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大高爐爐前設備配置探討

發布時間:2017-11-14

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大高爐爐前設備配置探討周龍義U匕京鋼鐵設計研究總院)設備最佳配置問題。

由于歷史原因,我國多數鋼鐵廠緊靠大中城市,鋼鐵廠產生的煙塵不但對廠內員工有影響,對城區空氣質量及居民生活也有一定影響,因而越來越受到地方政府及附近居民的關注。出鐵場(尤其是鐵口附近的爐前區域)是整個高爐車間操作人員最多、工作條件最差、自動化程度最低的地方,也是高爐工序除塵的重點和難點。據統計,每生產it鐵水,出鐵場平均產生約22.5kg煙塵,即一座日產5000t鐵水的高爐其出鐵場的煙塵量超過10t/天,電鍋爐,電磁鍋爐,電磁感應加熱爐,電磁感應開水爐張家口冠新環保科技有限公司http://www.39kka.com且部分煙塵粒徑很小,屬于微粒。隨著人們對生存、工作環境的重視,出鐵場煙塵控制已成為鋼鐵廠環保工作的重點之一。近年來關于鋼鐵廠煙塵對市區空氣質量影響的爭論已成為公眾關注的話題之一。

04聯系人:周龍義高級工程師(100053)北京市宣武區北京鋼鐵設計研究總院煉鐵室22 1999年處于某大城市上風向的某鋼鐵廠被環保部門責令限期增設出鐵場除塵設施。受環保要求日益嚴格等因素影響,高爐如何以較低成本實現清潔生產已成為煉鐵工作者必須解決的問題。

出鐵場主要揚塵點是渣鐵流經處,一半以上煙塵產生于鐵口、撇渣器、擺動流嘴等處。主溝后段、撇渣器、鐵溝、渣溝和擺動流嘴等處易于設固定溝蓋或煙罩,除塵比較容易。而包括鐵口和主溝前段的鐵口區因開堵鐵口時泥炮、開口機位于此處,和操作者需隨時監視出鐵時鐵口情況等原因,無法設固定溝蓋或煙罩。另外,該處上方有風口平臺、側面有泥炮、開口機等設備,吸塵設施布置受到很大限制,鐵口區是出鐵場除塵的難點。爐前設備配置是否合理、選型是否合適不但與高爐正常生產、爐前操作密切相關,而且與除塵系統投資、運行費用、除塵效果等有直接關系。

爐前設備的基本功能是及時開、堵鐵口,滿足高爐出鐵要求。現在一般所說的爐前設備是指泥炮和開口機,即爐前二大件。筆者認為大高爐爐前設備應具備開、堵鐵口與吸塵的雙重功能,現有爐前設備能夠滿足開、堵鐵口要求,而在吸塵方面有待改進。本文在簡述爐前設備現狀、分析鐵口區煙塵產生及分布情況的基礎上,從以較低的成本實現鐵口區煙塵控制角度,對爐前設備的選型與匹配問題提出個人見解,供大家。

2鐵口區煙塵與爐前設備< 2.1鐵口區煙塵的特點與除塵的必要性高溫液態渣鐵從爐內流出時,由高壓變到常壓,并在鐵口處有跌落,渣鐵中所含煙塵逸出,并與空氣發生反應,同時高溫液態渣鐵本身與相對較冷泥料及空氣接觸、反應,產生大量煙塵。一般把正常出鐵期間產生的煙塵稱為一次煙塵,開、電鍋爐,電磁鍋爐,電磁感應加熱爐,電磁感應開水爐張家口冠新環保科技有限公司http://www.39kka.com堵鐵口時產生的煙塵稱為二次煙塵。鐵口區煙塵量約占出鐵場煙塵總量的30%,其中一次煙塵和二次煙塵大約各占一半,粒徑小于10fxm的約占三分之二。

鐵口區一次煙塵的特點是:產生速度(單位時間內煙塵產生量)并不大,持續時間相對較長;二次煙塵的特點是:煙塵產生速度較大,煙塵的塵粒很小,1Mm以下的占60%以上。

一般地,煙塵中粒徑大于10yin的稱為灰塵,沉降速度較快;粒徑在10。1ym的稱為塵霧,沉降速度很慢,能在空氣中浮游數天乃至數年。粒徑5以下的粉塵微粒為可吸人粉塵,對人體健康有直接危害。早在70。年代,一些發達國家就開始控制微粒的排放,如美國、法國規定3fim以下的固體粒子為微粒,瑞士定為10以下,瑞典和德國定為7111以下。近年來我國開始重視微粒物的排放,一些大城市的空氣質量日報中已將可吸人顆粒物一項列人其中。

鐵口區煙塵(尤其是二次煙塵)粒徑小,對環境和操作人員有一定影響。若不對其進行捕集,彌漫在車間內的煙塵只能靠廠房自然通風外排。出鐵場廠房自然排風可在一定程度上改善車間內環境,但爐前作業環境改善不大,而且排到廠房外的煙塵對大氣環境仍有污染。完善出鐵場除塵系統包括一次除塵和二次除塵兩部分,我國現有近50座1000m3以上大高爐中,多數高爐只有一次除塵。有二次除塵的很少,其主要原因是現有二次除塵系統的建設及運行費用太高。我國的大鋼鐵廠幾乎都在大城市附近,大高爐設完善出鐵場除塵系統是必然趨勢,關鍵問題是如何降低二次除塵系統的投資及運行費用。

2。2鐵口區除塵與爐前設備設置國外從70年代開始對出鐵場煙塵進行全面控制,我國對出鐵場煙塵的全面控制始于寶鋼1號高爐。國內外的出鐵場煙塵控制都是通過在揚塵點加蓋、加罩和負壓抽風實現的,蓋、罩的嚴密程度及抽風點的設置方式與除塵系統的風量、除塵效果、系統投資、運行費用、爐前設備的設置等都有直接關系。

鐵口區一次除塵方式與爐前設備三大件。大高爐正常出鐵時一次煙塵產生速度并不大,為減少抽風量,一般將主溝前段加蓋,并設揭蓋機操作,正常出鐵時蓋上,開、堵鐵口時移開。生產經驗表明,主溝前段加蓋既能以較小風量吸走主溝前段產生的一次煙塵,還能減少主溝溝邊濺渣。有些高爐主溝前段不加蓋,在風口平臺下、主溝側上方設吸塵口,靠大風量吸塵。與主溝前段加蓋相比,這種側吸塵方式達到同樣吸塵效果所需風量要大得多,原因是:①吸氣氣流與煙塵氣流方向不一致;②揚塵點有幾米長而吸塵口相對較小且距揚塵點較遠。主溝前段加蓋并選用合適的揭蓋機是實現鐵口區一次除塵的較好方式。揭蓋機與泥炮、開口機構成爐前設備三大件。

鐵口區二次除塵與爐前設備四大件。吸塵設施是二次除塵系統的重要組成部分,它既受到泥炮、開口機、揭蓋機的制約,又直接影響二次除塵系統的規模及除塵效果,并與爐前操作密切相關。設二次除塵系統,爐前設備就擴展到泥炮、開口機、揭蓋機和吸塵設施四大件。

3爐前設備的現狀泥炮與開口機泥炮。目前在用的泥炮中比較典型的有DDS式、PW式、BG式、MHG式等,其中前兩種采用傾斜回轉軸,全部動作由兩個液壓缸完成,結構簡單,剛度大。國外高爐采用DDS式、PW式泥炮較多,國內有數座高爐采用了DDS式泥炮。

開口機。國內大高爐所用的開口機形式很多:從安裝方式分有懸掛式和落地式(帶提升機構或不帶提升機構);按安裝位置分有與泥炮同側和異側;按傳動方式分有電動、全氣動、氣液動、全液動;按開口方式分有單向振打加鉆孔和雙向振打插棒式開孔等。國內已有多座高爐采用了全液壓開口機,80年代以來,我國新建、改建了數十座1OOO。m3以上大高爐,引進了多種先進的爐前設備,并在消化、移植和創新方面做了大量工作。現有泥炮和開口機的機械結構已趨于完善,近年來所作改進主要在于設備的自動化水平、機電液一體化程度、可靠性的提高。

揭蓋機國內大高爐所用的揭蓋機形式較多,大都屬于懸臂吊類(墻式或落地式),與溝蓋間用鏈子或鋼絲繩等柔性件聯接。這類揭蓋機的缺點是:①操作中存在溝蓋晃動現象,對位操作較煩;②主溝上方風口平臺局部較窄,該處風口設備的維修更換不便。國外從70年代開始用專用揭蓋機,它與溝蓋間采用硬聯接,不存在上述問題。國外使用的專用揭蓋機有56種,其中橫移小車式和液壓連桿式揭蓋機應用較多。寶鋼3號高爐采用了國產橫移小車揭蓋機(也稱移蓋機)。國內外的生產經驗都表明,采用專用揭蓋機吊運溝蓋比用懸臂吊有很多優點。揭蓋機性能與鐵口區除塵效果、爐前操作、鐵口能否按時開、堵等都有24密切關系。國內在揭蓋機引進、開發方面所做工作與泥炮、開口機相比少得多,有待加強。3.3二次吸塵設施現有二次吸塵設施(方案)主要有以下幾種。

大垂幕。它由一面固定、三面可升降的垂幕在爐前形成一個大吸塵罩,垂幕頂部接吸風管。垂幕下降后可吸走鐵口區煙塵。其特點是:①垂幕降下時二次除塵效果較好,但操作中一般作不到經常升降垂幕;②垂幕下降后廠房吊車行程受到限制;③不能改善垂幕內環境;④投資及運行費用高。

局部排煙罩。在熱風圍管外側、主溝前段上方設吸塵罩。有時為不妨礙廠房吊車,將罩的一部分做成活動的,即為局部活動排煙罩。這種吸塵設施的投資低于大垂幕,對出鐵場吊車作業沒有影響。

局部密閉室。用隔墻把鐵口區圍成只有一面敞開的小空間,泥炮、揭蓋機也在其中,通過抽風管對該空間進行抽風排煙。這種吸塵方式要求泥炮、揭蓋機等爐前設備具有較高的裝備水平,如能遙控、維修量小等。

屋頂式集塵和回轉式吸塵罩。前者在廠房架上設隔板,利用上升氣流集塵;后者在風口平臺外的主溝上方設回轉吸塵罩。

4爐前設備配置與經濟的二次除塵4.1爐前設備配置、二次吸塵設施及其與-二次除塵系統間關系國內大高爐多不設二次除塵系統的主要原因是投資高,動力消耗大,如寶鋼1號高爐二次除塵系統占出鐵場除塵系統總投資的半左右。投資高、動力消耗大的直接原因是工次除塵所需風量大,而決定二次除塵系統風量大小及除塵效果的最主要因素是吸塵設施的形式。以寶鋼高爐為例,3座高爐鐵口區的工況基本相同,因吸塵設施形式不同,二次除塵系統設計風量相差很多。1號高爐大垂幕下口面積約為225m2,距出鐵場表面4分6m,設計風量11局部活動排煙罩罩口面積約40m2,高于出鐵場表面約7m,設計風量10 000m3/min;3號高爐的局部密閉室只有一面敞開,設計開發出技術上先進、經濟上可行的二次吸塵設施是實現經濟的二次除塵的前提,為此,必須從兩方面人手:①爐前設備選型時,泥炮、開口機、揭蓋機的選型要在滿足各自工藝要求的同時,為實現吸塵設施的“通、近、順、封、便”提供條件;②確定吸塵方式時,除考慮除塵系統自身的合理性外,還要考慮爐前設備的裝備水平和操作維護等是否與之相匹配。

以往在泥炮、開口機、揭蓋機選型時對滿足工藝要求、操作維修方便等方面考慮較多,而在這三大件與二次吸塵設施間匹配關系上考慮較少。只有爐前四大件統籌兼顧,才可能使二次除塵系統取得投人少、除塵效果好、操作方便的效果。否則會事倍功半,國內外這方面的經驗、教訓都有。通過選擇合適的吸塵設施減少二次除塵系統的風量,以較低的投入實現二次除塵是完全可能的。

4.2"對二次吸塵設施的設想理論計算及實驗表明:①吸風時,吸風口外一點的氣流流速與該點至吸風口的距離平方成反比,在距吸風口僅1倍直徑處風速就降到了吸風口風速的十分之一;②吹風時,在距吹風口30倍直徑處風速才降至吹風口風速的十分之一。基于此,分析已有二次吸塵設施的特點,并受吹吸集塵罩和空氣幕門的啟發,筆者構思了一種可回轉吹吸式吸塵方案:在主溝前段的兩側豎向吹風形成風幕阻止二次煙塵向兩側擴散,在風口平臺外側設可回轉吸風罩將二次煙塵吸走,吸塵罩的回轉軸設在爐身框架柱上。新方案的特點是:(1)兩側風幕、風口平臺及出鐵場將主溝前段的上下左右四面圍住,鐵口上方及風口平臺外側回轉吸風罩將煙塵從兩邊吸走。

氣幕是透明和可通行的,對爐前操作無影響。

煙塵被圍在狹小區域內,吸塵口離塵源較近。風幕由正壓射流形成的,所需風量比負壓抽風少得多,可大幅度降低二次除塵系統的投資及運行費用。

吸塵罩為回轉式,其活動范圍與爐前懸臂吊類似,對出鐵場吊車作業無影響。

風幕吹風口無機械傳動件。吸塵罩的回轉軸在爐身框架柱上,前部無傳動件,吸塵設施可靠性好。

國內外高爐二次除塵均采用局部排風方式,從爐前設備裝備水平、便于操作維護、減少配套設施投資等方面考慮,筆者認為在多數情況下“傾斜回轉軸式泥炮+與泥炮位于主溝同側的開口機+液壓連桿式揭蓋機+回轉吹吸式吸塵罩”是較佳組合。它們可共用一個液壓站,具有可靠性好、操作方便、吸塵效果與經濟性均好等優點。對于渣鐵溝布置比較特殊的高爐,可通過選擇合適的爐前設備組合獲得同樣的效果。

S結語受多種因素影響,鋼鐵企業面臨著嚴峻的經濟形勢。對于產品比較單一的煉鐵高爐而言,以低成本滿足環保要求是企業生存、發展的基礎。

二次煙塵對環境和操作人員的影響不容忽視,需對大高爐出鐵場煙塵進行全面控制。吸塵設施的形式是影響二次除塵系統投資及運行費用的主要因素,并與爐前操作有很大關系。

為實施經濟的二次除塵,大高爐爐前設備應包括泥炮、開口機、揭蓋機和二次吸塵設施四大件,設備選型要四大件統籌兼顧。

應加強揭蓋機和二次吸塵設施的開發,并加強對爐前設備匹配關系的研究。

根據其他行業的相關經驗及鐵口區的特點,采用可回轉吹吸式吸塵方式有望實現經濟的二次除塵,建議對此方案進行深人研究。

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