氣力輸灰在干熄焦一二次除塵中的節(jié)能效果

張駿星，賈曉媛

（無(wú)錫阿普頓科技有限公司，江蘇無(wú)錫 214161）

引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)干熄焦工藝技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化，降低了干熄焦工程的建設(shè)投資和運(yùn)行成本，目前國(guó)內(nèi)大型焦化廠的濕法熄焦工藝已經(jīng)逐步被干法熄焦工藝所取代。隨著這一生產(chǎn)工藝的推廣使用，給除塵設(shè)計(jì)工作也帶來(lái)了一系列新的問(wèn)題[1]。隨著2019 年國(guó)家《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見(jiàn)》(以下簡(jiǎn)稱《意見(jiàn)》)的發(fā)布，鋼鐵行業(yè)的排放標(biāo)準(zhǔn)和無(wú)組織排放要求進(jìn)一步提高，超凈排放和因地制宜選擇無(wú)組織排放控制技術(shù)成為熱門話題，在《意見(jiàn)》4.3中，石灰、除塵灰、脫硫灰、粉煤灰等粉狀物料采用密閉料倉(cāng)、儲(chǔ)罐等方式密閉儲(chǔ)存；采用氣力輸送設(shè)備、灰罐車等方式密閉輸送。

氣力輸灰可減除粉塵加濕機(jī)加濕后汽車外運(yùn)的環(huán)節(jié)，防止二次轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的跑冒漏現(xiàn)象發(fā)生，減少了無(wú)組織排放點(diǎn)，隨著節(jié)能減排要求在鋼鐵行業(yè)的進(jìn)一步提高，氣力輸灰在焦化的應(yīng)用，成為新的需求點(diǎn)。

1 原有干熄焦一次二次工藝除塵灰的處理方式

干熄焦除塵灰排放方式基本雷同，由三通水冷套管冷卻的除塵灰，經(jīng)過(guò)星型旋轉(zhuǎn)閥→埋刮板輸送機(jī)→斗式提升機(jī)→儲(chǔ)灰倉(cāng)→粉塵加濕機(jī)，加濕后粉塵通過(guò)汽車二次轉(zhuǎn)運(yùn).。見(jiàn)圖1。

受干熄焦整體布置標(biāo)高限制，埋刮板輸送機(jī)通常采用傾斜布置，在埋刮板輸送機(jī)尾部設(shè)有地坑，埋刮板輸送機(jī)通常在20～45 m 之間。常規(guī)儲(chǔ)灰倉(cāng)容積約60 m3，斗式提升機(jī)高度基本都要≥20 m，占地空間極大，且長(zhǎng)距離的埋刮板輸送機(jī)和斗式提升機(jī)運(yùn)行,設(shè)備維護(hù)工作量大。

圖1 干熄焦工藝除塵機(jī)械輸灰經(jīng)典布置方式

2 氣力輸灰的布置方式

采用氣力輸灰方式代替機(jī)械輸灰，從三通水冷套管出口→旋轉(zhuǎn)卸料閥→中間緩沖倉(cāng)→手動(dòng)閘板閥→波紋補(bǔ)償器→倉(cāng)泵進(jìn)料閥→倉(cāng)泵→輸灰管道→目標(biāo)倉(cāng)（目標(biāo)倉(cāng)可與環(huán)境除塵或其余除塵共用），見(jiàn)圖2。

圖2 干熄焦工藝除塵氣力輸灰布置方式

按照10 t/h輸送量為例，倉(cāng)泵選用LD-1.0，設(shè)備整體標(biāo)高＜3.5 m，不再需要地坑，整體設(shè)備檢修更加便利，通過(guò)管道借用現(xiàn)有管架布置，減少埋刮板輸送機(jī)和斗式提升機(jī)的占地空間。

3 氣力輸灰與機(jī)械輸灰的建設(shè)成本比較

以馬鋼煉焦總廠南區(qū)1#干熄焦一次二次工藝除塵系統(tǒng)的輸灰設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)和節(jié)能參數(shù)進(jìn)行節(jié)能性及經(jīng)濟(jì)性分析。

3.1 機(jī)械輸灰系統(tǒng)工藝

通過(guò)一臺(tái)傾斜刮板機(jī)和斗提機(jī)將除塵灰輸送到儲(chǔ)灰倉(cāng)內(nèi)然后通過(guò)加濕機(jī)外排運(yùn)走。包括：刮板機(jī)（42.159 m），斗提機(jī)（23.152 m），儲(chǔ)灰倉(cāng)(60 m3)單軸加濕機(jī)（DSZ-80）。

刮板輸送機(jī)、斗提機(jī)運(yùn)行方式為24 h 連續(xù)運(yùn)行，并與各自對(duì)應(yīng)的進(jìn)料口格式閥形成啟/停連鎖，當(dāng)除塵器運(yùn)行時(shí)，與之配套的刮板機(jī)聯(lián)鎖運(yùn)行；除塵器停止工作，配套的刮板機(jī)退出運(yùn)行。每天定時(shí)通過(guò)加濕機(jī)外排，用汽車將粉塵輸送至指定地點(diǎn)。

機(jī)械輸灰系統(tǒng)中的能耗參數(shù)見(jiàn)表1，采用該工藝，系統(tǒng)運(yùn)行功率達(dá)到37 kW，即系統(tǒng)小時(shí)耗電量37 kW/h，按照工業(yè)用電1 元/kWh，每天運(yùn)行8 h 計(jì)算，每天運(yùn)行費(fèi)用達(dá)到296 元,飛灰性質(zhì)含水量：干灰,灰溫：常溫,密度：0.5～0.75 t/m3。

表1 機(jī)械輸灰系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)及經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

根據(jù)除塵器運(yùn)行要求、刮板輸送機(jī)與除塵器必須采用啟/停聯(lián)鎖運(yùn)行模式，因此刮板輸送機(jī)需長(zhǎng)時(shí)間處于低負(fù)荷甚至連續(xù)空載運(yùn)行，此工作方式的弊端是：

（1）因?yàn)槿ㄋ涮坠艹隹诟叨认拗?，刮板機(jī)必須傾斜布置，易磨損，檢修頻繁；

（2）相關(guān)設(shè)備數(shù)量多、電能損耗大，運(yùn)行過(guò)程中有泄漏造成二次揚(yáng)塵；

（3）大量設(shè)備支架布置占用現(xiàn)場(chǎng)大量空間；

3.2 管道氣力輸灰系統(tǒng)工藝：

氣力輸灰系統(tǒng)所有設(shè)備采用PLC 集中控制，運(yùn)行方式采用時(shí)間控制，定期輸送（輸送周期等時(shí)間參數(shù)可在PLC 觸摸屏上設(shè)置）。在PLC 控制柜上設(shè)有輸送系統(tǒng)運(yùn)行模擬畫(huà)面及各點(diǎn)的運(yùn)行參數(shù)顯示，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守；另在每套氣力輸送裝置旁均配有現(xiàn)場(chǎng)操作箱，以方便調(diào)試和檢修時(shí)的人工操作。

氣力輸灰系統(tǒng)的輸送介質(zhì)采用壓縮空氣（需經(jīng)除油、除塵、除水處理），就地氣源壓力不低于0.6 MPa，以滿足輸送及儀控氣源使用條件，有防爆要求的可采用氮?dú)廨斔?；一次除塵及二次除塵采用氣力輸灰系統(tǒng)的工藝配置及能耗參數(shù)及見(jiàn)表2，經(jīng)過(guò)計(jì)算，氣力輸灰系統(tǒng)的每噸灰耗電1.3 kWh,按照馬鋼煉焦總廠1#干熄焦目前產(chǎn)灰量14 t/d 計(jì)算，每天耗電18.2 kWh,每天運(yùn)行費(fèi)用僅18.2 元。僅是機(jī)械輸送工藝方式的6.2%，節(jié)能效果十分明顯。

3.2.1 氣力輸灰系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)計(jì)算

式中：Qh——小時(shí)空氣耗量，m3/h;

Q——輸送耗氣量，m3;

T——單次輸送周期，h；

n——小時(shí)輸送頻率，次/h。

一次除塵灰小時(shí)運(yùn)行空氣消耗：

Q1=1.34 m3/min×80 s÷60×1≈2 m3

一次除塵灰氣力輸灰小時(shí)運(yùn)行空氣消耗：

Q2=1.34 m3/min×80 s÷60×1≈2 m3

系統(tǒng)小時(shí)運(yùn)行總氣耗：

Q總=Q1+Q2=4 m3

3.2.2 輸灰系統(tǒng)運(yùn)行功率

以110 kW/0.7 MPa/20 m3/min產(chǎn)氣量空壓機(jī)為計(jì)算依據(jù)。

系統(tǒng)小時(shí)運(yùn)行總氣耗為：12.94 m，折算成系統(tǒng)平均每分鐘用氣消耗為：0.22 m/min；

換算成空壓機(jī)運(yùn)行功率為：110 kW×0.22 m/min÷20 m3/min=1.21 kW；

PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行功率為：2 kW;

則輸灰系統(tǒng)運(yùn)行功率為：3.21 kW。

3.2.3 系統(tǒng)小時(shí)運(yùn)行電耗

系統(tǒng)24 h運(yùn)行電耗=3.21 kW×1 h=3.21 kWh

表2 氣力輸灰系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)及經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

3.2.4 每噸灰輸送氣耗（以整個(gè)系統(tǒng)為參考，不對(duì)每個(gè)輸送點(diǎn)做單獨(dú)計(jì)算）

每噸灰輸送氣耗=系統(tǒng)小時(shí)運(yùn)行總氣耗÷系統(tǒng)小時(shí)總灰量=4 m3÷2.5 t=1.6 m3/t

3.2.5 每噸灰輸送電耗

每噸灰輸送電耗=系統(tǒng)運(yùn)行功率×1 h÷系統(tǒng)小時(shí)總灰量=3.21 kWh÷2.5 t=1.3 kWh/t

3.3 系統(tǒng)工藝及經(jīng)濟(jì)性分析

氣力輸灰系統(tǒng)通過(guò)PLC 主控單元來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行，采用“PLC＋就地控制箱及就地儀表”結(jié)構(gòu)，在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)按設(shè)置好的參數(shù)按周期運(yùn)行，不需要人工干預(yù)。根據(jù)實(shí)際工作需要，也可以在各氣力輸灰裝置的現(xiàn)場(chǎng)操作箱上進(jìn)行手/自動(dòng)切換操作，能方便地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作。

因氣力輸灰系統(tǒng)針對(duì)除塵器的實(shí)際灰量情況進(jìn)行合理分配，通過(guò)調(diào)整輸送周期等參數(shù)來(lái)控制每各單機(jī)除塵點(diǎn)的輸灰頻率，在做到高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理化配置，優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，具有較高的自動(dòng)化和靈活性，在保障輸灰過(guò)程中零排放的同時(shí)，最大限度地提高了輸送效率和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。

4 氣力輸灰與機(jī)械輸灰的綜合成本比較

除上述每天運(yùn)行費(fèi)用的差別外，設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的各項(xiàng)綜合成本比較，氣力輸灰也比機(jī)械輸灰方式在干熄焦一二次除塵中的節(jié)能效果顯著，以馬鋼煉焦總廠南區(qū)1#干熄焦一次二次工藝除塵系統(tǒng)設(shè)備尺寸為例，單小時(shí)運(yùn)行能耗、建設(shè)成本及年運(yùn)行備件費(fèi)用對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 氣力輸灰與機(jī)械輸灰的各項(xiàng)成本比較

表3中項(xiàng)目建設(shè)費(fèi)用均未包含安裝部分和目標(biāo)儲(chǔ)灰倉(cāng)，如果目標(biāo)灰倉(cāng)利舊或與其他除塵共用，建設(shè)成本優(yōu)勢(shì)則更加明顯，且節(jié)約用地約500 m2。在節(jié)能綜合利用方面，以馬鋼焦化新區(qū)氣力輸灰為例，馬鋼新區(qū)焦化廠每天收集的除塵灰約360 t，采用氣力輸灰方式將焦化除塵灰輸送到4 000 m3高爐的運(yùn)煤皮帶上與無(wú)煙煤配合配送，并通過(guò)設(shè)備磨細(xì)，用于高爐噴煤系統(tǒng)。通過(guò)兩個(gè)多月的實(shí)踐，噴吹效果理想。[2]

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述分析，氣力輸灰系統(tǒng)在焦化干熄焦工藝除塵中的節(jié)能優(yōu)勢(shì)顯著。由于干熄焦工藝除塵灰與環(huán)境除塵等收集的焦粉不同，粒度普遍≥0.5 mm，即可直接遠(yuǎn)距離輸送至燒結(jié)配料倉(cāng)，直接參與比例配料，又可進(jìn)入高爐噴煤。在鋼鐵產(chǎn)能升級(jí)、廢氣超低排、固廢不出廠的新環(huán)保工作模式，智能化、無(wú)人化的產(chǎn)業(yè)新結(jié)構(gòu)中，新建工程通過(guò)合理布局，綜合利用，其節(jié)能優(yōu)勢(shì)更加明顯，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控也更方便。