邯鋼3 200 m3 高爐重力灰氣力輸送技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新

趙 欣 姜海賓 朱二濤 張福東

（1.邯鄲科技職業(yè)學(xué)院；2.河北大河邯鋼設(shè)計(jì)院有限公司）

0 引言

近年來(lái)國(guó)家施行環(huán)保政策治理大氣污染，尤其是對(duì)鋼鐵行業(yè)的環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格，一系列的環(huán)保政策出爐，鋼鐵行業(yè)環(huán)境治理勢(shì)在必行[1]。高爐煉鐵作為鋼鐵生產(chǎn)的主要工藝，在生產(chǎn)過(guò)程中排放多種污染物，其中煙塵污染，尤其是無(wú)組織的煙塵排放對(duì)環(huán)境影響較大。重力除塵器目前仍是高爐煤氣除塵系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛的粗除塵裝置，其產(chǎn)生的重力除塵灰顆粒相對(duì)較大，金屬含量較高，可達(dá)60%以上，堆密度為1.2～1.8 t/m3。由于高爐冶煉的特殊性，重力除塵灰與一般環(huán)境灰相比，具有成分復(fù)雜、溫度高、壓力高、硬度高、密度高等特點(diǎn)，因此除塵灰的卸灰工藝也具有特殊性[2]。

邯鋼3 200 m3高爐重力除塵灰采用的是傳統(tǒng)的卸灰閥和螺旋加濕卸灰機(jī)配合卸灰，再利用運(yùn)灰車進(jìn)行外運(yùn)。傳統(tǒng)的卸灰工藝已無(wú)法滿足國(guó)家環(huán)保與安全生產(chǎn)要求，因此，對(duì)重力除塵灰卸灰工藝進(jìn)行了升級(jí)改造，并增加一套氣力輸送系統(tǒng)，以解決在卸灰及運(yùn)輸過(guò)程中帶來(lái)的環(huán)保及安全問(wèn)題，改善工人的工作條件，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

1 存在問(wèn)題

高爐重力除塵灰成分及參數(shù)見表1 和表2。

表1 高爐重力除塵灰成份 %

表2 高爐重力除塵灰參數(shù)

邯鋼3 200 m3高爐重力除塵灰工藝主要利用重力除塵器中的壓力和除塵灰的自身重力進(jìn)行卸灰。重力除塵灰通過(guò)卸灰閥進(jìn)入螺旋加濕機(jī)噴霧加濕，同時(shí)加濕機(jī)內(nèi)部?jī)筛~片呈左、右螺旋狀分布的葉軸同步旋轉(zhuǎn)，將已加濕的物料連續(xù)地推出料口外排至運(yùn)灰車中[3]。由于整個(gè)卸灰過(guò)程在開放環(huán)境中進(jìn)行，雖采用苫布苫蓋、噴淋灑水，但在排灰和運(yùn)輸過(guò)程中仍有大量灰塵外溢。重力除塵器與高爐爐內(nèi)相通，在卸灰過(guò)程中還會(huì)伴有大量煤氣逸出，從而造成局部煤氣濃度偏高，存在煤氣中毒危險(xiǎn)。

2 改造方案

2.1 系統(tǒng)組成和工作原理

鑒于高爐重力除塵灰的物料特性，氣力輸送系統(tǒng)采用正壓流態(tài)化氣力輸送工藝，主要由倉(cāng)式泵系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、氣源系統(tǒng)、除塵灰回收系統(tǒng)、流化輸送管路系統(tǒng)組成，工藝流程如圖1 所示。

圖1 重力灰氣力輸送系統(tǒng)工藝流程

其工作原理：（1）控制系統(tǒng)檢測(cè)到料倉(cāng)低料位或定時(shí)時(shí)間到，并且系統(tǒng)具備啟動(dòng)條件時(shí)，啟動(dòng)系統(tǒng)；（2）入口圓頂閥打開，物料靠自重落入倉(cāng)泵，落料的過(guò)程中排氣閥打開，使倉(cāng)泵排氣保證落料的通暢；（3）當(dāng)倉(cāng)泵高料位觸發(fā)時(shí)，系統(tǒng)關(guān)閉排氣閥，一定的延時(shí)后關(guān)閉入口圓頂閥，打開加壓進(jìn)氣閥，物料通過(guò)流化彎頭開始輸送；（4）當(dāng)倉(cāng)泵壓力降到設(shè)定值時(shí)，打開排氣閥排氣，系統(tǒng)準(zhǔn)備執(zhí)行下一個(gè)落料周期。

2.2 氣力輸送系統(tǒng)

邯鋼3 200 m3高爐重力除塵灰原有螺旋卸灰系統(tǒng)升級(jí)改造氣力輸送系統(tǒng)從重力除塵器下部液壓閥出口開始，新增安裝側(cè)排三通，一端連接螺旋加濕機(jī)，另一端連接氣力輸送泵，氣力輸送泵通過(guò)輸灰管道將除塵灰輸送至吸排罐車停靠點(diǎn)，輸灰管道采用快速對(duì)接口與吸排車管道對(duì)接，保證除塵灰通過(guò)濃相輸送至吸排罐車內(nèi)。整個(gè)氣力輸送系統(tǒng)采用PLC 系統(tǒng)控制，整體輸送水平距離為8 m，垂直高度為2 m，系統(tǒng)輸送量為75 t/h，氣力輸送系統(tǒng)的輸灰能力可以保證高爐的正常生產(chǎn)需求。

2.2.1 圓頂閥密封設(shè)計(jì)

由于除塵灰粒度小、硬度高的特性，在卸灰過(guò)程中對(duì)閥體磨損較大，容易造成閥體密封不嚴(yán)、損壞等現(xiàn)象。為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，創(chuàng)新采用了充氣式密封圓頂閥。該圓頂閥的開啟和關(guān)閉動(dòng)作是在閥體與閥芯之間以一種無(wú)接觸式的狀態(tài)進(jìn)行，而該圓頂閥在關(guān)閉后其閥體內(nèi)獨(dú)特的充氣密封裝置可自動(dòng)將閥內(nèi)通道牢固的密封，并使該圓頂閥一側(cè)的輸送空腔處于可靠的壓力輸送狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了閥體內(nèi)物料的無(wú)阻礙的流動(dòng)，以及該閥在啟、閉過(guò)程中閥體與閥芯間無(wú)接觸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得圓頂閥在物料流動(dòng)中和閥的啟、閉中做到了無(wú)磨損，保證了整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，同時(shí)解決了氣力輸送系統(tǒng)上閥門的磨損問(wèn)題。

2.2.2 流化彎頭設(shè)計(jì)

PD 濃相輸送泵出口彎頭采用全新設(shè)計(jì)的流化彎頭，該彎頭安裝于泵體出口，彎頭在使物料改變方向的同時(shí)，通過(guò)流線過(guò)渡設(shè)計(jì)，保證截面的過(guò)渡符合料氣混合物的變化特性，將出口彎頭處的阻力降至最低。同時(shí)，在彎頭法蘭處增加流化氣來(lái)保證泵出口處物料的充分流化，還能起到清吹彎頭的作用。與常規(guī)的焊接彎頭和T型三通相比，既能降低泵體的整體高度，又能保證料氣混合物的通暢輸送。

2.2.3 特殊密封設(shè)計(jì)

重力除塵器內(nèi)部有約0.2 MPa 的輸送壓力，如果直接用倉(cāng)泵入口閥落料上游的壓力會(huì)對(duì)氣力輸送倉(cāng)泵和倉(cāng)泵入口閥造成很大沖擊，很容易造成氣力輸送倉(cāng)泵和入口閥門損壞，系統(tǒng)創(chuàng)新采用鎖氣卸灰閥+圓頂閥的組合設(shè)計(jì)，鎖氣卸灰閥+上方一定高度的料位可以將上游壓力減小至50 kPa以下，從而保證圓頂閥的正常工作，延長(zhǎng)圓頂閥的使用壽命，同時(shí)保證了系統(tǒng)的密封，比傳統(tǒng)的球閥+插板閥的壽命大大提高。需在鎖氣卸灰閥軸封增加氮?dú)饷芊?，以免鎖氣卸灰閥在旋轉(zhuǎn)時(shí)上游高壓將粉塵擠入卸灰閥軸封，造成密封和軸承損壞。鎖氣卸灰閥+圓頂閥組合設(shè)計(jì)如圖2 所示。

圖2 鎖氣卸灰閥+圓頂閥組合設(shè)計(jì)

2.2.4 一鍵卸灰設(shè)計(jì)

氣力輸送控制系統(tǒng)采用PLC 控制。設(shè)置以PLC 加上位機(jī)為核心的完整的檢測(cè)、連鎖和保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)以LCD/鍵盤和鼠標(biāo)作為監(jiān)視和控制中心，對(duì)整個(gè)氣力輸送系統(tǒng)集中控制。自動(dòng)化水平使運(yùn)行人員無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)人員的干預(yù)，在主控制室內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)氣力輸送設(shè)備及其附屬系統(tǒng)啟/停的控制，正常運(yùn)行的監(jiān)視和調(diào)整，系統(tǒng)運(yùn)行異常與事故工況的處理。在主控制室布置氣力輸送系統(tǒng)操作員站，完成對(duì)氣力輸送系統(tǒng)工藝的監(jiān)視、控制。當(dāng)吸排罐車到位，輸灰管與吸排罐車手動(dòng)連接完畢，在操作箱手動(dòng)操作一鍵卸灰開啟按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)完成卸灰過(guò)程。

3 應(yīng)用效果

邯鋼3 200 m3高爐重力除塵灰氣力輸送系統(tǒng)投入以后，實(shí)現(xiàn)了重力除塵灰卸灰的自動(dòng)化控制，可自動(dòng)、遠(yuǎn)程、就地控制，操作方便，節(jié)約了人力、物力，簡(jiǎn)化了卸灰流程，卸灰效率相對(duì)傳統(tǒng)方式有較大提升；實(shí)現(xiàn)了在全封閉條件下進(jìn)行卸灰及運(yùn)輸操作，避免了二次揚(yáng)塵污染，解決了煤氣安全問(wèn)題，保證了操作人員的安全。此次升級(jí)改造保留了原有的螺旋加濕機(jī)卸灰工藝設(shè)備，當(dāng)氣力輸送系統(tǒng)進(jìn)行檢修或設(shè)備故障導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行卸灰操作時(shí)，可通過(guò)原有設(shè)備進(jìn)行卸灰，保證正常生產(chǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

高爐重力除塵灰具有灰量大、密度高、壓力高、溫度高并伴有煤氣等特點(diǎn)，其卸灰操作相比一般環(huán)境下除塵灰要求更為嚴(yán)格，氣力輸送技術(shù)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、布置靈活、輸送效率高、封閉性高等特點(diǎn)，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。與傳統(tǒng)機(jī)械輸灰工藝相比，極大地改善了卸灰過(guò)程中造成的揚(yáng)灰及煤氣泄漏，從源頭杜絕了二次污染；利用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)手段，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了一鍵卸灰操作，保證了系統(tǒng)無(wú)人化安全運(yùn)行。隨著社會(huì)對(duì)環(huán)保的日益重視和國(guó)家對(duì)污染治理的力度加大，鋼企必須實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，降低污染排放指標(biāo)，重力除塵灰氣力輸送系統(tǒng)在邯鋼3 200 m3高爐的成功應(yīng)用，為行業(yè)內(nèi)重力除塵灰污染治理提供了一種安全、環(huán)保的處理方案，應(yīng)用前景廣闊。