陳清華^① 張德仁

(邯鋼能嘉鋼鐵有限公司煉鐵廠 邯鄲 056403)

摘要：隨著鋼鐵行業的競爭加劇,降低冶煉成本是提高鋼鐵企業競爭力的重要措施。 65t 中速磨制粉及噴煤,擔負著煉鐵廠高爐煤粉制備及噴吹的任務,在煉鐵生產中產生大量的除塵灰、脫硫脫硝廢活性炭粉、焦化除塵灰等固廢,易產生二次污染,處置十分困難,通過對噴吹固廢種類對比選擇及添加比例計算,制定了固廢的添加工藝,對原有 4 #噴煤罐進行設備改造,使用罐車接收固廢,并通過氣力輸送管道將固廢均勻地添加到原煤中, 與原煤混合磨制,然后通過噴煤罐噴到高爐內部燃燒。 噴吹固廢后,煤粉成分無明顯變化,同時更有利于煤粉磨細,提高煤粉粒度,增加了磨機臺時產量,大幅降低噴吹燃料成本。 對生產實踐中存在的問題,提出了改進方案,既解決了廠內固廢污染、難以處理的環保難題,又創造了十分可觀的經濟效益。

關鍵詞：高爐；噴吹；固廢

1 前言

高爐噴煤是現代高爐煉鐵技術具有革命性的重大措施,以價格低廉的煤粉部分替代價格昂貴而日趨匱乏的冶金焦炭,大幅降低生鐵成本。 隨著鋼鐵行業的競爭加劇, 降低冶煉成本是提高鋼鐵企業競爭力的重要措施。65t中速磨制粉及噴煤,擔負著煉鐵廠高爐煤粉制備及噴吹的任務。

在煉鐵生產中產生大量的除塵灰、碳粉等大量的固廢,這些固廢炭、鐵元素含量比較高,例如焦化除塵灰,固定碳含量在 70%以上,性質與無煙煤特別接近,高爐噴吹煤可以配加適當比例的除塵灰,降低噴煤成本。 高爐爐前除塵灰鐵含量 60%以上,若直接從風口噴吹到高爐,有很大的冶煉價值,同時煤粉中添加含鐵物質能提高煤粉的燃燒效率。 但這些物質通常為粉狀,難以取配、運輸,易產生二次污染。 一般作為燒結原燃料,但對燒結礦質量有影響,也不利于煙氣處理,影響超低排放達標。 同時有些固廢中硫、灰分、堿金屬等有害物質成分偏高,回收利用過程中無法有效除去,也導致固廢難于有效利用。 燒結產生的脫硫脫硝廢活性炭粉無法處理,如果這些固廢混入煤粉中,可以大大降低噴煤成本。

2 噴吹固廢理論分析

2. 1 邯鋼高爐噴煤基本情況

邯鋼高爐噴煤起步較早,經歷了從 8t 球磨機制粉到65t 中速磨制粉,從手動操作到全自動噴煤多次升級,目前是 65t 中速磨機集中制粉、直接噴吹的工藝。 噴吹煤粉是無煙煤、煙煤混合煤粉,煤粉揮發份按照 22±1%控制,具體成分如表 1 所示。

2. 2 噴吹固廢種類選擇及添加比例

在煉鐵生產中,會產生大量固廢,如焦化除塵灰、高爐爐前除塵灰、高爐布袋除塵灰、燒結脫硫脫硝產生的碳粉等,這些物質粒度小,不易回收,且部分有害成本比較高, 難以利用。 這些固廢一般作為燒結原料、燃料回收,但由于粒度太細,容易被氣流抽走,對燒結礦產量、質量造成影響,也不利于煙氣處理,影響超低排放達標,固廢的回收利用成為難題。

通過分析發現,這些固廢鐵、碳都非常高,如焦化除塵灰成分類似焦炭、高爐爐前除塵灰鐵含量約占60%,都有很高的利用價值。 具體成分如表 2、表 3所示。

從表 2 中可以看出,活性炭粉、焦化除塵灰成分與煤粉成分最接近。 從表 3 中可以看出,高爐除塵灰含鐵量高接近礦粉,但是含有害元素。 如果將這些固廢添加到噴吹煤粉中,控制好添加比例,在不影響高爐生產的情況下,直接噴吹到高爐進行冶煉,既能解決固廢處理環保問題,又能創造經濟效益。

2. 3 固廢添加后,煤粉成分的計算^[1] 

焦化除塵灰分成分基本與焦炭類似,本次不計算。 活性炭粉因硫份比較高,對硫份計算如下:

關于故固廢添加比例系數 K 值計算:

式中 K—固廢添加比例系數,取 3%;

S固廢 —固廢中硫含量,取 4%;

S煤粉 —煤粉中硫含量,取 0. 43%。

此時添加固廢后煤粉硫含量 S混合 = 0. 537%,與未添加固廢相比,煤粉灰分變化不大,滿足高爐冶煉要求。

由于煉鐵限產且煤比不高,日均噴煤量約 1500t,為保證配吃后煤粉成分穩定,固廢添加配比按照 3%控制,日均消耗固廢 45t,可利用固廢量充足,所以優先考慮成分與煤粉接近的活性炭粉、焦化除塵灰。 如果高爐噴煤量增大到2000t / 日以上,以上可以考慮添加高爐爐前除塵灰等固廢。

除塵灰添加比例按照全活性炭粉、焦化除塵灰不超總煤粉量的 3%,根據實際生產情況確定。

3 制定固廢的添加工藝

3. 1固廢添加的要求

固廢添加到噴吹煤中要求均勻準確,根據生產要求添加量控制在 24%,固廢的成分性質與噴吹煤不同,如果不能按照要求均勻準確添加,則添加后煤粉成分將發生改變,不利于爐況的穩定,同時固廢多為粉狀,容易造成粉塵污染,所以在工藝制定時要避免環境污染。

3. 2 工藝的制定

在工藝制定的初期,采用直接把固廢摻到原煤中混合,通過皮帶輸送到磨機進行制粉。 但是對環境污染嚴重,汽車向原煤中傾倒固廢時揚塵嚴重,同時在皮帶輸送過程中,也有大量揚塵,達不到環保要求。 于是在汽車卸料點、皮帶通廊試點增加霧化噴淋裝置,通過水霧抑塵,但效果不好,抑塵效果差,原煤水分增加,地面泥濘、衛生難打掃。 通過試驗,將固廢直接添加到原煤中工藝不可取。

為避免固廢粉塵污染,決定采用與輸煤工藝類似的氣力輸送。 因噴煤采用的是集中制粉+輸煤的工藝,在制粉廠房就有輸煤罐,改造輸煤罐接收固廢,通過氣力輸送將固廢均勻的添加到原煤中進行磨制。 輸煤罐可通過壓力、流量控制固廢的輸送速度,實現均勻準確添加,同時磨機制粉系統內是負壓,可直接接收,不需再增加布袋收粉設備。

磨機接收固廢點的設置:在磨機接收固廢位置,開始考慮用磨機本體側面有煤粉返回孔,該返回孔可對異常煤粉進行回收,但由于該孔為側面吹入,影響磨機內部氣流分布,對磨機錐體部分造成磨損,且固廢與原煤由于沒有混合,從不同路徑進入磨機,導致原煤、固廢混合不均勻。

為確保固廢能與原煤充分混合,把固廢接收位置改為給煤機下的落煤管處,落煤管直接與磨機相連,內部為負壓,原煤、固廢通過落煤管落到磨機的磨碗中央,一同進行磨制。 由于使固廢、原煤混合均勻,水分、粒度、溫度等符合噴吹要求,磨制后的固廢隨同煤粉一起進入到噴吹罐中,通過噴吹罐噴入高爐,固廢在高爐風口內替代部分煤粉燃燒,減少煤粉用量,降低冶煉成本。

4 噴吹固廢設備改造

4. 1 改造要求

充分利舊現有設備,投資最低,改造后設備運行穩定, 維護方便。

4. 2 改造方案

利用 4 #噴煤罐,對輸煤罐出口、放散等位置進行改造, 使其能夠通過罐車接收固廢,并通過氣力輸送管道將固廢均勻地添加到原煤中,如圖 1 所示。

4. 2. 1 裝料系統改造

在 4 #噴煤罐人孔蓋上部開孔連接 DN100 厚壁管道及手動球閥 DN100、氣動球閥 DN100 引至地面,使用金屬軟連接快速連接到吸排車出料口。 從氮氣包(壓力 0. 6MPa) 上引 DN50 氮氣管道使用金屬軟連接快速連接到吸排車充氣口,這樣廢固廢可以順利地輸到噴煤罐內。 使用氮氣充壓輸送,可以降低系統氧含量,保障系統安全運行。

4. 2. 2 排壓系統改造

裝料過程中排壓,實現順利裝料。 對 4 #噴煤罐放散排壓管道進行改造,在原放散管道上方安裝 DN250 手動半球閥,旁路安裝 2 臺 DN250 手動半球閥,自行設計了放散過濾器安裝在手動半球閥中間,方便檢修,放散過濾孔板孔徑 3mm、孔數約 1200 個,保證流通面積 7850mm² 以上,即不小于 DN100 孔的面積,既保證大顆粒不堵高爐煤槍,又保證了噴煤罐正常排壓、裝料。

4. 2. 3 出料系統改造

噴煤罐出口手動球閥 DN100、氣動球閥 DN100、補氣器 DN100 利舊,另制作 DN100 厚壁管、安裝壓力變送器、利用閑置的陶瓷彎頭連接到 2 # 給煤機下料口,輸送到磨機,實現了固廢磨制。 安裝 4 個吹掃頭、2 個短節,方便堵塞時清理積料。

4. 2. 4 自動化改造

所有氣動閥門、儀表壓力變送器進 PLC 電氣柜,實現自動控制。 在磨機開機期間,在主控室操作各閥門、調節氣量,實現廢固廢輸送快慢調節,減少煤粉中含硫量對高爐爐礦的影響。

對原設備進行改造后,實現了固廢的裝料、出料、排壓流程的自動控制,操作方便、簡單、易于維護,通過試驗改進,設備運行平穩,高爐冶煉無異常反應。

5 高爐噴吹固廢效果

自從開始添加固廢,受噴煤量限制,消耗固廢量不高, 每日維持 30t 左右,解決了固廢無法外排問題。由于噴吹固廢比例控制在 3%以下,煤粉成分穩定合格,高爐無異常反應。

噴吹固廢對煤粉成分的影響:灰分、揮發份、硫分、固定碳無明顯變化,其中揮發份改變是為降低噴煤成本,按照廠部要求提高煙煤比,使揮發份提高。 活性炭粉硫份較原煤高,但由于添加量比較低,添加固廢后硫份略有升高, 無明顯變化。 噴吹固廢量與煤粉成分對比如表 4 所示。

噴吹固廢對煤粉粒度、水分的影響:由于固廢水分低于原煤,故添加后水分變化不大。 煤粉粒度在添加固廢后有所提高。 因活性炭粉、焦化除塵灰硬度均比原煤大,且為小顆粒狀,當原煤中添加這些固廢后,在磨機碾磨過程中,固廢起到磨砂的作用,有利于把煤粉磨細,所以添加固廢后煤粉粒度有所增加,同時提高了磨機臺時產量。

綜上,噴吹固廢后,煤粉成分無明顯變化,均符合規定要求。 同時添加固廢后更有利于煤粉磨細,提高粒度,增加磨機臺時產量。

6 生產實踐中存在的問題及處理

6. 1 設備磨損

活性炭粉、焦化除塵灰等固廢,硬度大,對輸送設備磨損嚴重。 普通碳鋼的輸送管道彎頭運行 3 天就磨漏,為解決管道磨損問題采取了以下措施:

1)彎頭更換內部帶陶瓷的耐磨彎頭,同時彎頭外部做包箱,包箱內填充耐磨陶瓷料。

2)固廢輸送過程中,降低輸煤罐壓和輸送氮氣量,使固廢在管道內流動速度變慢,減小對管道的磨損。

3)固廢管道與給煤機連接處彎頭磨損最嚴重,改為法蘭連接,可快速更換,更換的磨損彎頭也能進行修復,二次利用,降低維護成本。

6. 2 超低壓輸送工藝,實現固廢均勻添加

按照工藝要求固廢添加比例不超 3%。 三臺 65t 中速磨機運行時總給煤量約 200t,每小時固廢輸送量最大為6t,而噴煤罐是按照 3200m³高爐噴煤要求設計,最小噴煤量為 20t / h,為實現固廢均勻添加,降低輸送速度,減小固廢對設備的磨損。 采取以下措施:降低罐壓及輸送氮氣量,罐壓由正常輸送的 7kg 降低為 1kg,輸送氮氣量由2000m³ / h降低為 200m³ / h,固廢輸送速度控制在 5-7t / h,實現了固廢均勻添加和減小設備磨損。

7 結論

國內某鋼鐵廠高爐噴吹固廢用于生產實踐,固廢添加比例 3%,但由于工藝設計復雜,采用遠距離輸送工藝,增加了單獨輸送管、卸壓布袋等設備,投資大、設備復雜、維護工作量大。 邯鋼高爐噴吹固廢技術相比有著顯著地進步,對原有設備簡單改造,投資小、操作簡單、維護方便,運行一年多來,既解決了廠內固廢污染、難以處理的環保難題,又實現了固廢回收再利用,降低了原燃料成本,創造了十分可觀的經濟效益。

參考文獻

[1]劉永剛. 高爐噴吹鐵前固廢的研究及實踐. 2020 年第八屆煉鐵對標、節能降本及新技術研討會,2020,9.