，經(jīng)粒化輪、脫水器后，成品渣落入下方的渣運(yùn)輸皮帶直接運(yùn)至渣場，渣水混合物通過脫水器篩網(wǎng)后由渣水溝直接進(jìn)入平流沉淀池，沉淀后的水循環(huán)利用。2#高爐渣處理系統(tǒng)的工藝布置見圖3。
 圖3 濟(jì)鋼2#高爐渣處理系統(tǒng)工藝布置 |
對照兩座高爐渣處理系統(tǒng)工藝布置情況可以看出，除2#高爐增加了1臺單體設(shè)備外，其它設(shè)備基本沒有變動，變動最大處在沖渣水的處理及循環(huán)利用方面。2#高爐渣處理系統(tǒng)中平流沉淀池及渣水溝的應(yīng)用使得1#高爐中存在的問題得到了較好的解決。
3.2 渣處理系統(tǒng)工藝問題解決方案
（1）兩用一備的工作制度，解決了設(shè)備能力不足的問題。每臺設(shè)備的處理能力仍為8t/min，即使在最大渣量時(shí)也可滿足生產(chǎn)要求。3臺設(shè)備可以任意開啟其中兩臺，為設(shè)備的檢修提供了充裕的時(shí)間。由于該設(shè)備與濟(jì)鋼1#高爐相同，也為生產(chǎn)備件的組織提供了有利條件。兩用一備的工作制度不僅使設(shè)備能力滿足了生產(chǎn)要求，也使設(shè)備使用壽命大大提高，節(jié)省了大量檢修時(shí)間。
（2）整個系統(tǒng)的所有用水全部納入循環(huán)系統(tǒng)，解決了水資源浪費(fèi)問題。
為便于控制水量，2#高爐設(shè)計(jì)時(shí)將該系統(tǒng)全部用水皆納入循環(huán)，大型平流沉淀池的使用使得細(xì)渣可及時(shí)沉淀，且循環(huán)水水溫可有效降低。在溝頭冷卻及殼體冷卻等對水溫及水質(zhì)要求較為嚴(yán)格的用水點(diǎn)，工藝上采用過濾及冷卻設(shè)備，將沉淀池內(nèi)的循環(huán)水經(jīng)過處理后加以利用。該區(qū)域泵房內(nèi)設(shè)有4臺流量為800～1100m3/h 的水泵，最大用水強(qiáng)度時(shí)三用一備，用戶也可以根據(jù)生產(chǎn)情況控制泵的開啟數(shù)量，以滿足系統(tǒng)供水要求。平流沉淀池內(nèi)設(shè)有液位計(jì)，只有當(dāng)循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的水消耗到規(guī)定水位時(shí)，才對池內(nèi)水量進(jìn)行補(bǔ)充，補(bǔ)充水可以是其它區(qū)域的廢水，這樣就大大節(jié)約了工業(yè)新水的用量，也使得周圍區(qū)域的廢水再利用成為可能，使得生產(chǎn)成本大幅下降。
（3）取消返渣系統(tǒng)，以渣水溝代替管道，解決了管道磨損問題。經(jīng)分析，經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的粒化輪機(jī)械破碎后產(chǎn)生的高爐細(xì)渣棱角分明，且硬度較高，對渣漿泵、輸送管道及管道閥門等的磨損非常嚴(yán)重。2#高爐設(shè)計(jì)時(shí)，取消了渣處理系統(tǒng)的所有渣水混合物輸送管道，從脫水器流出的渣水直接流入渣水溝，經(jīng)渣水溝進(jìn)入平流沉淀池。渣水溝底部為半圓形，內(nèi)壁粘貼鑄石磚以防磨損及積渣，溝蓋采用活動蓋板，便于定期清淤。蓋板上部可通車。
濟(jì)鋼2#高爐于2005年4月正式投入生產(chǎn)，近1年的生產(chǎn)實(shí)踐表明，2#高爐渣處理區(qū)域的設(shè)計(jì)完全解決了1#高爐所存在的問題，達(dá)到 了預(yù)期效果。
4 問題及建議
（1）濟(jì)鋼2#高爐平流沉淀池內(nèi)每天約沉淀細(xì)渣200t，需約10輛汽車外運(yùn)。在高爐區(qū)域緊張的場地條件下，造成交通的進(jìn)一步擁擠，且運(yùn)輸過程中渣水灑落，對廠區(qū)環(huán)境造成一定影響。
考慮平流沉淀池的細(xì)渣脫水池距離渣運(yùn)輸皮帶較近，建議采用帶裙邊皮帶將脫水池內(nèi)的細(xì)渣直接輸至渣運(yùn)輸皮帶上，運(yùn)至渣場統(tǒng)一外運(yùn)。也可考慮采用氣力輸送裝置。
（2）平流沉淀池內(nèi)循環(huán)水水溫約80℃，特別是在冬季蒸汽較為嚴(yán)重，不僅影響了上部天車工的視線，也對該處環(huán)境造成一定污染。
可考慮將平流沉淀池上部進(jìn)行密封，底部用鏈?zhǔn)焦伟鍣C(jī)將下部沉淀的細(xì)渣刮出，上部蒸汽可用煙囪收集進(jìn)行統(tǒng)一處理或排放。
（3）可以借鑒環(huán)保INBA法的一些成功經(jīng)驗(yàn)，對該區(qū)域所有蒸汽進(jìn)行冷凝回收，以達(dá)到環(huán)境保護(hù)及水資源重復(fù)利用的效果。
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