機械式壓力輸灰技術在高爐煤氣干法除塵系統的應用

吳建霖，趙澤文，鄢 明，徐正西，銀雪斌

（1.廣西華銳鋼鐵工程設計咨詢有限責任公司，廣西柳州 545002；2.廣西鋼鐵集團有限公司，廣西防城港 538002）

前言

經過近20年的發展，高爐煤氣干法除塵技術已經逐步成熟，越來越受到鋼鐵企業的重視，并從小型高爐逐步推廣應用到大型高爐，為企業節能降耗、節約資源及提升環保效果帶來積極影響。近年來高爐煉鐵為追求低耗，爐頂煤氣溫度越來越低，高爐煤氣干法除塵灰易結露板結，高爐煤氣干法除塵輸灰系統逐步成為生產限制性環節。目前高爐煤氣干法除塵輸灰工藝一般采用傳統機械式輸灰或氣力輸灰兩種輸灰工藝。

1 傳統機械式輸灰與氣力輸灰工藝介紹

1.1 傳統機械式輸灰工藝

傳統機械式輸灰工藝采用普通埋刮板機鏈條刮板的機械運動進行卸灰，除塵箱體與埋刮板輸送機間設有中間灰倉，除塵箱體和中間灰塵中的除塵灰依靠重力和倉壁振動方式排出[1],其工藝流程如圖1所示。

圖1 傳統機械式輸灰工藝圖

除塵箱體灰倉的容積大于中間灰倉的容積，以使除塵箱體卸灰時能保證部分灰封，防止煤氣竄入中間灰倉內。除塵箱體卸灰和中間灰倉卸灰分開進行，保證煤氣在卸灰過程中不外泄。機械式輸灰為防止煤氣泄漏而設置中間灰倉，在卸灰操作時需進行反復倒罐操作才能將除塵箱體內除塵灰卸出，操作過程反復繁多，閥門動作頻次高，卸灰效率低，閥門壽命短。操作經驗表明在除塵箱體內煤氣溫度稍低（＜80 ℃），除塵灰潮濕時僅依靠除塵灰的重力無法把除塵灰卸盡，一段時間后將會出現除塵灰板結情況。同時，普通埋刮板機鏈條刮板不能將除塵灰全部刮出，容易積灰，積灰易冷卻板結，造成刮板機鏈條起拱甚至破壞。

目前國內很多配置傳統機械式輸灰工藝的高爐煤氣干法操作工為使卸灰過程順暢，在卸灰操作過程中不再進行倒罐操作，而中間灰倉淪為一段卸灰短管，已失去原設置的意義。這種操作雖能提高卸灰效率，但存在煤氣和粉塵外漏的風險，安全隱患較大。

1.2 氣力輸灰工藝

氣力輸灰是利用高速氣流在管道中輸送除塵灰，按固氣比不同分為濃相輸送和稀相輸送。濃相氣力輸灰需在每個除塵箱體下部設置一臺容積1 m3左右的倉式泵，該工藝系統配置復雜，投資大，雖能緩解管道磨損，但仍存在流化板及管道“堵灰”現象，目前已很少采用。稀相氣力輸灰是利用除塵箱體內高爐煤氣自身的壓力來進行卸灰，以凈高爐煤氣或氮氣為輸送載體，把除塵灰輸送到集中灰倉中[2]。因省去了倉式泵及動力裝置，使得整套系統設備大大簡化，故現采用氣力輸灰工藝一般均采用稀相輸灰工藝，稀相氣力輸灰工藝流程如圖2所示。

圖2 稀相氣力輸灰工藝流程圖

稀相氣力輸灰工藝對除塵灰溫度及輸送氣體的壓力、流速、氣固比等參數要求嚴格，且配套檢測及自動化程度要求高，操作過程需要輔助氣源。實際操作中，由于單個箱體的排灰是間隔且短暫的過程，在排灰的前期和后期不可避免地存在氣固比達不到合理參數的情況，會造成閥門、管道彎頭等設備磨損或造成輸灰系統水平管道及彎頭等部位堵塞；根據生產經驗,在煤氣溫度偏低（＜80 ℃）時易發生輸灰管道堵塞，影響布袋正常運行[3]。

2 機械式壓力輸灰技術的研發

通過對兩種卸輸灰方式的原理和效果進行分析，參照現有高爐煤氣重力除塵器的卸灰方式，提出了機械式壓力輸灰工藝。該工藝是一種采用機械動力的同時利用除塵箱體內煤氣壓力進行輸灰，用于壓力輸灰的煤氣通過煤氣卸壓管并經布袋過濾后回收至調壓閥組后低壓凈煤氣總管。機械式壓力輸灰工藝需配置耐壓埋刮板機或耐壓斗式提升機，無需中間灰倉；卸灰閥門為偏置自鎖卸灰鐘閥、手動盲板閥和專用星型卸灰閥，其工藝流程如圖3所示[4]。耐壓埋刮板機實物照片如圖4所示。

圖3 機械式壓力輸灰工藝流程圖

圖4 耐壓埋刮板機實物照片

機械式壓力輸灰技術是一項全新的技術，是將傳統機械式輸灰與稀相氣力輸灰的優勢相結合，其系統煤氣流與以凈煤氣為輸灰介質的稀相氣力輸灰一致，都是將輸灰尾氣凈化后引入低壓煤氣管網回收。該系統可實現一鍵式操作，根據生產實際需要選擇在線或離線卸灰模式，通過箱體內壓力和星型卸灰閥控制卸灰速度。

機械式壓力輸灰工藝輸送物料的流速、氣固比的調節范圍寬，以除塵箱體集灰量確定的卸灰間隔周期大幅延長，卸灰效率高，單個除塵箱體2～3 天的貯灰量只需要3～6 min 便可以卸完，并解決了設備磨損或管道堵塞等問題。同時利用帶壓煤氣流對偏置自鎖卸灰鐘閥的密封副及卸灰通道進行自清潔，能有效保證閥門密封效果并延長使用壽命。

3 機械式壓力輸灰技術的應用

目前，機械式壓力輸灰技術已成功運用于珠?；涗? 號高爐（530 m3）、廣西鋼鐵1 號高爐（3 800 m3）、柳鋼中金1 680 m3高爐。目前，柳鋼2 號高爐（2 650 m3）干法除塵卸灰系統也擬采用該技術進行改造，基本情況詳見表1。

表1 各高爐干法除塵卸灰系統基本情況

粵鋼1 號高爐于2017 年5 月大修投產至今已有4 年，是國內首次采用機械式壓力輸灰技術的高爐。該卸灰系統運行穩定，卸灰效率高，設備故障率低，只出現少量埋刮板機葉片變形，但不影響使用。

廣西鋼鐵1 號高爐于2020 年6 月投產后一直穩定順行，但于2021 年2 月初至3 月中旬高爐頂溫持續偏低，進入干法除塵箱體高爐煤氣日平均溫度持續在85 ℃左右，最低時已接近75 ℃，個別極限時段低于70 ℃，2021 年2 月至3 月高爐煤氣干法除塵箱體運行溫度如圖5所示。在低溫生產期間卸灰系統運行順暢，未出現“堵管”現象，卸出除塵灰潮濕。生產1年時間內耐壓埋刮板機和耐壓斗式提升機未出現設備故障。

圖5 廣西鋼鐵1號高爐煤氣干法除塵系統運行溫度

柳鋼中金1 680 m3高爐于2021 年5 月點火投產，高爐鐵水為全鑄鐵，受上游供料系統和下游鑄鐵工序影響，該高爐投產至今1 個多月的時間內一直處于慢風操作，頂溫波動大，爐頂打水頻繁，卸灰系統仍運行順暢，卸出除塵灰較濕潤。

4 結語

機械式壓力輸灰技術在各級別高爐煤氣干法除塵系統上均取得了非常好的效果，卸灰效率高、設備故障率低，特別是對低溫和含濕量高工況表現突出。為其他高爐煤氣干法除塵卸灰系統改造提供了參考。