高爐水沖渣系統(tǒng)節(jié)能改造

賈友劍，薛鵬，蔣彥剛

（山鋼股份萊蕪分公司，山東萊蕪 271104）

節(jié)能減排

高爐水沖渣系統(tǒng)節(jié)能改造

賈友劍，薛鵬，蔣彥剛

（山鋼股份萊蕪分公司，山東萊蕪 271104）

為了有效降低高爐沖渣系統(tǒng)動力運行成本，采取焦化廢水替代新水、高爐渣溝密封、應(yīng)用管改溝、提高沖渣水泵運行效率、利用沖渣循環(huán)水余熱等措施，有效降低了高爐沖系統(tǒng)水電動力成本，同時降低了生活區(qū)域蒸汽消耗量，年節(jié)約動力成本2 000余萬元。

高爐；渣池；圖拉法；水泵；換熱器

1 前言

山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠現(xiàn)有6座高爐，年產(chǎn)生鐵480余萬t，水渣192萬t，除3#高爐外其他高爐采用水力沖渣，其中1#、2#、4#高爐共用1座沖渣水池，5#、6#高爐共用1個循環(huán)水池。高爐沖渣系統(tǒng)循環(huán)水泵20余臺，沖渣系統(tǒng)總循環(huán)水量19 500 m3/h，耗水量200 m3/h。動力運行成本4 364萬元/a，其中電耗成本3 500萬元/a，新水成本864萬元/a。為此，采取多種節(jié)能降耗技術(shù)，尤其是在高爐沖渣系統(tǒng)進行節(jié)能改造，以有效降低高爐沖渣系統(tǒng)運行成本。

2 存在問題分析

2.1 高爐沖渣系統(tǒng)耗水較高

高爐沖渣系統(tǒng)設(shè)計噸渣耗水量1 m3，由于高爐沖渣系統(tǒng)循環(huán)水溫高，導(dǎo)致高爐沖渣循環(huán)水泵振動，效率下降，渣溝泛渣、跑水較為嚴重，造成不必要的水資源浪費，高爐噸渣水耗高達1.4 m3。

2.2 高爐渣溝蓋板密封效果差

1#、2#高爐冶煉過程中產(chǎn)生的熔渣，通過水力沖渣方式對熔渣進行水淬，水淬后的渣水混合物經(jīng)過高爐渣溝流至高爐水渣過濾池，過濾后的沖渣循環(huán)水再被循環(huán)水泵加壓實現(xiàn)循環(huán)使用，水渣通過汽車或火車運輸外運回收利用。熔淬后的渣水混合物在渣溝中的溫度高達85～108℃，且含有硫等腐蝕物質(zhì)，由于蓋板之間及蓋板與溝壁之間的縫隙無法實現(xiàn)可靠密封，導(dǎo)致高爐渣溝區(qū)域蒸汽外溢，嚴重影響渣溝區(qū)域的金屬結(jié)構(gòu)件的使用壽命。

2.3 冷卻設(shè)備老化嚴重

3#高爐于2002年10月份投產(chǎn)，2008年6—7月對高爐進行擴容大修改造。3#高爐圖拉法冷卻系統(tǒng)采用循環(huán)冷卻水泵2臺、冷卻塔2臺，正常生產(chǎn)時采用一用一備的運行方式。隨著冷卻塔運行年限的增長，冷卻塔布水系統(tǒng)及布水噴頭堵塞，無法形成均勻的霧狀水流，影響冷卻效果；且冷卻塔收水器老化破壞嚴重，風(fēng)機將冷凝水直排至大氣中，增大冷凝水泄漏量。

2.4 回水管道磨損嚴重

高爐圖拉法回水系統(tǒng)采用DN600的螺旋焊管焊接而成，利用圖拉法沉渣井及渣池的高差自流回渣池循環(huán)使用。由于使用年限較長，管道腐蝕、磨損嚴重，存在漏水、跑汽現(xiàn)象，嚴重制約高爐渣處理系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

2.5 沖渣循環(huán)水余熱未回收利用

5 座高爐使用水力沖渣，水力沖渣無冷卻設(shè)備，全部依靠渣池、渣溝自然冷卻散熱。沖渣系統(tǒng)循環(huán)水平均水溫85℃，最高溫度為108℃；老區(qū)渣池總?cè)莘e為5 000 m3，循環(huán)量約為9 000 m3/h；二區(qū)渣池為5#、6#爐共用，總?cè)莘e為6 000 m3，循環(huán)量約為6 000 m3/h。高爐熔渣的比熱容約為1.2 kJ/（kg·℃）［1］，其溫度一般在1 400℃左右，年產(chǎn)渣量200余萬t，余熱資源豐富，未有效回收利用造成能源浪費。

3 高爐沖渣系統(tǒng)節(jié)能改造

3.1 高爐沖渣系統(tǒng)節(jié)水改造

3.1.1 焦化廢水替代沖渣補充新水

焦化蒸氨廢水采用國內(nèi)最先進的A2O廢水處理系統(tǒng)，處理能力達140 t/h。焦化蒸氨廢水在通過厭氧池、缺氧池、好氧池、MBR膜池等廢水工藝，實現(xiàn)焦化廢水達標，滿足高爐沖渣循環(huán)水補水的需要。經(jīng)現(xiàn)場勘察，在焦化廠蒸氨廢水排水池處安裝2臺流量60 m3/h、揚程40 m的離心泵，將處理后的蒸氨廢水分別引入老區(qū)沖渣系統(tǒng)和二區(qū)沖渣系統(tǒng)補水池，作為沖渣系統(tǒng)的新水補充，其中老區(qū)節(jié)約焦化廢水342 901 m3，二區(qū)節(jié)約焦化廢水331 5325 m3，有效地減少高爐沖渣系統(tǒng)工業(yè)新水消耗。

3.1.2 提高沖渣水泵運行效率

通過對1#、2#、4#高爐沖渣循環(huán)水泵現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析，水泵運行效率下降主要是由水泵產(chǎn)生汽蝕造成的［2］。根據(jù)水泵產(chǎn)生汽蝕的機理分析，降低沖渣水溫可有效避免水泵汽蝕發(fā)生。1#、2#、4#高爐沖渣循環(huán)水無冷卻設(shè)備，主要依靠水池表面自然降溫，冷卻效果較差，通常渣池的水溫都在85℃以上，夏季高溫時水溫能達到108℃，易產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。由于現(xiàn)場空間無法滿足新增冷卻塔要求，通過高爐沖渣系統(tǒng)現(xiàn)有條件進行系統(tǒng)優(yōu)化，降低高爐沖渣循環(huán)水溫度。

1）在每座高爐沖渣循環(huán)水供水管道上開DN150分支管道，高爐不出渣時，打開此閥門；利用高爐循環(huán)水泵輸送至廠區(qū)廢水回水溝（長300 m，深1.5 m，寬2.0 m），在廢水溝自然降溫后流至廠區(qū)廢水回收水池，通過廢水回收水泵回收至渣池循環(huán)利用。2）應(yīng)用長臂挖掘機定期清理渣池邊角及池底殘渣，確保渣池的有效容積，降低循環(huán)水溫。優(yōu)化改造后，高爐沖渣循環(huán)水溫可下降5～8℃，有效減少水泵發(fā)生汽蝕的概率，提高沖渣循環(huán)水泵的運行效率。

3.2 高爐渣溝密封改造

為了解決高爐渣溝跑蒸汽問題，將原來的單一的輕型長方體蓋板改造為高爐渣溝加重大小頭蓋板，梯形蓋板、自動泄壓定向溢流蓋板，有效解決了高爐渣溝蓋板之間以及高爐渣溝曲線部位跑蒸汽問題；同時，在高爐渣溝蒸汽大的區(qū)域新增排氣煙筒，高爐渣溝蒸汽由無序排放轉(zhuǎn)為定向可控排放。高爐渣溝實施密封后，高爐渣溝蒸汽實現(xiàn)100%密封，改善高爐渣溝區(qū)域的現(xiàn)場環(huán)境。

3.3 冷卻塔升級改造

為了有效降低圖拉法循環(huán)水溫度，對圖拉法冷卻塔布水系統(tǒng)進行升級改造。將原冷卻塔支狀布水改為環(huán)狀布水，將散射式噴頭改為吊籃式噴頭，有效增大了水流與空氣的接觸面積，保證了布水量均勻，減少噴頭杜塞、損壞的數(shù)量。同時，對冷卻塔塔體密封玻璃鋼密封面和收水器進行優(yōu)化改型，改造后圖拉法系統(tǒng)循環(huán)水溫下降3～5℃，冷卻能力顯著提高，蒸發(fā)、飄逸損失降低。

3.4 應(yīng)用“管改溝”技術(shù)

4#高爐渣處理系統(tǒng)采用3臺循環(huán)泵供水，通過閥門切換可實現(xiàn)水沖渣及圖拉法的處理工藝。利用4#高爐年修的機會對圖拉法回水管道組織實施了“管改溝”技術(shù)改造，將回水管道進行徹底拆除，清除原回水管道中的垃圾，澆注鋼筋混凝土回水溝（寬0.8 m、深1.0 m、壁厚0.3 m、長130 m），混凝土回水槽的上方安裝混凝土蓋板及檢修門，根據(jù)圖拉法沉渣井以及渣池進水口確定回水溝的坡度，以提高高爐圖拉回水系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低圖拉法系統(tǒng)新水消耗。

3.5 高爐沖渣水余熱回收利用改造

通過現(xiàn)場設(shè)備運行參數(shù)、現(xiàn)場可利用空間分析，5#、6#1 080 m3高爐滿足高爐沖渣余熱利用改造條件，即在現(xiàn)有高爐沖渣系統(tǒng)北側(cè)建立換熱站，可滿足周邊4.8萬m2生活區(qū)域的采暖要求。主要包括沖渣換熱含渣系統(tǒng)和不含渣系統(tǒng)的改造。

3.5.1 沖渣換熱含渣循環(huán)系統(tǒng)

沖渣換熱含渣循環(huán)水系統(tǒng)主要包括閘板閥、水渠、循環(huán)水泵、換熱器系統(tǒng)。沖渣熱水首先通過高爐渣池2 m×2 m方孔、閘板閥，自流進入新建5 m× 4 m×3 m沉渣池，經(jīng)過水渠自流進入沉沙井，然后通過渣漿泵加壓進入渣水換熱器（參照工業(yè)循環(huán)水冷卻設(shè)計規(guī)范GB/T 50102—2003，其換熱量6 000 kW），進行換熱循環(huán)利用，沖渣熱循環(huán)水系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 沖渣換熱水循環(huán)系統(tǒng)示意圖

3.5.2 沖渣換熱不含渣循環(huán)水系統(tǒng)

沖渣換熱不含渣循環(huán)水系統(tǒng)主要包括供熱循環(huán)水泵、供熱管道、散熱設(shè)備以及補水系統(tǒng)。工業(yè)新水經(jīng)換熱設(shè)備換熱后，通過循環(huán)水泵加壓至0.7～0.8 MPa，通過供水管道輸送至各采暖用戶。散熱器采用銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器。供暖補水系統(tǒng)采用2臺（1用1備）變頻補水泵，其流量35 m3/h，揚程15 m，管道進行噴砂防腐保溫處理。

4 結(jié)語

高爐沖渣系統(tǒng)節(jié)能改造實施后，提高了高爐沖渣系統(tǒng)設(shè)備運行穩(wěn)定性，降低了高爐渣溝區(qū)域跑水、跑蒸汽現(xiàn)象，徹底消除高爐渣溝區(qū)域的安全隱患；減少渣溝跑蒸汽對金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕性，提高渣溝周圍金屬結(jié)構(gòu)的使用壽命；渣溝周圍的環(huán)境有效改善，促進廠容廠貌整體水平的提升；特別是焦化廢水、高爐沖渣循環(huán)水余熱技術(shù)的應(yīng)用，年節(jié)約動力成本2 000余萬元。

［1］張西鵬，周守航.高爐爐渣顯熱回收前景分析［C］//中國金屬協(xié)會.第七屆中國鋼鐵年會論文集，2009.

［2］王芴槽.鋼鐵工業(yè)給排水設(shè)計手冊［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2002：400-490.

Energy Saving Transformation for Slag Flushing Water System in BF

JIA Youjian,XUE Peng,JIANG Yangang

（Laiwu Branch Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Laiwu 271104,China）

In order to reduce the power running costs of blast furnace slag system,by taking measures to replace fresh water by coking wastewater，to seal ditch of the slag,to change the ditch to the pipeline,to improve the efficiency of the pump slag,to use waste heat of slag circulating water,it is effectively to reduce the cost of blast furnace system of hydropower power,reduce steam consumption of living area at the same time,save power cost more than 2 000 ten thousand Yuan per year.

blast furnace;slag pool;TYNA;water pump;heat exchanger

TF546.2

B

1004-4620（2015）03-0043-02

信息園地

2014-12-29

賈友劍，男，1971年生，1995年畢業(yè)于鞍山鋼鐵學(xué)院冶金機械專業(yè)。現(xiàn)為山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠機動設(shè)備科科長，高級工程師，從事機械設(shè)備維護及管理工作。