長鋼3號高爐爐頂上料及重力除塵改造

楊緒平

（中冶華天工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210019）

1 長鋼3號高爐概述

長鋼3號高爐第一代爐役于2013年7月投產(chǎn)，高爐有效容積1 080 m3，配套有原料貯運(yùn)、爐頂上料、重力除塵、熱風(fēng)爐、出鐵場、水渣處理、噴煤、主控樓及其他公輔設(shè)施。3號高爐于2022年7月停產(chǎn)中修，至今已經(jīng)安全運(yùn)行9年，各項(xiàng)指標(biāo)均處于行業(yè)先進(jìn)水平。本次中修是在現(xiàn)有高爐基礎(chǔ)上進(jìn)行原地改造，并將高爐爐容擴(kuò)容到1 250 m3，主要包括高爐本體、熱風(fēng)爐、爐頂上料、重力除塵、出鐵場平坦化、高爐礦槽增容、熱風(fēng)爐升級，以及煤氣凈化和TRT、環(huán)境除塵超低排放、水系統(tǒng)優(yōu)化、三電設(shè)施更新升級等。項(xiàng)目升級改造采用高爐煉鐵新工藝技術(shù)，旨在建成低碳、綠色、高效、智能的現(xiàn)代化高爐。本文就長鋼3號高爐的爐頂上料及重力除塵工藝展開升級改造介紹。

2 爐頂上料及重力除塵工藝現(xiàn)狀

2.1 爐頂框架結(jié)構(gòu)及主要工藝配置

2.1.1 無料鐘爐頂設(shè)備

生產(chǎn)采用的無料鐘爐頂設(shè)備是PW緊湊型串罐無料鐘爐頂，無料鐘爐頂裝料設(shè)備主要由固定受料斗、上料閘、上密封閥、稱量料罐、料流調(diào)節(jié)閥、下密封閥、波紋管、布料器、溜槽、溜槽檢修門、溜槽更換裝置等組成，配套有無料鐘爐頂?shù)囊簤簼櫥?、水冷氮封等。設(shè)備的受料斗、稱量料罐容積均為26 m3，可通過調(diào)節(jié)受料斗和稱量料罐，實(shí)現(xiàn)高爐的循環(huán)分批裝料，并可經(jīng)布料溜槽的旋轉(zhuǎn)和傾動(dòng)、料流調(diào)節(jié)閥的排料控制，實(shí)現(xiàn)爐喉料面上的多種布料方式，以適應(yīng)各種爐況的上部調(diào)節(jié)要求。

2.1.2 爐頂結(jié)構(gòu)布置

當(dāng)前生產(chǎn)的高爐爐頂主要由無料鐘爐頂裝料設(shè)備、均壓放散系統(tǒng)管道及設(shè)備、爐頂液壓潤滑站、齒輪箱的水冷氮封設(shè)施、爐頂打水和探尺裝置、爐頂檢修設(shè)施及爐頂框架結(jié)構(gòu)等組成。受料斗固定在爐頂框架平臺上，稱量料罐采用小框架結(jié)構(gòu)，通過坐落在爐喉封罩圈梁上的四根立柱支撐，探尺通過探尺管固定在煤氣封罩上，齒輪箱及布料溜槽安裝在爐頂鋼圈法蘭上。爐頂大平臺上設(shè)置有均壓用的氮?dú)夤藓蜖t頂設(shè)備液壓站及干油潤滑站，以及爐體的脫氣罐、膨脹罐。在爐頂大平臺上均布置了4根煤氣上升管，承載其全部荷載，爐頂大框架布置在上升管內(nèi)側(cè)。在料罐平臺下設(shè)有齒輪箱、下閥箱、布料溜槽的安裝檢修梁。均排壓設(shè)施支撐在爐頂框架上。

2.1.3 爐頂均排壓系統(tǒng)

現(xiàn)有的爐頂均排壓系統(tǒng)配置了高爐煤氣一次均壓、氮?dú)舛尉鶋阂约案郀t煤氣放散。其工作過程是：在稱量料罐出口設(shè)置了兩路管線，其中一路管道上分別設(shè)置了兩路均壓閥設(shè)施，兩路均壓閥可互為備用，以保證高爐煤氣一次均壓的連續(xù)性，均壓閥上下設(shè)置了檢修用手動(dòng)盲板閥及波紋補(bǔ)償器，在一次煤氣均壓總管上接入氮?dú)?，高爐煤氣一次均壓完成后開啟氮?dú)夤苈飞系亩尉鶋洪y進(jìn)行二次均壓；另一路從料罐引出管道，上部設(shè)置兩路高爐煤氣放散，也互為備用，可確保放散的可靠性。均排壓系統(tǒng)的主要控制閥門采用了液壓閥門，檢修閥為手動(dòng)閥門。

2.2 重力除塵

粗煤氣系統(tǒng)的除塵選用工藝成熟的重力除塵方式，高爐煤氣管道采用褲衩管的形式。重力除塵器組成包括重力除塵器本體、檢修用煤氣放散閥及爐頂煤氣大放散、煤氣遮斷閥及加濕卸灰設(shè)施等。在除塵器下方設(shè)加濕卸灰機(jī)，重力除塵灰經(jīng)卸灰管上電動(dòng)卸灰閥控制進(jìn)入加濕卸灰機(jī)，煤氣灰經(jīng)加濕后通過汽車外運(yùn)。高爐煤氣經(jīng)4根煤氣導(dǎo)出管進(jìn)入直徑為2 m的上升管，至爐頂上部合并成2根直徑2.4 m的下降支管，最后合并成1根直徑2.8 m的下降總管進(jìn)入除塵器。在每根煤氣導(dǎo)出管上設(shè)置了1個(gè)波紋補(bǔ)償器，可以吸收高爐爐殼的熱膨脹，減小煤氣導(dǎo)出管對爐頂煤氣封罩的作用力。在2個(gè)煤氣上升管及下降管的最高點(diǎn)分別設(shè)置了煤氣大放散閥。重力除塵器的頂部設(shè)置1個(gè)遮斷閥、遮斷閥頂部封罩和除塵器上錐段分別設(shè)置了檢修用液壓煤氣放散閥，動(dòng)力由爐頂液壓站提供。

3 爐頂上料及重力除塵優(yōu)化改造

3.1 爐頂上料改造

3.1.1 無料鐘爐頂設(shè)備

無料鐘爐頂設(shè)備能夠適應(yīng)高爐高壓操作，結(jié)構(gòu)簡單，而且容易維護(hù)[1]，可通過稱量精確控制物料的加入量，因此本次改造還選用PW無料鐘爐頂設(shè)備。由于高爐爐容擴(kuò)大，根據(jù)高爐生產(chǎn)對爐料的要求，無料鐘爐頂受料斗、稱量料罐原來26 m3的容積無法滿足生產(chǎn)需求，通過調(diào)整受料斗和稱量料罐的高度和直徑，將其擴(kuò)容到30 m3。經(jīng)評估，原有無料鐘爐頂?shù)牟剂掀鹘?jīng)過檢修后可被再次利用，無料鐘爐頂設(shè)備的其他部件全部更新，溜槽長度適當(dāng)加長，稱量料罐的稱量裝置改為壓力補(bǔ)償式，加設(shè)防扭裝置，并在稱量料罐上增設(shè)雷達(dá)料位檢測裝置。無料鐘爐頂設(shè)備主要性能參數(shù)如表1所示。

表1 無料鐘爐頂設(shè)備主要性能參數(shù)

3.1.2 爐頂結(jié)構(gòu)

根據(jù)現(xiàn)場情況看，稱量料罐支撐在高爐煤氣封罩圈梁上，布料器探尺檢修平臺操作空間較為擁擠。另外高爐本體擴(kuò)容，造成爐頂鋼法蘭標(biāo)高抬高，無料鐘爐頂設(shè)備總高度加大，料車容積由8.5 m3增大到10.5 m3。因此本次改造將原來爐頂框架、上料斜橋全部拆除，上料斜橋礦槽處基礎(chǔ)不動(dòng)，增大斜橋角度，做適當(dāng)處理即可滿足生產(chǎn)要求，爐頂框架避開煤氣上升管的一些相交位置，并重新布置爐頂結(jié)構(gòu)。

爐頂框架的布置是多層鋼結(jié)構(gòu)平臺，在總體保持原樣更新的同時(shí)，做了必要的調(diào)整：將無料鐘爐頂設(shè)備的受料斗、料罐分別支撐在爐頂各自的框架平臺上，料罐的支撐與高爐本體脫開，可增大布料器及探尺的操作和檢修空間，有利于各設(shè)備及其潤滑和控制設(shè)備的布置。另外，布料器和探尺直接安裝在煤氣封罩及鋼法蘭上。為脫開爐體與爐頂設(shè)備之間的硬連接，在布料器上方設(shè)置了波紋補(bǔ)償器，起到防護(hù)高爐上漲對爐頂稱量等造成的影響。爐頂均排壓系統(tǒng)增加煤氣回收系統(tǒng)，整體變動(dòng)較大，調(diào)整相應(yīng)輔助的結(jié)構(gòu)設(shè)施。在爐頂框架兩側(cè)，完善雙側(cè)樓梯，使得兩側(cè)均可上至爐頂最高層煤氣放散平臺。其中爐頂大平臺仍然保持氮?dú)夤蕖t體膨脹罐和脫氣罐、液壓站的布置，只對設(shè)施進(jìn)行了更新。布料器和下閥箱的設(shè)備檢修梁布置在稱量料罐下部，該梁下方也設(shè)置了布料溜槽檢修用單梁吊及布料器更換電動(dòng)葫蘆，均排壓設(shè)施支撐在爐頂框架平臺上。

3.1.3 爐頂均排壓及煤氣回收系統(tǒng)

現(xiàn)有爐頂均排壓系統(tǒng)僅配置了均壓和放散功能，無煤氣回收措施，新改造的系統(tǒng)增加煤氣回收設(shè)施，檢修閥門也升級為液動(dòng)閥門，使操作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。爐頂高爐煤氣的產(chǎn)生過程是：隨高爐布料器布料的進(jìn)行，稱量料罐內(nèi)爐料經(jīng)溜槽加入高爐內(nèi)，與此同時(shí)，高爐煤氣也快速進(jìn)入稱量料罐，直到完成布料，料罐內(nèi)的物料清空，充滿高爐煤氣，此時(shí)料罐內(nèi)煤氣壓力與高爐操作壓力相同，在下次裝料前對該部分煤氣進(jìn)行回收。同樣在稱量料罐內(nèi)裝滿爐料后，料罐內(nèi)的氣體壓力為常壓狀態(tài)，小于高爐爐內(nèi)操作壓力，采用凈煤氣、氮?dú)鈱ΨQ量料罐進(jìn)行均壓，以達(dá)到與高爐內(nèi)部相同的壓力。

根據(jù)高爐煤氣產(chǎn)生的特征，重新改造均壓煤氣回收系統(tǒng)，改造后的高爐爐頂均排壓煤氣回收工藝流程如下頁圖1所示。一次均排壓配置了互為備用的兩路均排壓設(shè)施，在均排壓管路上增設(shè)了旋風(fēng)除塵器、煤氣回收閥，各閥門的控制均為液動(dòng)閥，便于自動(dòng)化控制。在稱量料罐內(nèi)完成裝料后，先用高壓凈煤氣一次均壓，再用氮?dú)舛尉鶋骸＞鶋合到y(tǒng)是使待加料的料罐內(nèi)的壓力在先后通過凈煤氣及氮?dú)饧訅褐僚c高爐爐內(nèi)壓力相同，再行開啟下密封閥向爐內(nèi)加料。排壓系統(tǒng)是將空料罐內(nèi)的壓力排放至近大氣壓力。料罐中的高壓含塵煤氣，排壓時(shí)進(jìn)入均壓管上的旋風(fēng)除塵器，使大顆?；覊m沉積到旋風(fēng)除塵器下部，在下次煤氣均壓時(shí)由一次均壓煤氣帶入稱量料罐。經(jīng)旋風(fēng)除塵器除塵后的煤氣回收至干法除塵設(shè)備，凈化后并入凈煤氣管網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)煤氣回收。最后殘余的低壓煤氣經(jīng)均壓放散閥放散至接近大氣壓力，完成均壓煤氣放散。

圖1 爐頂均排壓煤氣回收工藝流程

兩路均排壓能夠保證生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。增設(shè)旋風(fēng)除塵器，可除去部分大顆?；覊m，并直接回收到高爐內(nèi)，實(shí)現(xiàn)煤氣灰的初步回收，降低煤氣對管道的磨損；增設(shè)煤氣回收設(shè)施，對高爐煤氣進(jìn)行回收，節(jié)能降耗，達(dá)到節(jié)能減排的環(huán)保作用。

3.1.4 自動(dòng)打水裝置

高爐在正常生產(chǎn)時(shí)的煤氣溫度一般為150～250℃，溫度過高會(huì)影響到爐頂設(shè)備的正常運(yùn)行。當(dāng)前生產(chǎn)所采用的打水方式是在總管上設(shè)一個(gè)自控閥，有5支噴槍，每支上僅設(shè)手動(dòng)閥門，自動(dòng)化程度低，無法滿足高爐改造升級后的需求，因此全部拆除，重新配置。

新配置的自動(dòng)打水裝置，采用高爐高壓供水獨(dú)立管道，布置在爐頂下層平臺，打水點(diǎn)供水壓力可達(dá)1.0 MPa，打水量80~100 m3/h。在供水總管上安裝了自控控制閥，設(shè)置了2套分流柜，2套分流柜內(nèi)共配置了8套氣動(dòng)球閥設(shè)備，分別接出8路供水管至高爐煤氣封罩，在8支打水管道上分別設(shè)置了檢修閥、止回閥及濾水器等。在煤氣封罩入口設(shè)置了防堵塞單流體伸縮噴槍，噴槍為全封閉結(jié)構(gòu)，噴嘴端設(shè)置有專門的封蓋機(jī)構(gòu)，噴嘴工作時(shí)，封蓋自動(dòng)打開，噴嘴伸出噴霧，停止工作時(shí)，噴嘴縮回，封蓋自動(dòng)關(guān)閉。該結(jié)構(gòu)能夠有效切斷爐內(nèi)粉塵進(jìn)入噴嘴，克服了噴槍的堵塞問題。噴嘴在非工作狀態(tài)下，密封性能良好。

自動(dòng)打水裝置采用氣動(dòng)球閥對噴槍分組進(jìn)行控制，可通過PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主控室遠(yuǎn)程控制，并根據(jù)爐況的變化，在爐頂溫度異常升高時(shí)自動(dòng)噴水降溫。每一支噴槍都能夠獨(dú)立啟停，并可根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)定判斷爐溫變化，自動(dòng)調(diào)整噴槍的開啟數(shù)量，以控制噴霧量避免過噴或遲噴，且可使煤氣溫度穩(wěn)定控制在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。

3.1.5 檢修及輔助設(shè)施

將爐頂檢修設(shè)施全部更新，主要有：

1）爐頂?shù)跹b平臺設(shè)置1臺25 t起重機(jī)，主要用來檢修以及吊裝爐頂各設(shè)備，可將設(shè)備從地面起吊到爐頂大平臺。

2）爐頂稱量料罐平臺下方配套了一臺10 t的布料溜槽更換和檢修單梁起重機(jī)，用于溜槽的拆卸和安裝。

3）爐頂稱量料罐平臺下方配套了4臺10 t的布料器檢修電動(dòng)葫蘆，用來檢修布料器。

4）爐頂框架頂部設(shè)置了2臺3 t大放散閥的檢修電動(dòng)葫蘆。

除對爐頂檢修起吊設(shè)施更新外，爐頂系統(tǒng)探尺、紅外成像等其他各設(shè)備均更換了新設(shè)備，爐頂液壓系統(tǒng)閥門增加較多，增設(shè)了閥臺。

3.2 重力除塵改造

重力除塵的主體設(shè)施利舊，煤氣上升管、下降管、除塵器本體保留，只對內(nèi)部噴涂破損的部位進(jìn)行修復(fù)。由于高爐本體的高度抬升，原來煤氣導(dǎo)出管需拆除進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。粗煤氣除遮斷閥外其他設(shè)備均做更新。根據(jù)國家生態(tài)環(huán)境部《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》（環(huán)大氣〔2019〕35號）文件要求，鋼鐵企業(yè)粉狀物料要采用密閉的運(yùn)輸方式，吸排罐車卸灰是通過罐車上泵的負(fù)壓將重力除塵灰吸入到罐車內(nèi)，并通過空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的正壓將物料壓送到目的料倉，全過程密閉完成，能有效地避免二次揚(yáng)塵的產(chǎn)生，因此對重力除塵卸灰裝置增設(shè)吸排罐車卸灰裝置實(shí)現(xiàn)環(huán)保改造。

現(xiàn)有的重力除塵器在6 m標(biāo)高的平臺設(shè)置加濕卸灰機(jī)，平臺下方為廠區(qū)通道，另兩側(cè)分別為出鐵場和熱風(fēng)爐。根據(jù)總圖布置，重力除塵器距離出鐵場很近，且本側(cè)為上重力除塵的樓梯。熱風(fēng)爐側(cè)有較為充足的空間，因此在靠近熱風(fēng)爐側(cè)增加一跨鋼結(jié)構(gòu)平臺，并配置2套吸排罐車卸灰設(shè)施，通過在本側(cè)重力除塵器的側(cè)壁開孔加卸灰管，除塵灰進(jìn)入卸灰罐。

吸排罐車卸灰的具體實(shí)施工藝流程如下頁圖2所示，在除塵器下方配置2路相同的卸灰裝置，重力除塵灰經(jīng)過卸灰管進(jìn)入卸灰罐，每個(gè)卸灰罐容積均為15 m3，與吸排罐車能力匹配。卸灰罐裝灰時(shí)，開啟卸灰管道上的卸灰以及布袋與卸灰罐之間連接的氣動(dòng)閥，隨著重力除塵灰進(jìn)入卸灰罐，罐內(nèi)的氣體被排出并進(jìn)入到布袋除塵器，經(jīng)布袋除塵凈化后的氣體放散，布袋除塵灰直接進(jìn)入卸灰罐，直到卸灰罐完成裝灰，再次關(guān)閉卸灰閥。在吸排罐車準(zhǔn)備裝灰時(shí)，打開卸灰罐上的流化閥以及卸灰助吹閥，在泵的負(fù)壓作用下將罐內(nèi)的重力除塵灰全部裝完。在完成灰罐裝灰后，開啟布袋上的脈沖吹掃閥，定時(shí)清掃布袋，保證布袋的除塵效率，布袋除塵產(chǎn)生的除塵灰直接進(jìn)入卸灰罐，不產(chǎn)生二次污染和裝卸，除塵灰處理的整個(gè)生產(chǎn)過程為全封閉式的生產(chǎn)過程，符合國家生態(tài)部提出的超低排放要求。

圖2 吸排罐車卸灰工藝流程

4 結(jié)論

長鋼3號高爐基于現(xiàn)有的設(shè)備及框架基礎(chǔ)，采用了先進(jìn)、成熟、可靠的工藝裝備進(jìn)行升級改造。主要改造優(yōu)化內(nèi)容有：

1）上料斜橋礦槽處基礎(chǔ)保持不變，將斜橋框架拆除新建，能夠滿足上料需求。

2）優(yōu)化布置爐頂框架，提高生產(chǎn)操作空間，方便操作和檢修。

3）無料鐘爐頂設(shè)備除布料器外，根據(jù)生產(chǎn)要求均做了更新，包括電控設(shè)施等。

4）升級爐頂均壓煤氣回收系統(tǒng)，增加煤氣回收及管道上的旋風(fēng)除塵器，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排；系統(tǒng)的控制閥門采用液動(dòng)閥門，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。

5）爐頂打水采用自動(dòng)打水裝置，可在高爐主控室內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)打水或者機(jī)旁手動(dòng)完成打水，有利于保證生產(chǎn)安全。

6）改造重力除塵密閉式吸排罐車卸灰系統(tǒng)，有效避免了原來加濕卸灰生產(chǎn)出現(xiàn)揚(yáng)塵等問題，有利于環(huán)境保護(hù)。

7）關(guān)鍵檢修設(shè)備改用電動(dòng)設(shè)施，提高生產(chǎn)效率，減輕工作負(fù)荷。