高爐噴吹固廢的設(shè)備改造及實(shí)踐

陳清華^① 張德仁

(邯鋼能嘉鋼鐵有限公司煉鐵廠 邯鄲 056403)

摘要：隨著鋼鐵行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)加劇,降低冶煉成本是提高鋼鐵企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要措施。65t 中速磨制粉及噴煤,擔(dān)負(fù)著煉鐵廠高爐煤粉制備及噴吹的任務(wù),在煉鐵生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的除塵灰、脫硫脫硝廢活性炭粉、焦化除塵灰等固廢,易產(chǎn)生二次污染,處置十分困難,通過(guò)對(duì)噴吹固廢種類對(duì)比選擇及添加比例計(jì)算,制定了固廢的添加工藝,對(duì)原有 4 #噴煤罐進(jìn)行設(shè)備改造,使用罐車接收固廢,并通過(guò)氣力輸送管道將固廢均勻地添加到原煤中, 與原煤混合磨制,然后通過(guò)噴煤罐噴到高爐內(nèi)部燃燒。噴吹固廢后,煤粉成分無(wú)明顯變化,同時(shí)更有利于煤粉磨細(xì),提高煤粉粒度,增加了磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量,大幅降低噴吹燃料成本。對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐中存在的問(wèn)題,提出了改進(jìn)方案,既解決了廠內(nèi)固廢污染、難以處理的環(huán)保難題,又創(chuàng)造了十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：高爐；噴吹；固廢

1 前言

高爐噴煤是現(xiàn)代高爐煉鐵技術(shù)具有革命性的重大措施,以價(jià)格低廉的煤粉部分替代價(jià)格昂貴而日趨匱乏的冶金焦炭,大幅降低生鐵成本。隨著鋼鐵行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)加劇, 降低冶煉成本是提高鋼鐵企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要措施。65t中速磨制粉及噴煤,擔(dān)負(fù)著煉鐵廠高爐煤粉制備及噴吹的任務(wù)。

在煉鐵生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的除塵灰、碳粉等大量的固廢,這些固廢炭、鐵元素含量比較高,例如焦化除塵灰,固定碳含量在 70%以上,性質(zhì)與無(wú)煙煤特別接近,高爐噴吹煤可以配加適當(dāng)比例的除塵灰,降低噴煤成本。高爐爐前除塵灰鐵含量 60%以上,若直接從風(fēng)口噴吹到高爐,有很大的冶煉價(jià)值,同時(shí)煤粉中添加含鐵物質(zhì)能提高煤粉的燃燒效率。但這些物質(zhì)通常為粉狀,難以取配、運(yùn)輸,易產(chǎn)生二次污染。一般作為燒結(jié)原燃料,但對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量有影響,也不利于煙氣處理,影響超低排放達(dá)標(biāo)。同時(shí)有些固廢中硫、灰分、堿金屬等有害物質(zhì)成分偏高,回收利用過(guò)程中無(wú)法有效除去,也導(dǎo)致固廢難于有效利用。燒結(jié)產(chǎn)生的脫硫脫硝廢活性炭粉無(wú)法處理,如果這些固廢混入煤粉中,可以大大降低噴煤成本。

2 噴吹固廢理論分析

2. 1 邯鋼高爐噴煤基本情況

邯鋼高爐噴煤起步較早,經(jīng)歷了從 8t 球磨機(jī)制粉到65t 中速磨制粉,從手動(dòng)操作到全自動(dòng)噴煤多次升級(jí),目前是 65t 中速磨機(jī)集中制粉、直接噴吹的工藝。噴吹煤粉是無(wú)煙煤、煙煤混合煤粉,煤粉揮發(fā)份按照 22±1%控制,具體成分如表 1 所示。

 

2. 2 噴吹固廢種類選擇及添加比例

在煉鐵生產(chǎn)中,會(huì)產(chǎn)生大量固廢,如焦化除塵灰、高爐爐前除塵灰、高爐布袋除塵灰、燒結(jié)脫硫脫硝產(chǎn)生的碳粉等,這些物質(zhì)粒度小,不易回收,且部分有害成本比較高, 難以利用。這些固廢一般作為燒結(jié)原料、燃料回收,但由于粒度太細(xì),容易被氣流抽走,對(duì)燒結(jié)礦產(chǎn)量、質(zhì)量造成影響,也不利于煙氣處理,影響超低排放達(dá)標(biāo),固廢的回收利用成為難題。

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),這些固廢鐵、碳都非常高,如焦化除塵灰成分類似焦炭、高爐爐前除塵灰鐵含量約占60%,都有很高的利用價(jià)值。具體成分如表 2、表 3所示。

 

從表 2 中可以看出,活性炭粉、焦化除塵灰成分與煤粉成分最接近。從表 3 中可以看出,高爐除塵灰含鐵量高接近礦粉,但是含有害元素。如果將這些固廢添加到噴吹煤粉中,控制好添加比例,在不影響高爐生產(chǎn)的情況下,直接噴吹到高爐進(jìn)行冶煉,既能解決固廢處理環(huán)保問(wèn)題,又能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

2. 3 固廢添加后,煤粉成分的計(jì)算^[1] 

焦化除塵灰分成分基本與焦炭類似,本次不計(jì)算。活性炭粉因硫份比較高,對(duì)硫份計(jì)算如下:

關(guān)于故固廢添加比例系數(shù) K 值計(jì)算:

式中 K—固廢添加比例系數(shù),取 3%;

S固廢 —固廢中硫含量,取 4%;

S煤粉 —煤粉中硫含量,取 0. 43%。

此時(shí)添加固廢后煤粉硫含量 S混合 = 0. 537%,與未添加固廢相比,煤粉灰分變化不大,滿足高爐冶煉要求。

由于煉鐵限產(chǎn)且煤比不高,日均噴煤量約 1500t,為保證配吃后煤粉成分穩(wěn)定,固廢添加配比按照 3%控制,日均消耗固廢 45t,可利用固廢量充足,所以優(yōu)先考慮成分與煤粉接近的活性炭粉、焦化除塵灰。如果高爐噴煤量增大到2000t / 日以上,以上可以考慮添加高爐爐前除塵灰等固廢。

除塵灰添加比例按照全活性炭粉、焦化除塵灰不超總煤粉量的 3%,根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況確定。

3 制定固廢的添加工藝

3. 1固廢添加的要求

固廢添加到噴吹煤中要求均勻準(zhǔn)確,根據(jù)生產(chǎn)要求添加量控制在 24%,固廢的成分性質(zhì)與噴吹煤不同,如果不能按照要求均勻準(zhǔn)確添加,則添加后煤粉成分將發(fā)生改變,不利于爐況的穩(wěn)定,同時(shí)固廢多為粉狀,容易造成粉塵污染,所以在工藝制定時(shí)要避免環(huán)境污染。

3. 2 工藝的制定

在工藝制定的初期,采用直接把固廢摻到原煤中混合,通過(guò)皮帶輸送到磨機(jī)進(jìn)行制粉。但是對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重,汽車向原煤中傾倒固廢時(shí)揚(yáng)塵嚴(yán)重,同時(shí)在皮帶輸送過(guò)程中,也有大量揚(yáng)塵,達(dá)不到環(huán)保要求。于是在汽車卸料點(diǎn)、皮帶通廊試點(diǎn)增加霧化噴淋裝置,通過(guò)水霧抑塵,但效果不好,抑塵效果差,原煤水分增加,地面泥濘、衛(wèi)生難打掃。通過(guò)試驗(yàn),將固廢直接添加到原煤中工藝不可取。

為避免固廢粉塵污染,決定采用與輸煤工藝類似的氣力輸送。因噴煤采用的是集中制粉+輸煤的工藝,在制粉廠房就有輸煤罐,改造輸煤罐接收固廢,通過(guò)氣力輸送將固廢均勻的添加到原煤中進(jìn)行磨制。輸煤罐可通過(guò)壓力、流量控制固廢的輸送速度,實(shí)現(xiàn)均勻準(zhǔn)確添加,同時(shí)磨機(jī)制粉系統(tǒng)內(nèi)是負(fù)壓,可直接接收,不需再增加布袋收粉設(shè)備。

磨機(jī)接收固廢點(diǎn)的設(shè)置:在磨機(jī)接收固廢位置,開(kāi)始考慮用磨機(jī)本體側(cè)面有煤粉返回孔,該返回孔可對(duì)異常煤粉進(jìn)行回收,但由于該孔為側(cè)面吹入,影響磨機(jī)內(nèi)部氣流分布,對(duì)磨機(jī)錐體部分造成磨損,且固廢與原煤由于沒(méi)有混合,從不同路徑進(jìn)入磨機(jī),導(dǎo)致原煤、固廢混合不均勻。

為確保固廢能與原煤充分混合,把固廢接收位置改為給煤機(jī)下的落煤管處,落煤管直接與磨機(jī)相連,內(nèi)部為負(fù)壓,原煤、固廢通過(guò)落煤管落到磨機(jī)的磨碗中央,一同進(jìn)行磨制。由于使固廢、原煤混合均勻,水分、粒度、溫度等符合噴吹要求,磨制后的固廢隨同煤粉一起進(jìn)入到噴吹罐中,通過(guò)噴吹罐噴入高爐,固廢在高爐風(fēng)口內(nèi)替代部分煤粉燃燒,減少煤粉用量,降低冶煉成本。

4 噴吹固廢設(shè)備改造

4. 1 改造要求

充分利舊現(xiàn)有設(shè)備,投資最低,改造后設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定, 維護(hù)方便。

4. 2 改造方案

利用 4 #噴煤罐,對(duì)輸煤罐出口、放散等位置進(jìn)行改造, 使其能夠通過(guò)罐車接收固廢,并通過(guò)氣力輸送管道將固廢均勻地添加到原煤中,如圖 1 所示。

 

4. 2. 1 裝料系統(tǒng)改造

在 4 #噴煤罐人孔蓋上部開(kāi)孔連接 DN100 厚壁管道及手動(dòng)球閥 DN100、氣動(dòng)球閥 DN100 引至地面,使用金屬軟連接快速連接到吸排車出料口。從氮?dú)獍?壓力 0. 6MPa) 上引 DN50 氮?dú)夤艿朗褂媒饘佘涍B接快速連接到吸排車充氣口,這樣廢固廢可以順利地輸?shù)絿娒汗迌?nèi)。使用氮?dú)獬鋲狠斔?可以降低系統(tǒng)氧含量,保障系統(tǒng)安全運(yùn)行。

4. 2. 2 排壓系統(tǒng)改造

裝料過(guò)程中排壓,實(shí)現(xiàn)順利裝料。對(duì) 4 #噴煤罐放散排壓管道進(jìn)行改造,在原放散管道上方安裝 DN250 手動(dòng)半球閥,旁路安裝 2 臺(tái) DN250 手動(dòng)半球閥,自行設(shè)計(jì)了放散過(guò)濾器安裝在手動(dòng)半球閥中間,方便檢修,放散過(guò)濾孔板孔徑 3mm、孔數(shù)約 1200 個(gè),保證流通面積 7850mm² 以上,即不小于 DN100 孔的面積,既保證大顆粒不堵高爐煤槍,又保證了噴煤罐正常排壓、裝料。

4. 2. 3 出料系統(tǒng)改造

噴煤罐出口手動(dòng)球閥 DN100、氣動(dòng)球閥 DN100、補(bǔ)氣器 DN100 利舊,另制作 DN100 厚壁管、安裝壓力變送器、利用閑置的陶瓷彎頭連接到 2 # 給煤機(jī)下料口,輸送到磨機(jī),實(shí)現(xiàn)了固廢磨制。安裝 4 個(gè)吹掃頭、2 個(gè)短節(jié),方便堵塞時(shí)清理積料。

4. 2. 4 自動(dòng)化改造

所有氣動(dòng)閥門(mén)、儀表壓力變送器進(jìn) PLC 電氣柜,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。在磨機(jī)開(kāi)機(jī)期間,在主控室操作各閥門(mén)、調(diào)節(jié)氣量,實(shí)現(xiàn)廢固廢輸送快慢調(diào)節(jié),減少煤粉中含硫量對(duì)高爐爐礦的影響。

對(duì)原設(shè)備進(jìn)行改造后,實(shí)現(xiàn)了固廢的裝料、出料、排壓流程的自動(dòng)控制,操作方便、簡(jiǎn)單、易于維護(hù),通過(guò)試驗(yàn)改進(jìn),設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn),高爐冶煉無(wú)異常反應(yīng)。

5 高爐噴吹固廢效果

自從開(kāi)始添加固廢,受噴煤量限制,消耗固廢量不高, 每日維持 30t 左右,解決了固廢無(wú)法外排問(wèn)題。由于噴吹固廢比例控制在 3%以下,煤粉成分穩(wěn)定合格,高爐無(wú)異常反應(yīng)。

噴吹固廢對(duì)煤粉成分的影響:灰分、揮發(fā)份、硫分、固定碳無(wú)明顯變化,其中揮發(fā)份改變是為降低噴煤成本,按照廠部要求提高煙煤比,使揮發(fā)份提高。活性炭粉硫份較原煤高,但由于添加量比較低,添加固廢后硫份略有升高, 無(wú)明顯變化。噴吹固廢量與煤粉成分對(duì)比如表 4 所示。

 

噴吹固廢對(duì)煤粉粒度、水分的影響:由于固廢水分低于原煤,故添加后水分變化不大。煤粉粒度在添加固廢后有所提高。因活性炭粉、焦化除塵灰硬度均比原煤大,且為小顆粒狀,當(dāng)原煤中添加這些固廢后,在磨機(jī)碾磨過(guò)程中,固廢起到磨砂的作用,有利于把煤粉磨細(xì),所以添加固廢后煤粉粒度有所增加,同時(shí)提高了磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量。

綜上,噴吹固廢后,煤粉成分無(wú)明顯變化,均符合規(guī)定要求。同時(shí)添加固廢后更有利于煤粉磨細(xì),提高粒度,增加磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量。

6 生產(chǎn)實(shí)踐中存在的問(wèn)題及處理

6. 1 設(shè)備磨損

活性炭粉、焦化除塵灰等固廢,硬度大,對(duì)輸送設(shè)備磨損嚴(yán)重。普通碳鋼的輸送管道彎頭運(yùn)行 3 天就磨漏,為解決管道磨損問(wèn)題采取了以下措施:

1)彎頭更換內(nèi)部帶陶瓷的耐磨彎頭,同時(shí)彎頭外部做包箱,包箱內(nèi)填充耐磨陶瓷料。

2)固廢輸送過(guò)程中,降低輸煤罐壓和輸送氮?dú)饬?使固廢在管道內(nèi)流動(dòng)速度變慢,減小對(duì)管道的磨損。

3)固廢管道與給煤機(jī)連接處彎頭磨損最嚴(yán)重,改為法蘭連接,可快速更換,更換的磨損彎頭也能進(jìn)行修復(fù),二次利用,降低維護(hù)成本。

6. 2 超低壓輸送工藝,實(shí)現(xiàn)固廢均勻添加

按照工藝要求固廢添加比例不超 3%。三臺(tái) 65t 中速磨機(jī)運(yùn)行時(shí)總給煤量約 200t,每小時(shí)固廢輸送量最大為6t,而噴煤罐是按照 3200m³高爐噴煤要求設(shè)計(jì),最小噴煤量為 20t / h,為實(shí)現(xiàn)固廢均勻添加,降低輸送速度,減小固廢對(duì)設(shè)備的磨損。采取以下措施:降低罐壓及輸送氮?dú)饬?罐壓由正常輸送的 7kg 降低為 1kg,輸送氮?dú)饬坑?000m³ / h降低為 200m³ / h,固廢輸送速度控制在 5-7t / h,實(shí)現(xiàn)了固廢均勻添加和減小設(shè)備磨損。

7 結(jié)論

國(guó)內(nèi)某鋼鐵廠高爐噴吹固廢用于生產(chǎn)實(shí)踐,固廢添加比例 3%,但由于工藝設(shè)計(jì)復(fù)雜,采用遠(yuǎn)距離輸送工藝,增加了單獨(dú)輸送管、卸壓布袋等設(shè)備,投資大、設(shè)備復(fù)雜、維護(hù)工作量大。邯鋼高爐噴吹固廢技術(shù)相比有著顯著地進(jìn)步,對(duì)原有設(shè)備簡(jiǎn)單改造,投資小、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便,運(yùn)行一年多來(lái),既解決了廠內(nèi)固廢污染、難以處理的環(huán)保難題,又實(shí)現(xiàn)了固廢回收再利用,降低了原燃料成本,創(chuàng)造了十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]劉永剛. 高爐噴吹鐵前固廢的研究及實(shí)踐. 2020 年第八屆煉鐵對(duì)標(biāo)、節(jié)能降本及新技術(shù)研討會(huì),2020,9.