國內(nèi)某高爐爐頂系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

洪 軍，蘭天陽，李平潮

（中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京 100176）

0 引言

唐山某鋼鐵公司城市鋼廠搬遷工程是河北省鋼鐵產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級的重點(diǎn)示范項(xiàng)目，也是河北省2021年重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。該搬遷工程新建一座有效爐容1780m3高爐，高爐工程是由中冶京誠工程技術(shù)有限公司（以下簡稱中冶京誠）進(jìn)行設(shè)計(jì)。高爐設(shè)計(jì)年產(chǎn)鐵水能力210×104t（6000 t/d），采用了中冶京誠具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的爐頂均壓煤氣回收技術(shù)及合理的爐型設(shè)計(jì)、新型爐體冷卻結(jié)構(gòu)等高效、長壽爐體技術(shù)，以及PW公司先進(jìn)的無料鐘爐頂設(shè)備，并配以精料、富氧、噴煤等冶煉工藝和技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、長壽、環(huán)保的高爐建設(shè)目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。該高爐于2021年12月建成投產(chǎn)，投產(chǎn)后的應(yīng)用實(shí)踐表明，高爐各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)優(yōu)異，生產(chǎn)狀況良好，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。

本文介紹了該鋼鐵公司新建1780m3高爐的設(shè)計(jì)概況和所應(yīng)用的先進(jìn)技術(shù)和工藝設(shè)備，重點(diǎn)對該高爐爐頂系統(tǒng)的設(shè)備和設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的論述，并對高爐投產(chǎn)后爐頂系統(tǒng)的運(yùn)行效果進(jìn)行了總結(jié)。

1 項(xiàng)目概述

該1780m3高爐設(shè)計(jì)生產(chǎn)鐵水能力6000t/d，燃料比510kg/t、焦比340kg/t（含焦丁20kg/t）、礦比1650kg/t、供風(fēng)溫度≥1220℃。高爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)詳見表1。

表1 高爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)表

高爐爐頂系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本參數(shù)：爐頂工作壓力為0.25MPa，設(shè)備能力為0.30MPa；爐頂工作溫度為150℃～250℃，最高600℃（持續(xù)時(shí)間≤30min）；爐喉直徑為?7400mm；上料主皮帶寬度為1600mm。該高爐項(xiàng)目爐頂采用了PW 標(biāo)準(zhǔn)型串罐無料鐘爐頂，與并罐爐頂相比，串罐無料鐘爐頂具有設(shè)備少、維修量小、檢修方便、投資低、布料均勻等優(yōu)點(diǎn)[1]。同時(shí)爐頂均排壓系統(tǒng)采用了中冶京誠具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的爐頂均壓煤氣全回收技術(shù)。該高爐投產(chǎn)后，運(yùn)行狀況良好，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2 爐頂系統(tǒng)設(shè)計(jì)

爐頂設(shè)計(jì)基本參數(shù)：頂壓0.25MPa；頂溫≤250℃，大于280℃時(shí)噴霧降溫；爐喉直徑?7400mm；爐料結(jié)構(gòu)：燒結(jié)礦75%，球團(tuán)礦25%。

2.1 串罐無料鐘爐頂本體

串罐無料鐘爐頂本體系統(tǒng)主要包含以下部分：皮帶輸送機(jī)頭輪罩、靜態(tài)受料罐、上料閘、上密封閥、稱量料罐、下閥箱（含下料閘和下密封閥）、波紋管、標(biāo)準(zhǔn)型布料器（傳動齒輪箱）、布料溜槽、爐頂法蘭、溜槽更換裝置等。布料器直接支撐在爐殼外封罩上，在爐頂框架上設(shè)計(jì)有上料閘、下部閥箱和布料器的安裝檢修梁。爐頂設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)詳見表2。

表2 爐頂設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

2.1.1 高爐裝料制度

該高爐設(shè)計(jì)的基本裝料制度為：C↓O↓，每批料由2 個(gè)小料批組成，包括一批焦炭和一批礦石。根據(jù)計(jì)算并結(jié)合國內(nèi)外同級別高爐的操作經(jīng)驗(yàn)，料批批重為：焦炭每批12t～16t、正常14t，礦石每批（含焦?。?0t～81t、正常71t。

2.1.2 爐頂設(shè)備作業(yè)率

該高爐設(shè)計(jì)爐頂設(shè)備作業(yè)率為69%，滿足GB50427-2015《高爐煉鐵工程設(shè)計(jì)規(guī)范》“按年平均利用系數(shù)和正常料批計(jì)算的上料設(shè)備作業(yè)率65%～70%”的要求。

2.1.3 爐頂布料方式

設(shè)計(jì)的爐頂布料方式有多環(huán)布料（螺旋布料）、單環(huán)布料、扇形布料和定點(diǎn)布料四種。多環(huán)布料和單環(huán)布料采用全自動工作制度，扇形布料和定點(diǎn)布料為手動控制。爐頂布料的基本方式是多環(huán)布料[2]。

2.1.4 爐頂料流控制方式

設(shè)計(jì)的爐頂料流控制方式有兩種：一種是按重量控制，另一種是按時(shí)間控制。兩種方式可組合使用。

2.1.5 爐頂布料溜槽傾動范圍

設(shè)計(jì)的爐頂布料溜槽可在2°～53°范圍內(nèi)傾動。布料溜槽可以圍繞高爐中心線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和傾動，兩種動作可以同時(shí)進(jìn)行，也可以完全獨(dú)立進(jìn)行。

2.2 爐頂均排壓系統(tǒng)（含爐頂均壓煤氣全回收）

圖1為爐頂均排壓系統(tǒng)流程圖。由圖1可以看出，爐頂均排壓系統(tǒng)包括：爐頂均壓系統(tǒng)、爐頂排壓系統(tǒng)和爐頂均壓煤氣全回收系統(tǒng)。

圖1 爐頂均排壓系統(tǒng)流程圖

2.2.1 爐頂均壓系統(tǒng)

爐頂均壓系統(tǒng)包括一次均壓和二次均壓。爐頂一次均壓采用凈高爐煤氣進(jìn)行，系統(tǒng)由均壓閥（DN500mm）及相應(yīng)閥組、管路組成；爐頂二次均壓采用氮?dú)膺M(jìn)行，系統(tǒng)由二次均壓閥（DN300mm）及配套閥組、管路組成；氮?dú)舛尉鶋合到y(tǒng)單獨(dú)用1臺氮?dú)夤?，有效容積30m3，設(shè)在爐頂大平臺上。

2.2.2 爐頂排壓系統(tǒng)

爐頂排壓系統(tǒng)由均壓放散閥（DN500mm）、盲板閥和相應(yīng)管路組成。為減少放散煤氣污染環(huán)境和磨損管道，在排壓系統(tǒng)中設(shè)置了旋風(fēng)除塵器。為減少排壓時(shí)放散煤氣的噪音污染，在排壓管道上設(shè)有消音器。

2.2.3 爐頂均壓煤氣全回收系統(tǒng)

鑒于當(dāng)前更高的環(huán)保和低碳冶煉的要求，對高爐爐頂料罐均壓放散的煤氣實(shí)施“全回收”勢在必行。中冶京誠將原有高爐爐頂均壓煤氣回收專利技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和升級，成功研發(fā)了“高爐爐頂均壓煤氣全回收技術(shù)”[3]，將煤氣回收率從70%～80%提升至100%。

爐頂均壓煤氣全回收技術(shù)是在原有煤氣部分回收系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了引射器、引射閥（DN500mm）、相關(guān)閥門及管道等配套設(shè)施和控制系統(tǒng)。當(dāng)自然回收結(jié)束時(shí)，通過引射器對料罐內(nèi)剩余的少量低壓煤氣進(jìn)行引射強(qiáng)制回收。引射用高壓工作氣體采用爐頂料罐均壓使用的高壓凈煤氣。通過引射器強(qiáng)制回收，使料罐內(nèi)的壓力在短時(shí)間內(nèi)降至微正壓，然后可直接打開上密封閥和上料閘進(jìn)行裝料，避免了煤氣二次放散，從而實(shí)現(xiàn)爐頂均壓煤氣的“全回收”，煤氣和粉塵零排放。均壓煤氣回收過程時(shí)間≤12s，對裝料作業(yè)率無影響；回收煤氣含塵量低至≤5mg/Nm3；消除煤氣放散噪音，延長消音器設(shè)備使用壽命；回收過程對凈煤氣管網(wǎng)無影響，管網(wǎng)無壓力波動。

另外高爐爐頂均壓煤氣全回收系統(tǒng)配套的電控系統(tǒng)，可以在高爐控制室內(nèi)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集中控制和顯示，操作簡便。如果該全回收系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠簡便、快捷地切換至原系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)，不影響高爐的正常運(yùn)行。

2.3 爐頂設(shè)備配套的輔助系統(tǒng)

2.3.1 爐頂水冷、氮?dú)庀到y(tǒng)

PW 標(biāo)準(zhǔn)水冷氣密型傳動齒輪箱，設(shè)計(jì)冷卻水消耗量為20t/h，進(jìn)水溫度＜35℃。爐頂?shù)庀到y(tǒng)中配有用于傳動齒輪箱、下部閥箱冷卻及吹掃的氮封閥組，正常氮?dú)庥昧繛?00Nm3/h，最大1200Nm3/h。氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)單獨(dú)用1 臺氮?dú)夤?，有效容積20m3，設(shè)在爐頂大平臺上。傳動齒輪箱冷卻以水冷為主，氣封為輔。

2.3.2 爐頂蒸汽系統(tǒng)

串罐無料鐘爐頂上、下密封閥座采用蒸汽加熱，避免了閥座密封圈冷凝和積灰，提高了硅膠密封圈的使用壽命。

2.3.3 爐頂液壓系統(tǒng)

爐頂液壓站通過驅(qū)動爐頂設(shè)備各閥門的液壓缸來實(shí)現(xiàn)閥門的開啟、關(guān)閉。爐頂液壓系統(tǒng)由油箱、油泵、蓄能器、閥臺和連接管路等組成。系統(tǒng)工作壓力為18MPa～20MPa，使用N46 液壓油。液壓站除考慮爐頂設(shè)備閥門外，其他需要液壓站提供動力的設(shè)備還有均壓、均壓放散、二次均壓、粉塵回收閥、爐頂放散及重力除塵放散閥等。

液壓站設(shè)有兩臺主油泵，一用一備。主油泵采用力士樂柱塞式恒壓變量泵，以減少系統(tǒng)發(fā)熱。油箱由不銹鋼板焊接而成，其他元件采用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)元件。

2.3.4 爐頂潤滑系統(tǒng)

爐頂采用雙路集中潤滑系統(tǒng)。一路為每45min潤滑一次（傳動齒輪箱、行星齒輪）；另一路為每8h潤滑一次（密封閥、料閘、探尺、均壓/放散閥、粉塵回收閥、煤氣放散閥等）。爐頂潤滑站與爐頂液壓站一起布置在爐頂大平臺上，站內(nèi)設(shè)有消防設(shè)施和火災(zāi)自動警報(bào)，確保安全。

2.3.5 爐頂框架和檢修設(shè)施

無料鐘爐頂設(shè)備為自立式結(jié)構(gòu)，布料溜槽及傳動齒輪箱直接支撐于爐頂法蘭上，機(jī)械探尺支撐于爐體封罩上。爐頂采用框架式結(jié)構(gòu)，用于支撐爐頂40t/10t起重機(jī)、上料主膠帶機(jī)頭輪、爐頂受料罐、稱量料罐和閥箱、爐頂均壓放散消音器等設(shè)備和粗煤氣上升管。

爐頂檢修設(shè)施主要包括：

（1）1臺40t/10t起重機(jī)，用于檢修時(shí)吊裝爐頂料罐襯板、閥箱、布料溜槽及傳動齒輪箱等設(shè)備部件。

（2）傳動齒輪箱上方的平臺梁下設(shè)有4 臺起重量10t的電動葫蘆，用于吊裝、移動傳動齒輪箱。

（3）溜槽檢修孔上方設(shè)有1 臺16t 溜槽更換小車，用于配合布料溜槽更換裝置拆卸或安裝布料溜槽。

（4）在均、排壓閥平臺上部設(shè)有手拉葫蘆和電動葫蘆，用于檢修均、排壓系統(tǒng)閥門等設(shè)備。

3 應(yīng)用實(shí)踐

該高爐于2021年12月建成投產(chǎn)，投產(chǎn)后生產(chǎn)狀況良好，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平。無料鐘爐頂設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)、安全可靠，高爐平均頂壓≥0.25MPa、平均頂溫≥180℃、平均風(fēng)溫≥1220℃、平均利用系數(shù)≥3.37t/(m3·d)、燃料比≤510kg/t、煤氣利用率≥48%。

爐頂均壓煤氣100%全回收，煤氣和粉塵實(shí)現(xiàn)零排放，煤氣回收過程時(shí)間≤12s，回收煤氣含塵量≤5mg/Nm3。高爐回收煤氣量約40000Nm3/d，按照年工作日350 天，每4Nm3煤氣發(fā)一度電，電價(jià)按0.6元/度計(jì)算，一年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益約210 萬元；爐頂料罐放散煤氣含塵量按10g/Nm3計(jì)算，一年減少粉塵排放量約140t；高爐煤氣中CO2含量約為21%，則一年直接減少CO2排放量約294×104Nm3，即減少碳排放量約5780t。

4 結(jié)語

此次1780m3高爐爐頂設(shè)計(jì)中采用了一系列實(shí)用、創(chuàng)新、可靠的技術(shù)，尤其是PW 串罐無料鐘爐頂裝料設(shè)備、爐頂均壓煤氣全回收等新技術(shù)的應(yīng)用，使得該高爐投產(chǎn)后各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)優(yōu)異，達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。

生產(chǎn)實(shí)踐表明：該高爐使用的PW 標(biāo)準(zhǔn)型串罐無料鐘爐頂設(shè)備完全能夠適應(yīng)高爐生產(chǎn)能力，密封可靠，布料合理，取得了滿意的使用效果；采用中冶京誠具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的爐頂均壓煤氣回收技術(shù)，可全部回收爐頂均壓煤氣，回收煤氣含塵量≤5mg/Nm3，徹底消除了均壓煤氣排放的粉塵和噪聲污染，實(shí)現(xiàn)了高爐生產(chǎn)的高效、低耗、節(jié)能、環(huán)保目標(biāo)，創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。