工程:某高爐渣處理系統(tǒng)的工藝設(shè)計與改進
濟鋼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。濟鋼2#1750m3高爐的設(shè)計吸取了1#高爐的經(jīng)驗，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)進行了優(yōu)化，解決了在1#高爐中存在的問題，運行良好。
1 前 言
濟南鋼鐵集團總公司（簡稱濟鋼）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，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渣量的變化，對整個系統(tǒng)造成嚴重影響。
通過濟鋼1#1750m3高爐近兩年的生產(chǎn)實踐來看，由于高爐生產(chǎn)過程中瞬時渣量的大范圍波動，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。濟鋼2#1750m3高爐的渣處理系統(tǒng)設(shè)計時，為了統(tǒng)一備件，所選設(shè)備各參數(shù)同1#高爐，但同時接受了1#高爐的經(jīng)驗教訓，對整個系統(tǒng)的工藝方案進行了全面更新。
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。
高爐火渣從渣溝進入嘉恒法渣處理裝置粒化器，被高速旋轉(zhuǎn)的；啓C械破碎，并沿切線方向拋出，同時受；鲀(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)實現(xiàn)渣水分離，成品；粼诤Y斗中，水則通過篩網(wǎng)流入回水槽。篩斗中的渣到達頂部時翻落進入受料斗，通過受料斗下部出口落在皮帶機上，由皮帶機運至貯渣場保存及外運。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入集水池及沉淀池，沉淀池內(nèi)的細渣通過渣漿泵打入脫水系統(tǒng)進行二次回收脫水，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 濟鋼1#高爐渣處理系統(tǒng)工藝流程 |
 圖2 濟鋼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 濟鋼1#高爐設(shè)計爐容為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)計選型時，渣處理設(shè)備最大處理量為8t/min，噸渣補充新水0.7m3，雙體設(shè)備為一用一備，最大供水強度為1500m3/h。
在生產(chǎn)實踐中，高爐各參數(shù)與設(shè)計參數(shù)相差較大，其中高爐利用系數(shù)已達2.8t/m3.d，且隨著進一步的強化冶煉，利用系數(shù)還會提高，可達3.0t/m3.d 左右；渣鐵比及最大瞬時渣量也會隨物料的入爐品位及冶煉工藝的變化不斷波動，最大瞬時渣量可達15t/min。渣量的增大直接導致了設(shè)備處理能力的不足，首先表現(xiàn)在；喌膲勖蟠罂s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渣，使得污水外溢，蒸汽也由于無法從煙囪及時排放而由進渣口溢出，由此導致整個生產(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、工程造價等也相應增大。
2.2.2 水量不平衡，造成大量工業(yè)水外排 設(shè)備設(shè)計時按噸渣消耗新水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，且最大渣量時間的不確定性導致無法按需調(diào)節(jié)供水量。正常生產(chǎn)時供水強度全部為1500m3/h，同時溝頭冷卻、殼體冷卻等處皆由工業(yè)新水補充（循環(huán)水含細渣過多且溫度過高），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渣。以上原因造成了補充新水大于實際消耗水量，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。
2.2.3 管道系統(tǒng)磨損嚴重 由于循環(huán)水中含細渣較多，且水壓較高，渣水混合物對管道的磨損較為嚴重，現(xiàn)場曾使用的稀土合金耐磨管及陶瓷內(nèi)襯復合管僅使管路系統(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。
上述問題嚴重制約整個渣處理系統(tǒng)的正常運行，也大幅度增加了生產(chǎn)運行成本。
3 2#高爐渣處理系統(tǒng)工藝簡介及改進措施
濟鋼2#高爐渣處理系統(tǒng)的設(shè)計吸取了1#高爐的經(jīng)驗，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)備單獨使用一個煙囪。
高爐火渣進入渣處理設(shè)備，經(jīng)粒化輪、脫水器后，成品渣落入下方的渣運輸皮帶直接運至渣場，渣水混合物通過脫水器篩網(wǎng)后由渣水溝直接進入平流沉淀池，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間。由于該設(shè)備與濟鋼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)，解決了水資源浪費問題。
為便于控制水量，2#高爐設(shè)計時將該系統(tǒng)全部用水皆納入循環(huán)，大型平流沉淀池的使用使得細渣可及時沉淀，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)要求較為嚴格的用水點，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，最大用水強度時三用一備，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，只有當循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的水消耗到規(guī)定水位時，才對池內(nèi)水量進行補充，補充水可以是其它區(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；啓C械破碎后產(chǎn)生的高爐細渣棱角分明，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重。2#高爐設(shè)計時，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。
濟鋼2#高爐于2005年4月正式投入生產(chǎn)，近1年的生產(chǎn)實踐表明，2#高爐渣處理區(qū)域的設(shè)計完全解決了1#高爐所存在的問題，達到 了預期效果。
4 問題及建議
（1）濟鋼2#高爐平流沉淀池內(nèi)每天約沉淀細渣200t，需約10輛汽車外運。在高爐區(qū)域緊張的場地條件下，造成交通的進一步擁擠，且運輸過程中渣水灑落，對廠區(qū)環(huán)境造成一定影響。
考慮平流沉淀池的細渣脫水池距離渣運輸皮帶較近，建議采用帶裙邊皮帶將脫水池內(nèi)的細渣直接輸至渣運輸皮帶上，運至渣場統(tǒng)一外運。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行密封，底部用鏈式刮板機將下部沉淀的細渣刮出，上部蒸汽可用煙囪收集進行統(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，對該區(qū)域所有蒸汽進行冷凝回收，以達到環(huán)境保護及水資源重復利用的效果。
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