煤壓塊工程工業(yè)糖蜜系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)

姜基明

（中冶賽迪上海工程技術(shù)有限公司公用部，上海 201900）

1 概述

一座COREX-C3000型爐，年產(chǎn)鐵150萬(wàn)t，年用煤、焦總量為147萬(wàn)t（入爐量），其中小塊焦7.4萬(wàn)t，入爐塊煤139.6萬(wàn)t。煤炭以8～50 mm塊煤購(gòu)入，但在運(yùn)輸與處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生35%左右＜5 mm的粉煤，輸出的粉煤雖然還可以在發(fā)電上得到應(yīng)用，但生產(chǎn)企業(yè)要承擔(dān)塊煤購(gòu)入與粉煤輸出的價(jià)格差異，還會(huì)有粉煤運(yùn)輸費(fèi)用與環(huán)境污染等問(wèn)題。為了合理利用粉煤，降低原料成本，需解決粉煤利用問(wèn)題。

粉煤的利用分為粉煤噴吹和粉煤壓塊兩部分。目前噴吹系統(tǒng)按300 kg/（t鐵）的設(shè)備能力設(shè)計(jì)，用200 kg/（t鐵）噴入量平衡，這樣噴吹系統(tǒng)利用的粉煤量30萬(wàn)t/a；粉煤壓塊系統(tǒng)年可利用粉煤一期時(shí)～24.74萬(wàn)t/a，二期時(shí)～49.48萬(wàn)t/a。

建設(shè)煤壓塊與煤粉噴吹設(shè)施以后，工廠有了粉煤處理的能力，也給工廠帶來(lái)了不必全部購(gòu)入塊煤，而有全部或部分購(gòu)入統(tǒng)煤來(lái)取代塊煤的可能性，從而有可能為工廠節(jié)約巨大的購(gòu)煤費(fèi)用。

2 工業(yè)糖蜜系統(tǒng)

2.1 概述

COREX煉鐵工程煤壓塊系統(tǒng)需采用甘蔗殘?jiān)圃斓奶敲圩鰹檎辰Y(jié)劑。糖蜜的耗量如下：

一期糖蜜耗量正常情況下糖蜜按粉煤量的8%～12%加入，耗量約2.0～3.0萬(wàn)t/a；二期糖蜜耗量約4.0～6.0 萬(wàn) t/a。

由于國(guó)內(nèi)糖蜜的生產(chǎn)期為每年11月至次年4月，因此，需進(jìn)口糖蜜來(lái)保證煤壓塊系統(tǒng)的全年使用量。本工程所需糖蜜的外部運(yùn)輸采用船運(yùn)方式，到港后用槽罐車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)到廠內(nèi)糖蜜儲(chǔ)罐，再通過(guò)糖蜜泵供給煤壓塊使用。

根據(jù)常見(jiàn)的糖蜜運(yùn)輸船及轉(zhuǎn)運(yùn)槽車(chē)的配置方案，即按10000 t船運(yùn)量，最大同時(shí)卸車(chē)量3×50 t考慮，為滿足糖蜜卸車(chē)及供應(yīng)的需要，在煤壓塊區(qū)域設(shè)置糖蜜泵3臺(tái)及2×5000 m3糖蜜儲(chǔ)罐。一期階段，一次10000 t儲(chǔ)量可滿足煤壓塊使用糖蜜約4個(gè)月時(shí)間；二期階段，不再新建儲(chǔ)罐仍可滿足煤壓塊使用糖蜜約2個(gè)月時(shí)間。

糖蜜理化參數(shù)由于受土壤、氣候情況、原料種類(lèi)、成熟度以及工廠工藝情況等因素影響，主要成分波動(dòng)范圍略大，大體上干物質(zhì)范圍74%～79%，以下工業(yè)糖蜜的成分分析其干物質(zhì)75%，參數(shù)如下：

（1）總糖：46%～52%，其中，蔗糖 30%～40%，還原糖15%～20%，不發(fā)酵糖2%～4%。

（2）非糖有機(jī)物：9%～12%。

（3）作為蛋白質(zhì)的氮化合物：2%～3%。

（4）粗灰：8%～11%，其中，鈉 0.1%～0.4%，鉀 1.5%～4.0%，鈣0.4%～0.8%，磷0.6%～2.0%，氯0.7%～3.0%。

（5）外觀：粘稠、黑褐色，半流動(dòng)性。

糖蜜的粘性變化很大，主要影響的因素有：干物質(zhì)、生產(chǎn)區(qū)域和溫度。以下為糖蜜在各溫度時(shí)的典型粘度范圍：

2.2 工藝描述

糖蜜由槽罐車(chē)運(yùn)至泵房后，罐車(chē)通過(guò)快速接頭與泵入口管連接，經(jīng)糖蜜泵轉(zhuǎn)輸至5000 m3糖蜜儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，罐中有熱水盤(pán)管加熱并保溫在20℃（±5℃）。儲(chǔ)罐內(nèi)的糖蜜使用時(shí)用泵經(jīng)管道送至煤壓塊室底層的緩沖罐內(nèi)（50 m3），每次滿足至少12 h煤壓塊生產(chǎn)的用量。緩沖罐內(nèi)的糖蜜通過(guò)泵送至煤壓塊室上層糖蜜處理罐（5 m3），經(jīng)過(guò)加熱、攪拌、稀釋和調(diào)節(jié)成分后，送至糖蜜加料罐（15 m3），經(jīng)糖蜜計(jì)量泵加入二級(jí)攪拌機(jī)與煤粉充分混合。工藝流程見(jiàn)圖1。

3 施工過(guò)程中遇到的主要問(wèn)題

羅涇COREX煉鐵工程煤壓塊系統(tǒng)是一個(gè)自主開(kāi)發(fā)技術(shù)的工程項(xiàng)目，屬于科研與工程相結(jié)合，第一次做設(shè)計(jì)，沒(méi)有樣板工程可以對(duì)照。由于COREX煉鐵系統(tǒng)對(duì)塊煤的大小和強(qiáng)度要求較高，為了提高對(duì)粉煤的利用率，開(kāi)展了煤壓塊這個(gè)項(xiàng)目作為配套工程。雖然此類(lèi)工程并不具有普遍性，但是今后只要煉鐵采用COREX或者FINEX系統(tǒng)，都可能需要配套煤壓塊項(xiàng)目。

3.1 糖蜜管道的計(jì)算

糖蜜是過(guò)去沒(méi)有接觸過(guò)的介質(zhì)，沒(méi)有相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè)，在設(shè)計(jì)中主要參考了《鋼鐵企業(yè)燃?xì)庠O(shè)計(jì)參考資料（燃油部分）》和《Molasses Handbook》。

業(yè)主對(duì)于糖蜜性質(zhì)的研究也處于摸索階段，例如到港糖蜜的實(shí)際粘度數(shù)據(jù)與業(yè)主提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)差異非常巨大，使得糖蜜管道阻力損失的設(shè)計(jì)產(chǎn)生巨大的差異，見(jiàn)表1。

表1 不同溫度下糖蜜粘度

例如，計(jì)算5000 m3糖蜜罐出口至120 m3糖蜜泵管道阻損，20℃動(dòng)力粘度μ取10000 cP，流量為120 m3/h。

圖1 糖蜜系統(tǒng)工藝流程圖

根據(jù)公式：取層流區(qū)壓力降計(jì)算公式：

式中，v——運(yùn)動(dòng)粘度；

μ——?jiǎng)恿φ扯龋?/p>

g——落體加速度；

γ——油品重度；

Re——雷諾數(shù)；

V——流速，取流量除以管道截面積；

d——管道內(nèi)徑；

λ——摩擦系數(shù)；

H——管道壓降；

L——管道長(zhǎng)度，管件已經(jīng)折算進(jìn)去。

得出管道阻損為 3.5×105Pa，約18 m糖蜜柱，而泵的自吸能力約為6 m糖蜜柱，根據(jù)這個(gè)計(jì)算結(jié)果，只能通過(guò)在泵房增加一根回流管，使得出口流量控制在20 m3/h；如果按實(shí)際粘度1860 cP，流量為120 m3/h時(shí)管道阻損僅為3 m糖蜜柱。實(shí)際投產(chǎn)時(shí)，我們也發(fā)現(xiàn)不需要使用回流管道，直接可以達(dá)到120 m3/h的設(shè)計(jì)流量，事后實(shí)際測(cè)定糖蜜粘度才發(fā)現(xiàn)這是由于原始數(shù)據(jù)差別較大引起的。但是現(xiàn)場(chǎng)后來(lái)使用2臺(tái)糖蜜泵同時(shí)使用，流量達(dá)到240 m3/h，根據(jù)燃?xì)鈱?zhuān)業(yè)的燃油設(shè)計(jì)手冊(cè)計(jì)算的話，應(yīng)該是達(dá)不到這個(gè)流量的，所以如果糖蜜單純按燃油手冊(cè)的公式計(jì)算，壓損會(huì)偏大，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮設(shè)計(jì)余量取小一點(diǎn)。

3.2 壓縮空氣的選擇

糖蜜長(zhǎng)期靜止存放的話，會(huì)發(fā)生結(jié)晶、沉淀等情況，對(duì)5000 m3這樣的大儲(chǔ)罐并不容易攪拌，所以我們采用了在罐底均勻布置的壓縮空氣管道開(kāi)小孔，通過(guò)壓縮空氣冒泡的原理，起到一個(gè)攪拌糖蜜的作用。開(kāi)始設(shè)置的時(shí)候，沒(méi)有考慮到壓縮空氣中的水分會(huì)對(duì)糖蜜品質(zhì)產(chǎn)生影響，只是采用了價(jià)格較為便宜的普通壓縮空氣。在施工的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題以后，又增加了一路儀表壓縮空氣。在以后類(lèi)似設(shè)計(jì)中，沒(méi)有條件使用儀表壓縮空氣時(shí)，可以考慮增加一套普通壓縮空氣凈化裝置。

3.3 大型糖蜜儲(chǔ)罐的隔熱、保溫措施

糖蜜超過(guò)40℃時(shí)容易發(fā)生變質(zhì)，業(yè)主認(rèn)為罐體保溫會(huì)使夏天罐內(nèi)溫度過(guò)高，要求在5000 m3糖蜜儲(chǔ)罐的罐頂增加了一層隔熱頂棚和灑水降溫系統(tǒng)。我們通過(guò)計(jì)算認(rèn)為罐側(cè)壁的保溫其實(shí)也有對(duì)陽(yáng)光直射的隔絕和反射作用，并且罐內(nèi)液面距離罐頂也有一定的空氣層起到保溫的作用。從2009年夏天實(shí)際測(cè)量來(lái)看，8月份連續(xù)暴曬后，罐內(nèi)糖蜜最高溫度為27℃，遠(yuǎn)低于40℃的變質(zhì)溫度，所以，原來(lái)的罐體設(shè)計(jì)是安全可靠的，加裝這套降溫裝置比較浪費(fèi)。以后遇到類(lèi)似的情況，可以以此為例說(shuō)服業(yè)主。

3.4 罐車(chē)接口連接軟管的材質(zhì)

糖蜜粘度大，所以糖蜜罐車(chē)選擇了DN250的接口。但是卸車(chē)場(chǎng)地較小，軟管的長(zhǎng)度不能太長(zhǎng)，結(jié)果DN250的橡膠軟管剛度非常大，軟管彎曲程度很小，無(wú)法快速與罐車(chē)對(duì)接，最后采用了內(nèi)纏鋼絲的透明薄壁橡膠管才勉強(qiáng)可以使用，考慮再在二步工程中尋找更合適材質(zhì)的軟管進(jìn)行替換。

4 結(jié)束語(yǔ)

COREX煤壓塊工程的特點(diǎn)就是工藝是全新的，設(shè)計(jì)也是全新的，沒(méi)有任何樣板可以套用或參考，因此在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中出現(xiàn)了很多新問(wèn)題。

（1）要全面認(rèn)識(shí)和掌握新設(shè)備的性能，比如糖蜜轉(zhuǎn)子泵蠕動(dòng)泵和糖蜜處理罐稱(chēng)重裝置，這樣才能更好地利用這些設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)工藝的功能完整。

（2）要及時(shí)與現(xiàn)場(chǎng)施工單位及項(xiàng)目組進(jìn)行溝通聯(lián)系，做到第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題。

收稿日期：2018－02－28