楊開智  張志明  袁輝  王華兵  

（武鋼集團昆明鋼鐵股份有限公司環(huán)保搬遷改造項目指揮部，云南安寧市）

摘要  高爐煉鐵的水渣處理系統(tǒng)經過生產實踐不斷篩選，主流的水渣處理工藝基本上集中到了冷轉鼓機械式處理工藝和新型環(huán)保底濾工藝兩類技術上。本文通過對兩類工藝技術的對比分析，認為新型環(huán)保底濾法，繼承了傳統(tǒng)底濾法的優(yōu)點，在結構和控制上進行了改進提升，在節(jié)能、環(huán)保、安全、運行維護等方面具有明顯優(yōu)勢，屬于目前水渣處理工藝技術中的成熟先進技術。

關鍵詞  新型環(huán)保底濾  機械式水渣處理  傳統(tǒng)底濾法  維修成本  方案選擇

1  前言

昆鋼擬新建一座2500m3高爐，在水渣處理工藝方案的選擇上需要從場地布置、投資、節(jié)能、環(huán)保、安全、運行維護等方面綜合考慮。高爐煉鐵的水渣處理工藝經過生產的實踐和不斷篩選，水渣處理工藝基本上集中到了冷轉鼓機械式處理工藝和底濾法工藝兩類技術上。近年來，傳統(tǒng)的底濾法又發(fā)展成了新型環(huán)保底濾法。冷轉鼓機械式處理工藝：機械化程度高、方便收集乏汽、系統(tǒng)復雜、運維費用高、過濾后的水渣含水率高（18-20%±）；傳統(tǒng)的底濾法：結構簡單、運行可靠、運維費用低、占地面積大、收集乏汽不方便、過濾后的水渣含水率較高（15-17%±）。經過不斷總結改進后的新型環(huán)保底濾法，繼承了傳統(tǒng)底濾法的優(yōu)點，針對傳統(tǒng)底濾法的不足，在結構和控制上進行了改進提升。綜合分析對比三種水渣處理工藝，對新建高爐水渣處理的工藝方案選擇將有重要意義。

2  業(yè)內新型環(huán)保底濾法的實際應用案例

某廠1＃高爐有效爐容2500m3，設有3個出鐵口，雙矩形出鐵場布置，2套環(huán)保底濾法沖渣系統(tǒng)緊貼出鐵場布置，在出鐵場外沿布置粒化塔，熔渣的水淬點設于粒化塔內，沒有沖渣溝，采用水淬箱+集氣筒+噴淋降溫冷凝一體化的粒化塔，降溫后的乏汽從塔頂口排出，塔高約40m，塔外的水渣溝長度僅3-5m就進入渣池。渣池結構為新型環(huán)保底濾工藝，單個池子過濾面積約7m×19m=133m2，每套沖渣系統(tǒng)設有2個渣池，1個渣池沖渣時另1個渣池進行行車撈渣，交替工作。每個池子配置熱水回水泵（2000m3/h）1臺、沖渣泵（2000m3/h）1臺，2個渣池總共2臺回水泵（2000m3/h）、2臺沖渣泵（2000m3/h），配置熱水冷卻塔（1200m3/h）2臺；2臺熱水泵（2000m3/h）的進水出水通過管道閥門系統(tǒng)并聯(lián)為一個整體，實現設備開1備1（；2臺沖渣泵（2000m3/h）的進水出水通過管道閥門系統(tǒng)并聯(lián)為一個整體，實現設備開1備1）。沖渣水總管為DN600，上塔熱水總管為DN600，補水管為DN200，粒化塔噴淋水總管為DN200，冷凝水回水總管為DN400。設有16t抓斗行車1臺，人工操作，抓取水渣后由渣池旁邊的下料漏斗進入汽車貨廂運走。整個系統(tǒng)的自動化、智能化配置水平不高，僅是基本實現了沖渣系統(tǒng)的中控室集中操作，熱水池水位、沖渣水量、噴淋水量的調節(jié)均為現場手動調節(jié)方式。設計沖渣水量2000m3/h，噴淋水量700m3/h。實際生產過程中，在高爐生產穩(wěn)定后，以控制濾池的熱水水位為目標（既保證熱水能夠有效淹沒渣池過濾層，保證不出現熱水上塔泵吸入空氣發(fā)生汽蝕損壞設備，又保證水淬點沖制水渣的作業(yè)安全），以進出渣池水量平衡為核心，從投產初期的沖渣水量1800-2000m3/h，逐步調整減少水量；現在的實際情況是：沖渣水量僅為1000-1200m3/h，噴淋水量由開始的500-700m3/h減少到現在的180-300m3/h（結合氣象條件調整，天熱氣溫高時噴180-200m3/h，天冷氣溫低時噴240-300m3/h，冬季氣溫進一步降低時噴600m3/h左右），粒化塔頂排口處視覺上并沒有明顯“白羽”現象，排放情況非常好。系統(tǒng)投入運行以來一直穩(wěn)定生產，水渣質量優(yōu)良（玻璃化率達到98%），在節(jié)能、環(huán)保、安全方面效果明顯。

新型環(huán)保底濾工藝系統(tǒng)流程布置如下圖：

新型環(huán)保底濾法工藝自身循環(huán)水量大幅度減少，節(jié)電效果顯著；再者沖渣水溫控的比較低，系統(tǒng)蒸發(fā)量也明顯減少；若配套上粒化塔噴淋系統(tǒng)、濾池設置移動式集氣罩、智能化抓斗行車撈渣等手段，將使整套系統(tǒng)的工作環(huán)境和環(huán)保排放明顯改善，全系統(tǒng)可以實現遠程智能化管控，有效降低人員安全和職業(yè)衛(wèi)生風險、降低生產成本。

基于水渣蒸汽處理的冷凝系統(tǒng)工藝選擇的不同，水渣工藝蒸汽S排放對比如下表1所示：

冷水沖渣+冷凝系統(tǒng)水渣工藝解決了熔渣粒化時產生的大量有害蒸汽對環(huán)境的污染，環(huán)保排放得到了較大改善，符合國家環(huán)保要求。

3  新型環(huán)保底濾工藝系統(tǒng)與機械式水渣處理系統(tǒng)的對比分析

業(yè)內多家鋼廠都經歷了從機械式水渣處理系統(tǒng)（冷轉鼓、INBA、嘉恒法、明特法等）全面轉改為新型環(huán)保底濾法渣處理系統(tǒng)的過程。改為新型環(huán)保底濾法后，攤入濾料更換費用后的年平均材料備件費用較以前使用機械式處理系統(tǒng)降低一半以上，還大大減輕了人員勞動強度，系統(tǒng)可靠性也明顯提高，再沒有發(fā)生過渣處理系統(tǒng)影響高爐生產的情況。

2500m3級別高爐新型環(huán)保底濾工藝與機械式水渣處理工藝的投資、運行、維護成本情況比較見表2、表3、表4。

昆鋼環(huán)保搬遷轉型升級項目高爐煉鐵工程，初步設計水渣處理系統(tǒng)采用冷轉鼓渣處理系統(tǒng)，現有一期1#高爐采用冷轉鼓渣處理系統(tǒng)，二者均源于INBA水渣處理系統(tǒng)，工藝及主體設備配置十分相似，見表5。

由表3的對比可以看出，本項目初設（2#高爐）與一期1#高爐的冷轉鼓水渣處理系統(tǒng)的配置是基本一致的；在轉鼓本體的配置上選材還稍微比1#高爐略低，沖渣泵水量和冷卻塔數量的配置均沒有1#高爐大，故此可以預見如按照初步設計方案執(zhí)行最多能夠保證本項目水渣處理系統(tǒng)的使用效果能夠與1#高爐保持一致，也就是說，按此方案進行建設將來的系統(tǒng)運行費用不會低于現有一期1#高爐的實際情況，不利于生產成本控制。

現有一期1#高爐的冷轉鼓系統(tǒng)維護費用情況見表6、表7：

以上兩表可以看出：一期1#高爐2012年6月底投產，水渣處理設備同期投入運行。從上表可以看出僅僅是日常維護的材料備件費用3年平均就高達155.58萬元/年，月平均備件材料費用13萬元。并且是隨著運行時間的增長費用也從2014年約125萬元上升到2016年的約210萬元。表中檢修費用僅僅是系統(tǒng)性檢修時外委給其他單位的合同費用；應對日常的維修維護，1#高爐的渣處理系統(tǒng)專門配置了一個檢修小組值守，該小組的人工費用還沒有計入。如再加上一代爐役（15年）內的轉鼓及傳動系統(tǒng)的大修費用（按照一代爐役2次大修，2套轉鼓系統(tǒng)每次大修費用500萬，共計1000萬，分攤后費用為66.67萬元/年），則平均年運行維護費用確實高達360萬元左右。

4  昆鋼6#高爐的傳統(tǒng)底濾法水渣處理系統(tǒng)使用情況：

6#高爐從1998年投產以來，一直使用底濾法水渣處理系統(tǒng)，但是由于采用的是傳統(tǒng)底濾法，過濾層下設有熱水池，熱水池上鋪設濾網，濾網之上才鋪設不同粒級的濾料層；并且全部4個渣池的熱水池是連通共用的，無法實現單池子隔離檢修和更換濾料；同時當年建設時在熱水池內設備設施的材質選型上存在一定局限性，采用低壓羅茨鼓風機進行濾料反吹清洗，效果不好，濾網堵塞頻繁，清洗或者更換濾網又必須先清理濾料層，加大了工作量和延長了檢修時間，因此比改進后的新型環(huán)保底濾法工藝的運維費用會高一些。

6#高爐水渣處理系統(tǒng)近年來的實際發(fā)生費用見表8：

綜合分析表6、表7、表8的數據，可以清晰地看到各系統(tǒng)使用的實際綜合檢修維護費用，最高的是機械式處理的冷轉鼓工藝，傳統(tǒng)底濾法由于早期設計中的一些不足使得綜合檢修維護費用也比較高，綜合檢修維護費用最低的是新型環(huán)保底濾法工藝。見表9：

5  系統(tǒng)檢修所需時間情況

重點對比冷轉鼓法與傳統(tǒng)底濾法、新型環(huán)保底濾法的大修。冷轉鼓法大修的工作內容：轉鼓本體及傳動檢修更換、皮帶機系統(tǒng)檢修更換、泵閥系統(tǒng)檢修更換、冷熱水池清理、冷卻塔檢修更換等；關鍵在于雙鐵口側轉鼓本體及其傳動系統(tǒng)更換，從外廠經驗（昆鋼目前還未組織過轉鼓更換）看，施工周期為7-10天，只有高爐長時間停產檢修時才能進行，必然影響到高爐的生產。底濾法大修內容：底濾系統(tǒng)（濾水管系統(tǒng)、濾料等）更換、泵閥系統(tǒng)檢修更換、行車檢修、皮帶機檢修更換等，工作內容比冷轉鼓法少。傳統(tǒng)底濾法，過濾層下設有熱水池，熱水池上鋪設濾網，濾網之上才鋪設不同粒級的濾料層；并且全部渣池的熱水池是連通共用的，無法實現單池子隔離檢修和更換濾料，并且熱水池、冷水池經常出現渣棉沉淀板結，清理起來費時費力；新型環(huán)保底濾法因各個濾池是獨立的，并且不設熱水池直接將濾水管系埋于濾料層內，采用沖渣水反洗濾料層，清洗效果好，只有冷水池會有少量渣棉沉淀板結，清理工作量比傳統(tǒng)底濾法小很多，新型環(huán)保底濾法由于是塔內水淬，塔外直接進渣池不需水力輸送，對沖渣水量和壓力要求較傳統(tǒng)底濾法小，因此新型環(huán)保底濾法的運行能耗和檢修維護費用都比傳統(tǒng)底濾法少。結合昆鋼條件，在沖渣水中會采用全廠軟水制備產生的濃鹽水作為補充水，渣池濾料的板結時間周期會縮短，濾料更換次數會增多，必須有不影響高爐生產狀態(tài)的渣池檢修應對措施，因此在雙鐵口側的水渣處理系統(tǒng)設置3個濾池（單個渣池過濾面積160m2）和2臺抓斗行車，即可在生產期間或計劃檢修時渣池輪換大修，不會影響高爐生產。

以上對比可以清晰顯示目前高爐水渣處理各種工藝技術的優(yōu)勢和不足。優(yōu)化改進后的新型環(huán)保底濾法工藝在各工藝技術中明顯地突出了：運行可靠性高、結構緊湊簡單、維護工作量及費用低、占地小、能保證高爐連續(xù)作業(yè)、能滿足安全環(huán)保要求等優(yōu)點。所以在現場總圖布置允許的情況下，應當優(yōu)先選用新型環(huán)保底濾法工藝來處理高爐水渣。

6  總圖位置的布置情況

新型環(huán)保底濾法工藝系統(tǒng)要求緊貼高爐出鐵場布置，這樣做的好處就是水渣不需要遠距離的水力輸送，大幅度降低了系統(tǒng)的循環(huán)水量，省水、省電。總圖布置按單鐵口側2個渣池，雙鐵口側3個渣池，每套系統(tǒng)均考慮皮帶（正常）及汽車外運（備用）。基本總圖布置情況如下圖：

圖中的黃色部分為2套新型環(huán)保底濾法水渣處理系統(tǒng)，其占地面積與冷轉鼓工藝基本相當，從占地情況分析對于大多數新建高爐在總圖布置上是沒有問題的。

7  結語

綜合對比分析三種高爐水渣處理工藝，新型環(huán)保底濾法具有：投資省、結構簡單、運行可靠、運維費用低、占地面積小等優(yōu)點。配置智能抓斗行車抓渣、粒化塔噴淋系統(tǒng)、濾池移動式集氣罩后，將解決乏汽收集問題、實現遠程智能化管控，降低生產成本、有效降低人員安全和職業(yè)衛(wèi)生風險，有利于建設投資控制，能滿足當前國家的節(jié)能、環(huán)保政策要求。

因此，我們在昆鋼環(huán)保搬遷轉型升級項目的2500m3高爐工程中選擇了新型環(huán)保底濾水渣處理系統(tǒng)。

參考文獻：

[1]《環(huán)保底濾法水渣工藝設計與實踐》，周凡，《煉鐵》第33卷第1期（總第200期）