羅源閩光2×1 250 m3 高爐項目設計特點

趙奇強，范川澤，孫劉恒，高成云，陳 冬

（1.中冶華天工程技術有限公司，江蘇210019；2.福建三鋼集團羅源閩光鋼鐵有限責任公司，福建350600）

0 引言

福建三鋼集團羅源閩光鋼鐵有限責任公司（下稱“羅源閩光”）位于福州市羅源灣經濟技術開發(fā)區(qū)內，目前鐵產能134 萬噸，鋼產能170 萬噸，材產能150 萬噸，在三鋼集團的三明本部、羅源閩光及三安鋼鐵的三個生產基地中產能最小。通過三鋼集團內部產能減量置換，羅源閩光在福州羅源縣規(guī)劃新建鋼鐵生產線，其中煉鐵包含兩座1 250 m3高爐，高爐鐵水產能233 萬噸。煉鐵項目總占地約190 畝，建設內容主要包括槽上上料、礦槽上料、爐頂粗煤氣系統、高爐本體系統、出鐵場水渣系統、熱風爐系統、渣處理系統、噴煤設施、煤氣凈化設施、BPRT 鼓風機站、循環(huán)水泵房、35kv 變電站和總圖設施等。

1 高爐總圖布置特點

羅源閩光兩座高爐總體布局呈550 m×200 m的規(guī)整矩形，總圖經濟指標見表1，項目總圖布置見圖1。該總圖布置的主要特點有：

（1）物流及運輸順暢。緊靠高爐南部為燒結廠，燒結廠西部為原料廠，煉鋼廠位于新建高爐的西面，高爐進料及返料方向均為南部，鐵水運輸方向為西部，整個鋼鐵廠各單位物流連接較為通順。兩座新建高爐通過鐵路串聯，出鐵場下部共設有4 條鐵路線，其中兩條停罐線兩條走行線，兩座高爐的生產調度互不影響，便于生產組織。

（2）能源介質連接順暢。重力除塵、煤氣干法除塵、調壓閥組和熱風爐臨近布置，幾部分通過煤氣綜合管廊與BPRT 鼓風機連接，煤氣送取都較為便利；噴煤主廠房離高爐和熱風爐都比較近，大大縮短了引熱風爐廢氣和噴吹管道長度，減少了管道沿程阻損，可有效降低引廢氣風機功率和噴吹輸送氣的壓力。

（3）檢修維護方便。高爐各子系統之間留有6～12 m 的檢修道路，檢修維護機車通行及運轉場地方便。

（4）主控樓位置好。主控位于全廠區(qū)的中心位置，各控制及動力電纜布置方便，遠離水渣池和風機房等污染大噪聲高區(qū)域，生產人員辦公環(huán)境及去往各現場比較便捷。

表1 總圖主要技術經濟指標表

圖1 羅源2×1 250 m3 高爐總平面圖布置圖

2 高爐采用的先進技術

該項目在總結國內高爐尤其是福建三鋼集團高爐經驗的基礎上，采用了大量的高爐最新技術，特別是有針對性的對三鋼高爐出現的問題進行了技術性改進。

2.1 綜合抗?jié)q防漏型爐底爐缸結構

三鋼本部2 座高爐在生產過程中均出現過爐底泄漏煤氣和爐底封板上翹的問題，給生產操作帶來不便。羅源閩光高爐項目為緩解這一問題發(fā)生，在設計上采取了綜合抗?jié)q、防漏型爐底爐缸結構，其特點為：在爐底設置雙層爐底封板，爐缸采用大塊環(huán)炭和陶瓷自由半杯，風口組合磚設置隔斷銅片。該設計可有效改善爐缸導熱結構，減緩水及有害金屬蒸汽向下侵蝕，增加爐底強度，使不定型耐火材料得到有效燒結，炭磚及陶瓷杯的材料性能得到有效發(fā)揮。

2.2 新型聯合軟水技術

2.2.1 軟水密閉循環(huán)系統的優(yōu)勢

聯合軟水密閉循環(huán)系統是目前高爐設計中普遍采用的冷卻方式，其顯著優(yōu)點是冷卻效率高和節(jié)能。冷卻效率高是因為軟水不結垢，提高了冷卻水與水管間的換熱率，另外由于膨脹罐內的氮氣的壓力作用，使得軟水的汽化溫度提高，增加了軟水吸收熱量的能力，大大節(jié)約了循環(huán)冷卻水的用量，據測算該級別高爐使用軟水的運行費用只有使用工業(yè)水運行費用的52%。

2.2.2 軟水密閉循環(huán)系統的問題及解決方案

聯合軟水密閉循環(huán)系統由于其密閉性，其主要缺點就是不易檢漏，另外某處冷卻壁內一根水管發(fā)生泄漏需檢修時，該支路冷卻水需從爐底到爐頂全部停掉。為此羅源閩光高爐項目采用了新型軟水檢漏技術，在每根冷卻壁頂部出水管均安裝有流量計和預留安裝壓力表裝置，系統將基本可以實現自動查漏功能；另外在高爐冷卻壁損壞多發(fā)區(qū)域對爐身冷卻壁進行了分段管理，分別為風口冷卻壁出口至爐腰冷卻壁出口段、爐腰冷卻壁出口至爐身中部冷卻壁出口段和爐身中部冷卻壁出口至爐身上部冷卻壁出口段，每段交界處設置轉換閥門，對管道進行水流向調整。當一段內的冷卻壁漏水時，可通過該設計對該段冷卻壁內的某一通道進行斷水和跳接，跳接后該段冷卻壁內有泄漏的通道與整個系統脫離，隔離的通道可進行通工業(yè)凈水或灌漿處理，隔離出的冷卻壁上下通道保持通水不受影響。

2.3 爐頂均排壓煤氣回收技術

羅源閩光1 250 m3高爐爐頂料罐有效容積為35 m3，每次料罐進出料前都需要用高爐煤氣進行均壓和排壓操作，傳統的排壓操作是將料罐內的高壓含塵煤氣通過消音器高空直接排放，而高爐煤氣及煤氣灰均有一定的經濟價值，直接排放除造成經濟損失外還對當地環(huán)境造成有毒氣體和粉塵污染，為減少污染排放，增加煤氣回收利用，羅源閩光新建高爐采用了料罐均排壓煤氣及煤氣灰回收技術。均排壓煤氣回收流程系統見圖2。

圖2 均排壓煤氣回收流程圖

從圖2 可以看出，該系統采用了兩路完全相同的均排壓煤氣放散、回收及均壓設計，正常生產時兩路同時工作，但每一路都具備另一路檢修時的正常工作能力。按照設計，高爐爐頂煤氣壓力0.22 MPa，每小時均排壓12 次，每次均壓時間8s，放散時間4 s，排壓終止壓力0.01 MPa，料罐排壓煤氣回收率約為80%，年可回收煤氣量約為12×106 Nm3，可回收煤氣灰150 噸。該系統投入后煤氣回收量可觀，減排顯著。

2.4 其它先進工藝技術

除上述技術外，高爐還采用了新型環(huán)保底濾水沖渣、BPRT（即煤氣透平與電機同軸驅動的高爐鼓風能量回收成套機組）、熱風爐空煤氣雙預熱、大型平坦化出鐵場和水渣溝整體成型與整體澆注等先進工藝。

3 先進的節(jié)能環(huán)保措施

3.1 采用的環(huán)保措施

目前鋼鐵工業(yè)的主要污染有粉塵、有毒氣體和工業(yè)廢水，三者分別占全國排放總量的15%、7%和8%，加強鋼鐵工業(yè)的環(huán)保要求勢在必行，按照國家對高爐煉鐵最新的排放標準要求[1]，本高爐項目工程采取更加嚴格的環(huán)保減排措施。

3.1.1 粉塵污染治理

高爐區(qū)域易于產生粉塵污染的部位主要有：高爐出鐵場、礦槽、轉運站及上料主皮帶通廊等。高爐出鐵場在鐵口出鐵及鐵水跌落過程中存在大量的高溫粉塵、揚塵污染；礦槽、轉運站及上料主皮帶通廊等是高爐固態(tài)爐料運輸的主要環(huán)節(jié)，在固態(tài)爐料交接點及篩分過程中存在大量的揚塵污染。針對各車間粉塵污染具體情況，采取的具體措施有：

（1）采用封閉式設計。礦槽、轉運站及上料主皮帶通廊等采用封閉式設計，出鐵場和礦槽封閉采用了“墻裙”結構，廠房內部各揚塵點均設有完善的通風、照明及除塵設施。

（2）出鐵場和礦槽除塵站除塵后煙氣排放濃度小于10 mg，除塵灰通過氣力輸送至灰倉，減少汽車倒運過程的二次揚塵和撒落。

3.1.2 各類氣體污染治理

高爐生產易于產生有毒氣體主要有爐頂均排壓煤氣排放、沖渣水蒸汽和高爐爐底泄漏煤氣。

（1）對于高爐爐底泄漏煤氣問題，可通過采用綜合抗?jié)q防漏型爐底爐缸結構加以解決。

（2）爐頂均排壓煤氣問題，通過爐頂均排壓煤氣回收技術加以解決。

（3）對于沖渣產生的蒸汽問題，本工程采用環(huán)保底濾、冷水水沖渣工藝，每個出鐵場設置一座?；錈焽韪叨?0 m，渣溝全部封閉，減少蒸汽排放量措施。

3.1.3 廢水污染治理

沖渣水旁通過濾水、各工業(yè)循環(huán)水系統的定期排放水、地坪沖洗和生活廢水統一收集進入現有污水處理系統或沖渣水池，回收利用或處理達標后統一排放。

3.1.4 其它環(huán)保措施

爐頂放風閥、調壓閥組、BPRT、均壓放散閥、除塵風機和水泵等在工作時產生較大的噪聲，本項目通過對設備配置隔聲罩、消聲器、廠房封閉、包扎隔聲材料等措施減少噪聲污染。

3.2 采用的節(jié)能措施

鋼鐵工業(yè)總能耗的76%在鐵前系統，其中煉鐵系統占比達到了60%（詳見圖3），高爐固體燃料消耗占整個煉鐵工序能耗的75%以上，我國先進水平的高爐燃料比在490 kg/t 左右，而國際先進水平的燃料比在450 kg/t 以下，因此高爐項目需持續(xù)進行節(jié)能技術和工藝的開發(fā)，羅源閩光采取的節(jié)能措施如下：

（1）焦丁回收。高爐槽下篩下的碎焦進行二次篩分，篩出10～25 mm 的小粒度焦炭再入爐利用，可減少5～10%的合格焦炭消耗，降低焦炭成本2～5%。

（2）熱風爐煙氣余熱回收技術。熱風爐燃燒產生的煙氣溫度在300 ℃以上，為了回收利用這部分的熱能，將該高溫煙氣引入熱管或板式換熱器，預熱熱風爐助燃空氣和煤氣，按分別將助燃空氣和煤氣預熱到190 ℃測算，可提高熱風溫度約95 ℃，可使高爐燃料比降低約9 kg/t。另外，引部分煙氣去加熱高爐噴吹煤粉。

（3）煤氣干法除塵技術。高爐爐頂出來的粗煤氣經重力或旋風除塵器后，煤氣凈化采用布袋除塵器的干法除塵工藝，干法除塵可減小高爐煤氣的溫降和濕度，較過去的濕法除塵工藝提高了BPRT 輸出軸功率30～35%。另外噸鐵降低水耗約0.2 m3/t，濁水循環(huán)電耗減少約3.7 kWh/t。

（4）BPRT 同軸驅動高爐鼓風工藝技術。高爐煤氣余壓回收采用全干式透平機，透平主機與電動機主軸相連，同軸驅動軸流空氣壓縮機，由于該機組取消發(fā)電機，合并自控、潤滑油、動力油等系統，將回收的能量直接補充到軸系上，避免能量轉換的損失，提高整機能量利用率5～6%。

（5）高爐聯合軟水密閉循環(huán)技術。爐底水冷管、風口大套和冷卻壁采用一次軟水，風口中套和熱風閥采用二次軟水，與工業(yè)水相比，可節(jié)約用水1 000 t/h，運行費用節(jié)省一倍。

（6）除塵風機采用變頻調速技術。出鐵場及礦槽除塵風機采用變頻調速，根據不同的工況調整最佳的除塵風機的功率，通過風機功率調整可有效節(jié)約電能約20%左右。

圖3 鋼鐵工業(yè)各工序能耗占比表

4 結語

羅源閩光高爐項目按照總圖條件對各系統的銜接、物料運輸和介質流向等做了最優(yōu)化的布局。高爐采用了綜合抗?jié)q防漏型爐底爐缸結構、新型密閉循環(huán)軟水系統和均排壓煤氣回收等當前先進的工藝技術和設備；對高爐各部位的粉塵、有毒氣體、廢水及噪音等污染源采取了相對應的治理措施；在節(jié)能環(huán)節(jié)上采用了焦丁回收、煙氣余熱回收、BPRT高爐鼓風和聯合軟水等措施。預期羅源閩光高爐在生產、環(huán)保和節(jié)能上將有一個較好的使用效果。